С каким из газов возможно самовозгорание масла
Горением называют экзотермичную реакцию, которая происходит в условиях ее прогрессивного самоускорения. Горение может происходить как в результате химической реакции соединения, так и распада веществ не только при сочетании с кислородом воздуха, но и с веществами, которые содержат его в себе (например, известь). Горение многих веществ может происходить в среде хлора, паров брома, серы.
Горение разделяют на несколько видов: вспышки, воспламенения, воспаление, самовозгорание, самовозгорания.
Температура вспышки - это наименьшая температура концентрированной вещества, при которой в условиях специальных испытаний над ее поверхностью образуется пар, который способен вспыхивать в воздухе от источника зажигания; устойчивое горение при этом не возникает.
Воспламенения - это быстрое сгорание горючего вещества, которое не сопровождается образованием сжатого газа.
Ниже температуры воспламенения жидкость не представляет пожарной опасности в случае кратковременного действия пламени, искры или раскаленного тела. Если жидкость нагрета до температуры воспламенения и выше, то даже кратковременное действие на ЕЕ пару пламени или искры неизбежно вызовет ее воспламенения, и при определенных условиях может возникнуть пожар. Принимая это во внимание, температуру вспышки взято за основу классификации жидкостей по степени пожарной безопасности. Жидкости, способные гореть, делятся на легковоспламеняющиеся (ЛВЖ) и горючие (ГЖ) *.
Огнеопасные вещества, которые чаще всего встречаются в авиации, имеют такие температуры вспышки (в градусах Цельсия):
* К легковоспламеняющихся жидкостей относятся горючие жидкости с температурой вспышки, не превышающей 61 ° С при определении в закрытом тигле, или 66 ° С - при определении в открытом тигле. Жидкости с температурой вспышки выше указанной относятся к горючим.
В зависимости от температуры вспышки необходимо выбирать безопасные методы транспортировки, хранения и применения жидкости для разных целей. При температуре вспышки устойчивое горение не возникает, а сгорает только образована над жидкостью смесь паров с воздухом. Если температура жидкости несколько выше температуры вспышки, скорость испарения ее с открытой поверхности повышается, и в момент вспышки смеси жидкость способна выделять непрерывно пару в достаточном количестве для устойчивого горения. Такую температуру называют температурой воспламенения. Это - наименьшая температура вещества, при которой в условиях специальных испытаний вещество выделяет горючую пар и газы с такой скоростью, что при воздействии на них источника энергии происходит их зажигания.
Воспаление - это возгорание, сопровождающееся появлением пламени.
В легковоспламеняющихся жидкостей температура воспламенения выше температуры вспышки на 1-5 ° С, к тому же, чем ниже температура вспышки жидкости, тем меньше эта разница. Так, в бензола, ацетона, имеющие температуру вспышки ниже нуля, эта разница равна 1 ° С, в горючих жидкостей - эта разница доходит до 30 ° С и выше.
Самовозгорание - это резкое увеличение скорости экзотермических объемных реакций, которое приводит к резкому повышению температуры и к возникновению горения веществ при отсутствии источника зажигания.
Тепловая теория самовоспламенения была впервые разработана С.Н. Семеновым и в дальнейшем подробнее развита Д. А. Франк-Каменецким и А. Н. Тодес.
Основные положения этой теории можно рассмотреть на примере самовоспламенения смеси горючих паров или газов с воздухом. При низкой температуре Т0 (например, плюс 20 ° С) реакция между керосином и кислородом воздуха в смеси практически не протекает, так как отсутствуют активные молекулы кислорода. Для того чтобы они появились и началась реакция окисления, смесь надо нагреть до более высокой температуры Т1. Для этого помещают посуду со смесью в среду, имеет температуру Т1 (рис 15,1, а). Через некоторое время посуду и смесь в нем нагреются до температуры Т1 и в смеси возникнет процесс окисления с выделением тепла. Выделенное тепло q1 передается горючей смеси, нагреется до температуры Т1. Однако, как только температура смеси превысит температуру стенок посуды и внешней среды, начнется тепловидвидвид смеси к стенкам посуды и далее - к внешней среде. Количество отведенного тепла обозначим через q2.
Рис. 15.1. Схема, поясняющая процесс самовозгорания сгораемой смеси:
а- нагрев смеси за счет подведенной к ней тепловой энергии; б - тепловое равновесие; в - самонагревания смеси и вывод от нее тепла в окружающую среду
Дальнейшее нагревание смеси будет зависеть от соотношения скоростей тепловыделения и теплоотвода. Если q1> q2 то смесь, окисляясь, будет нагреваться, а если q1 = q2, то смесь будет окисляться при любой постоянной температуры, при которой возникло это соотношение. Предположим, что скорость выделения тепла за счет окисления смеси превышает скорость теплоотвода. Однако этого еще недостаточно, чтобы смесь продолжала нагреваться и подальше, так как с повышением температуры горючей смеси скорость выделения тепла и теплоотвода увеличивается не одинаково. И если с увеличением температуры смеси скорость теплоотвода будет расти быстрее, чем тепловыделение, то при некоторой температуре смеси они станут равными (91 = 92) и в дальнейшем нагрев приостановится. Это обычно происходит при малой скорости окисления горючего вещества или при большом теплоотводе.
Например, стальные стружки и опилки также окисляются, поэтому происходит выделение тепла, но в связи с малой скоростью окисления это не всегда приводит к горению. В пленке масляной краски на окрашенной поверхности происходит процесс окисления, но из-за очень большую поверхность усиления теплоотвода нагрева ее не наблюдается.
Итак, смесь, нагретая до температуры Т2 за счет реакции, окисления, будет постепенно остывать до температуры Т1 (как только концентрация реагирующих веществ в смеси начнет уменьшаться). Из этого следует, что процесс окисления горючей смеси, нагретой до температуры Т, не может перейти в горение за малой скорости реакции.
Увеличим скорость окисления смеси, нагревая ее до температуры Т3. Скорость теплоотвода при этом останется неизменной, так как поверхность сосуда не изменилась. Это может привести к тому, что при температуре горючей смеси Ту скорость выделения тепла постоянно будет превышать скорость теплоотвода и смесь получит возможность самонагриватися до высокой температуры. Когда температура смеси достигнет температуры горения, появится пламя и возникнет горения. Следовательно, обязательным условием протекания процесса самовозгорания является превышение скорости выделения тепла в смеси над скоростью теплоотвода.
Итак, тепловое самовозгорание называют процесс возникновения горения, который происходит в результате самонагревания веществ, нагретых до состояния, в процессе которого скорость выделения тепла за счет реакции окисления превышает скорость теплоотвода. Температуры самовоспламенения обычно берут температуру стенок сосуда, при которой в данных условиях происходит самовозгорание.
Процесс теплового самовоспламенения можно рассматривать в зависимости от времени (рис. 15.2).
Поместим горючее вещество в воздух, нагретый ниже температуры окисления. Температура вещества в этом случае будет медленно повышаться (кривая 1) и через некоторое время будет равняться температуре воздуха Т0. Потому что Т0 ниже температуры окисления, горючее вещество будет вести себя так, как негорючая. Если воздух нагреть до температуры Т1, которая будет выше температуры окисления этого вещества, состоится разогрев горючего вещества (кривая 2) до температуры, большей по Т1 но потом температура начнет снижаться.
Рис. 15.2. График изменения температуры горючих веществ при нагревании
Разогреем воздуха до температуры Тs> Т1. Естественно, что скорость реакции окисления в этом случае будет намного выше, чем в предыдущем, и температура вещества поднимется выше температуры воздуха Ts, достигая значения Tв, после чего произойдет быстрое повышение температуры вещества до температуры горения. Рассмотрен процесс самовозгорания на примере газовой смеси характерен не только для горючих паров и газов. Он распространяется на твердые вещества.
Температура самовоспламенения не является постоянной величиной для одной и той же горючего вещества. Она зависит от скоростей тепловыделения и теплоотвода, которые в свою очередь зависят от объема и формы горючего вещества, состав ее в единице объема, давления и других факторов. Границы температуры самовоспламенения (в градусах Цельсия) некоторых легковоспламеняющихся и горючих веществ следующие:
Кроме теплового (с внешним нагревом), самовозгорание еще бывает микробиологическим и химическим.
Микробиологическое самовозгорание возникает вследствие самонагревания в массе вещества под действием микроорганизмов. Это явление наблюдается при хранении зерна, сена, торфа, угля и т.
Химическое самовозгорание происходит в результате химического взаимодействия веществ при воздействии на них воздуха и воды (растительное масло и животные жиры, масла) при наличии большой поверхности окисления и малой теплоотдачи в окружающую среду.
Температура самовоспламенения в некоторых горючих веществ может превышать 500 ° С, а в других - быть ниже 16 ° С. Все горючие вещества с температурой самовоспламенения условно можно разделить на две группы: вещества, которые имеют температуру самовоспламенения выше обычной (16-25 ° С) и ниже. Вещества первой группы способны самовозгораться только при нагревании их к той или иной температуры, вещества второй группы - самовозгораются без дополнительного нагрева, поскольку окружающая среда уже нагрело их до температуры воспламенения. Горючие вещества представляют собой повышенную пожарную опасность, поскольку не исключена возможность их зажигания при определенных условиях. Например, алюминий в виде пудры в результате окисления способен на самонагревания к возникновению горения. Самонагревания может начаться при обычной температуре окружающей среды и даже ниже, а завершиться горением. Если тонкую ткань, пропитанную олифой, составить плотно, то тепло, которое образуется при окислении, не успеет рассеяться в воздухе и зажжет ткань. Однако, если ту же ткань разложить, а не сворачивая, то самовозгорания не произойдет, поскольку тепло, которое выделяется при быстро протекающего процесса окисления, будет рассеиваться в окружающей среде со скоростью, превышающей скорость его образования.
Следовательно, очень важно знать вещества, которые принадлежат ко второй группе, поскольку это позволяет поставить к условиям их хранения и транспортировки особые требования, которые делают невозможным возникновение пожара.
Например, как известно, существуют минеральные, растительные и животные масла. Минеральные масла окисляются на воздухе только при высокой температуре, а потому не самовозгораются. Известны случаи самовозгорания тряпки, смоченной минеральными авиационными маслами, которые возникали в результате попадания в него примесей растительных масел. Жиры и масла, содержащие органические соединения, способные к самовозгоранию.
О способности к самовозгоранию можно судить по йодного числа - количеством граммов йода, которая вступает в соединение с 100 г масла. Чем больше в масле соединений, тем оно больше присоединяет йода и, следовательно, имеет большую способность к самовозгоранию.
Олифа с добавленными для ускорения высыхания сиккативами, нанесенная на волокнистые материалы, способна к самовозгоранию. Полунатуральные и искусственные олифы малоспроможни или могут самовозгораться. Масла, жиры или олифы, которые находятся в любой закрытой таре, самовозгораться не могут, поскольку поверхность соприкосновения их с воздухом очень мала. Способность масел и жиров к самовозгоранию значительно возрастает, когда поверхность окисления значительно больше поверхности теплоотдачи. Такие условия создаются, когда промасленные материалы составлены в кучи, штабеля, пакеты и прилегающих близко друг к другу. Самовозгорание масел и жиров зависит от плотности упаковки промасленной материала. Способность его к самовозгоранию увеличивается в случае уплотнения до определенного предела, после которого начинает уменьшаться.
Важную роль в процессе самовоспламенения играет и температура окружающей среды. Чем выше температура воздуха, тем меньше объем промасленной материала способного к самовозгоранию, при этом и масел нужно меньше. Вероятность возникновения пожара в этом случае возрастает в несколько раз.
Наименьшая температура, при: какой наблюдается самовозгорание масел и жиров, равна 10-15 ° С. Хлопчатобумажные отходы, пропитанные растительными маслами (обтирочные концы ткани), могут самовозгораться в зависимости от условий в разные сроки (от нескольких часов до нескольких суток).
Период индукции (период запаздывания самовоспламенения) веществ, которые способны самовозгораться, в газов и жидкостей, окисляются в газообразной среде, очень короткий. Почти такой же период и в твердых веществ, которые находятся в состоянии аэрозолей.
Период индукции твердых веществ в виде комков разного размера может быть длительным, поскольку поверхность окисления в данном случае имела. Небольшая также и скорость диффузии воздуха на поверхность окисления.
Самовозгорания называется самовозгорание, сопровождающееся появлением пламени. Горение может сопровождаться пожаром и взрывом.
По горючести вещества и материалы делятся на три группы: - несгораемыми есть материалы и конструкции, которые под действием огня или высокой температуре не занимающихся не тлеют и не обугливаются (например, окислители или вещества, выделяющие горючие продукты при взаимодействии с водой, кислородом воздуха или друг с другом);
- Трудносгораемых есть материалы и конструкции, которые под действием огня или высокой температуры занимаются, тлеют или обугливаются и продолжают гореть и обугливаться при наличии источника зажигания, а после его удаления эти процессы прекращаются.
К ним относятся искусственные материалы, которые, кроме негорючих минеральных веществ, имеют более 80% по массе органических заполнителей; конструкции, изготовленные из трудносгораемых материалов, а также из сгораемых, защищенных от огня и высоких температур несгораемыми материалами (дерево, покрытое асбестом и кровельным железом)
- Сгораемыми считают такие материалы и конструкции, которые под действием огня или высокой температуры горят, тлеют или обугливаются и горят после удаления источника воспламенителя. К ним относят все органические материалы, не защищены от огня или высоких температур.
Большинство горючих веществ независимо от их начального агрегатного состояния (твердые, жидкие, газообразные) при нагревании переходят в газообразные продукты и образуют с воздухом горючие смеси. Подготовленность к возгоранию определяется составом (концентрации) в них паров, пыли или газообразных продуктов. Существуют минимальные и максимальные концентрации горючих веществ в воздухе, ниже и выше которых возгорания невозможно.
Эти концентрации соответственно называют нижней и верхней концентрационными пределами воспламеняемости.
Сгораемые газы и твердые измельченные вещества (пыль) могут образовывать горючие смеси при любой температуре. Твердые вещества, а также жидкости образуют горючие смеси только при определенных температурах. Если сгораемых смесь подготовлена с соблюдением вышеуказанных условий, то можно считать, что она подготовлена к возгоранию, которое может возникнуть в случае появления источника зажигания.
Температурными границами распространения пламени (воспламенения) называют такие температуры вещества, при которых его насыщенный пар создает в окислительной среде концентрации, равные соответственно нижний (нижняя температурная граница) и верхней (верхняя температурная граница) концентрационным границам распространения пламени.
Значение температурных границ распространения пламени применяют: при разработке мер по обеспечению пожаро- и взрывобезопасности объекта; для расчета пожаро- и взрывоопасных температурных режимов работы технологического оборудования; оценки аварийных ситуаций, связанных с разливом горючих жидкостей; расчета концентрационных границ распространения пламени. Значение температурных границ необходимо включать в стандарты или в технические условия на горючие вещества. Возможность возникновения горения в основном характеризуется температурами вспышки, зажигания, самовоспламенения и самовозгорания.
Показатели пожарной опасности веществ. Для полной оценки пожарной опасности твердых веществ и материалов, а также жидкостей и газов необходимы определенные показатели.
Температурой воспламенения называется наименьшая температура горючего вещества, при которой оно выделяет горючие пары или газы с такой скоростью, что после воспламенения их от внешнего источника зажигания вещество устойчиво горит. Температура воспламенения - показатель пожароопасности только горючих веществ и материалов, поскольку она характеризует способность их к самостоятельному горению.
Температурой самовоспламенения называется наименьшая температура вещества (или его смеси с воздухом), при которой происходит резкое увеличение скорости экзотермических реакций, приводящее к возникновению пламенного горения.
