Вопрос 3. Температура самовоспламенения как показатель пожарной опасности. Зависимость температуры самовоспламенения от различных факторов.

Пожарная опасность - возможность возникновения и развития пожара, заключенная в каком-либо веществе или процессе.

Показатель пожарной опасности - величина, которая количественно характеризует какое-либо свойство пожарной опасности.

Температура самовоспламенения - наименьшая температура окружающей среды, при которой в условиях специальных испытаний наблюдается самовоспламенение вещества.

Температура самовоспламенения относится к числу важнейших показателей пожарной опасности. Ее используют при оценке пожаровзрывоопасности веществ, при определении группы взрывоопасности горючей смеси и т.д. Практическое определение температуры самовоспламенения основывается на следующих теоретических предпосылках (см. рис.3). В точке С устанавливается равенство теплоотвода и тепловыделения: q+ = q . Подставив соответствующие выражения для тепловыделения (19) и теплоотвода (21), получим уравнение теплового баланса для точки С:

Q_r0p-V-k_o-C_rop-C_0K-exp(-E/RT) = a(T-To>S (23)

Перенесем объем сосуда V в правую часть уравнения:

Qrop-ko-C_rop-C_OK-exp(-E/RT) = a(T-To)-S / V. (24)

Левая часть этого выражения представляет собой скорость выделения теплоты в единице объема горючей смеси, а правая - скорость теплоотвода через поверхность стенок сосуда из этой же единицы объема. То есть выражение (24) показывает, что температура самовоспламенения зависит от множества факторов: от размера и формы сосуда (S/V); от химических свойств горючего и его способности к окислению (тепловой эффект Q_rop!

энергия активации Е и константа скорости реакции ко, от концентрации реагирующих веществ (С_гор и С_ок) и, наконец, от теплофизических свойств горючей смеси и материала стенки сосуда (коэффициент теплоотдачи а). Это свидетельствует о том, что температура самовоспламенения не является физической константой горючего вещества. Рассмотрим зависимость температуры самовоспламенения от различных факторов.

(25).

1. Как будет меняться, температура самовоспламенения при изменении объема сосуда, т.е. при изменении отношения площади стенок к объему S/V? Это отношение называется удельной поверхностью и имеет размерность 1/м или м"¹. Например, для куба с гранью а удельная поверхность будет равна

S/V = 6 я V == 6 /а

Предположим, что в уравнении (24) для теплового баланса меняется только температура в точке С. Тогда левая часть уравнения изменяться не будет, и соответствующая ей кривая тепловыделения останется на прежнем месте. Правая часть уравнения - прямая линия, которая касается кривой тепловыделения в точке С. Величина aS/V - угловой коэффициент этой прямой или tg5 (см. рис.4)

(26),

Г-

Увеличим грань куба в три раза. Его удельная поверхность станет

равной:

S / V = 6(3<я)² / (За)^{^[1]} = 2 !а

т.е. уменьшится в три раза, значит уменьшится и сам угол 8. В этом случае прямая теплоотвода будет располагаться ниже предыдущей прямой, и точка С вместе с ней переместится в точку С', а значит будет ниже и критическая температура самовоспламенения. Следовательно, с увеличением объема сосуда температура самовоспламенения снижается.

Рис.4. Изменение теплового баланса горючей смеси при увеличении объема сосуда.

2. Увеличить теплоотвод можно не только уменьшением объема горючей смеси, но и приданием ей соответствующей формы. На рис. 5 изображены равные объемы разной формы. При нагреве в кубе происходит самовоспламенение, а в пластине - нет.

Рис.5. Равновеликие объемы разной формы сосудов с горючей смесью (размеры даны в метрах)