Кінетичне горіння. Дифузійне горіння. Продукти згоряння Дим

Усі горючі (згоряються) речовини містять вуглець і водень, - основні компоненти газоповітряної суміші, що у реакції горіння. Температура займання горючих речовин і матеріалів різна і перевищує більшості 300°С.

Фізико-хімічні основи горіння полягають у термічному розкладанні речовини або матеріалу до вуглеводневих парів і газів, які під впливом високих температур вступають у хімічну дію з окислювачем (киснем повітря), перетворюючись у процесі згоряння на вуглекислий газ (двоокис вуглецю), чадний газ ( вуглецю), сажу (вуглець) і воду, і при цьому виділяється тепло та світлове випромінювання.

Займання являє собою процес поширення полум'я газопароповітряної суміші. При швидкості закінчення горючих парів і газів із поверхні речовини рівної швидкості поширення полум'я з них спостерігається стійке полум'яне горіння. Якщо ж швидкість полум'я більша за швидкість закінчення парів і газів, то відбувається вигоряння газопароповітряної суміші та самозагасання полум'я, тобто. спалах.

B залежно від швидкості закінчення газів та швидкості поширення полум'я по них можна спостерігати:

горіння на поверхні матеріалу, коли швидкість виділення горючої суміші з поверхні матеріалу дорівнює швидкості розповсюдження вогню по ній;
горіння з відривом від поверхні матеріалу, коли швидкість виділення горючої суміші більша за швидкість поширення полум'я по ній.

Горіння газопароповітряної суміші поділяється на дифузійне чи кінетичне. Основною відмінністю є вміст або відсутність окислювача (кисню повітря) безпосередньо в горючій пароповітряній суміші.

Кінетичне горіння є горіння попередньо перемішаних горючих газів і окислювача (кисню повітря). На пожежах цей вид горіння трапляється вкрай рідко. Однак він часто зустрічається в технологічних процесах: у газовому зварюванні, різанні тощо.

При дифузійному горінні окислювач надходить у зону горіння ззовні . Надходить він, як правило, знизу полум'я внаслідок розрідження, що створюється біля його основи. У верхній частині полум'я, що виділяє I в процесі горіння тепло, створює тиск. Основна реакція горіння окислення) відбувається на межі полум'я, оскільки газові суміші, що витікають з поверхні речовини, перешкоджають проникненню окислювача вглиб полум'я (витісняють повітря). Більшість паливної суміші в центрі полум'я, що не вступила в реакцію окислення з киснем, є продуктами неповного горіння (СО, СН 4 , вуглець і ін.).

Дифузійне горіння, у свою чергу, буває ламінарним (спірним) та турбулентним (нерівномірним у часі та просторі). Ламінарне горіння характерне при рівності швидкостей закінчення горючої суміші з поверхні матеріалу та швидкості поширення плавні по ній. Турбулентне горіння настає, коли швидкість виходу горючої суміші значно перевищує швидкість розповсюдження полум'я. У цьому випадку межа полум'я стає нестійкою внаслідок великої дифузії повітря на зону горіння. Нестійкість спочатку виникає вершини полум'я, та був переміщається до основи. Таке горіння зустрічається на пожежах при його об'ємному розвитку (див. нижче).

Горіння речовин і матеріалів можливе лише за певної якості кисню у повітрі. Зміст кисню, у якому виключається можливість горіння різних речовин, і матеріалів, встановлюється дослідним шляхом. Так, для картону та бавовни самозагасання настає Орі 14% (про.) кисню, а поліефірної вати – при 16% (про.).

Виняток окислювача (кисню повітря) є одним із заходів пожежної профілактики. Тому зберігання легкозаймистих та горючих рідин, карбіду кальцію, лужних металів, фосфору повинно здійснюватися у щільно закритій тарі.

1.2.2. Джерела запалювання.

Необхідною умовою займання горючої суміші є джерела запалювання. Джерела запалювання поділяються на відкритий вогонь, тепло нагрівальних елементів та приладів, електричну енергію, енергію механічних іскор, розрядів статичної електрики та блискавки, енергію процесів саморозігрівання речовин та матеріалів (самозагорання) тощо. Виявленню наявних на виробництві джерел запалення має бути приділено особливу увагу.

Характерні параметри джерел запалювання приймаються за:

Температура каналу блискавки - 30000 ° С при силі струму 200 000 А і часу дії близько 100 мкс. Енергія іскрового розряду вторинного впливу блискавки перевищує 250 мДж і достатня для займання горючих матеріалів з мінімальною енергією запалювання до 0,25 Дж. матеріалів.

Полівінілхлоридна ізоляція електричного кабелю (проводу) займається при кратності струму короткого замикання більше 2,5.

Температура зварювальних частинок та нікелевих частинок ламп розжарювання досягає 2100°С. Температура крапель при різанні металу 1500°С. Температура дуга при зварюванні та різанні досягає 4000°С.

Зона розльоту частинок при короткому замиканні при висоті розташування дроту 10 м коливається від 5 (імовірність влучення 92%) до 9 (імовірність влучення 6%) м; при розташуванні дроту на висоті 3 м – від 4 (96%) до 8 м (1%); при розташуванні на висоті 1 м – від 3 (99%) до 6 м (6%).

Максимальна температура, °С, на колбі електричної лампочки розжарювання залежить від потужності Вт: 25 Вт - 100°С; 40 Вт - 150 ° С; 75 Вт - 250 ° С; 100 Вт - 300 ° С; 150 Вт - 340 ° С; 200 Вт - 320 ° С; 750 Вт – 370°С.

Іскри статичної електрики, що утворюється при роботі людей з діелектричними матеріалами, що рухаються, досягають величин від 2,5 до 7,5 мДж.

Температура полум'я (тління) і час горіння (тління), "З (хв), деяких малокалорійних джерел тепла: цигарка, що тліє - 320-410 (2-2,5); сигарета, що тліє - 420-460 (26-30); сірник – 620-640 (0,33).

Для іскор пічних труб, котелень, труб паровозів і тепловозів, а також інших машин, багать встановлено, що іскра діаметром 2 мм пожежонебезпечна, якщо має температуру близько 1000°С, діаметром 3 мм - 800°С, діаметром 5 мм - 600°С .

1.2.3. Самозаймання

Самозаймання притаманне багатьом пальним речовинам і матеріалам. Це відмінність даної групи матеріалів.

Самозаймання буває наступних видів: теплове, хімічне, мікробіологічне.

Теплове самозаймання виявляється у акумуляції матеріалом тепла, у якого відбувається самонагрівання матеріалу. Температура самонагрівання речовини чи матеріалу є показником його пожежонебезпечного™. Для більшості горючих матеріалів цей показник лежить у межах від 80 до 150 ° С: папір - 100 ° С; повсть будівельна - 80 ° С; дерматин - 40 ° С; деревина: соснова - 80, дубова - 100, ялина - 120 ° С; бавовна-сирець - 60°С.

Тривале тління до початку полум'яного горіння є характерною характеристикою процесів теплового самозаймання. Дані процеси виявляються за тривалим і стійким запахом тліючого матеріалу.

Хімічне самозаймання відразу проявляється у полум'яному горінні. Для органічних речовин даний вид самозаймання відбувається при контакті з кислотами (азотною, сірчаною), рослинними та технічними оліями. Олії та жири, у свою чергу, здатні до самозаймання в середовищі кисню. Неорганічні речовини здатні самозайматися при контакті з водою (наприклад, гідросульфіт натрію). Спирти самозаймаються при контакті з перманганатом калію. Аміачна селітра самозаймається при контакті з суперфосфатом та ін.

Мікробіологічне самозаймання пов'язане з виділенням теплової енергії мікроорганізмами в процесі життєдіяльності в живильному для них середовищі (сіно, торф, тирсу і т.п.).

Насправді найчастіше проявляються комбіновані процеси самозаймання: теплові і хімічні.

2. Показники пожежонебезпеки.

Вивчення пожежонебезпечних властивостей речовин і матеріалів, що звертаються в процесі виробництва, є одним із основних завдань пожежної профілактики, спрямованої на виключення пального середовища із системи пожежі.

Відповідно до ГОСТ 12.1.044за агрегатним станом речовини та матеріали поділяються на:

ГАЗИ - речовини, тиск насичених пар яких при температурі 25°З тиску 101,3 кПа (1 атм) перевищує 101,3 кПа (1 атм).

РІДИНИ - те ж, але тиск менше 101,3 кПа (1 атм). До рідин відносять також тверді речовини, що плавляться, температура плавлення або ка-плепадіння яких менше 50°С.

ТВЕРДІ - індивідуальні речовини та їх суміші з температурою плавлення або краплі падіння вище 50°С (наприклад, вазилін - 54°С ), а також речовини, що не мають температуру плавлення (наприклад, деревина, тканини тощо).
ПИЛУ - дисперговані (подрібнені) тверді речовини та матеріали з розміром частинок менше 850 мкм (0,85 мм).

Номенклатура показників та їх застосування для характеристики пожежонебезпечності речовин і матеріалів наведені в табл.1.
Значення цих показників повинні включатися до стандартів та технічних умов на речовини, а також зазначатися у паспортах виробів.

Таблиця 1

Показник	Гази	Рідини	Тверді	Пили
Група горючості	+	+	+	+
Температура спалаху	-	+	-	-
Температура займання	-	+	+	+
Температура самозаймання	+	+	+	+
Концентраційні межі займання	+	+	. -	+
Умови теплового самозаймання	-	-	+	+
Кисневий індекс	-	-	+	-
Коефіцієнт димоутворення	-	-	+	-
Здатність вибухати та горіти при взаємодії з водою, киснем повітря та іншими речовинами	+	+	+	+
Показник токсичності продуктів горіння полімерних матеріалів та інші			+

(Знак «+» означає застосовність, знак «-» незастосовність показника)

Температура спалаху (Твсп,) - тільки для рідин - найменша температура конденсованої речовини, за якої в умовах спеціальних випробувань над його поверхнею утворюються пари, здатні спалахувати у повітрі від джерела запалювання; стійке горіння у своїй немає.

Температура ЗАПАЛЕННЯ (Тв,) - крім газів - найменша температура речовини, за якої речовина виділяє горючі пари та гази з такою швидкістю, що при впливі на них джерела запалення спостерігається займання.

Температура САМОЗАПАЛЕННЯ (Т св) - найменша температура навколишнього середовища, при якій спостерігається самозаймання речовини.

УМОВИ ТЕПЛОВОГО САМОВОЗгорАННЯ - тільки для твердих та пилів - експериментально виявлена залежність між температурою навколишнього середовища, кількістю речовини (матеріалу) та часом до моменту його самозаймання.

Температура САМОНАГРІВАННЯ - найнижча температура речовини, за якої мимовільний процес її нагрівання не призводить до тління або полум'яного горіння.

Безпечною температурою тривалого нагрівання речовини вважають температуру, що не перевищує 90% температури самонагрівання.

ЗДАТНІСТЬ ВИБУВАТИСЯ І ГОРІТИ ПРИ ВЗАЄМОДІЇ З ВОДОЮ, КИСНЕМ ПОВІТРЯ І ІНШИМИ РЕЧОВИНАМИ (взаємний контакт речовин) - це якісний показник, що характеризує особливу пожежну небезпеку деяких речовин.

