что такое условия теплового самовозгорания

Самовозгорание

Самовозгорание:

1) резкое увеличение скорости экзотермических процессов в веществе, приводящее к возникновению очага пожара;
2) загорание без внешнего источника зажигания, происходящее в результате самоинициируемых экзотермических процессов.

Особенностью самовозгорания является то, что оно возникает в результате окисления при относительно низких температурах (см. Температура самовозгорания) в средах, представляющих собой мелкодисперсные вещества и материалы. Важнейшими условиями самовозгорания являются способность веществ к указанным процессам и аккумуляция выделяемой энергии, что наиболее свойственно сыпучим материалам при скопления в больших объёмах (см. Склонность к самовозгоранию). Процессу возникновения горения при самовозгорании предшествует медленная стадия самонагревания. Самовозгорание происходит там, где процесс самонагревания обеспечивает повышение температуры до определенной критической величины. Существенная разница в процессе загорания и самовозгорания заключается в различных периодах индукции: при загорании этот период исчисляется секундами и минутами, а при самовозгорании – часами и даже днями и месяцами.
В зависимости от источника самонагревания процессы самовозгорания подразделяются на микробиологические, тепловые и химические.

Микробиологическое самовозгорание характерно для органических дисперсных и волокнистых материалов, внутри которых возможна жизнедеятельность бактерий и микроорганизмов, сопровождающаяся экзотермическими проявлениями. Самовозгоранию способствуют: повышенная влажность материалов; масличность; засорённость посторонними включениями; пористость, обеспечивающая диффузию кислорода к скоплениям дисперсных веществ и материалов и большую сорбционную способность продуктов термического и термоокислительного распада, катализирующих процесс самонагревания и самовозгорания.
При изменении температуры в объёме материала обычно фиксируют 2 температурных максимума, отстоящих друг от друга промежутком времени. Первый максимум наступает в промежутке от одного дня до недели с момента зарождения очага и достигает температуры 40-45°С. В данном диапазоне температур выделение тепла происходит за счёт жизнедеятельности микрофлоры, неспособной существовать при температуре свыше 45°С. Второй максимум, достигающий 75-85°С, возникает за счёт развития термофильных бактерий. На процесс тепловыделения основное влияние оказывают 2 фактора – размер популяции микроорганизмов (размер очага самонагревания) и предельная температура, при которой они могут существовать. Дополнительным источником выделения тепла в материалах растительного происхождения является их дыхание (например, быстрый рост температуры в небольших кучах свежескошенной травы или при формировании стогов сена).
Дисперсные материалы имеют чёткую границу соприкосновения с окружающей средой. По этой границе воздух проникает между частицами внутрь массы материала, адсорбируется в порах частиц или волокон. Наличие развитой поверхности твёрдого материала с адсорбированным на ней кислородом воздуха – одно из условий теплового самовозгорания, к которому наиболее склонны материалы, обладающие большой пористостью и структурой, обеспечивающей проникновение кислорода в зону реакции. Склонность к самовозгоранию увеличивается при повышении адсорбционной способности материала.

Поскольку промежуточным продуктом при самовозгорании большинства органических материалов является уголь, закономерности его самовозгорания оказывают существенное влияние на процесс в целом. При этом значительную роль в самовозгорании угля играет его способность сорбировать пар и влагу на начальной стадии процесса, протекающего с экзотермическим эффектом. Чем больше объём дисперсного материала, тем лучше условия аккумуляции тепла в нём и выше вероятность его воспламенения. С увеличением пористости частиц и пористости слоя (начальной плотности) улучшается перенос кислорода к межфазной поверхности в зону реакции окисления. Это способствует более интенсивному самонагреванию материала, т.к. уменьшается теплопроводность смеси частиц с воздухом и увеличивается скорость нагрева за счет снижения теплоёмкости единицы объёма материала. Наоборот, уплотнение слоя частиц способствует отводу тепла из зоны реакции вследствие увеличения его теплопроводности. Важную роль в процессе самонагревания и самовозгорания веществ и материалов играет влага.

Тепловое самовозгорание характеризуется тем, что оно начинается при предварительном умеренном нагреве. Примером такого вида с. является самовозгорание древесноволокнистых плит и изоляционного материала из стекловолокна при складировании больших масс продукции после производственного процесса, связанного с повышенной температурой.
В основе химического самовозгорания лежат процессы химического взаимодействия веществ и материалов или их окисления, которые сопровождаются выделением большого количества тепла. Примерами химических реакций, вызывающих горение при самовозгорании, являются: действие на органические материалы концентрированных серной и азотной кислот; самопроизвольное загорание промасленной ветоши; возникновение горения пирофорных материалов: некоторых металлов, гидридов металлов, металлоорганических соединений и др. (см. Пирофорность).

Литература: ГОСТ 12.1.044-89. ССБТ. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения;

Кольцов К.С., Попов Б.Г. Самовозгорание твёрдых веществ и материалов и его профилактика. М., 1978;

Горшков В.И. Самовозгорание веществ и материалов. М., 2003.

Савельев Пётр Степанович (1916-2012), полковник внутр. службы (1965), Заслуженный работник МВД, видный историк пожарного дела в России. Окончив с отличием Ленинградский пожарный техникум (1941), трудовой путь начал с должности инспектора отдела пожарной охраны (ОПО) в г. Вильнюс (Литва). В период Великой Отечественной Войны руководил тушением пожаров в Вильнюсе, а также участвовал в их тушении в Минске, Смоленске. С 1942 по 1944 учился в Челябинском институте электрификации и механизации сельского хозяйства. В 1949 был переведён в распоряжение Главного управления пожарной охраны (ГУПО) МВД СССР, где с 1955 возглавлял отдел Государственного пожарного надзора до выхода на пенсию в 1982.Участвовал в разработке нормативных правовых актов в области пожарной безопасности, в т.ч. постановлений Совета Министров СССР, правил пожарной безопасности для различных объектов. При его непосредственном участии впервые в стране были разработаны основные принципы обеспечения пожарной безопасности объектов с массовым пребыванием людей (театры, кинотеатры, предприятия торговли, дома инвалидов, больницы). С. возглавлял комиссии ГУПО по инспекторским проверкам деятельности пожарной охраны в более чем 30 областях, а также краях и республиках бывшего СССР. Свою литературную деятельность начал в 1955, активно сотрудничая в журнале «Пожарное дело». Опубликованная им в 1957 и выдержавшая три издания книга «Организация работы Госпожнадзора» стала настольной для большой армии инспекторов, а также признанным учебником для пожарно-технических училищ. Им опубликованы высокохудожественные произведения профессиональной направленности: «Пожары – катастрофы» (1983), «Противопожарный щит Москвы» (1987), «Пожарные добровольцы России» (1992, к 100-летию ВДПО). Особое место занимают литературоведческие очерки о пожарах в творчестве Ф.М. Достоевского, И.В. Гете, Ф.И. Тютчева, А.А. Фета, Н.С. Гумилёва, в которых автор проявил незаурядное мастерство исследователя. Награждён орденами Красной Звезды, Трудового Красного Знамени, медалью «За боевые заслуги», знаком «Заслуженный работник МВД», 18 медалями и знаками отличия и трудовой доблести. Литература: Савельев П.С., Груздь С.И., Малков В.И. Пожарные добровольцы России в фотографиях, документах и воспоминаниях. М., 2010.

Самовоспламенение – резкое увеличение скорости экзотермических объемных реакций в смеси вещества с воздухом, сопровождающееся пламенным горением и (или) взрывом. Самовоспламенение возникает при сравнительно умеренном нагревании всей или части массы горючего вещества при отсутствии высокотемпературного внешнего источника зажигания. Процесс самовоспламенения описан теорией теплового взрыва газовых смесей и общей количественной теорией цепных реакций, разработанными одним из основоположников химической физики Н.Н. Семёновым (1896-1986). Согласно тепловой теории возникновение процесса самовоспламенения происходит при условии, когда тепловыделение в результате экзотермической реакции превышает теплопотери из зоны реакции. Согласно цепной теории самовоспламенения обусловливается накоплением активных центров реакции – радикалов и атомарных частиц, обладающих высокой реакционной способностью. Возникновение самовоспламенения характеризуется одним показателем – температурой самовоспламенения. Для её определения предусмотрены стандартные приборы. Температура, при которой наблюдается самовоспламенение, зависит от состава смеси и с повышением давления снижается. Особую группу наиболее пожароопасных веществ, самовоспламенение которых происходит при контакте с воздухом без нагрева, составляют пирофоры. К ним относятся: из газообразных веществ – моносилан (SiН4), диборан (В2Н6); из жидких – металлоорганические (алюминийорганические – триметилалюминий Аl(СН3) и др.); гидриды бора (пентаборан); из твёрдых – некоторые металлы (эвтектика К и Na), гидриды металлов (АlН3 и др.), белый фосфор, сульфид железа и ряд др. веществ.Литература: ГОСТ 12.1.044-89. ССБТ. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения.

Источник

Самовозгорание

Самовозгорание – это самопроизвольное возникновение горения твердых горючих веществ и материалов в условиях аккумуляции энергии, выделяемой в результате экзотермической реакции их окисления. Как правило, самовозгорание происходит при скоплении указанных материалов в дисперсном состоянии. Оно может проявляться в виде тления и пламенного горения.

В зависимости от механизма, который запускает процесс самовозгорания, выделяют три его вида:

Тепловое

Тепловое самовозгорание возникает при нагревании вещества каким-либо внешним теплом до температуры, обеспечивающей его термическое разложение и дальнейший процесс спонтанного самонагревания за счет тепла экзотермических реакций в объеме. При этом большую роль играют реакции окисления продуктов термического разложения. Горение в глубине объема твердого дисперсного вещества протекает в форме тления, которое со временем и при доступе воздуха переходит в пламенное горение.

Разновидностью теплового самовозгорания является так называемое «очаговое самовозгорание». Понятие «очаговое самовозгорание» используется для случаев с предварительным прогревом массы материала до температур, существенно превышающих температуру окружающей среды. В производственных условиях вещество может подвергаться температурной обработке (например, сушке), после чего нагретый материал засыпается в бункер, либо формируется в кучу, штабель. На практике отмечаются случаи самовозгорания при превышении штабелем (насыпью) критических величин характеристического размера.

Химическое

Химическое самовозгорание возникает при контакте химически активных веществ, реагирующих с выделением большого количества тепла. В этом случае самовозгорание обычно начинается на поверхности материала, а затем распространяется вглубь. При перемешивании химических веществ самовозгорание может начаться в глубине объема. И, скорее всего, именно там и начнется, т.к. именно там имеются наилучшие условия для аккумуляции тепла, его накопления и постепенного развития реакции.

В ряде случаев разделение понятий химического и теплового самовозгорания является достаточно четким. Так, в случае, если первичный нагрев возник в результате экзотермической реакции окисления и окислитель – не кислород воздуха, а например, перманганат калия или концентрированная серная кислота, безусловно, это химическое самовозгорание. Если же окислителем является кислород воздуха, классификация вида самовозгорания может быть не такой однозначной. Тут надо учитывать интенсивность тепловыделения в зоне реакции, скорость развития процесса и т.д.

Микробиологическое

Микробиологическое самовозгорание характерно для органических дисперсных и волокнистых материалов, внутри массива которых возможна жизнедеятельность микроорганизмов. Первичное самонагревание массы материала происходит за счет тепла, выделяемого микроорганизмами. Повышение температуры в объеме способствует ускорению экзотермических реакций окисления и возникает процесс самонагревания материала [6]. На определенном этапе бактерии гибнут, а процесс продолжает развиваться уже по механизму теплового самовозгорания.

Особенностью самовозгорания является то, что оно не требует внешнего импульса, инициирующего горение, а возникает за счет реакции гетерогенного окисления в больших объемах вещества при относительно низких температурах окружающей среды. Из-за плохой теплопроводности массы мелкодисперсного продукта происходит накопление тепла в его объеме, возрастает температура, соответственно – скорость химической реакции, и, в конечном счете, материал воспламеняется.

В зарубежной, американской в частности, литературе, процесс самовозгорания называют спонтанным горением или «спонтанной химической причиной». Указывается, что:

…последний термин более точен, так как вещество, вместо того, чтобы зажигаться в какой то одной точке, или с какой то одной стороны, зажигается во всей своей массе примерно в такое же время, и тепло поступает не из какого-нибудь внешнего источника, а выделяется в результате химических процессов, происходящих внутри этого вещества. Единственная движущая сила в данном случае – это экзотермическая реакция, при которой выделяется тепло и если это тепло не удаляется сразу, оно может поднять температуру топлива. Так как скорость реакции удваивается с каждым подъемом температуры на 10 °С, можно видеть, что реакция сама себя ускоряет, постоянно увеличивая скорость выделения тепла. При недостаточном выведении тепла, температура может подняться до точки зажигания всей реагирующей массы.

Чем отличается самовоспламенение от самовозгорания

Иногда эксперты путают самовозгорание с самовоспламенением. Например, тепловое самовозгорание с загоранием вещества (материала) при контакте с горячей поверхностью. Еще раз объясним, в чем принципиальное различие этих двух процессов. При тепловом самовозгорании предварительный нагрев является только толчком (исходным импульсом) к разогреву, а основной разогрев, приводящий, в конечном счете, к возникновению пламенного горения, идет в массе вещества непосредственно за счет его окисления кислородом воздуха и выделения при этом тепла. Нагретая же поверхность, чтобы обеспечить самовоспламенение вещества, должна нагреть его «до конца», т.е. до критической температуры (температуры самовоспламенения), при которой произойдет резкая интенсификация процессов термического разложения вещества с возникновением пламенного горения. Чтобы осуществить первый процесс, вещество нужно прогреть до значительно меньших температур, чем чтобы осуществить второй. Так, например, у сосновой древесины температура тления, которая инициирует самовозгорание древесных опилок, составляет по справочным данным 295 °С (а у пирофорной древесины может спускаться до 80 °С), в то время, как температура самовоспламенения составляет около 400 °С. Соответственно, первый процесс идет достаточно медленно (чтобы «добрать тепло» за счет гетерогенного окисления кислородом воздуха, нужно время), в то время, как до самовоспламенения процесс может дойти достаточно быстро, был бы источник тепла достаточно мощным.

Различие в механизмах указанных процессов, условиях их протекания и динамике обязательно нужно учитывать при экспертизе пожаров, в том числе, при отработке версий о причине пожара.

Источники:

Источник

Чтобы исключить этот отрицательный момент, в нашей стране и за рубежом законодательным путем установлены одинаковые для всех лабораторий условия испытаний. Следует отметить, что методика эта универсальна и применяется для определения температуры самовоспламенения газов, жидкостей и твердых горючих веществ.

В настоящее время температура самовоспламенения определена для многих веществ, и ее можно найти в справочной литературе. Однако не для всех. Для ряда химических соединений она может быть приближенно рассчитана по условной средней длине молекулы соединения.

Предельно допустимая температура безопасного нагрева поверхностей технологического и иного оборудования и трубопроводов не должна превышать 80 % величины стандартной температуры самовоспламенения веществ, которые могут попасть на нагретую поверхность при нормальной работе или аварии.

50. Что такое область воспламенения, ее практическое применение, для каких веществ определяется этот параметр; взрывобезопасные концентрации газов и паров ГЖ в смесях с воздухом?

Та наименьшая концентрация горючих паров газов или пылей в смеси с воздухом, при которой смесь уже может воспламениться от источника зажигания и пламя распространяется па весь объем горючей смеси, называется нижним концентрационным пределом воспламенения (НКПВ).

Смесь воздуха с горючим или паром на нижнем концентрационном пределе воспламенения содержит избыток воздуха. Так, для смеси воздуха с метаном коэффициент избытка воздуха равен 2, с оксидам углерода 2,6,а с сероуглеродом 6,9 и т. д.

Фактически наибольшее давление при взрыве наблюдается у смесей с концентрацией горючего несколько выше стехиометрической, так как скорость горения этой смеси выше скорости горения смеси со стехиометрической концентрацией компонентов.

Недостаток воздуха в смесях, богатых горючим, ведет к тому, что смесь может терять способность воспламеняться. Для различных смесей концентрация горючего, при которой смесь уже не способна воспламеняться, не одинакова. Например, для смеси оксида углерода с воздухом наивысшей концентрацией СО, при которой еще возможно воспламенение, является 74%. Выше этой концентрации никакие смеси оксида углерода с воздухом воспламеняться не могут, хотя в них присутствует некоторое количество воздуха. Та наибольшая концентрация горючих паров, газов или пылей в смеси с воздухом, при которой смесь еще способна воспламеняться от источника зажигания с распространением пламени на весь ее объем, называется верхним концентрационным пределом воспламенения (ВКПВ). ВКПВ характеризуется избытком горючего и малым количеством воздуха. При воспламенении такой газо-воздушной смеси часть тепла химической реакции расходуется на нагрев не участвующего в реакции горючего, поэтому продукты горения нагреваются не до максимальной температуры; давление при взрыве составляет 0,3—0,4 МПа. Интервал концентраций газов или пара в воздухе между нижним и верхним концентрационными пределами воспламенения называется областью воспламенения. Область воспламенения газов (паров) в воздухе определяется при атмосферном давлении (О,1 МПа) и характеризуется тем, что внутри нее все смеси горючего с воздухом способны воспламеняться от внешнего источника зажигания с последующим распространением горения на весь объем смеси. Область воспламенения различных газо- и паровоздушных смесей не одинакова. Наибольшую область воспламенения имеют оксид этилена, водород, ацетилен и др.; наименьшую — бензин, керосин, пропан, бутан и др. Чем ниже нижний концентрационный предел воспламенения и больше область воспламенения газов, тем большую пожарную опасность они представляют.

Концентрация горючих паров и газов в смеси с воздухом, превышающая верхний концентрационный предел воспламенения называется пожароопасной.

Знание областей безопасных и пожароопасных концентраций дает возможность в процессе применения и хранения газов и горючих жидкостей поддерживать такой режим, при котором концентрации горючего выше верхнего или ниже нижнего концентрационных пределов воспламенения. Это достигается созданием соответствующих давлений и температур в аппаратах, хранилищах и различных емкостях. Концентрационные пределы воспламенения используют в расчетах допустимых концентраций газов внутри взрывоопасного технологического оборудования, систем рекуперации, вентиляции и других систем, а также при расчете предельно допустимой взрывоопасной концентрации горючего газа, при работе с огнем, при классификации производств, связанных с синтезом, применением или хранением горючих газов, но степени пожарной опасности.

51. Что такое температурные пределы распространения пламени, для каких веществ определяются, безопасные температуры нагрева ГЖ?

Темпе­ратурными пределами воспламенения паров в воздухе называются такие температуры вещества, при которых его нары, находясь в рав­новесии с жидкой и или твердой фазой, образуют в воздухе концен­трации, равные соответственно нижнему или верхнему концентра­ционным пределам воспламенения. Температурные пределы воспламенения применяют при расчете безопасных температурных режимов работы закрытых технологи­ческих аппаратов с жидкостями и летучими твердыми веществами. Безопасной (в отношении возможности образования взрывоопасных паровоздушных смесей) следует считать температуру вещества (в°С), которая удовлетворяет следующим неравенствам:

(1)

(2)

где t _свс стандартная температура самовоспламенения данного вещества °С.

Если температурный режим технологического аппарата лежит в области опасных температур или хотя бы на непродолжительное время попадает в эту область, то необходимо предусматривать меры по флегматизации взрывоопасных паровоздушных смесей инерт­ными газами, специальными флегматизирующими веществами или иными средствами.

52. Что такое температура тления, для каких веществ определяется, ее практическое применение, безопасные температуры нагрева веществ по температуре тления?

Температура тления является показателем пожароопасности твердых компактных и пылевидных веществ.

Значение температуры тления следует применять при экспертизах причин пожаров, при выборе взрывозащищенного электрооборудования и разработке мероприятий по обеспечению пожарной безопасности и технологических процессов, оценке пожарной опасности полимерных материалов и разработке рецептур материалов, не склонных к тлению

Сущность метода определения температуры тления заключается в термостатировании исследуемого вещества (материала) в реакционном сосуде при обдуве воздухом и визуальной оценке результатов испытания. Изменяя температуру испытания, находят ее минимальное значение, при котором наблюдается тление вещества (материала).

Тление не может происходить без притока кислорода и оттока продуктов горения. У тления есть своя конвективная газовая струя. Тление может быть переходной стадией после прекращения пламенного горения материала или удаления внешнего источника зажигания. Такое тление называют остаточным.

Тление характерно для дисперсных материалов с развитой поверхностью (хлопок, опилки, зернопродукты, уголь и т. п.); зарождается при скоплении (хранении) больших масс.

53. Что такое условия теплового самовозгорания, для каких веществ определяется, ее практическое применение, безопасные температуры нагрева веществ и материалов по температуре самовозгорания?

Современная теория теплового самовозгорания веществ и материалов
базируется на представлении о блуждающих «горячих точках», которые формируются по определенным закономерностям. Представим дисперсную систему (рис.7.1) ограниченных размеров (кипы ваты, хлопка, мешки с рыбной
мукой и т.п.). Система и окружающая среда имеют температуру Т0, а внутри
ее образовалась небольшая зона, в которой начались окислительные процессы.

В результате окисления выделяется теплота, которая распространяется во всех направлениях (конвекцию учитывать не будем). Температура в реакционной зоне будет постепенно расти и достигнет значений, при которых начнутся процессы термической деструкции твердого материала с выделением продуктов разложения. Последние будут конденсироваться и адсорбироваться на поверхности вещества.

Обязательным условием такого процесса является наличие кислорода и развитой поверхности горючего вещества. Чем больше дисперсность материала, тем больше его удельная поверхность, а значит и выше скорость процессов окисления, разложения, конденсации и адсорбции, в результате которых выделяется и накапливается внутри материала теплота.

Если скорость теплоотвода будет ниже скорости тепловыделения в зоне реакций, то начнется процесс самонагревания внутри объема вещества.

Условия теплового самовозгорания — экспериментально выявленная зависимость между температурой окружающей среды, количествам вещества (материала) и временем до момента его самовозгорания.

Результаты оценки условий теплового самовозгорания следует применять при выборе безопасных условий хранения и переработки самовозгорающихся веществ в соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.004.

Сущность метода определения условий теплового самовозгорания заключается в термостатировании исследуемого вещества (материала) при заданной температуре в закрытом реакционном сосуде и установлении зависимости между температурой, при которой происходит тепловое самовозгорание образца, его размерами и временем до возникновения горения (тления).

54. Что такое минимальная энергия зажигания, для каких веществ определяется, ее практическое применение, безопасные источники зажигания по значению их энергии?

Минимальная энергия зажигания зависит от множества различных параметров. Она определяется экспериментально.

Зависимость энергии зажигания от концентрации горючего имеет параболический характер. Так, например, у алканов каждая кривая имеет минимум, причем Еmin в гомологическом ряду с увеличением молекулярной массы вещества снижается.

Еmin зависит от химической природы вещества. Например, для смесей с воздухом ряда веществ она имеет следующие значения.

Зависимость минимальной энергии зажигания от химической природы вещества

Значение минимальной энергии зажигания как номенклатурного показателя пожаровзрывоопасности веществ и материалов, обслуживающего систему электростатической искробезопасности, отождествляется с наименьшей энергией заряженного конденсатора перед разрядом, вызывающим загорание вещества (материала) в стандартных условиях испытания.

Наименьшие значения тепловой энергии, достаточной для зажигания взрывоопасных сред, составляют от 0,011 до 0,28 мДж в зависимости от горючего вещества.

Зная скорость разряда, электрическую емкость, длительность процесса и сопротивление утечки, можно подсчитать максимальное количество накапливаемой электрической энергии. Затем се величину необходимо сравнить с самой низкой из минимальных энергий зажигания материалов, в присутствии которых эксплуати­руется электрооборудование. Аналогично, если максимальный потенциал, который может возникнуть, огра­ничить посредством фиксированного, узкого промежутка, через который пройдет любой искровой разряд (например, в некоторых вращающихся механизмах, таких как шаровые затворы), расчеты величины электри­ческой энергии должны быть выполнены и сопоставлены с измеренной минимальной энергией зажигания. Во всех рассмотренных случаях важно то, что для сравнения используется самая низкая из минимальных энергий зажигания материалов, применяемых и обрабатываемых в производстве в условиях эксплуатации электрообо­рудования.

Искровые разряды от заряженных, незаземленных металлических частей помещения и оборудования являются емкостными. Для оценки опасности воспламенения в случае емкостных искровых разрядов значе­ния минимальной энергии зажигания могут быть определены с помощью простой емкостной разрядной цепи. В некоторых случаях воспроизводимость результатов, полученных с помощью емкостных цепей, может быть улучшена включением катушки индуктивности I мГн в разрядную цепь. Следует, однако, отмстить, что вклю­чение катушки индуктивности обычно приводит к получению более низких значений минимальной энергии зажигания. Это может привести к принятию мер безопасности, которые не всегда являются обязательными, и увеличению затрат.

Экспериментальные исследования пыли различных видов показывают, что оценка воспламеняемости пылевоздушных смесей с использованием минимальной энергии зажи­гания пылевоздушных смесей также приемлема для других случаев, в которых источниками воспламенения являются не только искровые разряды.

55. Что такое критический гасящий диаметр, для каких веществ определяется, его практическое применение?

Воздух или кислород, попав в газопровод, может образовать взрывчатую смесь, поэтому необходимо обязательно предохранять трубопроводы от проникновения в него воздуха или кислорода. На всех взрывоопасных производствах должны быть созданы условия, исключающие возможность возникновения поджигающих импульсов.

Источниками воспламенения, приводящими газовоздушные смеси к взрыву, являются:

— электрические разряды действующего электрооборудования;

— короткое замыкание в электрических проводах;

— искрение в электрических приборах;

— перегорание открытых предохранителей;

— разряды статического электричества.

Взрывобезопасность обеспечивается различными огнепреградителями. устанавливаемыми в трубопроводах, на резервуарах, на продувочных газопроводах, свечах и других системах, где существует опасность взрыва. Погасание пламени в канале, заполненном горючей смесью, происходит лишь при минимальном (критическом)диаметре канала, зависящем от химического состава и давления смеси, и объясняется потерями теплоты из зоны реакции к стенкам канала. При уменьшении диаметра канала увеличивается его поверхность на единицу массы реагирующей смеси, т.е. возрастают теплопотери. Когда они достигают критического значения, скорость реакции горения уменьшается настолько, что дальнейшее распространение пламени становится невозможным.

Для оценки пламегасящей способности огнепреградителей применяется т.н. критерий Пекле Ре:

В пределе гашения пламени формула критерий Пекле принимает вид:

где w_см— нормальная скорость распространения пламени;

Таким образом, для расчета пламегасящей способности огнепреградителей необходимы следующие исходные данные:

— нормальные скорости распространения пламени горючих газовых смесей;

— фактический размер максимальных гасящих каналов данного огнепреградителя.

Если полученное значение больше Рекр = 65, огнепреградитель не задержит распространения пламени данной горючей смеси, и наоборот, если Ре 2,0 (3)

Использовав факт постоянства Ре_кр на пределе гашения пламени, можно вычислить ориентировочный критический диаметр каналов для любой горючей смеси, если известны скорость распространения пламени, а также теплоемкость и теплопроводность газовой системы. Рекомендуются следующие критические диаметры гасящего канала, мм:

56. Что такое группа горючести, для каких веществ определяется, ее практическое применение?

По горючести вещества и материалы подразделяют на три группы:

Результаты оценки группы горючести следует применять при классификации веществ и материалов по горючести и включать эти данные в стандарты и технические условия на вещества и материалы; при определении категории помещений по взрывопожарной и пожарной опасности в соответствии с требованиями норм технологического проектирования; при разработке мероприятий по обеспечению пожарной безопасности в соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.004.

Сущность экспериментального метода определения горючести заключается в создании температурных условий, способствующих горению, и оценке поведения исследуемых веществ и материалов в этих условиях.

57. Что такое температура воспламенения, для каких веществ определяется, ее практическое применение?

Температура воспламенения – 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.

В приведенной ниже части таблицы 2.1 из справочника Баратова приведены вещества, для которых определяется температура воспламенения

Практическое значение. Температура воспламенения характерна только для горючих веществ и материалов, так как она характе­ризует способность их к самостоятельному горению. Если температура воспламенения у вещества отсутствует, то его следует относить к трудногорючим или негорю­чим. Допустимые температуры оборудования устанавливаются в соответствии со значениями температур воспламенения воздушных смесей горючих газов и паров, которые могут присутствовать в атмосфере производственных помещений данного предприятия.

Для определения температуры воспламенения нагревают заданную массу вещества, периодически зажигая выделяющиеся пары и визуально оценивая результаты зажигания.

Для измерения температуры воспламенения жидкостей и плавящихся твердых ве­ществ применяют прибор с открытым тиглем, для измерения температуры воспламенения твердых веществ — прибор ОТП.

При измерении температуры воспламенения жидкостей и плавящихся твердых ве­ществ образец подготавливают так же, как и при измерении температуры вспышки. Внача­ле определяют ориентировочную температуру воспламенения. Для этого нагревают обра­зец исследуемого вещества со скоростью 5-6 °С/мин. Через каждые 5 °С повышения температуры проводят испытание на воспламенение. Для этого пламя горелки перемещают от одной стороны тигля до другой в течение 1,5 с на расстоянии 14 мм от поверхности жидко­сти. Если пары исследуемого вещества воспламеняются и продолжают гореть не менее 5 с, то нагрев прекращают, и показание термометра в момент появления пламени принимают за температуру воспламенения. Если воспламенение паров не происходит или время само­стоятельного горения после воспламенения составляет менее 5 с, то нагревание образца продолжают, периодически перемещая пламя горелки над тиглем, т.е. повторяют испыта­ние на воспламенение.

Определив ориентировочную температуру воспламенения, проводят серию основ­ных испытаний на трех образцах исследуемого вещества. За 10 °С до ориентировочной температуры воспламенения образец нагревают со скоростью 1 °С/мин для веществ с тем­пературой воспламенения до 70 °С и 2 °G’мин для веществ с температурой воспламенения более 70 °С.

