МАТЕРИАЛОВ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Горение - сложное быстропротекающее химическое превращение, сопровождающееся интенсивным выделением значительного количества тепла и (обычно) свечением[1,c.283].

В большинстве случаев горение представляет собой экзотермическое окислительное взаимодействие горючего вещества с окислителем. Согласно современным представлениям, к горению относят не только процессы взаимодействия веществ с кислородом (кислородом воздуха), но и разложение взрывчатых веществ, соединение ряда веществ с хлором и фтором, оксидов натрия и бария с диоксидом углерода и т. д.

Химическая реакция горения всегда является сложной, т. е. состоит из ряда элементарных химических превращений. Например, горение простейшего горючего Водорода протекает более чем в двадцать элементарных стадий. Кроме того, химическое превращение при горении происходит одновременно с физическими процессами: переносом тепла и массы. Поэтому скорость горения всегда определяется как условиями тепло- и массопередачи, так и скоростью протекания химических превращений.

Тепловая теория горения устанавливает условие возникновения процесса горения. Таким условием является превышение скорости выделения теплоты химической реакции горения над скоростью отвода теплоты в окружающую среду. Если это условие обеспечивается, то происходит саморазогрев горючей смеси и скорость реакции увеличивается, И наоборот, превышение скорости отвода теплоты над скоростью ее выделения приводит к затуханию процесса горения. Кинетику процесса горения объясняет теория цепных реакций. В процессе горения, при котором имеет место разветвляющаяся реакция, происходит самоускорение реакции окисления. Указанные закономерности являются основой решения задачи выбора эффективного метода борьбы с пожаром. При тушении пожара должны учитываться особенности вида процесса горения:

· диффузионное горение поверхности твердого тела (при диффузии кислорода в зону горения) и кинетическое — однородных горючих смесей;

· дефлаграционное горение с малой скоростью перемещения фронта пламени и горение взрывное и детонационное с высокой скоростью перемещения пламени (десятки и тысячи метров в секунду). Детонационное горение чаще возникает при горении газов в длинных трубопроводах и вызывает наиболее сильные разрушения производственного оборудования.

Горение различных веществ имеет особенности. Горение газов является гомогенным и протекает как в диффузионной, так и в кинетической области и может носить характер взрывного или детонационного горения. При горении жидкости происходит ее испарение и сгорание паровоз душной смеси над поверхностью жидкости. Определяющим является процесс испарения жидкости, который зависит от ее физико-химических свойств, теплового процесса в ней и т. п. Процесс горения паров не отли чается от горения газов. Горение твердых веществ — гетерогенно-диффузионное. Как правило, оно сопровождается плавлением, разложением и испарением с выделением газо- и парообразных продуктов, которые образуют с воздухом горючую смесь.

Повышенную пожарную опасность имеет пыль. Причем с увеличением дисперсности пыли возрастает ее химическая активность, снижается температура самовоспламенения, усиливается адсорбционная способность, что повышает ее пожарную опасность. Горение аэровзвесей подчиняется законам горения газовых смесей, но происходит более медлен но. Скорость горения высокодисперсной пыли приближается к скорости горения газа. Воспламенение (взрыв) аэровэвеси в замкнутом пространстве сопровождается образованием большого объема газообразных продуктов и нагреванием их до высоких температур. Взрывоопасной является не только взвешенная, но и осевшая пыль, так как при воспламенении она переходит во взвешенное состояние, что приводит ко вторичным взрывам.

Все разнообразие процессов горения может быть сведено к двум основным явлениям:

· возникновению и распространению пламени. Появлению пламени всегда предшествует процесс прогрессирующего самоускорения реакции, вызванный изменением внешних условий;

· появлением в горючей среде источника зажигания, нагревом смеси горючего с окислителем до некоторой критической температуры стенка ми аппарата или в результате адиабатического сжатия и т. д.

Если для процесса зажигания решающими факторами являются температура источника зажигания и величина первоначально нагретого объема, то для процесса самовоспламенения основное значение имеют условия концентрации тепла. При горении химически неоднородных горючих систем, т. е. систем, в которых горючее вещество и воздух не перемешаны и имеют поверхности раздела (твердые материалы и жидкости; струи па ров и газов, поступающие в воздух), время диффузии кислорода к горю чему веществу несоизмеримо больше времени, необходимого для протекания химической реакции. В этом случае процесс протекает в диффузионной области. Такое горение называют диффузионным.

Все пожары представляют собой диффузионное горение.

Если время физической стадии процесса оказывается несоизмеримо меньше времени, необходимого для протекания химической реакции, то можно принять, что время сгорания химически неоднородной системы примерно равно времени протекания самой химической реакции. Скорость процесса практически определяется только скоростью химической реакции. Такое горение называют кинетическим, например, горение химически однородных горючих систем, в которых молекулы кислорода хорошо перемешаны с молекулами горючего вещества и не затрачивается время на смесеобразование. Поскольку скорость химической реакции при высокой температуре велика, горение таких смесей происходит мгновенно, в виде взрыва.

Если продолжительность химической реакции и физическая стадия процесса горения соизмеримы, то горение протекает в так называемой промежуточной области, в которой на скорость горения влияют как химические, так и физические факторы.

Пространство, в котором сгорают пары и газы, называется пламенем, или факелом. В случае, когда горит заранее не подготовленная смесь па ров или газов с воздухом, пламя называют диффузионным. Если такая смесь образуется в пламени в процессе горения, — пламя кинетическое. В условиях пожара газы, жидкости и твердые вещества горят диффузионным пламенем.

Наиболее характерным свойством возникновения очага пламени является его способность к самопроизвольному распространению по горю- чей смеси. В понятие распространение пламени объединены разнообразные явления, сопровождающиеся образованием дефлаграционных (распространяющихся с дозвуковой скоростью) и детонационных (распространяющихся со сверхзвуковой скоростью) пламени.

Эффективность мероприятий пожарной профилактики в значитель ной степени зависит от правильности оценки пожарных характеристик веществ, используемых в производстве.

При оценке пожарной опасности вещества нужно рассмотреть его свойства, возможность их изменения стечением времени, в процессе производства (при нагреве, взаимодействии с другими веществами, при механических и других внешних воздействиях).

Пожароопасность веществ и материалов представляет собой совокупность их свойств, характеризующих их способность к возгоранию и распространению горения. Оценка пожароопасности включает определение основных показателей пожарной опасности веществ и материалов, используемых в производстве.

Температура вспышки — наименьшая температура конденсированного вещества, при которой в условиях специальных испытаний над ее поверхностью образуются пары, способные вспыхивать в воздухе от источника зажигания; устойчивое горение при этом не возникает. Температура вспышки для жидкости определенного состава можно вычислить по формуле:

tв=tk-18* k

где tk —начальная точка кипения жидкости, °С; К— число атомов соответствующих элементов, входящих в состав молекул вещества.

Значение температуры вспышки следует применять при характеристике пожарной опасности жидкости, включая эти данные в стандарты и технические условия на вещества; при определении категорий помещений по взрывопожарной и пожарной опасности в соответствии с требованиями норм технологического проектирования; при разработке мероприятий по обеспечению пожарной безопасности и взрывобезопасности в соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.004-91 и ГОСТ 12.1.010-76.

Температура воспламенения — наименьшая температура 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[2,c.89].

Значение температуры воспламенения применяют: при определении группы горючести вещества; при Оценке пожарной опасности оборудования и технологических процессов, связанных с переработкой горючих веществ; при разработке мероприятий по обеспечению пожарной безопасности в соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.004-91 и ГОСТ 12.1.010-76. Его необходимо также включать в стандарты и технические условия на жидкости.

Температура самовоспламенения — самая низкая температура вещества, при которой происходит резкое увеличение скорости экзотермических реакций, заканчивающихся пламенным горением[2,c.90].

Значение температуры самовоспламенения применяют при определении группы взрывоопасной смеси по ГОСТ 12.1.011-86 для выбора типа взрывозащищенного электрооборудования, при разработке мероприятий обеспечению пожаровзрывобезопасности технологических процессов соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.004-91 и ГОСТ 12.1.010-76.

Интервал концентрации газов и паров в воздухе, при которых воз можно воспламенение смеси и распространение пламени по всему объему называется нижним (верхним) концентрационным пределом распространения пламени (НКПРП и ВКПРП).

Различают верхний и нижний концентрационный пределы, т. е. максимальную и минимальную концентрацию, выше и ниже которой невозможно поджигание смеси.

Взрывоопасные смеси разделяют на четыре категории взрывоопасности по способности передавать взрыв из одной оболочки в другую через зазор. Наиболее взрывоопасны смеси 4-й категории, способные передавать взрыв через зазор менее 0,35 мм.

Важной характеристикой взрывобезопасности являются температурные пределы воспламенения паров, т. е. температура, при которой пары имеют концентрацию, соответствующую верхнему или нижнему концентрационному пределу воспламенения. Считается взрывобезопасной температура вещества на 100 С ниже нижнего или на 15° С выше верхнего температурного предела.

Минимальная энергия зажигания — наименьшее значение энергии искры электрического разряда (дж), достаточное для воспламенения смеси газа или пара с воздухом.

Минимальная энергия зажигания является оценкой опасности источника воспламенения. Чем больше мощность источника воспламенения, тем большая энергия передается от источника к граничному слою газовоздушной смеси, тем шире диапазон концентрации, при котором воз можно распространение пламени.

При оценке пожарной опасности газов определяют область воспламенения в воздухе; максимальное давление взрыва; температуру самовоспламенения; минимальную энергию зажигания; нормальную скорость горения; минимальное взрывоопасное содержание кислорода; категорию взрывоопасной смеси; характер взаимодействия горящего вещества и водопенных средств тушения.

Пожарную опасность жидкости определяют: группа горючести; температура вспышки; температура воспламенения; температура самовоспламенения; температурные пределы Воспламенения; скорость выгорания; скорость прогрева при выгорании; минимальные огнегасительные концентрации средств объемного тушения; характер взаимодействия горючего вещества с водопенными средствами тушения.

Для оценки пожарной опасности всех твердых веществ определяют группу горючести (Возгораемости); температуру воспламенения; температуру самовоспламенения; характер взаимодействия горящего вещества и водопенных средств тушения.

Большую взрывоопасность представляют газодисперсные системы. Из производственной практики известны случаи Взрывов в системах вентиляции, газоочистки.

По своим свойствам газодисперсные системы схожи с газовыми смесями. Взрывоопасность таких систем зависит от физико-химических свойств порошков, от их характеристик пирофорности (способности в тонкодисперсном состоянии воспламеняться на Воздухе), взрываемости. Основными параметрами газодисперсных систем являются их дисперсный состав, концентрация в воздухе, удельная поверхность и влажность порошков.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: