Материал: Теория горения и взрыва. Возникновение и распространение горения. Оценка пожарозрывоопасности веществ и материалов. Однолько А.А., Колодяжный С.А

В качестве ингибиторов в пожарном деле применяют галоидозамещенные углеводороды – хладоны (hallon, или фреоны). Наиболее часто используются хладон 114 В2 (по международной классификации галлон 2402, тетрафтордибромэтан) и хладон 13В1 (трифторбромметан) [9, 17].

Механизм действия – хладоны в зоне пламени разлагаются с образованием галоидных радикалов, нейтрализующих активные центры реакции горения.

Считается, что хладоны отрицательно влияют на озоновый слой. В 1987 г. был принят Монреальский протокол по веществам, разрушающим озоновый слой, к которым были отнесены галоидозамещенные углеводороды. Согласно решениям Венской конференции по защите озонового слоя (1989 г.) с 1994 года прекращен выпуск хладонов. Однако альтернативы со сравнимой огнетушащей эффективностью до настоящего времени разработать не удалось.

Вопросы для самоконтроля

1. Назовите изученный в данном разделе показатель пожаровзрывоопасности.

2. Что понимают под температурой самовоспламенения?

3. Перечислите методы определения температуры самовоспламенения.

4. Что понимают под периодом индукции?

5. Перечислите факторы, влияющие на температуру самовоспламенения.

6. Приведите примеры применения факторов, влияющих на температуру самовоспламенения, для снижения пожарной опасности веществ.

7. Что понимают под флегматизаторами? Приведите примеры флегматизаторов. Как флегматизаторы применяются при обеспечении ПБ?

8. Что понимают под химически активными ингибиторами, как их применяют при обеспечении ПБ?

2.5. Вынужденное воспламенение (зажигание) как вид возникновения горения

Зажигание – появление очага горения под действием источника зажигания. Наиболее часто встречающийся вид возникновения горения.

Принципиально зажигание не отличается от самовоспламенения, т.к. самоускорение реакции и в том и другом случае наступает после повышения температуры выше определенного значения (T_св).

Существует показатель пожаровзрывоопасности, характеризующий склонность вещества к воспламенению – температура воспламенения.

Температурой воспламенения Т_воспл называют наименьшую температуру вещества, при которой в условиях специальных испытаний вещество выделяет горючие пары и газы с такой скоростью, что при воздействии на них источника зажигания наблюдается воспламенение.

Зажигание называют предельным случаем самовоспламенения.

Можно выделить следующие отличия самовоспламенения от зажигания:

1. разные температуры. Так, древесная пыль имеет Т_воспл = 430 С, Т_св = 250 С;

2. при самовоспламенении смесь нагревается во всем объеме и равномерно доводится до Тсв. При зажигании – греется часть объема, остальная часть остается сравнительно холодной. Поэтому при зажигании удельная поверхность теплоотвода больше, чем при самовоспламенении, и ускорение реакции начинается при более высокой температуре, чем в случае самовоспламенения, т.е. Твоспл > Тсв;

3. при самовоспламенении процесс самоускорения происходит сравнительно медленно;

4. при зажигании период индукции намного меньше, чем при самовоспламенении.

Источником зажигания называют средство энергетического воздействия, инициирующее горение.

Различают следующие виды источника зажигания:

• открытый огонь, искры и раскаленные продукты горения;

• тепловые проявления механической энергии;

• тепловые проявления химической энергии;

• тепловые проявления электроэнергии;

• адиабатическое сжатие, ударная волна и т.д.

Для возникновения горения недостаточно просто наличие источника зажигания, необходимо соблюдение условий зажигания:

1. температура источника зажигания должна быть больше температуры самовоспламенения tи.з. >tсв;

2. время действия источника зажигания должно быть больше периода индукции _и.з > _инд.

Ранее указывалось, что горение представляет собой совокупность физико-химических процессов. Физические процессы, протекающие с веществами при горении, имеют большое значение для понимания сущности горения. Так, для начала горения жидкости необходимо, чтобы выделились пары, смешались с воздухом, только затем начнется процесс окисления и т.д. С твердыми веществами происходят более сложные превращения. Поведение горючих веществ различного агрегатного состояния при горении приведено на рис. 2.1.

Как видим, большинство горючих веществ горит в гомогенном режиме. При нагревании с горючими веществами происходят сложные процессы, наиболее сложные – с твердыми веществами. Большинство горючих веществ газифицируется.

В общем случае чем более сложные процессы протекают с горючим веществом перед началом горения, тем менее оно пожаровзрывоопасно.

Рис. 2.1. Поведение горючих веществ при горении

Вопросы для самоконтроля

1. Что называют зажиганием?