Температуру воспламенения газов и паров учитывают в случаях:
классификации газов и паров легковоспламеняющихся жидкостей по группам взрывоопасности для выбора типа электрооборудования (при этом имеют в виду стандартную температуру самовоспламенения);
выбора температурных условий безопасного применения вещества при нагреве его до высоких температур (при этом используют минимальную температуру самовоспламенения);
вычисления максимально допустимой температуры нагрева не теплоизолированных поверхностей технологического, электрического и иного оборудования;
расследования причин пожара, если необходимо определить, могло ли самовоспламениться вещество от нагретой поверхности.
Склонность к самовозгоранию характеризует способность ряда веществ и материалов самовозгораться при нагревании до сравнительно небольших температур или контакте с другими веществами, а также при воздействии тепла, выделяемого микроорганизмами в процессе их жизнедеятельности. В соответствии с этим различают тепловое, химическое и микробиологическое самовозгорание.
Склонность к тепловому самовозгоранию характеризуется температурами самонагревания и тления, а также зависимостью температуры среды, при которой наблюдается самовозгорание, от размеров и формы образца. Склонность к самовозгоранию учитывают при разработке пожарно-профилактических мероприятий.
Температурой самонагревания называется наименьшая температура, при которой в веществе или материале возникают практически различимые экзотермические процессы окисления и разложения, которые могут привести к самовозгоранию.
Нагревание до температуры самонагревания - наименьшей температуры вещества, потенциально может представлять пожарную опасность. Температуру самонагревания учитывают при определении условий безопасного длительного (или постоянного) нагрева вещества.
Безопасной температурой нагревания данного вещества или материала (независимо от размеров образца) следует считать температуру, не превышающую 90 % величины температуры самонагревания.
Температурой тления называется критическая температура твердого вещества, при которой резко увеличивается скорость процесса самонагревания, что приводит к возникновению очага тления. Температуру тления учитывают при расследовании причин пожаров, определении безопасных условий нагревания твердых материалов и т.д.
Рассмотрим особенности протекания процесса окисления самовозгорающихся веществ растительного происхождения, ископаемых углей, масла и жира, химических веществ и смесей.
К числу самовозгорающихся веществ растительного происхождения относят шрот, рыбную муку, сено, жмыхи и др. Особенно подвержены самовозгоранию влажные растительные продукты, в которых продолжается жизнедеятельность микроорганизмов.
Наличие влаги в растительных продуктах при определенных температурах сопровождается размножением микроорганизмов, интенсификация жизнедеятельности которых вызывает повышение температуры. Растительные продукты - плохие проводники тепла, поэтому в них происходит дальнейшее повышение температуры.
При благоприятных для аккумуляции тепла условиях: значительной массе растительного продукта, например, сена или жмыха в трюме, температура может достигнуть 70°С.
При этой температуре микроорганизмы гибнут, а их разложение сопровождается дальнейшим повышением температуры с образованием пористого угля, который способен поглощать пары и газы в большом объеме.
Этот процесс также сопровождается выделением тепла и постепенным повышением температуры до 100 - 130 °С, при котором происходит распад новых соединений с образованием пористого угля. При температуре 200 °С разлагается клетчатка, входящая в состав растительных продуктов, и образуется новый вид угля, способный интенсивно окисляться. Процесс окисления угля приводит к дальнейшему повышению температуры, вплоть до возникновения горения.
Самовозгораться способен и уголь, получаемый при термическом разложении целлюлозных материалов, например древесный уголь. Причем это происходит сразу после его изготовления. С течением времени его способность поглощать пары и газы уменьшается, вследствие чего древесный уголь, длительное время находившийся на воздухе, теряет склонность к самовозгоранию.
Ископаемый уголь некоторых видов способен окисляться при низких температурах и поглощать кислород из воздуха и другие газы или пары. Но главной причиной самовозгорания является окисление угля. Поглощение углем паров и газов также сопровождается повышением температуры.
Наибольшей поглотительной способностью обладает молодой уголь, содержащий влагу. Так, свежедобытый бурый уголь содержит 10 - 20% гигроскопической влаги, а тощий – примерно 1%, поэтому последний более устойчив к самовозгоранию. Повышение влаги вызывает повышение температуры угля до 60 - 75°С, а дальнейшее выделение тепла происходит за счет окисления органической массы.
Развитие процесса самовозгорания ископаемого угля зависит от степени его измельченности: чем мельче уголь, тем больше поверхность поглощения и окисления, больше скорость их протекания, тем больше выделяется тепла.
Нередко причиной пожара является самовозгорание жиров и масел минерального, растительного или животного происхождения , которыми пропитаны волокнистые материалы и ткани.
Минеральные масла (машинное, соляровое, трансформаторное) представляют собой смесь предельных углеводородов и в чистом виде самовозгораться не могут. Самовозгорание их возможно при наличии примесей растительных масел. Растительные масла (конопляное, льняное, подсолнечное, хлопковое) и масла животного происхождения (сливочное) представляют собой смесь глицеридов жирных кислот.
Многие химические вещества и их смеси при соприкосновении с воздухом или влагой способны самонагреваться. Эти процессы нередко заканчиваются самовозгоранием.
По способности к самовозгоранию химические вещества подразделяются на три группы:
Вещества, самовозгорающиеся при соприкосновении с воздухом (активированный уголь, фосфор белый, растительные масла и жиры, сернистые металлы, алюминиевый порошок, карбид щелочных металлов, порошкообразные железо, цинк и др.).
Окисление некоторых веществ этой группы, вызванное их взаимодействием с водяными парами воздуха, сопровождается выделением большого количества теплоты и протекает настолько быстро, что вскоре переходит в горение или взрыв. Для других веществ процессы самонагревания продолжаются длительное время (например, процесс самовозгорания белого фосфора заканчивается горением через несколько секунд, а процесс самовозгорания свежеприготовленного активированного угля продолжается несколько дней).
Вещества, вызывающие горение при взаимодействии га с водой (щелочные металлы и их карбиды, окись кальция (негашеная известь), перекись натрия, фосфористый кальций, фосфористый натрий и др.).
Взаимодействие щелочных металлов с водой или влагой воздуха сопровождается выделением водорода, который воспламеняется за счет теплоты реакции. Попадание на негашеную известь небольшого количества воды вызывает самонагревание, заканчивающееся сильным разогревом (до свечения), поэтому находящиеся поблизости горючие материалы могуттзоспламениться.
Вещества, самовозгорающиеся при смешивании одного с другим. Так, воздействие азотной кислоты на древесину, бумагу, ткани, скипидар и эфирные масла вызывает воспламенение последних; хромовый ангидрид воспламеняет спирты, эфиры и органические кислоты; ацетилен, водород, метан и этилен самовозгораются в атмосфере хлора на дневном свету; измельченное железо (опилки) самовозгорается в атмосфере хлора; карбиды щелочных металлов воспламеняются в атмосфере хлора и двуокиси углерода.
Температурой вспышки называется наименьшая температура горючего вещества, при которой в условиях специальных испытаний над его поверхностью образуются пары или газы, способные вспыхивать в воздухе от внешнего источника зажигания.
Температура вспышки является параметром, ориентировочно показывающим температурные условия, при которых горючее вещество становится огнеопасным. Температура вспышки горючих жидкостей при данной классификации определяется только в закрытом тигле.
Областью воспламенения газов (паров) в воздухе называется область концентрации данного газа в воздухе при атмосферном давлении, внутри которой смеси газа с воздухом способны воспламеняться от внешнего источника зажигания с последующим распространением пламени по смеси.
Граничные концентрации области воспламенения называют соответственно нижним и верхним пределами воспламенения газов (паров) в воздухе. Величины пределов воспламенения используют при расчете допустимых концентраций газов внутри взрывоопасных технологических аппаратов, систем вентиляции, а также при определении предельно допустимой взрывоопасной концентрации паров и газов при работах с применением огня, искрящего инструмента.
Величину концентрации газа или пара в воздухе внутри технологического аппарата, не превышающую 50% величины нижнего предела воспламенения, можно принимать как взрывобезопасную концентрацию. Обеспечение взрывобезопасности среды внутри аппаратуры при нормальном технологическом режиме не дает основания считать данное оборудование невзрывоопасным.
За величину предельно допустимой взрывобезопасной концентрации (ПДВК) паров и газов при работе с применением огня, искрящего инструмента следует принимать концентрацию, которая не превышает 5% величины нижнего предела воспламенения данного пара или газа в воздухе при отсутствии в рассматриваемом аппарате конденсированной фазы.
Температурными пределами воспламенения паров в воздухе называются такие температурные границы вещества, при которых насыщенные пары образуют концентрации, равные соответственно нижнему или верхнему концентрационному пределу воспламенения.
Температурные пределы воспламенения учитывают при расчете безопасных температурных режимов в закрытых технологических объемах с жидкостями (топливные грузовые танки и т.п.), работающими при атмосферном давлении.
Безопасной, в отношении возможности образования взрывоопасных паровоздушных смесей, следует считать температуру и максимальное давление взрыва.
Максимальное давление взрыва - это наибольшее давление, возникающее при взрыве. Его учитывают при расчете взрывоустойчивости аппаратуры с горючим газом, жидкостями и порошкообразными веществами, а также предохранительных клапанов и взрывных мембран, оболочек взрывонепроницаемого электрооборудования.
Показатель возгораемости (коэффициент К) ~ безразмерная величина, выражающая отношение количества тепла, выделяемого образцом в процессе испытаний, к количеству тепла, выделяемому источником зажигания,
где q - тепло, выделенное образцом в процессе горения, ккал;
qи - тепловой импульс, т.е. тепло, подведенное к образцу от постоянного источника
По результатам испытаний степень возгораемости оценивается следующим образом.
Материалы несгораемые - материалы, которые при нагревании до 750°С не горят и на воздухе не выделяют горючих газов в количестве, достаточном для их воспламенения от поднесенного пламени. Поскольку определенный по методу калориметрии коэффициент К Материалы трудносгораемые - материалы, температура воспламенения которых ниже 750°С, причем материал горит, тлеет или обугливается только под воздействием поднесенного пламени и перестает гореть или тлеть после его удаления (0,1 Материалы трудновоспламеняемые (или самозатухающие) - материалы, температура воспламе-нения которых ниже 750°С, причем материал горит, тлеет или обугливается под воздействием поднесенного пламени. После его удаления материал продолжает гореть затухающим пламенем, не рас-пространяющимся по образцу (0,5 Материалы сгораемые - материалы, температура воспламенения которых ниже 750°С, причем материал, воспламенившись от поднесенного пламени, продолжает гореть или тлеть после его удаления (К > 2,1).
