Основные показатели пожарной опасности

Классификация процессов горения

Цепное самовоспламенение (цепной взрыв)

Тепловое самовоспламенение (тепловой взрыв)

Механизмы возникновения горения

Во всех случаях для процесса горения характерны три стадии:

1. Возникновение горения.

2. Распространение пламени.

3. Погасание пламени (прекращение горения).

Импульс началу реакции горения (воспламенения) горючей смеси дает:

- либо нагрев самой смеси горючего и окислителя (самовоспламенение, самовозгорание);

- либо внешний источник воспламенения: искра, пламя, нагретое тело, ударная волна (зажигание).

Самовоспламенение – это явление резкого увеличения скорости экзотермических реакций, приводящее к самопроизвольному возникновению горения вещества в отсутствии источника зажигания.

Теория теплового самовоспламенения разработана академиком Семе-новым Н.Н., который исходил из представления об ускорении реакций окисления с температурой и преобладания скорости тепловыделения над теплоотводом.

При окислительной реакции, проходящей с полной отдачей образующегося тепла, горение не возникает. Горение возникает лишь в условиях резкого самоускорения химического процесса, связанного с накоплением либо тепла в системе (так называемое тепловое самовоспламенение), либо катализирующих промежуточных продуктов реакции (цепное самовоспламенение). Суть тепловой теории заключается в следующем. Рассмотрим поведение горючей смеси, заключенной в сосуд объемом V с постоянной температурой во всех точках сосуда Т.

В смеси протекает химическая реакция с выделением тепла. Выделившееся тепло расходуется на нагрев смеси и потери в окружающую среду за счет теплопроводности и излучения.

Скорость выделения тепла при реакции:

,

где: К – константа скорости реакций, зависящая от температуры;

с – концентрация реагирующих веществ;

n – порядок реакции;

Е – энергия активации реакции;

Q – тепловой эффект реакции;

V – объем сосуда;

τ – время.

Количество тепла, отводимое от поверхности сосуда в единицу времени, выражается линейной зависимостью:

где: α – коэффициент теплоотдачи;

S – площадь поверхности стенок сосуда,

T ₀ – температура окружающей среды.

Решающим условием возникновения процесса горения является превышение или равенство скорости выделения тепла реакции над скоростью отдачи тепла реагирующей системой в окружающую среду, например, стенкам реакционного сосуда.

По теории Аррениуса скорость химической реакций определяется числом молекул, обладающей энергией активации. Однако саморазогрев горючей смеси при экзотермической реакции из-за недостаточного теплоотвода (по тепловой теорий самовоспламенения) – не единственно возможный механизм ускорения реакций.

Согласно цепной теории самовоспламенения, химическая реакция самоускоряется не путем непосредственного взаимодействия исходных молекул с выделением тепла, а с помощью активных "осколков" (радикалов, атомарных частиц и др.), образующихся при распаде этих молекул. При этом скорость реакций может прогрессивно возрастать и в изотермических условиях.

Таким образом, причиной самоускорения реакций может быть накопление в системе как тепла реакции, так и химически активных продуктов реакции.

Цепной механизм реакции объясняется перераспределением избыточной энергии, кото­рая реализуется в реакции следующим образом: запас химической энергии, сосредоточенный в молекуле продукта первичной реакции, передается одной из реагирующих молекул, которая пе­реходит в химически активное состояние. Подобные условия более благоприятны для протекания реакции, чем условия, при которых химическая энергия взаимодействия переходит в энергию теплового ха­отического движения.

При таком механизме передачи энергии реакция приводит к обра­зованию одной или нескольких новых активных частиц – возбужденных молекул, свободных радикалов или атомов. Таковы, например, атомарный водород, кислород, хлор, радикалы и гидроксил, и т.д. Все эти вещества, являясь химически ненасыщенными, отличаются высокой реакционной способностью и могут реагировать с компонентами смеси, образуя в свою очередь, свободные радикалы и атомы. Так образуется цепочка последовательных реакций.

Цепная реакция протекает различно, в зависимости от того, сколько активных вторичных центров образует­ся на каждый израсходованный активный центр – один или больше одно­го. В первом случае общее число активных центров остается неизменным, и реакция протекает с постоянной (при данных температуре иконцент­рации) скоростью, т.е. стационарно. Во втором случае число активных центров непрерывно возрастает, цепь разветвляется и реакция самоускоряется.

Это неограниченное, до полного израсходования реагирующих компонентов, самоускорение воспринимается как самовоспламенение. Внешне реакция протекает так же, как и при тепловом самовоспламенении. Различие состоит в том, что при тепловом механизме в реагирующей смеси накапливается теп­ло, а при цепном механизме – активные центры. Оба фактора ведут к ускорению реакции. Цепное воспламенение принципиально может осу­ществляться при постоянной температуре без заметного разогрева смеси.

Условием ускорения реакции является в данном случае превышение числа разветвления цепей над числом их обрывов (при образовании конечного продукта, на стенках реакционного сосуда и т.д.). Цепные реакции могут протекать и при полном отводе тепла, т.е. в изотермических условиях, тогда как при тепловом механизме реакция должна была бы затухнуть. По цепной теории появление тепла – только следствие процесса, а не причина возникновения горения.

По разным признакам и особенностям процессы горения можно разделить на следующие виды:

По агрегатному состоянию горючего вещества:

- горение газов;

- горение жидкостей и плавящихся твердых веществ;

- горение неплавящихся твердых пылевидных и компактных веществ.

По фазовому составу компонентов:

- гомогенное горение (реагирующие вещества находятся в одном агрегатном состоянии);

- гетерогенное горение;

По подготовленности горючей смеси:

- диффузионное горение (пожар) (скорость образования горючей смеси ниже скорости химической реакции горения);

- кинетическое горение (взрыв) (образование горючей смеси происходит практически мгновенно – горение газов).

По степени сгорания горючего вещества:

- полное (при достаточном или избыточном количестве окислителя);

- неполное (при недостатке окислителя).

1. Температура вспышки — наименьшая температура горючего вещества, при которой над его поверхностью образуются пары в таком количестве, что они способны вспыхивать при контакте с открытым источником огня; устойчивое горение при этом не возникает. Вспышка — быстрое сгорание газопаровоздушной смеси над поверхностью горючего вещества, сопровождающееся кратковременным видимым свечением. Легковоспламеняющимися называются горючие жидкости с температурой вспышки не более 61 °C.

2. Температура самовоспламенения — наименьшая температура горючего вещества, при нагреве до ко­то­рой происходит резкое увеличение скорости экзотермических объёмных реакций, при­во­дящее к возникновению пламенного горения. Эта температура требуется для дости­же­ния энергии активации реакции горения. Для большинства веществ составляет 700-1000 ^оС.

3. Температура воспламенения — наименьшая температура вещества, при которой пары над поверхностью горючего вещества выделяются с такой скоростью, что при воздействии на них источника зажигания наблюдается воспламенение. Воспламенение — пламенное горение вещества, инициированное источником зажигания и продолжающееся после его удаления, то есть при температуре воспламенения возникает устойчивое горение.

4. Концентрационная область воспламенения газа, пара или взвеси - интервал концентрации горючего вещества, равномерно распределённого в данной окислительной среде (обычно в воздухе), в пределах которого вещество способно воспламеняться от источника зажигания с последующим распространением самостоятельного горения по смеси. Область воспламенения ограничена нижними и верхними концентрационными пределами воспламенения (НКПВ и ВКПВ). Значения концентрационных пределов воспламенения зависят от рода веществ и окислительной среды, параметров состояния, направления распространения пламени, формы и размера сосуда, в котором заключена смесь.

Дата добавления: 2013-12-12