На головну

САМОЗАЙМАННЯ, САМОЗАГОРЯННЯ, СПАЛАХ

  1. Від чого залежить температура спалаху горючих речовин?
  2. Класифікація матеріалів за властивістю до горіння. Спалах, самозаймання.

Горіння.Правильне уявлення про горіння склалося понад 200 років тому. М. В. Ломоносов уперше довів, що процес горіння полягає в хімічному сполученні горючих речовин з повітрям. Пізніше (1773 р.) французький учений Лавуазьє продовжив дослідження М. В. Ломоносова і встановив, що під час горіння з горючою речовиною сполучається не все повітря, а лише одна з його складових частин - газ, який він пізніше назвав киснем.

Так було науково доведено, що горіння - це швидкоплинна екзотермічна реакція окислення горючих речовин киснем повітря, внаслідок чого виділяється велика кількість тепла і випромінюється світло.

Горючий матеріал - це будь-яка тверда, рідка або газоподібна речовина, здатна окислюватися з виділенням тепла і випромінюванням світла.

Окислювачем може бути не тільки кисень, а й хлор, фтор, сірка, бертолетова сіль, азотна кислота тощо. Із зменшенням концентрації кисню горіння сповільнюється, а при наявності в повітрі лише 14...15% кисню горіння припиняється. Наявність горючого середовища становить значну пожежну небезпеку, оскільки це може бути постійною загрозою пожежі.

Джерела займання поділяють на відкриті (світні) - полум'я, іскри, розжарені предмети, світлове випромінювання - і приховані (не світні) - теплота хімічних реакцій, абсорбції, тертя, удар тощо.

Найнижча температура, при якій речовина займається і починає горіти або тліти, називається температурою займання. Вона залежить від природи речовини, атмосферного тиску, вмісту кисню в повітрі тощо і для різних матеріалів неоднакова. Деревина, наприклад, займається при температурі 270...300°С, графіт - при 225...280°С, а кам'яне вугілля - при 400...500°С.

Температура займання твердих матеріалів (500...580°С) завжди менша від температури їх полум'я. Так, полум'я сірника має температуру 750...860°С, а тління цигарки - 700...750°С, температура полум'я дерев'яної тріски становить 850...1000°С,

- 257 -

а бензинової запальнички - 1200...1300°С.

Температура полум'я під час пожеж становить 800...1300°С, а сам процес горіння відбувається тим швидше, чим вища температура навколишнього природного середовища. Тому дуже важливо не дати розгорітися пожежі, загасити полум'я на самому початку.

Вибух.У виробничих приміщеннях, ємкостях, колодязях, на складах і відкритих майданчиках легко займисті та горючі рідини можуть утворювати вибухові пароповітряні суміші. Вибухонебезпечні також усі горючі гази, пил, волокна тощо.

Вибух- окремий випадок горіння, який відбувається внаслідок раптового розкладу або згорання речовини і супроводжується короткочасним виділенням великої кількості теплоти, світла, газів або пари, які створюють великий тиск на навколишнє природне середовище, що призводить до руйнувань. Вибухи, що виникають внаслідок хімічних процесів, пояснюються величезною швидкістю реакції розкладу, яку вимірюють у кілометрах в секунду.

Під час горіння газу й пароповітряних сумішей температура звичайно не перевищує 1400°С. Під час вибуху суміші протягом кількох часток секунди температура досягає 2000°С. Ступінь вибухонебезпечності сумішей неоднаковий. Він залежить від кількості, тобто концентрації, суміші в повітрі. Найменша кількість (у процентах) газів, пари або пилу в повітрі, що утворює вибухонебезпечну суміш, називається нижньою границею вибуховості (НГВ) суміші, а найбільша - верхньою границею вибуховості (ВГВ). Чим більша різниця між НГВ і ВГВ, тим вибухо-небезпечніша речовина. Наприклад, бензин має НГВ 2%, а ВГВ - 4,8%, водень - відповідно 4,1 % і 75%, ацетилен - 1,53 і 82%, бутан - 1,6 і 8,5%, пропан - 2,3 і 9,5 %. Отже, найнебезпечнішими є водень і ацетилен.

Щоб запобігти утворенню вибухових паро- і газо- повітряних сумішей, потрібно знати, де у приміщеннях ті чи інші пари і гази можуть нагромаджуватись. Пари й гази, які мають густину більшу, ніж повітря, звичайно накопичуються в нижніх частинах приміщень (у підвалах, колодязях), а гази й пари, густина яких менша від густини повітря, заповнюють верхні зони приміщень. Важливо також знати концентрацію горючих газів і парів у приміщеннях, їх визначають різними методами

- 258 -

газового аналізу, газоаналізаторами і газосигналізаторами.

Для локалізації вибухів пило повітряних сумішей у вентиляційних системах влаштовують гравійні фільтри і перекривні клапани, в електрообладнанні застосовують щільний захист, у приміщеннях - інертні гази або мінеральні присадки. Слід ураховувати також, що, чим дрібніші частинки пилу, тим він не безпечніший щодо займистості та вибуху.

Крім зазначених заходів запобігання вибухам можуть бути ще такі: зберігання газів і рідин відповідно до норм, зниження НГВ порівняно з мінімальною; віддалення вибухонебезпечних сумішей від джерел вибуху (вогню, ударів, тертя тощо).

Займання, самозаймання, само загоряння і спалах.Горіння, що виникло внаслідок дії на горючий матеріал відкритого вогню (полум'я, іскри), називається займанням. Горінню будь-якого матеріалу завжди передує повільний процес окислення, причому реакція окислення екзотермічна і за певних умов може самоприскорюватись, спричиняючи горіння матеріалу.

Горіння, що виникло внаслідок дії на горючий матеріал теплоти, називається самозайманням.Температура самозаймання - це найнижча температура, до якої треба нагріти речовину, щоб внаслідок подальшого самоокислення вона розігрілась до самозаймання. Найнижчу температуру самозаймання має фосфор (30°С), а найвищу - магній (670°С).

Само загоряння- тривалий процес виникнення горіння, що проходить внаслідок дії хімічних, фізико-технічних і біологічних явищ, які відбуваються в речовині. Отже, само загоряння виникає без стикання горючого матеріалу з відкритим полум'ям і без теплоти.

За своєю природою процеси самозаймання і само загоряння однакові. Проте перший характеризується попереднім нагріванням речовин до температури самозаймання, а другий відбувається без попереднього нагрівання, оскільки температура речовини нижча від звичайної. Обидва процеси врешті-решт закінчуються горінням.

Усі самозагоряючі речовини за природою виникнення поділяють на такі групи: речовини рослинного походження; вугілля і торф; масла і жири; хімічні речовини і суміші.

- 259 -

До самозагоряючих речовин рослинного походження належать тирса, сіно, солома тощо. Особливо підлягають само загорянню вологі рослинні продукти, в яких продовжується життєдіяльність мікроорганізмів. Наявність вологи в рослинних продуктах при деяких температурах супроводжується розмноженням мікроорганізмів, інтенсифікація життєдіяльності яких спричинює підвищення температури. За сприятливих для акумуляції теплоти умов (наявність значної кількості рослинного продукту, наприклад, скирта сіна чи силос у башті) температура може становити 70°С. При цій температурі мікроорганізми гинуть, а їхнє розкладання супроводжується подальшим підвищенням температури з утворенням пористого вугілля, яке може поглинати пари й гази в більших обсягах. Цей процес також супроводжується виділенням теплоти і поступовим підвищенням температури до 100...130°С, при цьому відбувається розпад нових сполук з виникненням пористого вугілля. При температурі 200°С розпадається клітковина, що входить до складу рослинних продуктів, і створюється новий вид вугілля, яке може дуже інтенсивно окислюватись.

Окислення вугілля, що виникло внаслідок розпаду клітковини, призводить до подальшого підвищення температури аж до виникнення горіння. Самозагорятись може також вугілля, одержане при термічному розпаданні целюлозних матеріалів (дерев'яне вугілля). Це вугілля може самозагорятись тільки у свіжо виготовленому стані.

Деякі види вугілля (буре, кам'яне) можуть самозагорятись, якщо вони складені в штабелі та купи. Причинами само загоряння є їхня здатність окислятися при низьких температурах та адсорбувати (поглинати) кисень, повітря та інші гази чи пари. Проте основною причиною само загоряння є окислення вугілля. Адсорбція вугіллям парів і газів також супроводжується підвищенням температури. Адсорбція вологи спричинює підвищення температури вугілля до 60...75°С, а подальше виділення теплоти відбувається за рахунок органічної маси.

Торф (переважно фрезерний) самозагоряється внаслідок протікання в його масі біологічних (життєздатність мікроорганізмів) і хімічних (окислення) процесів. Мікроорганізми починають розмножуватися в торфі при

- 260 -

температурі 10...18°С і закінчують при 70°С. Органічна маса торфу найбільш інтенсивно окислюється при температурі 40...60°С, а починаючи з 70°С він розігрівається насамперед за рахунок теплоти, що виділяється при окисленні.

Часто причиною пожеж, особливо на складах і у виробничих приміщеннях, є само загоряння жирів і масел мінерального чи тваринного походження, олій, якими просочені волокнисті матеріали і тканини.

Мінеральні масла (машинне, солярове, трансформаторне) - це суміш переважно граничних вуглеводів, у чистому вигляді вони самозагорятись не можуть.

Само загоряння може статися при наявності сумішей олій. Олії (конопляна, лляна, соняшникова, бавовняна) і масла тваринного походження (вершкове) є сумішшю гліцеридів жирних кислот.

Само загоряння масел, олій і жирів виникає за наявності в їхньому складі неорганічних сполук, великої поверхні окислення і малої тепловіддачі, деякого відношення їхньої кількості і просоченого ними матеріалу і деякої його щільності. Самозагоряються оліфи, приготовані з лляної олії, а також відходи і за мішки деяких нітролаків.

Багато хімічних речовин і їхніх сумішей при стиканні з повітрям чи вологою можуть само нагріватись, що нерідко закінчується само загорянням. Зіткнувшись з повітрям, самозагоряються алюмінієвий порох, карбіди лужних металів, цинк, залізо в порошку тощо, а при взаємодії з водою - карбіди лужних металів, оксид кальцію (негашене вапно), пероксид натрію тощо. У разі змішування однієї речовини з іншою самозагоряються азотна кислота, пероксиди водню і натрію, марганцевокислий калій, селітри, хромовий ангідрид, карбіди лужних металів тощо. Так, дія азотної кислоти на деревину, папір, тканини, скипидар спричинює загоряння їх. Ацетилен, водень, метан і етилен самозагоряються в атмосфері хлору при денному світлі. Відповідно до властивостей речовин, що можуть самозагорятись, існують деякі допуски, визначені спеціальними правилами транспортування і зберігання їх з іншими речовинами.

Спалахомназивають швидке згоряння парів, газів, рідин або газо чи пильно вітряної суміші з киснем повітря, після чого

- 261 -

горіння припиняється. Про здатність матеріалів загорятися судять здебільшого за температурою спалаху і займання. Температура спалаху - це та найнижча температура, за якої над поверхнею рідини або іншого матеріалу утворюється суміш пари з повітрям, здатна займатися, якщо піднести відкритий вогонь.

Займисті рідини більш пожежонебезпечні, ніж тверді горючі матеріали і речовини, оскільки вони швидше займаються, інтенсивніше горять, утворюють вибухові пароповітряні суміші і погано гасяться водою. Температуру спалаху різних речовин визначають приладами у лабораторних умовах. Вона може становити від 50°С (сірковуглець С32 ) до 300°С (лляна олія). Температура спалаху різних речовин і матеріалів коливається у межах від -50 до +100°С і вище. Температуру спалаху враховують при виборі матеріалів і призначенні технологічних процесів. Вона є важливим показником пожежної небезпеки матеріалів.

Більшість матеріалів має вищу температуру запалення, ніж температуру спалаху. Тому при нагріванні матеріалів і речовин (твердих, газоподібних, рідких) вони випаровуються, створюється вибухонебезпечна суміш з повітрям і, перш ніж почнеться самозапалення, станеться спалах.

Властивість продуктів горіння. Температурний режим при пожежах.Тверді, рідкі і газоподібні речовини, що утворюються в процесі горіння, називаються продуктами згоряння. Склад і властивість продуктів згоряння залежать від складу горючої речовини і умов горіння.

Вуглець, водень, сірка і фосфор, що входять до складу горючих речовин органічного і мінерального походження, в процесі горіння окислюються і створюють оксид вуглецю - СО і оксид вуглецю (IV) - СО2, водяні пари - Н20, сірчаний газ - SО2 і фосфорний ангідрид - Р2О5. Усі ці продукти, за винятком оксиду вуглецю, далі горіти не можуть.

Залежно від умов впливу повітря горіння може бути повним і неповним. Повне горіння відбувається при достатній кількості повітря, а неповне - при недостатній. Для органічних горючих речовин в умовах неповного горіння характерне виділення не тільки перерахованих вище продуктів, а й різного роду органічних сполук (спиртів, кетонів, альдегідів, кислот).

- 262 -

Продукти згоряння (особливо ті, що виділяються в умовах неповного горіння чи внаслідок термічного розпадання різного роду полімерних сполук) загрожують життю і здоров'ю людини. Так, вдихання 0,4% оксиду вуглецю смертельне, 8...9% концентрація оксиду вуглецю (IV) також небезпечна для життя людини. Ще більш небезпечні продукти термічного розпадання хімічних речовин: фосгену, хлороводню, синильної кислоти тощо. Небезпечна для здоров'я і життя людей також теплота, що виділяється при пожежі. Вдихання під час пожежі протягом кількох хвилин повітря, що має температуру 60...70°С, спричинює смерть.

Кількість теплоти, що виділяється при пожежі, і температура навколишнього природного середовища значною мірою залежать від теплоти згоряння речовини. Кількість теплоти для вуглеводнів, нафти і нафтопродуктів становить 39900...46200 Дж/кг, для кам'яного вугілля - 8400... 31500 Дж/кг, а для деревини і бавовни - 8400...16800 Дж/кг. Теплота, що виділяється під час пожежі, руйнує також обладнання і будівельні конструкції, сприяє поширенню пожежі на суміжні приміщення і будівлі, а також чинить опір діям, направленим на гасіння пожежі.

Дійсна температура горіння речовини завжди нижча від теоретичної, оскільки горіння відбувається при значних недостачі повітря і втратах теплоти. Так, теоретична середня температура горіння деревини становить 1600°С, а дійсна - не перевищує 1100°С; для бензину ця температура становить відповідно 1700 і 1200°С, а для природного газу - 2000 і 1500°С.

Для оцінки характеру зміни температури при пожежі з урахуванням різних умов горіння прийняте поняття температурний режим, тобто зміна в часі середньої температури в приміщенні. Так, узагальнення численних даних про пожежі в житлових і громадських будинках привело до введення поняття стандартного температурного режиму, в умовах якого перевіряють вогнестійкість будівельних конструкцій.

Особливості горіння різних речовин.У виробничих умовах можуть утворюватися суміші горючих газів чи парів У різних кількісних відношеннях (концентрація парів і газів у цих сумішах може змінюватись від 0 до 100%). Проте

- 263 -

вибухонебезпечними ці суміші можуть бути не завжди, а тільки тоді, коли концентрація горючого газу чи пари знаходиться між межами вибухових концентрацій. Крім того, горіння паро- чи газоповітряних сумішей характеризується швидким розповсюдженням полум'я. Так ,при горінні цих сумішей у трубопроводах швидкість розповсюдження полум'я становить 0,3...2,7 м/с, а при горінні їх в ємкостях і апаратах невеликих розмірів - 6,5...10,0 м/с. У разі вибуху цих речовин в трубопроводах полум'я розповсюджується зі швидкістю 1000...1400 м/с (детонаційне горіння). Ці властивості враховують, вибираючи устаткування засобів пожежегасіння даних сумішей.

Пил горючих і деяких негорючих речовин (алюмінію, цинку) в суміші з повітрям може створювати горючі (пожежо- і вибухонебезпечні) концентрації.

Найнебезпечніші умови для вибуху створює пил, який є в повітрі у великій кількості. Проте і пил, який осів на конструкції, також небезпечний, бо може призвести не тільки до виникнення пожежі, а й до повторного вибуху, спричиненого завихрюванням пилу під час первинного вибуху. Дуже небезпечна наявність пилу на деревообробних підприємствах, особливо в цехах, у яких виготовляють деревне борошно, шліфують дерев'яні вироби та розпилюють суху деревину.

При нагріванні пилу, як і газоподібних горючих речовин, проходять окислювальні процеси, які при деякій швидкості реакції можуть перейти в самозаймання, що закінчується тлінням чи горінням. Пил однієї і тієї самої речовини залежно від стану має дві температури самозаймання: для аерозолю і аерогелю. Так, температура самозаймання деревного борошна в повітрі становить 775°С, а в лежачому стані вона в 2,8 рази нижча (275°С). Пил, який осів, більш небезпечний, оскільки він має значно вищу температуру самозаймання. Цим пояснюється те, що іскри механічного походження запалюють пил, що осів, а не той, що є в повітрі. Проте горіння пилу, що осів, спричинює загоряння пилу, що є в повітрі, горіння якого супроводжується вибухом.

Загоряння аеровиважу і розповсюдження по ньому полум'я відбувається тільки при визначених концентраціях пилу, який є в повітрі.

- 264 -

Тверді речовини можуть загорітися внаслідок нагрівання деякої частини їх за допомогою полум'я, розжареного тіла чи іскор. Полум'я виникає тоді, коли настає термодинамічна рівновага, тобто коли газоподібні продукти, які виділяються при нагріванні твердої речовини, нагріті до температури самозапалення, а їхня кількість і швидкість виділення достатні для підтримання горіння. Деякі тверді речовини (мінеральна пробка, термиз марки 25, фрезерний торф) при нагріванні не виділяють газоподібних продуктів, тому вони лише тліють. Тверді речовини згоряють з різною швидкістю, яка залежить від розміру частинок, вологості, маси, доступу повітря тощо.

Горіння вогненебезпечних рідин у виробничих умовах виникає найчастіше внаслідок запалення, спричиненого дією різного роду теплових джерел (відкрите полум'я, розжарені тіла, іскри електричного чи механічного походження).

Небезпека горіння рідин полягає також у тому, що ємкості для зберігання їх швидко руйнуються під дією високої температури, внаслідок чого горюча рідина розтікається по приміщенню чи майданчику, створюючи загрозу займання предметів і горючих матеріалів, розміщених поблизу.

Основною умовою виникнення пожежі є наявність горючого середовища, що включає в себе горючу речовину і кисень (повітря), а також джерела запалення. Пожежа може виникнути, якщо горюче середовище буде нагріте до певної температури за допомогою джерела запалення (іскра, полум'я, хімічна, електрична чи механічна енергія, розжарені тіла). Після виникнення вогню постійним джерелом запалення є зона горіння, тобто та ділянка, де відбувається екзотермічна (з'єднувальна чи розкладальна) реакція, яка супроводжується виділенням теплоти і світла.

Вогонь може початися не тільки в середовищі кисню, багато речовин можуть горіти в атмосфері хлору, парів брому, сірки тощо. Горюче середовище може виникнути також при тонко дисперсному розпиленні твердих і рідких речовин.

Основні причини виникнення пожеж розглянуто раніше. Слід додати, що усі причини пожеж можна поділити на дві групи.

- 265 -

До першої групи належать причини, зумовлені не допустимою за умовами пожежної безпеки появою горючого середовища при необхідному (допустимому) наявному джерелі загоряння. Ці причини пов'язані з застосуванням чи зберіганням горючих речовин і матеріалів в непередбачених місцях, а також зумовлені аварійним станом обладнання (наприклад, розривання трубопроводів у котельних, що працюють на рідкому паливі, теча пальних стрічок двигунів внутрішнього згоряння, переливання чи викидання розплавленої маси при варінні бітуму).

До другої групи належать причини, зумовлені недопустимою появою джерела загоряння при необхідній (допустимій) наявності горючого середовища, тобто горючої речовини і кисню (повітря).

Ці причини -

- пов'язані з застосуванням відкритого вогню в різних

формах;

- зумовлені появою іскор механічного і електричного походження;

- зумовлені перегріванням і розплавленням провідників струму і деталей електроустановок при коротких замиканнях;

- зумовлені перегріванням електроустановок при струмкових перевантаженнях;

- пов'язані з дією сонячних променів (наприклад, у випадку їхнього фокусування при проходженні крізь прозорі судини, заповнені рідинами);

- сталися внаслідок перегрівання оброблюваних речовин понад температуру самозапалення; зумовлені порушенням режиму зберігання і обробки самозаймистих речовин;

пов'язані з недопустимим підвищенням температури при стисканні (переважно під час роботи компресорних установок);

- зумовлені вибухами в технологічному та інженерно-технічному обладнанні.

Друга група причин характерна для будівництва великих об'єктів, а профілактика пожеж в основному зводиться до різних форм попередження можливості появи джерел

- 266 -

запалення.



ОРГАНІЗАЦІЙНО-ТЕХНІЧНІ ЗАХОДИ. | КЛАСИФІКАЦІЯ ПРИМІЩЕНЬ ЗА ВИБУХО І ПОЖЕЖОНЕБЕЗПЕКОЮ.

Розробка котлованів і траншей у мерзлому ґрунті. | СИСТЕМ ПІД ТИСКОМ І КРІОГЕННОЇ ТЕХНІКИ. | Безпека при експлуатації котельних установок. | Безпека при експлуатації компресорних установок | Безпека при експлуатації балонів | Безпека при експлуатації установок кріогенної техніки. | В УМОВАХ БУДІВЕЛЬНОГО МАЙДАНЧИКА | ОПІКАХ І УРАЖЕННЯХ ЕЛЕКТРИЧНИМ СТРУМОМ | ЗА ЗАЙМИСТІСТЮ ТА ВОГНЕСТІЙКІСТЮ | І споруд за ступенем вогнестійкості їх |

© um.co.ua - учбові матеріали та реферати