Физико-химические основы процессов горения и взрывов.

Чрезвычайные ситуации техногенного происхождения. Пожарная безопасность

Лекция №8

 

8.1. Физико-химические основы процессов горения и взрывов.

8.2. Оценка пожарной опасности предприятий.

 

 

В настоящее время вопросы обеспечения пожарной безопасности на предприятиях бытового обслуживания приобретает особое значение. Это связано с широким применением легко воспламеняющих веществ, которые при нарушении технологических процессов и правил пожарной безопасности могут вызывать загорания, приводящие к большой потере материальных ценностей, а часто и к гибели людей.

Меры пожарной профилактики на предприятиях зависит от степени их пожароопасности. Оценка пожароопасности предприятий основывается на данных о пожароопасных свойствах, используемых веществ и материалов.

Горение- сложное, быстро протекающее химическое превращение, сопровождающееся выделением значительного количества тепла и света.

Для возникновения горения требуется наличие трех факторов: горючего вещества, окислителя и импульса (источника зажигания). В качестве окислителей могут кислород воздуха, хлор, фтор, окислы азота и др.

В качестве импульса может быть открытый огонь, механическое воздействие (трение, удар), адиабатическое сжатие (Р=3/2 КТ).

 

В зависимости от агрегатного состояния горючего и окислителя различают следующие виды горения:

- гомогенноегорение газови парообразных горючих веществ в среде газообразного окислителя;

- гетерогенноегорение жидких и твердых горючих веществ в среде газообразного окислителя;

- горение взрывчатых веществ и порохов.

В зависимостиот характеристик и сопутствующих факторов различают следующие виды горения: вспышка; возгорание; воспламенение; самовоспламенение; взрыв.

Вспышка- быстрое сгорание горючей смеси, не сопровождающееся образованием сжатых газов.Температура вспышки- низшая температура горючего вещества, при которой образовавшиеся над его поверхностью пары или газы способны вспыхивать от источника зажигания, однако скорость образования паров и газов недостаточна для поддержания устойчивого горения.

По температуре вспышки горючие жидкости делятся на 2 класса: легковоспламеняющиеся жидкости (ЛВЖ) и горючие жидкости (ГЖ).

К классу ЛВЖ относятся жидкости с температурой вспышки, не превышающей Т<61С-- это бензин, этиловый спирт, ацетон, нитроэмали и др.

Жидкости, имеющие температуру вспышки более T>61С, называются ГЖ --это масла, мазут, формалин и др.

 

Воспламенение- возгорание сопровождающееся появлением пламени.

Температурой воспламенения называют самую низкую температуру вещества, при которой оно загорается в процессе нагрева без непосредственного контакта с огнем. Воспламенение возможно только при определенных соотношения горючего вещества и окислителя. Минимальная концентрация горючих газов и паров в воздухе, при которой они способны загораться и распространять пламя, называется нижним концентрационным пределом воспламенения.Максимальная концентрация горючих газов и паров--верхним пределом воспламенения.Интервал между ними называется областью воспламенения.

Для различных веществ она не одинакова: для дерева—295С, сахара—805С, нефти—420-480С, спирта—27С.

Самовозгорание— явление резкого увеличения скорости экзотермических реакций, приводящее к возникновению горения вещества при отсутствии внешнего источника зажигания.

В зависимости от вида импульса процессы самовозгорания подразделяются на тепловые, микробиологические и химические. На предприятиях бытового обслуживания чаще всего реализуется тепловой тип (загорание материалов на складах, при неисправной электропроводке и др.).

 

Примерами микробиологического самовоспламенения могут быть:

1 — самовозгорание зерна, особенно засоренного и влажного, происходит благодаря особым микроорганизмам, которые размножаются в толще зерна, потребляя его жировое вещества , сопровождаемое сильным его разогревом;

2 - самовозгораются растительные масла, олифа, торф, древесные опилки, промасленная ветошь, вследствие окисления (даже при Т=10-15С) выделяется достаточное количества тепла для самовозгорания.

Примеры химического самовоспламенения:

3 - при соприкосновении с воздухом фосфоров (белый, желтый и красный), технический углерод, сернистые соединения металлов.

4 - при соединении с водой щелочных металлов (натрий, калий), карбиды кальция.

Взрыв - процесс быстрого выделения большого количества энергии. В результате взрыва взрывоопасная смесь, заполняющая объем, в котором произошло выделение энергии, превращается в сильно разогретый газ с высоким давлением, вызывая образование взрывной волны.

Возгорание- возникновение горения от источника зажигания.

 

Зажигание - процесс инициирования начального очага горения в горючей смеси. Зажигание горючей смеси может происходить при их контакте с накаленными поверхностями, при появлении внутри смеси искр различного происхождения или пламени. Температура зажигания изменяется в зависимости от начального давления смеси. Так, например, для пропано-воздушной смеси при снижении давления с 30 до 6 кПа температура зажигания возрастает на 300С.

Если воздействие перечисленных факторов приводит к вовлечению в химическое превращение достаточного количества вещества и температура процесса с ростом объема разогретой смеси стремится к температуре горения, то в системе устанавливается стационарный режим(возникает устойчивый фронт пламени).В этом случае отводимое из зоны реакции тепло в свежую смесь полностью компенсируется выделением тепла при реакции.

По скорости распространение пламени горение подразделяется на: нормальное (V- 5-10 м/с); взрывное (V- 20-200 м/с); детонационное (V- до 5000 м/с).

. Для процессов горения характерно наличие критических условий возникновения и распространения пламени ( по составу смеси, давлению, температуре, геометрическим размерам системы). Так например, увеличение. значений, объема от 50-70мл до 3-4дм³ температура самовоспламенения понижается на десятки градусов. Установлена следующая зависимость между температурой самовоспламенения и давлением смеси в реакционном сосуде:

где А и В -величины, зависящие от объема реакционного сосуда;

i-порядок реакции.

Условия теплового самовоспламенения сводятся к достижении критической температуры нагрева смеси Ткр в результате реакции окисления

Ткр=RT²/E,

где Е-энергия активации

Температура самовоспламенения , например парафиновых углеводородов, изменяется в зависимости от длины углеродной цепочки:

3—470С; 3,5—444С; 4—413С; 4,5—370С; 5—287С; 5,5—244С.

 

Пожар - неконтролируемое горение вне специального очага, наносящее материальный ущерб и создающее опасность для жизни и здоровья людей.

Пожарная опасность веществ, материалов, зданий и сооружений определяется набором показателей, характеризующих критические условия возникновения и развития процесса горения.

 

Пожароопасность веществ характеризуется линейной или массовой скоростью горения или выгорания веществ.

В соответствии со стандартом "ГОСТ 12.1.044--84 Пожароопасность веществ и материалов" для оценки пожаровзрывоопасности все вещества разделены по агрегатному состоянию на газы, жидкости и твердые.

К газамотносят вещества, абсолютное давление паров которых при температуре 50С превышает 300 кПа, или их критическая температура которых менее 50С.

К жидкостям- вещества с температурой плавления менее 50С ;

К твердым - вещества с температурой плавления от 50С и выше;

К пыли- диспергированные твердые вещества с частицами размером менее 850мкм.