1)Определение понятия «горение». Условия горения.

Горением называют быстро протекающую химическую реакцию, сопровождающуюся выделением большого количества тепла и обычно свечением. В зависимости от скорости процесса горение может происходить в форме собственно гонения, взрыва и детонации.

Условием возникновения горения является превышение скорости выделения теплоты химической реакцией над скоростью отвода теплоты в окружающую среду.

2)Классификация строительных материалов и конструкций по сгораемости.

Несгораемыми являются такие материалы и конструкции, которые под воздействием огня или высокой температуры не воспламеняются, не тлеют и не обугливаются К ним относятся все естественные и искусственные неорганические материалы, которые при пожаре не горят.

Трудно сгораемые материалы и конструкции под воздействием огня или высокой температуры воспламеняются, тлеют или обугливаются и продолжают гореть, тлеть и обугливаться при наличии источника зажигания, а после его удаления эти процессы прекращаются. К ним относятся материалы, состоящие из несгораемых и сгораемых составляющих, содержащие более 8 % по массе органических заполнителей, а также горючие материалы, защищенные негорючими материалами.

Сгораемые материалы и конструкции под воздействием огня или высокой температуры воспламеняются, тлеют или обугливаются, и эти процессы продолжаются после удаления источника зажигания. К ним относятся все органические материалы, не отвечающие требованиям, предъявляемым к несгораемым и трудносгораемым материалам.

3)Виды горения, их качественно-количественная характеристика.

Виды горения:

Вспышка – быстрое сгорание горючей смеси без образования повышенного давления газов. быстрое, но, сравнительно со взрывом, кратко временное сгорание смеси паров горючего вещества с воздухом или кислородом, возникающее от местного повышения темпера туры, которое может быть вызвано электрической искрой или Возгорание – возникновения горения от источника зажигания. Воспламенение – возгорание, сопровождающееся появлением пламени. стойкое возгорание смеси паров и га­зов горючего вещества от местного повышения температуры, ко­торое может быть вызвано прикосновением пламени или нака­ленного тела. Воспламенение может длиться до тех пор, пока не сгорит весь запас горючего вещества, причем парообразова­ние при этом происходит за счет тепла, выделяющегося при сго­рании. Самовозгорание – горение, возникающее при отсутствии внешнего источника зажигания. Происходящие физические или химические процессы внутри вещества связаны с образованием тепла, которое ускоряет процесс окисления, переходящий в горение открытым огнем. Самовоспламенение – самовозгорание, сопровождающееся появлением пламени, возникающее от внешнего нагревания вещества до определенной температуры без непосредственного соприкосновения горючего вещества с пламенем внешнего источника горения. Взрыв – чрезвычайно быстрое горение, при котором происходит выделение энергии и образование сжатых газов, способных производить механические разрушения. мгновенное сгорание или разложение вещества, со­провождающееся выделением огромного количества газов, которые мгновенно расширяются и вызывают резкое повышение дав­ления в окружающей среде. При соприкосновении с воздухом: газообразные продукты разложения некоторых веществ обладают" способностью воспламеняться, что не только приводит к разру­шениям от действия взрывной волны, но и вызывает большие пожары.

4)Определение понятия «пожар». Поражающие факторы пожара.

Пожар – это неконтролируемое горение вне специального очага, наносящий материальный ущерб.

Основные поражающие факторы пожара: непосредственное воздействие огня (горение); высокая температура и теплоизлучение; газовая среда; задымление и загазованность помещений и территории токсичными продуктами горения.

Открытый огонь очень опасен, но случаи его непосредственного воздействия на людей редки. Чаще они страдают от лучистых потоков, испускаемых пламенем. Установлено, что при пожаре в сценической коробке зрелищного предприятия лучистые потоки опасны для зрителей первых рядов партера уже через полминуты после возгорания.

Температура среды . Наибольшую опасность Для людей представляет вдыхание нагретого воздуха, приводящее к поражению верхних дыхательных путей, Удушью и смерти. Так, воздействие температуры выше 100 °С приводит к потере сознания и гибели через несколько минут. Опасны также ожоги кожи.

Токсичные продукты горения. При пожарах в современных зданиях, построенных с применением полимерных и синтетических материалов, на человека могут воздействовать токсичные продукты горения. Наиболее опасен из них оксид углерода. Он в 200- 300 раз лучше вступает в реакцию с гемоглобином крови, чем кислород, вследствие чего у человека наступает кислородное голодание. Он становится равнодушным и безучастным к опасности, у него наступают оцепенение, головокружение, депрессия, нарушается координация движений, а затем происходят остановка дыхания и смерть.

Потеря видимости вследствие задымления . Успех эвакуации людей при пожаре может быть обеспечен лишь при их беспрепятственном движении в нужном направлении. Эвакуируемые обязательно должны четко видеть эвакуационные выходы или указатели выходов. При потере видимости движение людей становится хаотичным, каждый человек движется в произвольно выбранном направлении. В результате этого процесс эвакуации затрудняется, а затем может стать неуправляемым.

Пониженная концентрация кислорода. В условиях пожара при сгорании веществ и материалов концентрация кислорода в воздухе уменьшается. Между тем понижение ее даже на 3% вызывает ухудшение двигательных функций организма. Опасной считается концентрация кислорода меньше 14%: при ней нарушаются мозговая деятельность и координация движений.

5)Определение понятия «пожаро/взрывоопасный объект»

Пожаро/взрывоопасный объект - Объект, на котором производят, используют, перерабатывают, хранят или транспортируют легковоспламеняющиеся и пожаровзрывоопасные вещества, создающие реальную угрозу возникновения техногенной чрезвычайной ситуации.

ГОРЕНИЕ - сложный физико-химический процесс взаимодействия горючего вещества и окислителя, харак-ся само ускоряющимся превращением и сопровождается выделением большого кол-ва тепла.

ПОЖАР - неконтролируемое горение, причиняющие материальный ущерб, вред жизни и здоровью граждан, интересам общества и государства.

ВЗРЫВ - бысторое превращение вещества(взрывное горение), сопровождающееся выделением энергии и образованием сжатых газов, способных произвести работу.

ВОСПЛАМЕНЕНИЕ - начало пламенного горения под воздействием источника зажигания.

САМОВОЗГОРАНИЕ - возгорание в результате само инициирующихся экзотермических процессов.

САМОВОСПЛАМЕНЕНИЕ - самовозгорание, сопровождающееся пламенем.

ТЛЕНИЕ - беспламенное горение

Горение представляет собой процесс окисления или взаимодействия горючего вещества с кислородом воздуха. Окислителями в процессе могут быть - хлор, бром. Азотная кислота, бертолетова соль, пероксид натрия и некоторые другие вещества.

Для возникновения и развития процесса горения необходимы горючее вещество, окислитель и источник зажигания. Состояние горючих веществ может быть гомогенным и гетерогенным. Гомогенное - компоненты в основном в газообразном состоянии - кинетическое горение. Если компоненты перемешены, то - диффузное горение. Горение хар-ое границами раздела фаз - гетерогенное. Горение по скорости: дефлаграционное (несколько м/c), детонационное(тысяч м/c), взрывное (неск сот м/с).

Горение может быть в двух режимах: самовоспламенение, заключающееся в самопроизвольном возникновении пламенного горения предварительно нагретой до некоторой критической температуры горения смеси (называемой температурой самовоспламенения) и появляющегося в одновременном (в виде вспышки) сгорании всей горючей смеси, и в режиме распространения волны горения ()распространения фронта пламени по холодной смеси при ее локальном зажигании (воспламенении) внешним источником.

Пламя - видимая зона горения, в которой наблюдается свечение и излучение тепла.оно само становиться источником тепла и химически активных частиц в прилегающие слои свежей горючей смеси Ю за счет чего обеспечивается перемещение фронта пламени.

Важнейшей особенностью процесса горения является само ускоряющийся характер химического превращения, переходящего в реакцию горения. Такой процесс возникновения горения называется самовоспламенением. Самовоспламенение может быть тепловое и цепное.

ТЕПЛОВОЕ- причина ускорения реакции, окисления и возникновения горения является превращение скорости скорости выделения тепла над скоростью теплоотвода, а при ЦЕПНОМ -превышение вероятности разветвления цепей над вероятностью их обрывов. Температура самовоспламенения - показывает при какой тем-ре вещество воспламеняется без -tсам - наименьшая температура вещ-ва или его смеси с воз-ом при которой происходит резкое увеличение скорости экзотермических реакций приводит к воспламенению(возгорание происходит) без источника воспламенения.

Tсам- один из самых важных показателей пожарооп, газов, жидк-ей и пылей, показать использ-ся для классиф-ии газов и паров по группам взрывоопас для выбора типа взрывозащищенного электрооборудования, а так же для опред-го максимально допустимую температуру нагрева пов-ти технологического оборудования.

T сам зависит от:

• - химического строения вещества
• - состава(наличие примесей)
• -наличие положительных или отриц-ых катализ-ов.

теории механизмов само ускоряющихся превращений при горении:

Тепловоге воспламенения химически однородной горючей смеси, находящейся в сосуде объемом V.

При низкой температуре T0 реакция между горючим и окислителем практически не протекает - отсутствие активных молекул. Для того чтоб они появились - нужно горючую смесь нагреть жо более высокой температуры T1. возникшая при этом реакция окисления сопр-ся выделением тепла, за счет чего горючая смесь нагревается. Скорость выделения тепла q будет пропорциональна скорости реакции окисления и теплоте сгорания смеси:

q1 = QVk0C(в степени v) e (в степени E/RT1)

Q- теплота сгорания горючего вещества

V- объем горючей смеси

k0 - предэкспоненц множитель

C- концентрация горючего в смеси.

v- суммарный порядок реакции

Е- энергия активации.

Однако как только температура смеси горючей превысит температуру стенок сосуда и внешней среды Т1 и поднимиться до Т2 возникнет теплоотвод от горючей смеси к стенкам сосуда(температура пов-ти технологического оборуд-ия не должно превышать 80% стандартной температуры самовоспламенения, она отличается заметно от стандартной) и далее к внешней среде. Скорость теплоотвода q2 можно посчитать пропорциональной разности температур горючей смеси и стенок сосуда:

б- коэффициент теплоотдачи от горючей смеси к стенкам сосуда, S- общая поверхность стенок сосуда, Т1-ТЕМПЕРАТУРА СТЕНОК; Т2- температура горючей смеси.

При создавшейся разности температур дальнейший нагрев горючей смеси будет зависеть от отношения скоростей теплоотвода и тепловыделения. Если q1>q2 горючая смесь, окисляясь, будет само разогреваться до возникновения горения. Если q1=q2 то горения не будет.

В области низких тем-р газ нагревается до тем-ры стенки. Если тем-ра стенки снизится, то тем-ра смеси пойдет вниз. После точки С тем-ра выше, то начинается прогрессирующее саморазогревание смеси, которое может закончиться самовоспламенением.

Вещества имеющие тем-ру воспламенения меньше +50 С называются - самовозгорающимися (самая опасная группа веществ). Тепло не надо подводить, чтобы ускорить реакцию, реакции окисления идут с такой скоростью, что они могут закончиться пламенным горением.

В зависимости от природы:

• - тепловые
• -химическое
• -микробиологическое самовозгорание

Чем ниже температура самовозгорание, тем опаснее вещество.

При температуре стенки и начальной температуру горючей смеси Т0"" q1>q2, происходит самовозгорание, при температуре стенки Т0" само разогрев горючей смеси происходит только до температуры Т(точка А) q1=q2 - нагревание невозможно выше этой температуры. q1

Определяется температура самовоспламенения определяется экспериментально при н.у (давлении, стехиометрической концентрации горючих газов или паров в воздухе) . при цепном воспламенении причиной ускорения реакции окисления является превышение скорости разветвления цепей над скоростью их образования.

Чисто цепное самовоспламенение - давольно редкое явление, протекает при низких давлениях ниже 0.1МПа, когда отсутствует заметный разогрев за счет реакции и его влияние на само ускорение реакции.

q1=q2 - положение неустойчивого равновесия

q1>q2 скорость тепло прихода меньше скорости теплоотвода (все тепло опасности нет)

q1

УСЛОВИЕ ВОЗНИКНОВЕНИЯ САМОВОЗГОРАНИЯ

• - развитая поверхность окисления
• - способность вещ-ва окисл с заметной скоростью при низкой температуре.
• - малая теплоотдача в окр среду.

ВЕЩЕСТВА СКЛОННЫЕ К САМОВОЗГОРАНИЮ:

• 1) растительного происхождения (сено, хлопок, опилки).
• 2) Ископаемые (уголь, торф).
• 3) Масла и жиры, а так же промасленные материалы.
• 4) Химические вещества, воспламеняющиеся при соприкосновении с воздухом.

Микробиологическое самовозгорание - микроорганизмы, деятельность которых сопровождается выделением тепла, тем-ра может подниматься до 50-60С вплоть до температуры самовозгорания. У микроорганизмов - особенность если тем-ра повыситься до 70 С а самовозгорания не произошло, то микроорганизмы погибают.