2. Какой показатель пожаровзрывоопасности характеризует склонность к вынужденному воспламенению? Приведите его определение.

3. В чем состоит отличие зажигания от самовоспламенения?

4. Что понимают под источником зажигания? Приведите примеры.

5. Перечислите условия зажигания источником зажигания?

Глава 3. Возникновение горения по механизму самовозгорания

3.1. Сущность и классификация самовозгорания

Как отмечалось выше, горение возникает по трем механизмам [11]:

• самовоспламенение;

• вынужденное воспламенение (зажигание);

• самовозгорание.

В этой главе предстоит разобрать сущность третьего механизма возникновения горения – самовозгорания [12, 14, 16].

Природой самовозгорания в средние века занимался Декарт (считал, что оно возникает вследствие движения соков растительного вещества), в 19 веке – Либих (пиритная теория).

Особенностью самовозгорания является то, что оно происходит при обычных (нормальных) температурах. Так, торф самовозгорается при t = 30 – 40 С (сравните, воспламенение древесины наступает при 250 С, самовоспламенения – при 450 С).

В целом пожары по причине самовозгорания происходят сравнительно не часто (за исключением растительных – торфяники, сено и т.д.), однако отсутствие мощных источников зажигания делает этот вид возникновения горения неожиданным для неспециалистов и поэтому коварным. Для предотвращения случаев самовозгорания необходимо понимать его природу и знать вещества, склонные к такому виду возникновения горения.

В качестве примеров пожаров по причине самовозгорания можно привести пожары, лесоскладов (самовозгорание отходов пиления), новостроек и промышленных предприятий и учреждений (самовозгорание лакокрасочных материалов), предприятий обрабатывающей промышленности (самовозгорание растительных материалов, причем может сопровождаться взрывами газообразных продуктов терморазложения).

В ГОСТ 12.1.044 [7] дается следующая формулировка самовозгорания – резкое увеличение скорости экзотермических процессов в веществе, приводящее к возникновению очага горения.

Другое определение самовозгорания предложено П.Г. Демидовым [14] – процесс возникновения горения в результате самонагревания пирофорных веществ.

Разберем это определение.

Под самонагреванием понимают повышение температуры вещества в результате физических и химических процессов, выделяющих тепло:

• окисление;

• разложение;

• замещение;

• поглощение;

• полимеризация.

Пирофорными называют вещества, имеющие низкую температуру самонагревания.

Температура самонагревания – минимальная температура окружающей среды, при которой в результате самонагревания наблюдается резкое повышение температуры вещества, заканчивающееся тлением или горением.

В качестве примера можно привести алюминий (пудра), у которого температура самонагревания равна 10 ^оС, белый фосфор с температурой самонагревания 30 ^оС.

Во ВНИИПО были разработаны зависимости для определения температуры самонагревания:

lg t=A_p+n_p lg S (3.1)

lg t=A_в–n_в lg (3.2)

где t – температура самонагревания;

A_p, n_p, A_в, n_в – константы, полученные опытным путем;

S – удельная поверхность вещества, отношение площади к объему [м²/м³];

t – время самонагревания.

Чаще всего в результате процессов, приводящих к самонагреванию, выделяется незначительное количество тепла, которое может привести к горению лишь при определенных условиях.

Условия самовозгорания:

• наличие пирофорного вещества;

• протекание физических и химических процессов с выделением тепла (экзотермических процессов);

• поддержание определенного температурного режима;

• плохая теплопроводность (аккумуляция тепла).

Отсюда вытекает принцип предупреждения самовозгорания – устранение одного из условий.

Принципиально природа всех видов возникновения горения (самовозгорания, самовоспламенения, зажигания) сходна и описывается одной теорией ‑ теорией теплового взрыва (Семенов, Франк-Каменский).

Однако имеются отличия:

1. не все горючие вещества склонны к самовозгоранию – только пирофоры (особая группа веществ);

2. для самовозгорания не нужен мощный внешний тепловой импульс (т.е. оно происходит при более низких температурах, чем самовоспламенение и зажигание).

3. к самовозгоранию приводит не только окисление, а также другие экзотермические процессы – разложение, замещение и т.д.

В зависимости от первопричины выделения тепла в начальной стадии самонагревания веществ различают:

• тепловое;

• химическое;

• микробиологическое самовозгорание.

Необходимо отметить, что эта классификация достаточно условна.

Вопросы для самоконтроля

1. Перечислите механизмы (виды) возникновения горения.

2. Приведите определение самовозгорания.

3. Какие процессы приводят к самонагреванию?

4. Какие вещества называются пирофорами?

5. Перечислите условия самовозгорания

6. В чем состоят отличия самовозгорания от самовоспламенения и зажигания?

7. Как классифицируют самовозгорание? По какому признаку производится такая классификация?