Скорость горения. Скорость горения твердого вещества зависит от его формы. Измельченные твердые вещества в виде опилок или стружек будут гореть быстрее, чем монолитные. У измельченного горючего вещества большая поверхность горения подвергается воздействию тепла, поэтому теплота поглощается намного быстрее, испарение происходит значительно активнее, с выделением большего количества паров. Горение протекает очень интенсивно, вследствие чего горючее вещество расходуется быстро. С другой стороны, монолитное горючее вещество будет гореть дольше, чем измельченное.
Облака пыли состоят из очень мелких частиц. Когда облако воспламеняющейся пыли (например, зерновой) хорошо перемешивается с воздухом и воспламеняется, горение происходит очень быстро и часто сопровождается взрывом. Такие взрывы наблюдались при погрузке и выгрузке зерна и других измельченных горючих веществ.
Различают две скорости горения: массовую и линейную.
Массовой скоростью горения называется масса (т, кг) вещества, выгоревшего в единицу времени (мин, ч).
Линейной скоростью горения твердых горючих веществ называется скорость распространения огня (м/мин) и скорость роста площади очага пожара (м 2 /мин). Скорость горения твердых веществ зависит от степени их измельчения, влажности, объемного веса, доступа воздуха и ряда других факторов.
Изучение случаев пожара на судах дает возможность принять следующую среднюю линейную скорость горения (м/мин) различных объектов:
Посты управления. 0,5
Жилые помещения. 1,0-1,2
Хозяйственные помещения, кладовые сгораемых материалов . 0,6-1,0
Грузовые помещения. . 0,5-0,7
Палубы автомобильных паромов . . 1,5
Машинное отделение с ДВС при горении дизельного топлива под плитами . 10
Отделения вспомогательных механизмов . . 1,2
Помещения электрооборудования . 0,8
Котельные отделения при горении мазута под плитами . 8,0
Примерно в течение первых 2-3 мин пожара быстро увеличивается площадь его очага (на пассажирских судах - до 20 м 2 /мин). Это время уходит обычно на сбор по тревоге экипажа судна и поэтому активная борьба с пожаром еще не ведется. В последующие 10 мин, когда начинают использоваться стационарные средства водо- и пенотушения, рост площади очага пожара замедляется.
Линейная скорость распространения огня определяет площадь очага пожара, а степень выгорания всего, что может гореть на этой площади, — продолжительность пожара.
Линейная скорость горения жидкости характеризуется высотой ее слоя (мм, см), выгоревшего в единицу времени (мин, ч). Скорость распространения пламени при воспламенении горючих газов составляет от 0,35 до 1,0 м/с.
Скорость выгорания характеризуется количеством горючего, сгорающего в единицу времени с единицы площади горения. Она определяет интенсивность сгорания материалов при пожаре. Ее необходимо знать для расчета продолжительности пожара в любых жидкостях. Скорость выгорания жидкости, разлитой на поверхности морской воды, примерно такая же, как и при выгорании ее с открытых поверхностей емкостей.
Температура. Важнейшим параметром судового пожара, в значительной мере определяющим не только инженерно-профилактические мероприятия, но и тактические действия аварийных партий и групп судов является температура. Особенно большое значение имеет температура при внутренних судовых пожарах.
От температуры пожара зависит интенсивность теплопередач от зоны пожара в окружающую среду, скорость движения газовых потоков, а также возможность взрывов, представляющих крайнюю опасность при тушении пожара.
Температурное поле пожара весьма неоднородно. Чем ближе к зоне пожара, тем температура, как правило, выше. В верхней части помещений воздух обычно более нагрет, чем у палуб. С учетом поведения судовых конструкций и материалов и с пожарно-тактической точки зрения удобнее всего за температуру пожара принять среднюю температуру дымовых газов, заполняющих зону пожара. Существенное значение имеют также температуры на поверхностях судовых конструкций, ограждающих зону пожара: температура на поверхности, обращенной к огню, и температура на противоположной огню поверхности.
Ориентировочно температуру в некоторых точках зоны пожара можно определить косвенным путем - по оплавлению несгоревших материалов, находившихся в зоне пожара, или по цвету каления нагретых тел (табл. 4.1).
Возгоранием называется возникновение горения под воздействием источника зажигания. Под источником зажигания понимается горящее или накаленное тело, а также электрический разряд с запасом энергии и температурой, достаточными для возникновения горения других веществ.
Если возгорание сопровождается появлением пламени, то такой процесс возникновения горения называется воспламенением. Воспламенение хотя и является частным случаем возгорания, однако в практике имеет наибольшее распространение.
Физическая сущность процесса воспламенения та же, что и самовоспламенения, так как условия самоускорения реакции окисления у них одни и те же. Основное различие между ними заключается в том, что процесс
воспламенения пространственно ограничен частью объема горючего вещества, в то время как процесс самовоспламенения происходит во всем объеме. Поэтому при воспламенении удельная поверхность теплоотвода горючего вещества обычно выше, чем при самовоспламенении, и ускорение реакции окисления начинается при более высокой температуре.
Из твердых горючих веществ наиболее подвержены возгоранию или воспламенению от искр волокнистые и мелкораздробленные материалы: хлопок, войлок, ткань, сено, мякина, шерсть и др. Все они имеют малую теплопроводность и большую поверхность, что способствует сохранению тепловой энергии искры в небольшом объеме горючего вещества и быстрому нагреву его.
Причинами пожаров довольно часто являются электрические искры. Они могут воспламенить не только газы, жидкости, пыли, но и твердые вещества. При возникновении электрической искры в объеме газа между электродами образуются свободные атомы и радикалы, которые, диффундируя в горючую смесь, инициируют цепную реакцию окисления. Одновременно в объеме около искры интенсивно повышается температура.
СКЛОННОСТЬ ВЕЩЕСТВ К САМОВОЗГОРАНИЮ
Температура самонагревания
Температурой самонагревания называется самая низкая температура вещества (материала, смеси), при которой возникает его самонагревание. Самонагревание веществ, находящихся в атмосфере воздуха, обычно обусловлено происходящими в них химическими и физическими процессами, выделяющими тепло: окисления, разложения, замещения, адсорбции и др.
Вещества, имеющие температуру самонагревания ниже 50 °С условно выделили в отдельную группу и стали называть пирофорными веществами, а процесс возникновения горения в результате их самонагревания — самовозгоранием.
Различают самовозгорание тепловое, микробиологическое и химическое в зависимости от причины выделения тепла в начальной фазе самонагревания веществ и материалов.
Тепловое самовозгорание
Тепловым называется самовозгорание, вызванное самонагреванием, возникшим под воздействием внешнего нагрева вещества (материала, смеси) выше температуры самонагревания. Так как тепловое самовозгорание происходит при нагреве веществ в атмосфере воздуха, оно не имеет резкого отличия от химического самовозгорания веществ при контакте их с кислородом воздуха.
К тепловому самовозгоранию имеют склонность многие вещества и материалы, но к пирофорным (в особом состоянии) можно отнести масла и жиры, каменные угли и некоторые химические вещества.
Масла и жиры. Самовозгорание масел и жиров часто является причиной пожаров. Существует три вида масел: минеральные, растительные и животные. Масла и жиры могут самовозгораться только при определенных условиях:
а) при содержании в масле и жире значительного количества глицеридов непредельных кислот;
б) при большой поверхности окисления масел и жиров и малой
теплоотдаче;
в) если жирами и маслами пропитаны какие-либо горючие материалы;
г) при определенной уплотненности промасленного материала.
Чем выше йодное число масла, тем больше способно масло к самовозгоранию. Ниже приведены йодные числа некоторых растительных масел и животных жиров.
Полунатуральные олифы, представляющие собой смеси окисленного льняного масла с растворителями, имеют небольшие йодные числа и мало способны к самовозгоранию. Искусственные олифы совершенно не способны самовозгораться.
Жиры рыб и морских животных имеют высокое йодное число, но обладают незначительной способностью к самовозгоранию, что обусловлено присутствием в них продуктов, замедляющих окисление.
Способность масел и жиров к самовозгоранию тем больше, чем больше уплотнен промасленный материал. Но если материал слишком уплотнен, то способность промасленного материала к самовозгоранию уменьшается, так как при сжатии поверхность окисления уменьшается и подвод кислорода к маслу сокращается.
Способность промасленных материалов к самовозгоранию увеличивается в присутствии в них катализаторов, ускоряющих окисление и полимеризацию масел - соли различных металлов — марганца, свинца, кобальта, так называемых сиккативов.
Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.
Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим.
Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).
Пожары представляют огромную опасность для экологии, жизни и имущества человека. Случается, что в возникновении воспламенения отсутствует источник зажигания. В таких ситуациях причиной самовозгорания является резкий подъем силы экзотермической реакции в некотором объеме вещества. В результате выделяется много тепла, а скорости теплоотведения в окружающую среду недостаточно. Произвольное горение довольно опасно, поэтому важно знать, какие материалы загораются под воздействием собственных химических свойств и некоторых факторов окружающей среды.
Особенности процесса
Это реакция, вызванная нагреванием огнеопасного вещества до температуры, запускающей сложную многоэтапную реакцию. В ней принимают участие содержащиеся в материале компоненты и воздух. Окисление кислородом приводит к тому, что произвольно выделяется большой объем тепла, который своевременно не отводится.
В качестве примера можно привести ситуацию, когда неправильно хранятся строительные отходы. В одну кучу сваливают различные материалы, в том числе опасные и горючие. Если в помещении затруднен отвод тепла и нарушена вентиляция, то риск спонтанного самовозгорания резко возрастает.
Важно! Внезапное возникновение пламени может привести к серьезному пожару, который нанесет ущерб имуществу, и может угрожать жизни человека.
Существуют условия, повышающие опасность самовозгорания. Большинство случаев отмечаются в помещениях, где нарушена циркуляция воздуха. Если приток свежих кислородных масс недостаточный, то от поверхности горючих веществ вырабатываемое ими тепло отводится неактивно, начинается перегревание и как следствие запускается процесс горения.
Опасность самопроизвольного самовозгорания веществ значительно повышается, если в комнате воздух теплый и сухой. Такие условия становятся толчком к началу окислительного процесса, который либо приводит к воспламенению, либо его ускоряет. Например, достаточно опасно оставлять в помещении ветошь, пропитанную льняным маслом, которое часто используется для обработки паркетных половых досок. Тряпка под воздействием внешних факторов легко может самовозгореться.
Самовозгорание материалов происходит спонтанно. Установив первичный импульс, который запустил механизм самонагревания, специалисты точно определяют, к какому типу относится процесс. Различают следующие виды самовозгорания.
1. Микробиологическое
Наблюдается среди органических материалов, внутри тела которых возможно развитие деятельности микроорганизмов. Живые организмы выделяют тепло, которое приводит к разогреванию массы. Это стимулирует ускорение протекания экзотермической естественной реакции. При повышении градусов в среде их обитания бактерии уничтожаются, а горение продолжается уже по иному механизму.
Мелкодисперсионные продукты характеризуются малой теплопроводимостью массы. В их теле копится тепло в результате гетерогенного окисления. Это приводит к росту температуры, а затем и скорости легко объяснимой с научной стороны реакции. В итоге происходит стремительное возгорание.
Склонностью к микробиологическому возгоранию отличаются:
- овощи;
- зерно;
- солод;
- сухая трава – солома и сено;
- хлопок;
- фрезерный торф и прочее.
Это интересно! Скорость экзотермической реакции увеличивается вдвое с каждым скачком температуры на 10ºС.
2. Химическое
Происходит из-за химического взаимодействия компонентов. Запускается на поверхности материалов, а затем продвигается в глубинные слои. Когда химические элементы перемешиваются, в глубине объема аккумулируется тепло, которое накапливается и приводит к постепенному нагреванию.
Возгорание без источника нагрева под воздействием химической реакции четко определяется по обозначенным с научной точки зрения признакам. Если повышение температуры спровоцировано не окислением под воздействием кислорода, а попаданием серной кислоты или перманганата калия, то классификация однозначная. Кроме того, некоторые щелочные металлы начинают выделять тепловые излишки при соприкосновении с водой. К этой группе относятся:
- карбид кальция;
- натрий;
- промышленная ветошь;
- азотная кислота;
- рубидий;
- перекись бария;
- калий и другие.
Важно! Если количество металла больше спичечной головки, то выделяющийся водород горит совместно с ним.
3. Тепловое
Если материал нагревается до критической температуры, вызывающей его последующее активное разложение, то такой вид называется тепловым. В глубине твердого тела горение проявляется тлением, которое при появлении доступа воздуха переходит в пламя.
Часто источником самовозгорания становятся масла. К возгоранию без постороннего очага зажигания способны:
- отработанные минеральные масла, содержащие непредельные углеводороды;
- масла, в составе которых значительное количество глицеридов непредельных кислот;
- олифы;
- жиры;
- ископаемый уголь.
Обратите внимание! К непредельным кислотам относятся линоленовая, линолевая, олеиновая кислоты.
Условия для самостоятельного возгорания жирных масел
Чтобы предотвратить риск возникновения пожара из-за несоблюдения норм безопасности обращения с горючими веществами, нужно знать, что может спровоцировать аварийную ситуацию. Жиры и масляные составы самовозгораются при определенных условиях:
- подвергается окислению обширная поверхность, при этом теплоотдача минимальна;
- веществами пропитаны какие-либо горючие материалы;
- большая степень уплотненности промасленного предмета.
Интересно! Наименьшая температура, при которой уже наблюдаются случаи горения масел и жиров без внешнего воздействия, составляет всего +10 градусов. Срок – от нескольких часов до пары суток.
Нередко самовозгорается уголь. По способности к возгоранию материал делится на 2 категории:
- А – опасные – каменные и бурые;
- Б – устойчивые – донецкие, кузнецкие, антрацит.
Когда столбик термометра опускается, они быстро окисляются и впитывают газы и пары. Температура нарастает медленно и может быть приостановлена путем проветривания штабеля.
Для предотвращения риска необходимо:
- ограничивать высоту штабелей;
- достаточно уплотнять уголь в штабелях, чтобы исключить проникновение воздуха.
Что горит без источника нагрева
Температурой самовозгорания называют самую низкую Т объекта, при которой внутри его объема происходит самонагревание. Определено, что некоторые опасные элементы способны разогреваться до критической отметки даже при средней комнатной температуре. Например, алюминиевый порошок, соприкасаясь с воздухом, начинает окисляться и теплеть уже при +10º градусах. К столь же быстро самонагревающимся составам относятся:
- силаны;
- скипидар;
- фосфины;
- диэтиловый эфир;
- негашеная известь;
- бромацитилен.
Сюда же причислены сульфиды железа. Они даже при обычной Т, взаимодействуя с воздухом, стремительно выделяют много тепла. Не менее активно окисляется желтый фосфор. Процесс сопровождается интенсивным выделением белого дыма. Причиной возгорания может быть теплота трения, поэтому резку фосфора рекомендуют осуществлять под водой.
Отличие самовозгорания от самовоспламенения
Иногда даже сами эксперты путают эти два понятия, хотя их различия важно учитывать при экспертизе пожаров. Если речь идет о тепловом самовозгорании, то нагрев – лишь исходный импульс. Далее горение в массе начинается из-за воздействия поступающего кислорода, в результате окисления которым происходит выделение тепла. Для самовоспламенения важно, чтобы поверхность была разогрета до конца. Тогда запускается механизм термического разложения, сопровождающийся воспламенением
Как пример можно рассмотреть склонность к горению сосновых опилок. Сырье может начать гореть при 295ºC, а самовоспламениться сырье может лишь при 400ºС
Явление процесса самовозгорания – беспощаден и чрезвычайно опасен. Однако его можно взять под контроль. Работники строительных объектов, сотрудники магазинов с широким ассортиментом лакокрасочных материалов, химчисток и прочих организаций должны в обязательном порядке придерживаться правил техники безопасности при работе с самонагревающимися, пирофорными, горючими веществами. Представляющие потенциальную угрозу, они должны правильно храниться, использоваться по назначению и своевременно отправляться в пункты утилизации.
Читайте также: