Охрана труда в авиации. Элементы теории самовозгорания. Температура самонагревания. Отличие самовозгорания от самовоспламенения и зажигания - Огнетушащие составы

Согласно тепловой теории, под температурой самовоспламенения понимают самую низкую температуру вещества (материала, смеси), при которой происходит резкое увеличение скорости экзотермических реакций, заканчивающихся возникновением пламенного горения. На рис. 2.3 такой температурой является температура Т с , соответствующая точке В , в которой линия теплоотвода q 2 касается линии тепловыделения .

Измерение температуры Т с практически очень затруднено, что обусловлено большими скоростями изменения температуры смеси при ее самонагревании. Поэтому за температуру самовоспламенения принимают ту наименьшую температуру стенки сосуда или окружающей среды, при которой в данных условиях происходит самовоспламенение вещества, т.е. Т 0 . Это не влечет за собой слишком большой ошибки.

Время с момента установления в горючем веществе температуры Т 0 до достижения температуры Т с называется периодом индукции или временем запаздывания самовоспламенения. Период индукции для одного и того же вещества неодинаков и сильно зависит от состава горючей смеси, температуры и давления. Чем ниже температура нагрева горючего вещества при самовоспламенении, тем больше период индукции. По

этому часто за температуру самовоспламенения принимают ту температуру окружающей среды или стенок сосуда, при которой период индукции самый большой.

Ниже показано изменение периода индукции смесей метана с воздухом в зависимости от их состава и температуры сосуда:

При определении температуры самовоспламенения невозможно измерить период индукции, поэтому за период индукции принимают время с момента нагрева вещества до появления пламени. период индукции имеет практическое значение при действии на горючее вещество маломощных источников воспламенения (искры). При попадании искры в горючую смесь паров или газов с воздухом некоторый объем смеси нагревается и в то же время охлаждается искра. Воспламенение смеси в этом случае зависит от соотношения периода индукции смеси и времени охлаждения искры. Если период индукции больше времени охлаждения искры до температуры, которая ниже температуры самовоспламенения, то воспламенение смеси не происходит. Если же период индукции меньше времени охлаждения искры, смесь воспламеняется. Таким образом, искра небольшой мощности может воспламенить смесь с малым периодом индукции и может не воспламенить смесь с большим периодом индукции.

Период индукции твердых веществ отличается от периода индукции газовых и пылевых смесей. Если период индукции для газовых смесей составляет десятки и сотни секунд, то период индукции для твердых горючих веществ может составлять часы, дни и месяцы. При температуре самовоспламенения вещества горение еще не возникает. Оно возникает и развивается при температуре горения (пламени), значительно превышающей температуру самовоспламенения. Например, температура самовоспламенения бензина 260 0 С, а температура его пламени 1200 – 1300 0 С. Скачок в подъеме температуры с 260 до 1200 0 С – результат самонагревания смеси паров бензина с воздухом.

Температура самовоспламенения горючего вещества не является постоянной величиной. Согласно тепловой теории самовоспламенения, эта температура зависит от скорости тепловыделения и скорости теплоотвода, которые, в свою очередь, зависят от объема горючего вещества, его концентрации, давления и других факторов.

В опытах по определению температуры самовоспламенения установлено, что она изменяется не только с изменением объема горючего вещества, но и от формы сосуда (тары), в котором вещество находится. Объясняется это тем, что с изменением формы или размера сосуда изменяется удельная поверхность теплоотвода S / V . В одинаковых по форме сосудах она тем меньше, чем больше объем сосуда. Следовательно, с увеличением объема сосуда скорость теплоотвода уменьшается и в соответствии с этим температура самовоспламенения должна понижаться. Приведенные ниже температуры самовоспламенения паров жидкостей в сосудах различного объема подтверждают это предположение:

температура самовоспламенения при увеличении объема снижается до тех пор, пока объем не достигнет некоторого значения (форма сосуда не изменяется); при дальнейшем увеличении объема температура самовоспламенения остается постоянной.

Повышение температуры самовоспламенения горючего вещества при уменьшении объема также не бесконечно. При очень малом объеме удельная поверхность теплоотвода становится такой большой, что скорость выделения тепла за счет окисления горючей смеси даже при очень высоких температурах не может превысить скорость теплоотвода, и самовоспламенения не происходит. На этом принципе сконструированы и работают многие устройства, предназначенные для предотвращения распространения горения по газовым смесям (огнепреградители).

Простейшим огнепреградителем является защитная сетка, помещаемая в горючую газовую смесь, которая разбивается сеткой на мелкие объемы. При этом самовоспламенение произойти не может. Защитную сетку применяют в шахтерских лампах, а также в трубопроводах небольшого диаметра, по которым транспортируется смесь воздуха с парами нефтепродуктов. Защитную сетку нельзя применять для смесей воздуха с водородом, ацетиленом, парами сероуглерода, спиртами, эфирами и другими веществами, имеющими либо низкую температуру самовоспламенения, либо высокую теплоту сгорания. В таких условиях горящая смесь при прохождении через горящую сетку не охлаждается ниже температуры самовоспламенения и продолжает гореть за сеткой.

Большую удельную поверхность теплоотвода можно получить не только в результате уменьшения объема сосуда, но и приданием ему соответствующей формы. На рис. 2.4 изображены сосуды разной формы, которые вмещают одинаковые количества горючей смеси.

Рис. 2.4. Сосуды одинаковой емкости с разной скоростью теплоотвода

В первом сосуде (куб) (рис. 2.4, а ) при нагреве происходит самовоспламенение смеси, во втором, представляющем собой тонкую щель (рис. 2.4, б ), смесь не самовоспламеняется. Объясняется это тем, что второй сосуд имеет в несколько раз большую поверхность теплоотвода, чем первый.

> Элементы теории самовозгорания. Температура самонагревания. Отличие самовозгорания от самовоспламенения и зажигания

Правильная организация противопожарных мероприятий и тушения пожаров невозможна без понимания сущности химических и физических процессов, которые происходят при горении. Знание этих процессов дает возможность успешно бороться с огнем.

Горение - это химическая реакция окисления, сопровождающаяся выделением большого количества тепла и обычно свечением. Окислителем в процессе горения может быть кислород, а также хлор, бром и другие вещества.

В большинстве случаев при пожаре окисление горючих веществ происходит кислородом воздуха. Горение возможно при наличии вещества, способного гореть, кислорода (воздуха) и источника зажигания. При этом необходимо, чтобы горючее вещество и кислород находились в определенных количественных соотношениях, а источник зажигания имел необходимый запас тепловой энергии.

Известно, что в воздухе содержится около 21% кислорода. Горение большинства веществ становится невозможным, когда содержание кислорода в воздухе понижается до 14-18%, и только некоторые горючие вещества (водород, этилен, ацетилен и др.) могут гореть при содержании кислорода в воздухе до 10% и менее. При дальнейшем уменьшении содержания кислорода горение большинства веществ прекращается.

Горючее вещество и кислород являются реагирующими веществами и составляют горючую систему, а источник зажигания вызывает в ней реакцию горения. Источником зажигания может быть горящее пли накаленное тело, а также электрический разряд, обладающий запасом энергии, достаточным для возникновения горения и др. самовозгорание зажигание огнетушащий

Горючие системы подразделяются на однородные и неоднородные. Однородными являются системы, в которых горючее вещество и воздух равномерно перемешаны друг с другом (смеси горючих газов, паров с воздухом). Горение таких систем называют горением кинетическим . Скорость его определяется скоростью химической реакции, значительной при высокой температуре. При определенных условиях такое горение может носить характер взрыва или детонации. Неоднородными являются системы, в которых горючее вещество и воздух не перемешаны друг с другом и имеют поверхности раздела (твердые горючие материалы и нераспыленные жидкости). В процессе горения неоднородных горючих систем кислород воздуха проникает (диффундирует) сквозь продукты горения к горючему веществу и вступает с ним в реакцию. Такое горение называют диффузионным горением, так как его скорость определяется главным образом сравнительно медленно протекающим процессом-диффузией.

Для возгорания тепло источника зажигания должно быть достаточным для превращения горючих веществ в пары и газы и для нагрева их до температуры самовоспламенения. По соотношению горючего и окислителя различают процессы горения бедных и богатых горючих смесей. Бедные смеси содержат в избытке окислитель и имеют недостаток горючего компонента. Богатые смеси, наоборот, имеют в избытке горючий компонент и в недостатке окислитель.

Возникновение горения связано с обязательным самоускорением реакции в системе. Процесс самоускорения реакции окисления с переходом ее в горение называется самовоспламенением. Самоускорение химической реакции при горении подразделяется на три основных вида: тепловой, цепной и комбинированный - цепочечно-тепловой. По тепловой теории процесс самовоспламенения объясняется активизацией процесса окисления с возрастанием скорости химической реакции. По цепной теории процесс самовоспламенения объясняется разветвлением цепей химической реакции. Практически процессы горения осуществляются преимущественно по комбинированному цепочечно-тепловому механизму.

Сгорание различают полное и неполное. При полном сгорании образуются продукты, которые неспособны больше гореть: углекислый газ, сернистый газ, пары воды. Неполное сгорание происходит, когда к зоне горения затруднен доступ кислорода воздуха, в результате чего образуются продукты неполного сгорания: окись углерода, спирты, альдегиды и др.

Ориентировочно количество воздуха (м3), необходимое для сгорания 1 кг вещества (или 1 м3 газа),

Теплота сгорания некоторых веществ: бензина-47 000 кДж/кг; древесины воздушно-сухой -14 600 кДж/кг; ацетилена - 54400 кДж/м3; метана - 39400 кДж/м3; окиси углерода - 12600 кДж/м3.

По теплоте сгорания горючего вещества можно определить, какое количество тепла выделяется при его сгорании, температуру горения, давление при взрыве в замкнутом объеме и другие данные.

Температура горения вещества определяется как теоретическая, так и действительная. Теоретической называется температура горения, до которой нагреваются продукты сгорания, в предположении, что все тепло, выделяющееся при горении, идет на их нагревание.

Действительная температура горения на 30-50% ниже теоретической, так как значительная часть тепла, выделяющегося при горении, рассеивается в окружающую среду.

Высокая температура горения способствует распространению пожара, при ней большое количество тепла излучается в окружающую среду, и идет интенсивная подготовка горючих веществ к горению. Тушение пожара при высокой температуре горения затрудняется.

При рассмотрении процессов горения следует различать следующие его виды: вспышка, возгорание, воспламенение, самовоспламенение, самовозгорание, взрыв.

Вспышка - это быстрое сгорание горючей смеси, не сопровождающееся образованием сжатых газов.

Возгорание - возникновение горения под воздействием источника зажигания.

Воспламенение - возгорание, сопровождающееся появлением пламени.

Возгораемость - способность возгораться (воспламеняться) под воздействием источника зажигания.

Самовозгорание - это явление резкого увеличения скорости экзотермических реакций, приводящее к возникновению горения веществ (материала, смеси) при отсутствии источника зажигания.

Самовоспламенение - это самовозгорание, сопровождающееся появлением пламени.

Взрывом называется чрезвычайно быстрое химическое (взрывчатое) превращение вещества, сопровождающееся выделением энергии и образованием сжатых газов, способных производить механическую работу.

Необходимо понимать различие между процессами возгорания (воспламенения) и самовозгорания (самовоспламенения). Для того чтобы возникло воспламенение, необходимо внести в горючую систему тепловой импульс, имеющий температуру, превышающую температуру самовоспламенения вещества. Возникновение же горения при температурах ниже температуры самовоспламенения относят к процессу самовозгорания (самовоспламенения).

Горение при этом возникает без внесения источника зажигания - за счет теплового или микробиологического самовозгорания.

Тепловое самовозгорание вещества возникает в результате самонагревания под воздействием скрытого или внешнего источника нагрева. Самовоспламенение возможно только в том случае, если количество тепла, выделяемого в процессе самоокисления, будет превышать отдачу тепла в окружающую среду.

Микробиологическое самовозгорание возникает в результате самонагревания под воздействием жизнедеятельности микроорганизмов в массе вещества (материала, смеси). Температура самовоспламенения является важной характеристикой горючего вещества.

Температура самовоспламенения - это самая низкая температура вещества, при которой происходит резкое увеличение скорости экзотермических реакций, заканчивающееся возникновением пламенного горения.

Температуры самовоспламенения некоторых жидкостей, газов и твердых веществ, имеющих применение в машиностроительной промышленности, приведены в табл. 1.

Таблица 1 Температуры самовоспламенения некоторых жидкостей

Помимо температуры самовоспламенения, горючие вещества характеризуются периодом индукции или временем запаздывания самовоспламенения. Периодом индукции называют промежуток времени, в течение которого происходит саморазогревание до воспламенения. Период индукции для одного и того же горючего вещества неодинаков и находится в зависимости от состава смеси, начальных температуры и давления.

Период индукции имеет практическое значение при действии на горючее вещество маломощных источников воспламенения (искры). Искра, попадая в горючую смесь паров или газов с воздухом, нагревает некоторый объем смеси, и в то же время происходит охлаждение искры. Воспламенение смеси зависит от соотношения периода индукции смеси и времени охлаждения искры. При этом, если период индукции больше времени охлаждения искры, то воспламенения смеси не произойдет.

Период индукции принят в основу классификации газовых смесей по степени их опасности в отношении воспламенения. Период индукции пылевых смесей зависит от размера пылинок, количества летучих веществ, влажности и других факторов.

Некоторые вещества могут самовозгораться, находясь при обычной температуре. Это в основном твердые пористые вещества большей частью органического происхождения (опилки, торф, ископаемый уголь и др.). Склонны к самовозгоранию и масла, распределенные тонким слоем по большой поверхности. Этим обусловлена возможность самовозгорания промасленной ветоши. Причиной самовозгорания промасленных волокнистых материалов является распределение жировых веществ тонким слоем на их поверхности и поглощение кислорода из воздуха. Окисление масла кислородом воздуха сопровождается выделением тепла. В случае, когда количество образующегося тепла превышает теплопотери в окружающую среду, возможно возникновение пожара.

Пожарная опасность веществ, склонных к самовозгоранию, очень велика, поскольку они могут загораться без всякого подвода тепла при температуре окружающей среды ниже температуры самовоспламенения веществ, а период индукции самовозгорающихся веществ может составлять несколько часов, дней и даже месяцев. Начавшийся процесс ускорения окисления (разогревания вещества) можно остановить лишь при обнаружении опасного нарастания температуры, что указывает на большое значение пожарно-профилактических мероприятий.

На машиностроительных предприятиях применяются многие вещества, способные к самовозгоранию. Самовозгораться при взаимодействии с воздухом могут сульфиды железа, сажа, алюминиевая и цинковая пудра и др. Самовозгораться при взаимодействии с водой могут щелочные металлы, карбиды металлов и др. Карбид кальция (СаС2), реагируя с водой, образует ацетилен (С2Н2).

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.

Самовозгорание , возникновение в результате самонагревания горючих твердых материалов, вызванного самоускорением в них экзотермич. реакций. Самовозгорание происходит из-за того, что тепловыделение в ходе реакций больше теплоотвода в окружающую среду.

Начало самовозгорания характеризуется температурой самонагревания (T сн), представляющей собой минимальную в условиях опыта температуру, при которой обнаруживается тепловыделение.

При достижении в процессе самонагревания определенной температуры, называемой температурой самовозгорания (T своз), возникает горение материала, проявляющееся либо тлением, либо пламенным горением. В последнем случае T своз адекватна температуре (T св), под которым в пожарном деле понимают возникновение и при нагревании до некоторой критической температуры. (см. в пожарном деле). В принципе самовозгорание и самовоспламенение по физической сущности сходны и различаются лишь видом горения, самовоспламенение возникает только в виде пламенного горения.

В случае самонагревание (предвзрывной разогрев) развивается в пределах всего нескольких градусов и поэтому не учитывается при оценке пожаровзрывоопасности и жидкостей. При самовозгорании область самонагревания может достигать нескольких сотен градусов (например, для торфа от 70 до 225 °С). Вследствие этого явление самонагревания всегда учитывается при определении склонности твердых веществ к самовозгоранию

Самовозгорание изучают путем термостатирования исследуемого материала при заданной температуре и установления зависимости между температурой, при которой возникает горение, размерами образца и временем его нагрева в термостате.

Процессы, происходящие при самовозгорании образцов горючего материала, изображены на рисунке. При температурах до T сн (напр., T 1) материал нагревается без изменений (тепловыделение отсутствует). При достижении T сн в материале происходят экзотермические реакции. Последние в зависимости от условий накопления теплоты (масса материала, плотность упаковки его атомов и молекул, продолжительность процесса и т. д.) могут после периода небольшого самонагревания по исчерпании способных саморазогреваться компонентов материала завершиться охлаждением образца до начальной температуры термостата (кривая 1) либо продолжать самонагреваться вплоть до T своз (кривая 2). Область между Т сн и T своз потенциально пожароопасна, ниже T сн - безопасна.

Изменение температуры Т во времени т в термостатированных образцах горючего материала.

Возможность самовозгорание материала, находящегося в потенциально пожароопасной области, устанавливают с помощью уравнений:

где T окр -температура окружающей среды, °С; l -определяющий размер (обычно толщина) материала; т-время, в течение которого может произойти самовозгорание; A 1 , n 1 и А 2 , n 2 -коэффициент, определяемые для каждого материала по опытным данным (см. табл.).

По уравнению (1) при заданном l находят T окр, при которой может возникнуть самовозгорание данного материала, по уравнению (2)-при известной Т окр величину т. При температуре, ниже вычисленной T окр, или при т, меньшем, чем время, рассчитанное по уравнению (2), самовозгорание не произойдет.

В зависимости от природы первоначального процесса, вызвавшего самонагревание материала, и значений T сн различают химическое, микробиологическое и тепловое самовозгорание

К химическому самовозгоранию относятся экзотермическое взаимодействие веществ (например, при попадании концентрированной HNО 3 на бумагу, древесные опилки и др.). Наиболее типичный и распространенный пример такого процесса - самовозгорание промасленной ветоши или иных волокнистых материалов с развитой поверхностью. Особенно опасны масла, содержащие соединения с ненасыщенными химическими связями и характеризующиеся высоким йодным числом (хлопковое, подсолнечное, джутовое и т.д.).

К явлениям химического самовозгорания относится также загорание ряда веществ (например, мелкораздробленный Аl и Fe, гидриды Si, В и некоторых металлов, металлоорганических соединений - алюминийорганические и др.) при контакте их с воздухом в отсутствие нагрева. Способность веществ к самовозгоранию в таких условиях называют пирофорностью. Особенность пирофорных веществ заключается в том, что их T своз (или T св) ниже комнатной температуры: - 200°С для SiH 4 , - 80 °С для А1(С 2 Н 5) 3 . Для предупреждения химического самовозгорание порядок совместного хранения горючих веществ и материалов строго регламентирован.

Склонностью к микробиологическому самовозгорание обладают горючие материалы, особенно увлажненные, служащие питательной средой для микроорганизмов, жизнедеятельность которых связана с выделением теплоты (торф, древесные опилки и др.). По этой причине большое число пожаров и взрывов происходит при хранении сельскохозяйственных продуктов (например, силос, увлажненное сено) в элеваторах. Для микробиологического и химического самовозгорания характерно то, что T сн не превышает обычных значений Т окр и может быть отрицательной. Материалы, имеющие T сн выше комнатной температуры, способны к тепловому самовозгоранию

Вообще склонностью ко всем видам самовозгорания обладают многие твердые материалы с развитой поверхностью (например, волокнистые), а также некоторые жидкие и плавящиеся вещества, содержащие в своем составе непредельные соединения, нанесенные на развитую (в том числе негорючую) поверхность. Расчет критических условий для химического, микробиологического и теплового самовозгорания осуществляется по уравнениям (1) и (2). Методы экспериментального определения Т

Правильная организация противопожарных мероприятий и тушения пожаров невозможна без понимания сущности химических и физических процессов, которые происходят при горении. Знание этих процессов дает возможность успешно бороться с огнем.

Горение - это химическая реакция окисления, сопровождающаяся выделением большого количества тепла и обычно свечением. Окислителем в процессе горения может быть кислород, а также хлор, бром и другие вещества.

В большинстве случаев при пожаре окисление горючих веществ происходит кислородом воздуха. Этот вид окислителя и принят в дальнейшем изложении. Горение возможно при наличии вещества, способного гореть, кислорода (воздуха) и источника зажигания. При этом необходимо, чтобы горючее вещество и кислород находились в определенных количественных соотношениях, а источник зажигания имел необходимый запас тепловой энергии.

Известно, что в воздухе содержится около 21% кислорода. Горение большинства веществ становится невозможным, когда содержание кислорода в воздухе понижается до 14-18%, и только некоторые горючие вещества (водород, этилен, ацетилен и др.) могут гореть при содержании кислорода в воздухе до 10% и менее. При дальнейшем уменьшении содержания кислорода горение большинства веществ прекращается.

Горючее вещество и кислород являются реагирующими веществами и составляют горючую систему, а источник зажигания вызывает в ней реакцию горения. Источником зажигания может быть горящее пли накаленное тело, а также электрический разряд, обладающий запасом энергии, достаточным для возникновения горения и др.

Горючие системы подразделяются на однородные и неоднородные. Однородными являются системы, в которых горючее вещество и воздух равномерно перемешаны друг с другом (смеси горючих газов, паров с воздухом). Горение таких систем называют горением кинетическим. Скорость его определяется скоростью химической реакции, значительной при высокой температуре. При определенных условиях такое горение может носить характер взрыва или детонации. Неоднородными являются системы, в которых горючее вещество и воздух не перемешаны друг с другом и имеют поверхности раздела (твердые горючие материалы и нераспыленные жидкости). В процессе горения неоднородных горючих систем кислород воздуха проникает (диффундирует) сквозь продукты горения к горючему веществу и вступает с ним в реакцию. Такое горение называют диффузионным горением, так как его скорость определяется главным образом сравнительно медленно протекающим процессом-диффузией.

Для возгорания тепло источника зажигания должно быть достаточным для превращения горючих веществ в пары и газы и для нагрева их до температуры самовоспламенения. По соотношению горючего и окислителя различают процессы горения бедных и богатых горючих смесей. Бедные смеси содержат в избытке окислитель и имеют недостаток горючего компонента. Богатые смеси, наоборот, имеют в избытке горючий компонент и в недостатке окислитель.

Возникновение горения связано с обязательным самоускорением реакции в системе. Процесс самоускорения реакции окисления с переходом ее в горение называется самовоспламенением. Самоускорение химической реакции при горении подразделяется на три основных вида: тепловой, цепной и комбинированный - цепочечно-тепловой. По тепловой теории процесс самовоспламенения объясняется активизацией процесса окисления с возрастанием скорости химической реакции. По цепной теории процесс самовоспламенения объясняется разветвлением цепей химической реакции. Практически процессы горения осуществляются преимущественно по комбинированному цепочечно-тепловому механизму.

Сгорание различают полное и неполное. При полном сгорании образуются продукты, которые неспособны больше гореть: углекислый газ, сернистый газ, пары воды. Неполное сгорание происходит, когда к зоне горения затруднен доступ кислорода воздуха, в результате чего образуются продукты неполного сгорания: окись углерода, спирты, альдегиды и др.

Ориентировочно количество воздуха (м 3), необходимое для сгорания 1 кг вещества (или 1 м 3 газа),

где Q - теплота сгорания, кДж/кг, или кДж/м 3 .

Теплота сгорания некоторых веществ: бензина-47 000 кДж/кг; древесины воздушно-сухой -14 600 кДж/кг; ацетилена - 54400 кДж/м 3 ; метана - 39400 кДж/м 3 ; окиси углерода - 12600 кДж/м 3 .

По теплоте сгорания горючего вещества можно определить, какое количество тепла выделяется при его сгорании, температуру горения, давление при взрыве в замкнутом объеме и другие данные.

Температура горения вещества определяется как теоретическая, так и действительная. Теоретической называется температура горения, до которой нагреваются продукты сгорания, в предположении, что все тепло, выделяющееся при горении, идет на их нагревание.

Теоретическая температура горения

где m - количество продуктов горения, образующихся при сгорании 1 кг вещества; с - теплоемкость продуктов горения, кДж/ (кг*К); θ - температура воздуха, К; Q - теплота сгорания, кДж/кг.

Действительная температура горения на 30-50% ниже теоретической, так как значительная часть тепла, выделяющегося при горении, рассеивается в окружающую среду.

Высокая температура горения способствует распространению пожара, при ней большое количество тепла излучается в окружающую среду, и идет интенсивная подготовка горючих веществ к горению. Тушение пожара при высокой температуре горения затрудняется.

При рассмотрении процессов горения следует различать следующие его виды: вспышка, возгорание, воспламенение, самовоспламенение, самовозгорание, взрыв.

Вспышка - это быстрое сгорание горючей смеси, не сопровождающееся образованием сжатых газов.

Возгорание - возникновение горения под воздействием источника зажигания.

Воспламенение - возгорание, сопровождающееся появлением пламени.

Возгораемость - способность возгораться (воспламеняться) под воздействием источника зажигания.

Самовозгорание - это явление резкого увеличения скорости экзотермических реакций, приводящее к возникновению горения веществ (материала, смеси) при отсутствии источника зажигания.

Самовоспламенение - это самовозгорание, сопровождающееся появлением пламени.

Взрывом называется чрезвычайно быстрое химическое (взрывчатое) превращение вещества, сопровождающееся выделением энергии и образованием сжатых газов, способных производить механическую работу.

Необходимо понимать различие между процессами возгорания (воспламенения) и самовозгорания (самовоспламенения). Для того чтобы возникло воспламенение, необходимо внести в горючую систему тепловой импульс, имеющий температуру, превышающую температуру самовоспламенения вещества. Возникновение же горения при температурах ниже температуры самовоспламенения относят к процессу самовозгорания (самовоспламенения).

Горение при этом возникает без внесения источника зажигания - за счет теплового или микробиологического самовозгорания.

Тепловое самовозгорание вещества возникает в результате самонагревания под воздействием скрытого или внешнего источника нагрева. Самовоспламенение возможно только в том случае, если количество тепла, выделяемого в процессе самоокисления, будет превышать отдачу тепла в окружающую среду.

Микробиологическое самовозгорание возникает в результате самонагревания под воздействием жизнедеятельности микроорганизмов в массе вещества (материала, смеси). Температура самовоспламенения является важной характеристикой горючего вещества.

Температура самовоспламенения - это самая низкая температура вещества, при которой происходит резкое увеличение скорости экзотермических реакций, заканчивающееся возникновением пламенного горения.

Температуры самовоспламенения некоторых жидкостей, газов и твердых веществ, имеющих применение в машиностроительной промышленности, приведены в табл. 28.

Таблица 28 Температуры самовоспламенения некоторых жидкостей

Помимо температуры самовоспламенения, горючие вещества характеризуются периодом индукции или временем запаздывания самовоспламенения. Периодом индукции называют промежуток времени,

в течение которого происходит саморазогревание до воспламенения. Период индукции для одного и того же горючего вещества неодинаков и находится в зависимости от состава смеси, начальных температуры и давления.

Период индукции имеет практическое значение при действии на горючее вещество маломощных источников воспламенения (искры). Искра, попадая в горючую смесь паров или газов с воздухом, нагревает некоторый объем смеси, и в то же время происходит охлаждение искры. Воспламенение смеси зависит от соотношения периода индукции смеси и времени охлаждения искры. При этом, если период индукции больше времени охлаждения искры, то воспламенения смеси не произойдет.

Период индукции принят в основу классификации газовых смесей по степени их опасности в отношении воспламенения. Период индукции пылевых смесей зависит от размера пылинок, количества летучих веществ, влажности и других факторов.

Некоторые вещества могут самовозгораться, находясь при обычной температуре. Это в основном твердые пористые вещества большей частью органического происхождения (опилки, торф, ископаемый уголь и др.). Склонны к самовозгоранию и масла, распределенные тонким слоем по большой поверхности. Этим обусловлена возможность самовозгорания промасленной ветоши. Причиной самовозгорания промасленных волокнистых материалов является распределение жировых веществ тонким слоем на их поверхности и поглощение кислорода из воздуха. Окисление масла кислородом воздуха сопровождается выделением тепла. В случае, когда количество образующегося тепла превышает теплопотери в окружающую среду, возможно возникновение пожара.

Пожарная опасность веществ, склонных к самовозгоранию, очень велика, поскольку они могут загораться без всякого подвода тепла при температуре окружающей среды ниже температуры самовоспламенения веществ, а период индукции самовозгорающихся веществ может составлять несколько часов, дней и даже месяцев. Начавшийся процесс ускорения окисления (разогревания вещества) можно остановить лишь при обнаружении опасного нарастания температуры, что указывает на большое значение пожарно-профилактических мероприятий.

На машиностроительных предприятиях применяются многие вещества, способные к самовозгоранию. Самовозгораться при взаимодействии с воздухом могут сульфиды железа, сажа, алюминиевая и цинковая пудра и др. Самовозгораться при взаимодействии с водой могут щелочные металлы, карбиды металлов и др. Карбид кальция (СаС 2), реагируя с водой, образует ацетилен (С 2 Н 2).