Лекция 14

ПОЖАРОБЕЗОПАСНОСТЬ

1.Общие сведения о процессе горения

Основные определения

Виды горения

Процесс возникновения горения

Основные показатели пожароопасности веществ

Классификация веществ по пожароопасности

2. Основные источники возникновения пожаров на предприятии, при транспортировке и хранении сжиженных газов и ГЭИ. Оценка пожарной опасности промышленных предприятий.

3. Классификация производств и зон по пожаро- и взрывоопасности

Мероприятия по пожарной профилактике. П.п. производственных зданий.

1. Общие сведения о процессе горения

Основные определения

Пожар - неконтролируемое горение вне специального очага, наносящих материальный ущерб (стандартное определение).

Для людей при пожаре опасными факторами являются:

открытый огонь, искры, повышенная температура воздуха и предметов;

лучистые потоки энергии, повышение температуры среды, вдыхание горячего воздуха, поражение и некроз верхних дыхательных путей

токсичные продукты горения, дым, обеднение воздуха кислородом

потеря видимости из-за задымления

обрушение зданий и их элементов, установок, оборудования

Токсичные вещества, образующиеся при пожаре обусловлены химическим составом сгорающего вещества: волос, кожа, ткани, шерсть - неприятно пахнущие продукты, цианистые соединения, содержащие соду, альдегиды, кетоны, Каучук, резина - изопрен, углеводороды, лаки, продукты, содержащие нейроцеллюлоид - СО, N 2 O,HCN, Пластмассы, целлулоид - СО,N 2 O, цианиды, формальдегиды, фенол, фторфосин, аммиак, ацетон, стирол и др. являются высокотоксичными соединениями.

Загорание - горение, не причинившее материального ущерба.

У человека, получившего ожоги IIстепени более 30% площади тела мало шансов выжить (без оказания специализированной медицинской помощи). Время получения ожоговIIстепени:

26 с при t  = 71  C

15c при t  = 100С

7с при t= 176С.

Исследования, проведенные в Канаде, показали, что во влажной среде, типичной для пожара, IIстепени ожога вызываетt= 55С при воздействии в течение 28с и 70С - в течение 1 с.

Так, при пожаре в универмаге «Инвацион» в г. Брюсселе за 10 мин пожара погибло 350 и было ранено 150 человек. За это время большой универмаг, по площади занимающий целый гектар, превратился в костер.

1.2. Виды горения

Горение - быстро протекающая химическая реакция (чаще всего окисление), сопровождающаяся выделением большого количества теплоты и обычно ярким свечением (пламенем).

Для горения необходимо наличие 3-х факторов:

окислителя (обычно О 2 , также Сl,F,Br,I,NOX)

горючего вещества

источника загорания (т.е. начало импульса).

В зависимости от свойств и состава горючего вещества различают:

А. Гомогенное горение (одинаковый агрегатный состав, например, газы)

Б. Гетерогенное горение (например, твердое вещество и жидкость).

В зависимости от скорости распространения пламениразличают:

А. Дефлаграционное (свойственно пожарам)

Б. Взрывное 100 м/с

В. Детонационное 1000 м/с5000 м/с

В зависимости от условий образования горючей смеси:

Диффузионное горение - характеризуется тем, что образование горючей смеси происходит в процессе горения в результате диффузии кислорода в зону горения. Например, горение жидкости с открытой поверхности или газов, выходящих через неплотности оборудования

Дефлаграционное горение - это диффузионное горение.

Кинетическое горение соответствует взрывному горению. В этом случае горючее вещество и кислород поступают в зону горения предварительно смешанными. Определяющим фактором является скорость химической реакции окисления между окислителем и горючем веществе, происходящей во фронте пламени. Если процесс кинетического горения происходит в замкнутом объеме, то давление в этом объеме повышается, температура продуктов горения увеличивается.

По соотношению горючего и окислителя выделяют:

А. Горение бедных горючих смесей (в субъекте - окислитель, горение лимитируется соединением горючего компонента).

Б. Горение богатых горючих смесей - соответственно наоборот - горючее лимитирует содержание окислителя (содержит горбчего выше стеклометрического соотношения компонентов).

Возникновение горения связано с обязательным самоускорением реакции. Существует 3 вида самоускорения:

тепловой: при условии аккумуляции теплоты в системе повышается температура, что приводит к ускорению химических реакций;

цепной: связан с катализом химических превращений промежуточными продуктами реакций, обладает особой химической активностью (активные центры). (т.е. химический процесс происходит не путем непосредственного взаимодействия исходных молекул, а с помощью осколков, образующихся при распаде этих молекул).

Реальные процессы горения обычно осуществляются по комбинированному цепочно-тепловому механизму.

1.3 Виды процесса возникновения горения

Вспышка - быстрое (практически мгновенное) сгорание горючих смесей, не сопровождающиеся образованием сжатых газов.

Возгорание -возникновение горения под воздействием источника зажигания (сttвоспламенения или самовозгорания)

Воспламенение - возгорание, сопровождающееся появлением пламени.

Самовозгорание - резкое увеличение скорости экзотермических реакций, приводящих к горению вещества (смеси) при отсутствии источника зажигания. Это может происходить и при температуре окружающей средытемпературы воспламенения. Такая возможность обусловлена склонностью веществ к окислению и условиями аккумуляции в них теплоты, выделяющейся при окислении. Таким образом, при самовозгорании имеется как бы внутренний импульс.

В зависимости от импульса процессы самовозгорания делятся на:

тепловые,

микробиологические,

химические.

Тепловое самовозгорание/самовоспламенение происходит в результате продолжительного действия незначительного источника тепла. При этом вещества разлагаются, адсорбируются и в результате действия окислительных процессов самовозгораются. Так приt100С к самовозгоранию склонны древесные опилки, ДВП, паркет.

Химическое самовозгорание/самовоспламенение происходит от воздействия на вещества кислорода воздуха, воды или от взаимодействия веществ. (Пожары от самовозгорания промасленной ветоши, спецодежды, ваты, а иногда даже металлических стружек).

О склонности масла или жира к самовозгоранию можно судить по его йодному числу (количество I2, поглощенное 100 г испытываемого масла или жира).

Чем выше йодное число, тем ниже температура самовозгорания, тем опаснее вещество.

Микробиологическое самовозгорание - при соответственной влажности и температуре в растительных продуктах при интенсификации жизнедеятельности организмов (образуется грибок - так называемый паутинный глет), которое вызывает повышение температуры.

(Для предотвращения - регулярный контроль температуры и влажности, ограничение влажности и температуры

Самовоспламенение - самовозгорание, сопровождающееся появлением пламени.

Взрыв - чрезвычайно быстрое химическое превращение, сопровождающееся выделением энергии и сжатых газов, способных производить работу.

Детонация - передача теплоты от слоя к слою происходит за счет распространения ударной волны.

При оценке пожарной опасности веществ необходимо учитывать их агрегатное состояние.

Поскольку горение идет обычно в газовой среде, в качестве показателей пожарной безопасности (ПБ) необходимо учитывать условия, при которых образуется достаточное для горения количество газообразных продуктов.

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 (м3), необходимое для сгорания 1 кг вещества (или 1 м3 газа):

где Q - теплота сгорания, кДж/кг, или кДж/м3.

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.

Теоретическая температура горения:

де m - количество продуктов горения, образующихся при сгорании 1 кг вещества; с - теплоемкость продуктов горения, кДж/ (кг*К); и - 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.2.1.

Таблица 2.1. 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).

Лекция 2 Горение топлива

2.1 Сущность горения

2.2 Воспламенение

2.4 Теплота сгорания топлива.

2.5 Энтальпия топлива и продуктов сгорания.

2.6 Преобразование тепловой энергии продуктов сгорания в механическую работу

2.8 ПОТРЕБНОЕ КОЛИЧЕСТВО ОКИСЛИТЕЛЯ

2.9 Стехиометрический коэффициент элементов

2.10 Стехиометрический коэффициент сложных горючих

2.11 Коэффициент избытка окислителя

2.1 Сущность горения

Горение представляет собой физико-химический процесс, при котором превращение реагирующих веществ сопровождается изменением их химического, а в ряде случаев и агрегатного строения и частичным переходом химической энергии межатомных или межмолекулярных связей в тепловую форму. Для протекания такой реакции необходимо наличие двух групп веществ: горючего и окислителя. По химической сути горение представляет окислительную реакцию, при которой внешние электроны атомов элемента-горючего переходят к атомам элемента-окислителя. Сущность окисления заключается в переходе валентных (внешних) электронов от атомов горючего элемента к атомам элемента-окислителя. Приобретая в результате этого положительный заряд, атомы горючего притягиваются к отрицательно заряженным атомам элемента-окислителя. Реакция данного типа способна протекать с прогрессирующим самоускорением обусловленным накоплением выделяющегося тепла или в следствии образования активных промежуточных продуктов. Она будет протекать вплоть до образования устойчивых при данных условиях химических соединений таких как, например, вода или углекислый газ. Непрерывное протекание реакции горения требует интенсивного тепломассобмена реагирующих веществ. Такие условия имеются только в газовой среде, их нет в жидких и твердых телах. Т.е. жидкое и твердое топливо сначала должно газифицироваться посредством испарения. сублимации или разложения и лишь после этого возможно горение.

2.2 Воспламенение

Воспламенение является начальной стадией горения, в течение которой энергия, подводимая к системе от внешнего источника, приводит к резкому ускорению химической реакции из-за прогрессивного накопления тепла (тепловое воспламенение.) или активных промежуточных веществ (цепное воспламенение). Возможны два предельных режима теплового воспламенения: самовоспламенение и зажигание.

Самовоспламенение обычно приводит к объемному горению, которое начинается в центре объема и распространяется к периферии. Характеризуется быстрым химическим превращением веществ и соответствующим тепловыделением.

Зажигание. Происходит в результате нагревания вещества от высокотемпературного источника тепла - накаленного тела, пламени, электрической. искры и др. При достаточной мощности источника воспламенения подводимое тепло не успевает равномерно распределиться по всему объему, что приводит к разогреву близлежащего слоя вещества до температуры начала реакции. Начало реакции сопровождается дальнейшим ростом температуры и выделением тепла, что в свою очередь инициирует разогрев и воспламенение все более удаленных слоев с образованием волны горения... При этом реакция горения может развиваться как по тепловому, так и по цепному механизму.

2.3 Виды горения и механизм распространения пламени.

Горение, как физико-химическое превращение вещества, происходит в ограниченном пространстве (фронте пламени) с определенной скоростью (рис. 2.1).

Рис. 2.1. Схема фронта пламени при ламинарном горении однородных смесей.

1 - изменение температуры;

2 - изменение концентрации исходных продуктов;

Твс - температура воспламенения;

Тгор - температура горения;

δхр - ширина зоны химической реакции;

δт - ширина зоны топлива;

δп, - ширина зоны пламени; U n - нормальная скорость распространения пламени.

Различают диффузионное и кинетическое горение.

Диффузионное горение имеет место тогда, когда скорость подачи реагирующих веществ в зону горения значительно ниже скорости химического превращения топлива. В этом случае скорость процесса определяется преимущественно гидродинамическими факторами и зависит от свойств топлива.

Кинетическое горение имеет место, когда скорость процесса горения в основном зависит от химических свойств топлива в зоне горения, а гидродинамические факторы подготовки топлива играют меньшую роль.

По механизму распространения зоны реакции различают:

нормальное распространение пламени (тихое);

цепное, путем умножения очагов само воспламенения:;

детонационное горение (взрывное).

Нормальное распространение фронта пламени является основным и практике применения топлив в ДВС. Скорость нормального распространения пламени составляет 0,4-0,5 м/с . Механизм нормального распространения пламени обусловлен передачей теплоты и активных промежуточных продуктов реакции из зоны горения в свежую горючую смесь.

Цепной механизм распространения пламени осуществляется в результате диффузии активных продуктов из зоны реакции в свежую смесь. Распространение зоны горения путем умножения очагов самовоспламенения можно представить как самовоспламенение частично прореагировавшей горючей смеси нагретыми продуктами сгорания в процессе турбулентного перемешивания.

Рис. 2.2. Схема фронта пламени при турбулентном горении однородных смесей, а) малая интенсивность турбулентности;

б) большая интенсивность турбулентности.

Турбулентность значительно увеличивает скорость горения, особенно в диффузионной области развития процесса.. Степень и интенсивность турбулентности улучшают качество распыливания, повышают скорость испарения топлива и смешения его паров с воздухом. Скорость горения может достигать значений 10-50 м/с.

Детонационное распространение пламени происходит при воспламенении горючей смеси вследствие сжатия ее в ударной волне. Ударная волна проходя по горючей смеси, вызывает ее нагрев. Степень нагрева ее зависит от скорости ударной волны, температуры и давления. Если степень сжатия достаточна для воспламенения смеси, то возникает детонационная волна Детонационная волна представляет собой совместное распространение механической ударной волны с фронтом пламени. Скорость распространения детонационных волн определяется скоростью звука в данной среде и составляет от 1200 до 3500 м/с.