КОЕФІЦІЄНТ ДИМОУТВОРЕННЯ - тільки для твердих - показник, що характеризує оптичну щільність диму, що утворюється при полум'яному горінні або термоокислювальній деструкції (тлінні) певної кількості твердої речовини (матеріалу) в умовах спеціальних випробувань.

Розрізняють 3 групи матеріалів:

У матеріалів з помірною димоутворюючою здатністю кількість диму, коли людина втрачає здатність орієнтуватися, менше

або дорівнює кількості продуктів горіння, при якому можливе смертельне отруєння. Тому ймовірність втрати видимості в диму вища за ймовірність отруєння.

Приклади димоутворюючої здатності будівельних матеріалів при тлінні (горінні), м 3 /кг:

Деревне волокно (береза, осика) - 62 (20)

Декоративний паперово-шаровий пластик - 75 (6)

Фанера марки ФСФ - 140 (30)

ДВП, фанерована пластиком - 170 (25)

ПОКАЗНИК ТОКСИЧНОСТІ ПРОДУКТІВ ГОРЕННЯ ПОЛІМЕРНИХ МАТЕРІАЛІВ - відношення кількості матеріалу до одиниці об'єму замкнутого простору, в якому газоподібні продукти, що утворюються при горінні матеріалу, викликають загибель 50% піддослідних тварин.

Сутність методу полягає у спалюванні досліджуваного матеріалу в камері згоряння та виявленні залежності летального ефекту газоподібних продуктів горіння від маси матеріалу (у грамах), віднесеної до одиниці об'єму (1 м 3) експозиційної камери.

Класифікацію матеріалів наведено в таблиці:

* Для матеріалів надзвичайно небезпечних за токсичністю маса не перевищує 25 г, щоб створити смертельну концентрацію в обсязі 1 м 3 за час 5 хв. Відповідно, за час 15 хв – до 17; 30 хв – до 13; 60 хв до 10 грам.

Наприклад: сосна Дугласа – 21; вінілова тканина – 19; полівініл-хлорид – 16; пінополіуретан еластичний - 18 (жорсткий - 14) г/м 3 при експозиції 15 хв.

КОНЦЕНТРАЦІЙНІ МЕЖІ ПОШИРЕННЯ ПОЛУМЕННЯ (ЗАПАЛУ) - крім твердих.

Нижній (верхній) концентраційні межі поширення полум'я (займання) - мінімальний (максимальний) вміст паливної речовини в однорідній суміші з окисним середовищем, при якому можливе поширення полум'я по суміші на будь-яку відстань від джерела запалювання.

Приклади нижньої-верхньої концентраційних меж, %: ацетилен - 2,2-81; водень – 3,3-81,5; природний газ – 3,8-24,6; метан – 4,8-16,7; пропан – 2-9,5; бутан – 1,5-8,5; пари бензину – 0,7-6; пари гасу – 1-1,3.

Температура ТЛІННЯ - для твердих і пилів - температура речовини, за якої відбувається різке збільшення швидкості екзотермічних реакцій окислення, що закінчуються виникненням тління.

ГРУПА ГОРЮЧОСТІ - класифікаційна характеристика здатності будь-яких речовин та матеріалів до горіння.

За горючістю речовини та матеріали поділяються на три групи: негорючі, важкогорючі та горючі.

НЕГОРЮЧІ (негорючі) - речовини та матеріали, не здатні до горіння в повітрі. Негорючі речовини можуть бути пожежонебезпечними (наприклад, окислювачі або речовини, що виділяють продукти при взаємодії з водою, киснем повітря або одна з одною).

ТРУДНОГОРЮЧІ (трудозаймисті) - речовини та матеріали, здатні горіти в повітрі при дії джерела запалювання, але не здатні самостійно горіти після його видалення.

ГАРЮЧІ (згоряються) - речовини та матеріали, здатні самозайматися, а також займатися при дії джерела запалювання та самостійно горіти після його видалення.

Горючі рідини (ГР) з Tвсп<61°С в закрытом тигле или 66°С в открытом тигле относят к легковоспламеняющимся (ЛВЖ).

Особливо небезпечними ГР називають ЛЗР з Твсп< 28°С.

Гази вважаються пальними за наявності концентраційних меж займання (КПВ); важкогорючими - за відсутності КПВ та наявності Тсв; негорючими – за відсутності КПВ та Тсв.

РІДИНИ вважаються пальними за наявності Тв; важкогорючими - за відсутності Тв та наявності Тсв; негорючими – за відсутності Тв, Тсв, Tвсп, температурних та концентраційних меж поширення полум'я (займання).

3. Категорії приміщень з вибухопожежної та пожежної небезпеки.

Відповідно до положень норм пожежної безпеки НПБ 105-03, встановлюються категорій приміщень та будівель (або частин будівель між протипожежними стінами - пожежних відсіків) за вибухопожежною та пожежною небезпекою залежно від кількості та пожежо-вибухонебезпечних властивостей речовин і матеріалів, що перебувають (звертаються) у них; технологічних процесів розміщених у них виробництв.

Категорування приміщення, відсіки, частини будівлі, будівлі класів підлягають залежно від їхньої приналежності до того чи іншого класу за функціональною пожежною небезпекою. Будівлі та частини будівель - приміщення або групи приміщень, функціонально пов'язаних між собою, за функціональною пожежною небезпекою поділяються на класи залежно від способу їх використання та від того, якою мірою безпека людей у них у разі виникнення пожежі перебуває під загрозою, з урахуванням їх віку, фізичного стану, можливості перебування у стані сну, виду основного функціонального контингенту та його кількості.

Обов'язковому категоріюванню з вибухопожежної та пожежної небезпеки підлягають приміщення, частини будівель, будівлі класів Ф3.5., Ф4.3., Ф5.1., Ф5.2., Ф5.3., причому виробничі та складські приміщення, у тому числі лабораторії та майстерні у будинках класів Ф1, Ф2, Ф3 та Ф4, відповідно до положень п.5.21* СНиП 21-01-97* відносяться до класу Ф5.

Методика, наведена в НПБ 105-03, повинна використовуватися при розробці відомчих норм технологічного проектування, що стосуються категорування приміщень та будівель.

НПБ 105-03 не поширюються на приміщення та будівлі для виробництва та зберігання вибухових речовин (ВВ), засобів ініціювання ВВ, будівлі та споруди, що проектуються за спеціальними нормами та правилами, затвердженими в установленому порядку.

Категорії приміщень та будівель, визначені відповідно до ПНБ 105-03, слід застосовувати для встановлення нормативних вимог щодо забезпечення вибухопожежної та пожежної безпеки зазначених приміщень та будівель щодо планування та забудови, поверховості, площ, розміщення приміщень, конструктивних рішень, інженерного обладнання. Заходи щодо забезпечення безпеки людей повинні призначатися залежно від пожежонебезпечних властивостей та кількості речовин та матеріалів відповідно до ГОСТ 12.1.004-91 та ГОСТ 12.3.047-98.

Категорії приміщень та будівель підприємств та установ визначаються на стадії проектування будівель та споруд відповідно до цих норм, відомчих норм технологічного проектування або спеціальних переліків, затверджених в установленому порядку.

По вибухопожежній та пожежній небезпеці приміщення та будівлі поділяються на категорії А, Б, В1-В4, Г та Д. горючих речовин та матеріалів, їх кількості та пожежонебезпечних властивостей, особливостей технологічних процесів.

Визначення пожежонебезпечних властивостей речовин та матеріалів проводиться на підставі результатів випробувань або розрахунків за стандартними методиками з урахуванням параметрів стану (тиск, температура тощо).

Допускається використання довідкових даних, опублікованих головними науково-дослідними організаціями у сфері пожежної безпеки або виданих Державною службою стандартних довідкових даних. Допускається використання показників пожежної небезпеки для сумішей речовин та матеріалів за найбільш небезпечним компонентом.

К-я	Характеристика речовин та матеріалів, приміщення, що знаходяться (звертаються) у приміщенні
А	Горючі гази (ГГ), легкозаймисті вибухопожежонебезпечна рідина (ЛЗР) з температурою спалаху не більше 28 про С в такій кількості, що можуть утворювати вибухонебезпечні паро-, газо-повітряні суміші, при займанні яких розвивається розрахунковий надлишковий тиск вибуху в приміщенні, що перевищує 5 к . Речовини та матеріали, здатні вибухати та горіти при взаємодії з водою, киснем повітря або один з одним у такій кількості, що розрахунковий надлишковий тиск вибуху в приміщенні перевищує 5 кПа
Б	Горючі пилу або волокна, ЛЗР вибухопожежонебезпечна з температурою спалаху більше 28 o С, горючі рідини (ГР) у такій кількості, що можуть утворювати вибухонебезпечні пилоповітряні або пароповітряні суміші, при запаленні яких розвивається розрахунковий надлишковий тиск вибуху в приміщенні, що перевищує 5
В1-В4	ГР і важкогорючі рідини, тверді пожежонебезпечні горючі та важкогорючі речовини та матеріали (у тому числі пилу та волокна), речовини та матеріали, здатні при взаємодії з водою, киснем повітря або один з одним тільки горіти, за умови, що приміщення, в яких вони є в наявності або звертаються, не належать до категорій А чи Б
Г	Негорючі речовини та матеріали у гарячому, розжареному чи розплавленому стані, процес обробки яких супроводжується виділенням променистого тепла, іскор та полум'я; ГГ, ГР та тверді речовини, які спалюються або утилізуються як паливо
Д	Негорючі речовини та матеріали у холодному стані

| 2 | | |

Структура дифузійного факела полум'я над поверхнею горючої рідини, механізм та швидкість його розповсюдження.

Структура дифузійного смолоскипа полум'я над дзеркалом горючої рідини приблизно така сама. Різниця тільки в тому, що горючі пари, що надходять з поверхні рідини, не мають такого початкового запасу кінетичної енергії, як струмінь газу, і до займання змішуються з навколишнім газовим середовищем не за рахунок кінетичної енергії газового потоку, що втікає, а повільніше за механізмом конвективної та молекулярної дифузії. . Але якщо до пароповітряної суміші, що утворилася, підвести джерело запалювання, то виникне факел полум'я, який змінить співвідношення газових і теплових потоків над дзеркалом рідини: гарячі продукти згоряння, як легші, спрямуються вгору, а на їх місце з навколишнього простору надійде свіже холодне повітря, яке призведе до розведення парів горючої рідини. Від факела полум'я до дзеркала рідини надійде променистий потік теплової енергії, який піде на нагрівання поверхневих шарів рідини та в міру їхнього розігріву інтенсифікує процес її випаровування.