Зажигание пламенем газовой горелки проводят при повышении температуры на каж­дый 1 °С для веществ с температурой воспламенения до 70 °С и на каждые 2 °С для ве­ществ с температурой воспламенения более 70 °С.

За температуру воспламенения жидкости в каждом опыте принимают наименьшую ее температуру, при которой образующиеся пары воспламеняются при поднесении пламени газовой горелки и продолжают гореть не менее 5 с после его удаления. За температуру вос­пламенения исследуемого вещества принимают среднее арифметическое трех определе­ний серии основных испытаний с поправкой на барометрическое давление.

Прибор ОТП (рис. 4) состоит из вертикальной электропечи с двумя коаксиально расположенными цилиндрами, выполненными из кварцевого стекла. Цилиндр с внутрен­ним диаметром 80 мм и высотой 240 мм является рабочей камерой. Второй цилиндр имеет внутренний диаметр 110 мм. На цилиндры навиты спиральные электронагреватели общей мощностью не менее 2 кВт, что позволяет создавать температуру в рабочей камере 750 °С. В качестве источника зажигания используют газовую горелку внутренним диамет­ром 4 мм.

Для испытаний готовят не менее десяти образцов массой по 3 г. После установления в рабочей камере стационарного температурного режима держатель образца извлекают из рабочей камеры, в контейнер помещают образец и возвращают держатель в исходное по­ложение. Зажигают горелку и формируют пламя в виде клина длиной от 8 до 10 мм.

Если при заданной температуре образец воспламенится, испытание прекращают, го­релку останавливают в положении «вне печи», держатель с образцом извлекают из каме­ры. Следующее испытание проводят с новым образцом при меньшей температуре. Если в течение 20 мин образец не воспламенится, испытания прекращают, фиксируя «отказ».

Методом последовательных приближений определяют минимальную температуру рабочей камеры, при которой за время не более 20 мин образец воспламеняется от воздей­ствия источника зажигания и горит более 5 с после его удаления, а при температуре на 10 °С ниже наблюдается «отказ» не менее чем в двух параллельных испытаниях.

58. Что такое нижний и верхний концентрационные пределы распространения пламени, для каких веществ определяются, их практическое применение?

Скорость пламени не может быть меньше определенного критического значения. Распространение пламени в смесях горючего и окислителя возможно лишь в определенном интервале концентраций. При поджигании смесей, состав которых выходит за эти пределы, стационарное пламя не образуется, и реакция, вызванная поджигающим импульсом, затухает на некотором расстоянии от места ее инициирования. При выходе составов за эти пределы стационарное пламя затухает.

Для смесей горючего и окислителя принято различать верхнюю π_max и нижнюю π_min предельные концентрации горючего, которыми ограничена область взрывоопасных составов. Эти пределы являются важнейшей характеристикой взрывоопасное горючих газов и паров. Они зависят в основном от содержания инертных компонентов в смеси и в меньшей степени – от давления и температуры. С повышением начальной температуры смеси π_min снижается, а π_max повышается, поскольку в смесь вносится внешнее физическое тепло.

Изменение начального давления смеси влияет на пределы по-разному. Так, для смеси водорода с воздухом они почти не изменяются, в то время как для окиси углерода резко сужаются и при 20 атм смеси становятся невзрывоопасными.

Значения π_min и π_max определяют границы составов смесей, содержащих горючее и окислитель, образование которых не связано с опасностью взрыва. Исходя из этих величин, определяют возможности выбора безопасных составов в технологических процессах.

Значения концентрационных пределов несколько зависят от формы и направления распространения пламени в сосуде, в котором изучается горение. При поджигании у верхнего конца вертикальной трубы распространение пламени возможно в более узком интервале концентраций, чем при поджигании у нижнего конца. Эта особенность обусловлена возникновением конвективных потоков, поднимающих вверх нагретые продукты сгорания и тем самым облегчающих распространение пламени вверх у предельных составов.

Ниже приведены значения концентрационных пределов распространения пламени вверх для воздушных и кислородных смесей различных горючих при атмосферном давлении и комнатной температуре.

Концентрационные пределы распространения пламени

59. Что такое способность взрываться и гореть при взаимодействии с водой, кислородом воздуха и другими веществами, для каких веществ определяется, практическое применение этого показателя?

Источник