Физико-химические основы процессов горения и взрыва

При взрывах в воздухе  происходит быстрое изменение давления, плотности, температуры и массовой плотности.

Разрушающая способность  взрывов парогазовых смесей и  аэрозолей на промышленных объектах часто сопоставима со взрывами типичных ВВ, применяемых в военных целях.

Для предотвращения самопроизвольных взрывов в вещества могут добавляться флегматизаторы, которые при их определенной концентрации в смеси с горючим и окислителем делают смесь не способной к распространению пламени при любом соотношении горючего и окислителя.

Минимальное взрывоопасное  содержание кислорода – такая концентрация кислорода и горючей смеси, состоящей из горючего вещества, воздуха ифлегматизатора, меньше которой распространение пламени в смеси становиться не возможным.

Максимальное  давление взрыва – наибольшее избыточное давление, возникающее при сгорании газо-, паро- или пылевоздушной смеси в замкнутом сосуде при начальном давлении смеси 101,3 кПа.

Скорость нарастания давления взрыва – производная давления взрыва по времени на восходящем участке этой зависимости.

 

2. Условия процесса горения 

 

Для протекания процесса горения необходимо наличие  горючей среды, включающей в себя горючее вещество и кислород (воздух), и источника воспламенения. Для  того чтобы возник процесс горения, горючая среда должна быть нагрета  до определенной температуры при  помощи источника воспламенения (пламя, искра электрического или механического  происхождения, накаленные тела, тепловое проявление химической, электрической  или механической энергии). После  возникновения горения постоянным источником воспламенения является зона горения, т. Е. Тот участок, где  протекает экзотермическая реакция, сопровождающаяся выделением тепла  и света.

Горение веществ  может протекать не только в среде  кислорода, но также и при соединении с другими веществами. Так, многие вещества горят в атмосфере хлора, паров брома, серы и т. Д.

Горючие вещества могут быть в трех агрегатных состояниях: жидком, твердом и газообразном.

Большинство горючих  веществ независимо от агрегатного  состояния при нагревании образует газообразные продукты. При смешении этих продуктов с воздухом, содержащим определенное количество кислорода, возникает  горючая среда. Она может образоваться также при тонкодисперсном распылении твердых и жидких веществ.

Наличие горючей  среды, т. Е. Определенной композиции горючего вещества и кислорода, представляет значительную пожарную опасность, поскольку  воспламенение горючей смеси  может произойти даже от маломощного  и кратковременного источника воспламенения (например, от искры).

 

3. Условия прекращения горения

 

В основе процесса горения  лежат реакции окисления, Т.е. соединения горючих веществ с кислородом. При горении на пожарах окислителем  чаще всего бывает кислород воздуха. Чтобы прекратить горение, надо остановить химическую реакцию в его зоне. Реакция происходит при определенной температуре, зависящей от тепловыделения и теплоотдачи. 
При свободном установившемся горении тепловыделение равно теплоотдаче. Такое равновесие называется тепловым. Температура, при которой создалось тепловое равновесие, называется температурой зоны горения, а протекающая реакция - реакцией горения. 
Температура горения вещества не постоянна и изменяется в зависимости от скоростей выделения и отдачи теплоты в зоне реакции. Снизить температуру горения и прекратить горение можно как увеличением скорости теплоотвода, так и уменьшением скорости тепловыделения. Этого, как сказано в БУПО, можно достигнуть: 
-воздействием на поверхность горящих материалов охлаждающими огнетушащими средствами; 
-созданием в зоне горения или вокруг нее негорючей газовой или паровой среды; созданием между зоной горения и горючим материалом или воздухом изолирующего слоя из огнетушащих средств. 
При горении в зоне реакции (тонкий светящийся слой пламени) выделяется теплота. 
Часть этого тепла передается внутрь зоны горения, а другая - в окружающую среду. Внутри зоны горения теплота расходуется на нагрев горючей системы, способствует продолжению процесса горения, а в окружающей среде тепловые потоки воздействуют на горючие материалы, конструкции и при определенных условиях могут вызвать воспламенение их или деформацию. 
Каждому тепловому равновесию соответствует определенная температура горения, которая иначе называется температурой теплового равновесия. При этом состоянии скорость тепловыделения равна скорости теплоотдачи. Данная температура не является постоянной, она изменяется с изменением скоростей тепловыделения и теплоотдачи. 
Задача подразделений пожарной охраны заключаются в том, чтобы конкретными действиями добиться такого понижения температуры в зоне реакции, при которой горение прекратиться. Абсолютный предел такой температуры называется температурой потухания. В процессе тушения пожара условия потухания создаются: охлаждением зоны горения или горящего вещества; изоляцией реагирующих веществ от зоны горения; разбавлением реагирующих веществ; химическим торможением реакции горения.

4. Характеристика горючих веществ

 

Вещества, способные  самостоятельно гореть после удаления источника зажигания, называются горючими в отличие от веществ, которые  на воздухе не  горят и называются негорючими. Промежуточное положение занимают трудно горючие вещества, которые возгораются при действии источника зажигания, но прекращают горение после удаления последнего.

Все горючие  вещества делятся на следующие основные группы.

1. ГОРЮЧИЕ ГАЗЫ (ГГ) - вещества, способные образовывать с воздухом  воспламеняемые и взрывоопасные смеси при температурах не выше 50° С. К горючим газам относятся индивидуальные вещества: аммиак, ацетилен, бутадиен, бутан, бутилацетат, водород, винилхлорид, изобутан, изобутилен, метан, окись углерода, пропан, пропилен, сероводород, формальдегид,  а также пары легковоспламеняющихся и горючих жидкостей.

2. ЛЕГКОВОСПЛАМЕНЯЮЩИЕСЯ  ЖИДКОСТИ (ЛВЖ) - вещества, способные  самостоятельно гореть после  удаления источника зажигания  и имеющие температуру вспышки  не выше 61° С ( в закрытом тигле ) или 66° ( в открытом ). К таким жидкостям относятся   индивидуальные вещества: ацетон, бензол, гексан, гептан, диметилфорамид, дифтордихлорметан, изопентан, изопропилбензол,  ксилол, метиловый спирт, сероуглерод,  стирол, уксусная кислота, хлорбензол, циклогексан, этилацетат, этилбензол, этиловый спирт, а также смеси и технические продукты бензин, дизельное топливо, керосин, уайтспирт, растворители.

3. ГОРЮЧИЕ ЖИДКОСТИ (ГЖ) - вещества, способные самостоятельно  гореть после удаления источника  зажигания и имеющие температуру  вспышки выше 61° ( в закрытом тигле ) или 66° С ( в открытом ). К горючим жидкостям относятся следующие индивидуальные вещества: анилин, гексадекан, гексиловый спирт, глицерин, этиленгликоль, а также смеси и технические продукты, например, масла:  трансформаторное, вазелиновое, касторовое.

4. ГОРЮЧИЕ ПЫЛИ (ГП) - твердые вещества, находящиеся  в мелкодисперсном состоянии.  Горючая пыль, находящаяся в воздухе  ( аэрозоль), способна образовывать с ним взрывчатые смеси. Осевшая на стенах, потолке, поверхностях оборудования пыль ( аэрогель ) пожароопасна.

Горючие пыли по степени взрыво- и пожароопасности делятся на четыре класса.

1-й класс  - наиболее взрывоопасные - аэрозоли, имеющие  нижний концентрационный предел воспламенения ( взрываемости ) ( НКПВ)  до 15 г/м³ ( сера, нафталин, канифоль, пыль мельничная, торфяная, эбонитовая ).

2-й класс  - взрывоопасные  - аэрозоли имеющие величину НКПВ от 15 до 65 г/м³ (алюминиевый порошок, лигнин, пыль мучная, сенная, сланцевая).

3-й класс  - наиболее пожароопасные - аэрогели, имеющие величину НКПВ, большую 65 г/м³ и температуру самовоспламенения до 250° С ( табачная, элеваторная пыль ).

4-й класс  - пожароопасные - аэрогели, имеющие величину  НКПВ большую 65 г/м³ и температуру самовоспламенения, большую 250° С (древесные опилки, цинковая пыль).

Ниже приводятся некоторые характеристики горючих  веществ, необходимые для прогнозирования  аварийных ситуаций.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы

 

1. Архипов В.А., Синогина Е.С. Горение и взрывы. Опасность и анализ

последствий: Учебное пособие. Томск: Издательство Томского государственного педагогического университет а, 2008. – 156 с.