Сущность процесса горения. Пожаро - и взрывоопасные свойства веществ и материалов. склонность веществ к самовозгоранию основные термины и определения (стр. 2 )

Теории механизмов самоускоряющихся превращений при горении разработаны лауреатом Нобелевской премии академиком .

При низкой температуре Т0 реакция между горючим и окислителем практически не протекает, так как отсутствуют активные молекулы. Для того чтобы они появились и началась реакция окисления, нужно горючую смесь нагреть до более высокой температуры Т1.

Возникшая при этом реакция окисления сопровождается выделением тепла, за счет чего горючая смесь нагревается. Скорость выделения тепла q1 будет пропорциональна скорости реакции окисления и теплоте сгорания смеси:

где Q — теплота сгорания горючего вещества; V — объем горючей смеси; к0 — пред экспоненциальный множитель; с — концентрация горючего в смеси; н — суммарный порядок реакции; е — основание натурального логарифма; Е — энер­гия активации; R — универсальная газовая постоянная; Т1 – температура стенок сосуда.

Как только температура горючей смеси превысит температуру стенок сосуда и внешней среды Т1  и поднимется до Т2 сразу возникает теплоотвод от горючей смеси и внешней среды через стенки сосуда.

Скорость теплоотвода равна:

где б — коэффициент теплоотдачи от горючей смеси к стенкам сосуда; S — общая поверхность стенок сосуда; Т2 — температура горючей смеси; Т1 — температура стенок сосуда.

График зависимос­ти скоростей тепловыделе­ния (q1) и теплоотвода (q2) от температуры (Т) горючей смеси:

При создавшейся разности температур Т1 и Т2, нагрев горючей смеси будет зависеть от соотношения скорости тепловыделения q1 и теплоотвода q2.

Если q1 > q2, то горючая смесь, окисляясь саморазогревается. Если q1 = q2, то горючая смесь окисляется при постоянной температуре, но горения не происходит.

Угол наклона прямой теплоотвода зависит от численного значения множителя (бS). При температуре стенки, а значит, и начальной температуре горючей смеси То’’  q1 > q2 следовательно, происходит саморазог­рев горючей смеси до возникновения горения, т. е. самовоспла­менение. При температуре же стенки Tо’ саморазогрев горючей смеси происходит только до температуры Т (точка А), B (точка А) q1=q2, выше этой температуры нагревание невозможно, т. к. q1<q2.

Грани­цей между областями неограниченного и ограниченного разогрева горючей смеси является прямая теплоотвода при температуре стенки Тс. Эта прямая ка­сается кривой тепловыделения в точке С, где существует неустойчивое тепло­вое равновесие. Даже незначительное повышение температуры Тс’ вызовет прогрессивный саморазогрев смеси, приводящий к самовоспламенению.

Следовательно, температурой самовоспламенения является та минимальная температура горючей сме­си, при которой начинается саморазогрев, приводящий к возник­новению горения.

Температура самовоспламенения горючей смеси обычно отно­сится к горючему веществу. Она не является постоянной для од­ного и того же горючего вещества и зависит от его концентрации, давления, от размеров, формы и материала сосудов и других фак­торов. Определяется температура самовоспламенения экспери­ментальным путем при нормальном давлении и стехиометрической концентрации горючих газов или паров в воздухе.

При цепном самовоспламенении причиной ускорения реакции окисления является превышение скорости разветвления цепей над скоростью их обрыва.

Чисто цепное самовоспламенение — довольно редкое явление, так как оно протекает при таких низких давлениях (значительно ниже 0,1 МПа).

Пожаровзрывобезопасность. Показатели пожаро - и взрывоопасности.

В ГОСТ 12.1.044 – 89 регламентирована система оценки пожарной опасности веществ и материалов.

В соответствии с этим стандартом при оценке пожарной опасности веществ различают:

- газы — вещества, абсолютное давление паров которых при 50 °С равно или более 300 кПа или критическая температура которых менее 50 °С;

- жидкости — вещества с температурой плавления ниже 50 °С;

- твердые вещества и материалы с температурой плавления более 50 °С;

- пыли — диспергированные твердые вещества и материалы с частицами размером менее 850 мкм.

Перечень показателей, характеризующих пожаро - и взрывоопасность веществ и материалов, приведен в табл.1.

Таблица 1.

Показатели, характеризующие пожаро - и взрывоопасность веществ и материалов

Показатели	Применимость показателей
для газов	для жид­костей	для твердых веществ	для пылей
Группа горючести	+	+	+	+
Температура вспышки	-	+	-	-
Температура воспламенения	-	+	+	+
Температура самовоспламенения	+	+	+	+
Нижний и верхний концентра­ционные пределы распростране­ния пламени	+	+	-	+
Температурные (нижний и верх­ний) пределы распространения пламени	-	+	-	-
Температура саморазогрева	-	-	+	+
Температура тления	-	-	+	+
Температурные условия теплового самовозгорания	-	-	+	+
Минимальная энергия зажигания	+	+	-	+
Кислородный индекс	-	-	+	-
Способность взрываться и гореть при взаимодействии с водой, кислородом воздуха и другими веществами	+	+	+	+
Нормальная скорость распростра­нения пламени	+	+	-	-
Скорость выгорания	-	+	-	-
Коэффициент дымообразования	-	-	+	-
Индекс распространения пламени	-	-	+	-
Показатели токсичности продуктов горения полимерных материалов	-	-	+	-
Минимальное взрывоопасное содержание кислорода	+	+	-	+
Минимальная флешатизирующая концентрация флегматизатора	+	+	-	+
Максимальное давление взрыва	+	+	-	+
Скорость нарастания давления при взрыве	+	+	-	+
Примечание. Знак «+» означает применимость показателя, знак «-» - неприменимость показателя

Наименьшая (наибольшая) концентрация горючих газов, паров жидкостей или пылей в смеси с воздухом, при которой смесь уже (еще) может воспламениться от источника зажигания и пламя распространяется на весь объем горючей смеси, называется нижним (верхним) концентрационным пределом распространения пламени — НКПР (ВКПР).

Чем шире область воспламенения, тем опаснее горючее вещество.

Температура самовоспламенения (Tсамовоспл) — самая низкая температура вещества, при которой в условиях специальных испытаний происходит резкое увеличение скорости экзотермических реакций, заканчивающихся пламенным горением.

Нормальная скорость распространения пламени (UH, м/с) — скорость перемещения плоского фронта пламени относительно не сгоревшей горючей смеси в направлении, перпендикулярном к его поверхности.

Минимальная энергия зажигания (Wмин, Дж) — наименьшее значение энергии электрического разряда, способной воспламенить наиболее легковоспламеняющуюся смесь газа, пара или пыли с воздухом.

Максимальное давление взрыва (Рмакс, кПа) — наибольшее давление, возникающее при дефлаграционном взрыве газо-, паро - или пылевоздушной смеси в замкнутом сосуде (аппарате) при начальном давлении смеси 101,3 кПа.

Скорость нарастания давления взрыва (dP/dф, кПа/с) — производная давления взрыва по времени на восходящем участке зависимости давления взрыва газо-, паро - или пылевоздушной смеси в замкнутом сосуде (аппарате) от времени.

Минимальное взрывоопасное содержание кислорода (МВСК, % (об.)) — концентрация кислорода в горючей смеси, ниже которой воспламенение и горение смеси становятся невозможными.

Температура вспышки (Твсп, °С) — самая низкая температура горючего вещества, при которой в условиях специальных испытаний над его поверхностью образуются пары или газы, способные вспыхивать от источника зажигания, но при этом скорость их образования еще недостаточна для возникновения устойчивого горения.

ЛВЖ — это жидкости, имеющие температуру вспышки не выше 61 °С (в закрытом тигле) или 66 °С (в открытом тигле).

ГЖ —это жидкости, имеющие температуру вспышки выше 61 °С (в закрытом тигле) или 66 °С (в открытом тигле).

Температура воспламенения (TВОСПЛ, °С) — наименьшая температура горючего вещества, при которой в условиях специальных испытаний вещество выделяет горючие пары или газы с такой скоростью, что после их зажигания возникает устойчивое пламенное горение. Для ЛВЖ Твоспл обычно на 1—5°С выше температуры вспышки, а для ГЖ эта разница может достигать 30—35 °С.