Якщо рідина до займання мала температуру, що значно перевищує температуру займання, то горіння рідини над резервуаром або розлитою рідиною інтенсифікується, прогресує, розмір факела полум'я зростатиме. Відповідно, збільшується інтенсивність променистого теплового потоку до поверхні рідини, інтенсифікується процес випаровування, зростає інтенсивність конвективного газового потоку навколо факела полум'я, воно буде сильніше підтискатися з боків, приймаючи форму конуса, що збільшується в розмірі. При подальшому горінні полум'я переходить у турбулентний режим горіння, і зростатиме доти, доки не встановиться режим теплової та газодинамічної рівноваги. Максимальна температура турбулентного дифузійного полум'я більшості ЛЗР не перевищує 1250-1350°С.

Поширення горіння поверхнею дзеркала рідини залежить від швидкості утворення горючої суміші за механізмом молекулярної та конвективної дифузії. Тому для рідин з температурою нижче температури займання ця швидкість менше 0,05 м/с, а для рідин нагрітих вище температури займання досягає 0,5 м/с і більше.

Таким чином, швидкість поширення полум'я по поверхні горючої рідини залежить переважно від її температури.

Якщо температура рідини дорівнює або вище температури займання, можливе виникнення горіння. Спочатку над поверхнею рідини встановлюється невелике полум'я, яке швидко збільшується по висоті і через невеликий проміжок часу досягає максимальної величини. Це говорить про те, що між зоною горіння та поверхнею рідини встановився певний тепломасообмін. Передача тепла із зони горіння поверхневому шару рідини здійснюється променевипусканням та теплопровідністю через стінки ємності. Конвективний потік відсутня, оскільки потік парів факелі спрямований верх, тобто. від менш нагрітої до поверхні більш нагрітої. Кількість тепла, що передається рідини від зони горіння, є непостійним і залежить від температури факела, прозорості полум'я, його форми і т.д.

Рідина одержує частину тепла від стінки резервуара. Ця частина тепла може бути значною, коли рівень рідини в резервуарі низький, і коли полум'я омиває зовнішню стінку резервуара. Тепло, що сприймається рідиною, здебільшого витрачається на випаровування та нагрівання її, і деяка кількість тепла втрачається рідиною в навколишнє середовище:

Q = q 1 + q 2 + q 3

де Q - кількість тепла, одержуване рідиною від полум'я, кДж/(м 2 -с);

q 1 - кількість тепла, що втрачається рідиною у навколишнє середовище, кДж/(м 2 -с);

q 2 - кількість тепла, що витрачається на пароутворення рідини, кДж/(м 2 с);

qз - кількість тепла, що витрачається на нагрівання рідини, кДж/(м 2 -с).

Якщо діаметр резервуара досить великий, то величиною q1 порівняно з q 2 і q 3 можна знехтувати:

Q = q 2 + q 3 = rlс + cpс (T-T 0) u.

Де r – теплота випаровування рідини, кДж/кг;

Ср - теплоємність рідини, кДж/(кг К);

р - щільність рідини, мг/м 3;

Т – температура на поверхні рідини, К;

Т 0 -початкова температура рідини;

u - швидкість зростання нагрітого шару рідини, м/с;

l – лінійна швидкість вигоряння рідини, м/с.

Якщо горить індивідуальна рідина, склад її парової фази не відрізняється від складу рідкої. Якщо горить рідина складного складу (суміш), то у верхньому шарі її відбувається фракційна перегонка і склад кульової фази відрізняється від складу рідкої фази. До таких сумішей належать нафта та всі нафтопродукти. При їх горінні відбувається випаровування переважно легкокиплячих фракцій, в результаті чого рідка фаза змінює свій склад, а разом з цим тиск парів, питома вага, в'язкість та інші властивості. У табл.3.1 показано зміну властивостей карачухурської нафти в поверхневому шарі при горінні в резервуарі діаметрам 1,4 м.

Таблиця 1.11.1

Зміна властивостей карачухурської нафти у процесі горіння

Фізико-хімічні властивості	Проба до досвіду	Проби після горіння, год

Щільність три 293 К, кг/м3
Кінематична в'язкість при 373. К, м2/с
Температура спалаху по Бренкену,


Початок кипіння,

Згідно з табл.1.11.1 за рахунок вигоряння легкокиплячих фракцій щільність продукту, що залишається, збільшується. Те саме відбувається з в'язкістю, температурою спалаху, вмістом смол та температурою кипіння. Тільки вміст вологи в міру вигоряння нафти зменшується. Інтенсивність зміни цих властивостей при горінні в резервуарах різного діаметра однакова. У резервуарах великого діаметра через збільшення конвективності і товщини шару рідини, що бере участь у перемішуванні, швидкість зміни цих властивостей зменшується. Зміна фракційного складу нафтопродуктів, що відбувається у верхньому шарі, призводить поступово до зміни шару товщі прогрітого нафтопродукту.

Якщо користуватися першим законом Д.П. Коновалова, то висновок про горіння сумішей можна сформулювати наступним чином: суміш двох рідин збагачується під час горіння тим компонентам, додавання якого до рідини знижує тиск пари над нею (або підвищує температуру кипіння). Цей висновок справедливий і для сумішей, у яких кількість компонентів більша за два.

При горінні сумішей легкозаймистих і деяких горючих рідин з водою в результаті фракційної перегонки відсоток води в рідкій фазі постійно збільшується, що веде до збільшення питомої ваги суміші, що горить. Це характерно для сумішей, у яких горючий компонент має температуру кипіння нижче температури кипіння води (метиловий, етиловий спирти, діетиловий ефір, ацетон та ін.). При тривалому горінні таких рідких сумішей внаслідок збільшення води в них настає момент, коли горіння припиняється, хоча не вся суміш ще вигоріла.

Суміш горючих рідин з водою, коли температура кипіння рідини вища за температуру кипіння води, веде себе в процесі горіння дещо інакше. Відсоток води у рідкій фазі не збільшується, а зменшується. Внаслідок цього суміш вигоряє повністю. Так горить суміш оцтової кислоти із водою.

При горінні нафтопродуктів температура кипіння їх (див. табл.1.11.1) поступово підвищується в силу фракційної перегінної, що відбувається, у зв'язку з чим підвищується і температура верхнього шару. На рис.1.11.1 показано зміну температури поверхні

Рис.1.11.1

При низьких температурах рідини істотну роль при поширенні полум'я відіграє передача тепла від полум'я рідини. Полум'я підігріває прилеглу до нього поверхню рідини, тиск парів над нею зростає, утворюється горюча суміш, яка спалахує згоряє.

Полум'я, що перемістилося, підігріває наступну ділянку поверхні рідини, і так далі.

Залежність швидкості переміщення полум'я поверхнею рідини від температури показано на рис 1.11.2.

При температурі рідини нижче за температуру спалаху швидкість переміщення полум'я мала.

Вона зростає в міру підвищення температури рідини і стає однаковою зі швидкістю розповсюдження полум'я по пароповітряній суміші при температурі рідини вище за температуру спалаху.

Рис.1.11.2 Зміна швидкості переміщення полум'я по поверхні рідин залежно від температури: 1-ізоаміловий спирт; 2 - бутиловий спирт; 3 - етиловий спирт; 4 - толуол.

Найменування параметру	Значення
Тема статті:	Дифузійне та кінетичне горіння.
Рубрика (тематична категорія)	Освіта

Гомогенне та гетерогенне горіння.

Виходячи з розглянутих прикладів, виходячи з агрегатного стану суміші пального і окислювача, тобто. від кількості фаз у суміші, розрізняють:

1. Гомогенне горіннягазів і парів горючих речовин у середовищі газообразного окислювача. Τᴀᴋᴎᴎᴩᴀᴈᴏᴍ, реакція горіння протікає в системі, що складається з однієї фази (агрегатного стану).

2. Гетерогенне горіннятвердих горючих речовин у середовищі газоподібного окислювача. В цьому випадку реакція протікає на поверхні розділу фаз, у той час як гомогенна реакція йде у всьому обсязі.

Це горіння металів, графіту, . практично нелітучих матеріалів. Багато газових реакцій мають гомогенно-гетерогенну природу, коли можливість перебігу гомогенної реакції зумовлена походженням одночасно гетерогенної реакції.

Горіння всіх рідких і багатьох твердих речовин, з яких виділяються пари або гази (летючі речовини) протікає в газовій фазі. Тверда і рідка фази відіграють роль резервуарів продуктів, що реагують.

Наприклад, гетерогенна реакція самозаймання вугілля перетворюється на гомогенну фазу горіння летких речовин. Коксовий залишок горить гетерогенно.

За ступенем підготовки горючої суміші розрізняють дифузійне та кінетичне горіння.

Розглянуті види горіння (крім вибухівки) відносяться до дифузійного горіння. Полум'я, тобто. зона горіння суміші пального з повітрям, для забезпечення стійкості повинна постійно підживлюватися пальним і киснем повітря. Надходження пального газу залежить від швидкості його подачі в зону горіння. Швидкість надходження горючої рідини залежить від інтенсивності її випаровування, тобто. від тиску пари над поверхнею рідини, а, отже, від температури рідини. Температурою запаленняприйнято називати найменша температура рідини, за якої полум'я над її поверхнею не згасне.

Горіння твердих речовин відрізняється від горіння газів наявністю стадії розкладання та газифікації з наступним займанням летких продуктів піролізу.

Піроліз- Це нагрівання органічних речовин до високих температур без доступу повітря. При цьому відбувається розкладання, або розщеплення, складних з'єднань на простіші (коксування вугілля, крекінг нафти, суха перегонка дерева). З цієї причини згоряння твердої паливної речовини в продукт горіння не зосереджено тільки в зоні полум'я, а має багатостадійний характер.

Нагрів твердої фази викликає розкладання та виділення газів, які займаються і згоряють. Тепло від факела нагріває тверду фазу, викликаючи її газифікацію і процес повторюється, таким чином підтримуючи горіння.

Модель горіння твердої речовини передбачає наявність наступних фаз (рис. 17):

Рис. 17. Модель горіння

твердої речовини.

Прогрівання твердої фази. У речовин, що плавляться в цій зоні відбувається плавлення. Товщина зони залежить від температури провідності речовини;

Піролізу, або реакційної зони в твердій фазі, в якій утворюються газоподібні горючі речовини;

Передполум'яної в газовій фазі, в якій утворюється суміш з окислювачем;

Полум'я, або реакційної зони в газовій фазі, в якій перетворення продуктів піролізу в газоподібні продукти горіння;

Продукти горіння.

Швидкість подачі кисню до зони горіння залежить з його дифузії через продукт горіння.

Загалом, оскільки швидкість хімічної реакції в зоні горіння в розглянутих видах горіння заздрості від швидкості надходження реагуючих компонентів і поверхні полум'я шляхом молекулярної або кінетичної дифузії, даний вид горіння і називають дифузійним.

Структура полум'я дифузійного горіння складається із трьох зон (рис.18):

У 1 зоні знаходяться гази чи пари. Горіння у цій зоні не відбувається. Температура не перевищує 500 0 С. Відбувається розкладання, піроліз летких та нагрівання до температури самозаймання.

Рис. 18. Структура полум'я.

У 2 зоні утворюється суміш парів (газів) з киснем повітря і відбувається неповне згоряння до СО з частковим відновленням до вуглецю (мало кисню):

C n H m + O 2 → CO + CO 2 + Н 2 Про;

У 3 зовнішній зоні відбувається повне згоряння продуктів другої зони та спостерігається максимальна температура полум'я:

2CO+O 2 =2CO 2;

Висота полум'я пропорційна коефіцієнту дифузії та швидкості потоку газів і обернено пропорційна щільності газу.

Усі види дифузійного горіння притаманні пожежам.

Кінетичнимгорінням прийнято називати горіння заздалегідь перемішаних пального газу, пари або пилу з окислювачем. В цьому випадку швидкість горіння залежить тільки від фізико-хімічних властивостей паливної суміші (теплопровідності, теплоємності, турбулентності, концентрації речовин, тиску тощо). Тому швидкість горіння різко зростає. Такий вид горіння притаманний вибухам.

В даному випадку при підпалюванні горючої суміші в будь-якій точці фронт полум'я рухається від продуктів згоряння у свіжу суміш. Таким чином, полум'я при кінетичному горінні найчастіше нестаціонарно (рис. 19).

Рис. 19. Схема поширення полум'я в горючій суміші: - Джерело запалювання; - Напрями руху фронту полум'я.

Хоча, якщо попередньо перемішати горючий газ з повітрям і подати в пальник, то при підпалюванні утворюється стаціонарне полум'я, за умови, що швидкість подачі суміші дорівнюватиме швидкості поширення полум'я.

Якщо швидкість подачі газів збільшити, то полум'я відривається від пальника і може згаснути. А якщо швидкість зменшити, то полум'я втягнеться у пальники з можливим вибухом.

За ступенем згоряння, І.О. повноти перебігу реакції горіння до кінцевих продуктів, горіння буває повним та неповним.

Так було в зоні 2 (рис.18) горіння неповне, т.к. недостатньо надходить кисень, який частково витрачається в 3 зоні, і утворюються проміжні продукти. Останні догоряють у 3 зоні, де кисню більше, до повного згоряння. Наявність сажі в диму говорить про неповне горіння.

Інший приклад: при нестачі кисню вуглець згоряє до чадного газу:

Якщо додати O, то реакція йде до кінця:

2СО+O 2 =2СО 2 .

Швидкість горіння залежить від характеру руху газів. З цієї причини розрізняють ламінарне та турбулентне горіння.

Так, прикладом ламінарного горіння може бути полум'я свічки в нерухомому повітрі. При ламінарному горіннішари газів течуть паралельно, не завихряючись.

Турбулентне горіння- Вихровий рух газів, при якому інтенсивно перемішуються згоряючі гази, і фронт полум'я розмивається. Кордоном між цими видами служить критерій Рейнольдса, який характеризує співвідношення між силами ін'єрції і силами тертя в потоці:

де: u- Швидкість газового потоку;

n- кінетична в'язкість;

l- Характерний лінійний розмір.

Число Рейнольдса, при якому відбувається перехід ламінарного прикордонного шару в турбулентний прийнято називати критичним Re кр, Re кр ~ 2320.

Турбулентність збільшує швидкість горіння через більш інтенсивну передачу тепла від продуктів горіння у свіжу суміш.

Дифузійне та кінетичне горіння. - Поняття та види. Класифікація та особливості категорії "Дифузійне та кінетичне горіння." 2017, 2018.

Кінетичне горіння – горіння попередньо перемішаної суміші пального та окислювача.

У цьому випадку полум'я по горючій суміші поширюватиметься на всі боки. Обсяг, охоплений полум'ям, збільшуватиметься. Полум'я завжди поширюється у бік незгорілої суміші.

Рис. 7.1. Схема поширення полум'я за попередньо перемішаною гомогенною сумішшю: 1 – вихідна горюча суміш; 2 – фронт полум'я; 3 – продукти горіння; d ф.п. - Товщина фронту полум'я

Вузька смужка між вихідною сумішшю (1) та продуктами горіння (ПГ) (3) і є полум'я (2). Для більшості вуглеводневих сумішей із повітрям товщина цієї смужки 0,1-1,0 мм. Це зона горіння чи фронт полум'я. У ній протікає хімічна реакція та виділяється все тепло. Світло є результатом присутності в ній радикалів СН, НСО, С 2 і т.д.

Таким чином, фронт полум'я – це вузька зона, що світиться, що розділяє ПГ і вихідну горючу суміш.

У фронті полум'я внаслідок хімічної реакції горіння концентрація вихідних компонентів різко знижується до нуля, а температура досягає максимального значення. Внаслідок молекулярної теплопровідності температура перед зоною реакції монотонно підвищується від початкової температури горючої суміші до температури, близької температури горіння, утворюючи зону фізичного прогріву.

Оскільки товщина зони полум'я не перевищує, як правило, часток мм, то умовно фронт полум'я вважають площиною.

Якщо фронт полум'я рухається, то полум'я називають нестаціонарним, якщо не переміщається – стаціонарним.

Основними характеристиками є:

Нормальна швидкість поширення полум'я – швидкість переміщення фронту полум'я щодо незгорілого газу у напрямку, перпендикулярному до його поверхні. Нормальна швидкість є функція низки фізико-хімічних властивостей суміші та швидкості хімічної реакції при температурі горіння.

Це одна із характеристик пожежної небезпеки газоподібних речовин. Оскільки вона визначається фізико-хімічними властивостями паливної суміші, її ще називають фундаментальною.

Масова швидкість вигоряння. Це маса речовини, що згоряє за одиницю часу з одиниці площі поверхні фронту полум'я.

Існують дві теорії, що пояснюють природу поширення полум'я по горючій суміші.

Згідно з дифузійною теорією переміщення фронту полум'я відбувається за рахунок дифузії активних частинок – радикалів, що утворюються в зоні горіння, – у свіжу суміш, де вони ініціюють перебіг хімічної реакції.

Відповідно до теплової теорії переміщення фронту полум'я здійснюється завдяки передачі тепла шляхом теплопровідності у свіжу суміш, за рахунок чого остання розігрівається до температури самозаймання з наступним перебігом хімічної реакції.

Насправді мають місце елементи і тій, і інший теорій, т.к. процес дуже складний.

Чинники, що впливають на нормальну швидкість:

Концентрація та склад горючої суміші.

Теоретично u н має бути максимальною при j ст. Практично максимум припадає на суміш, що містить пального більше стехіометричного співвідношення (a в< 1 – богатая смесь). u н для различных газов составляет ~ 0,3 – 1,6 м/с. Она редко превышает значение 2,5 м/с, а для углеводородно-воздушных смесей находится в пределах 0,4 – 0,8 м/с. Смеси, имеющие u н < 0,04 м/с, не способны к распространению пламени.

Присутність флегматизаторів (N 2 CO 2 H 2 O (пар) Ar і т.д.).

Спостерігається ефект розведення, що спричиняє зниження швидкості реакції, тепловиділення та u н. Ефективність газів-флегматизаторів визначається їх теплофізичними властивостями.

Температура (початкова) паливної суміші. Зі зростанням Т про збільшується температура горючої суміші: Т г = Т про + Q н /(?с р i V ПГ i)

Усі горючі (згоряються) речовини містять вуглець і водень - основні компоненти газоповітряної суміші, що у реакції горіння. Температура займання горючих речовин і матеріалів різна і перевищує більшості 300°С.

Залежно від швидкості закінчення газів та швидкості поширення полум'я по них можна спостерігати:

горіння на поверхні матеріалу, коли швидкість виділення горючої суміші з поверхні матеріалу дорівнює швидкості розповсюдження вогню по ній;

горіння з відривом від поверхні матеріалу, коли швидкість виділення горючої суміші більша за швидкість поширення полум'я по ній.

Горіння газопароповітряної суміші поділяється на дифузійне чи кінетичне.

При дифузійному горінні окислювач надходить у зону горіння ззовні. Надходить він, як правило, знизу полум'я внаслідок розрідження, що створюється біля його основи. У верхній частині полум'я, що виділяється в процесі горіння тепло, створює тиск. Основна реакція горіння (окислення) відбувається на межі полум'я, оскільки газові суміші, що витікають з поверхні речовини, перешкоджають проникненню окислювача вглиб полум'я (витісняють повітря). Більшість паливної суміші в центрі полум'я, яка не вступила в реакцію окислення з киснем, є продуктами неповного горіння (СО, СН4, вуглець та ін.).

Дифузійне горіння, у свою чергу, буває ламінарним (спокійним) та турбулентним (нерівномірним у часі та просторі). Ламінарне горіння характерне при рівності швидкостей закінчення горючої суміші з поверхні матеріалу та швидкості поширення полум'я по ній. Турбулентне горіння настає, коли швидкість виходу го-

рючої суміші значно перевищує швидкість розповсюдження полум'я. У цьому випадку межа полум'я стає нестійкою через велику дифузію повітря в зону горіння. Нестійкість спочатку виникає у вершини полум'я, а потім переміщається до основи. Таке горіння зустрічається на пожежах при його об'ємному розвитку (див. нижче).

Горіння речовин та матеріалів можливе лише за певної кількості кисню у повітрі. Зміст кисню, у якому виключається можливість горіння різних речовин, і матеріалів, встановлюється дослідним шляхом. Так, для картону та бавовни самозагасання настає при 14% (про.) кисню, а поліефірної вати – при 16% (про.).

7.3.2. Джерела запалювання

Характерні параметри джерел запалювання приймаються за:

Температура каналу блискавки - 30000 ° С при сипу струму 200 000 А і часу дії близько 100 мкс. Енергія іскрового розряду вторинного впливу блискавки перевищує 250 мДж і достатня для займання горючих матеріалів з мінімальною енергією запалювання до 0,25 Дж. матеріалів.

Полініпхлоридна ізоляція електричного кабелю (проводу) займається при кратності струму короткого замикання більше 2,5.

Температура зварювальних частинок та нікелевих частинок ламп розжарювання досягає 2100°С. Температура крапель при різанні металу 1500°С. Температура дуги при зварюванні та різанні досягає 4000°С.

Температура полум'я (тління) та час горіння (тління), °С (хв), деяких малокалорійних джерел тепла: тліюча цигарка - 320-410 (2-2,5); тліюча сигарета - 420-460 (26-30); запалений сірник - 620-640 (0,33).

Для іскор пічних труб, котелень, труб паровозів та тепловозів, а також

інших машин, багать встановлено, що іскра діаметром 2 мм пожежонебезпечна, якщо має температуру близько 1000°С, діаметром 3 мм - 800°С, діаметром 5 мм - 600°С.

1.3.3. Самозаймання

Самозаймання притаманне багатьом пальним речовинам і матеріалам. Це відмінність даної групи матеріалів.

Самозаймання буває наступних видів: теплове, хімічне, мікробіологічне.

Теплове самозаймання виявляється у акумуляції матеріалом тепла, у якого відбувається самонагрівання матеріалу. Температура самонагрівання речовини чи матеріалу є показником його пожежонебезпеки. Для більшості горючих матеріалів цей показник лежить у межах від 80 до 150 ° С: папір - 100 ° С; повсть будівельна - 80 ° С; дерматин - 40 ° С; деревина: соснова - 80, дубова - 100, ялина - 120 ° С; бавовна-сирець - 60°С.