17. Процесс горения и его виды

Горение - одно из интереснейших и жизненно необходимых для людей явлений природы. Горение является полезным для человека до тех пор, пока оно не выходит из подчинения его разумной воле. В противном случае оно может привести к пожару. Пожар - это неконтролируемое горение вне специального очага, приводящее к мате­риальному ущербу, угрозе жизни и здоровью людей. Для предотвращения пожара и его ликвидации необходимы знания о процессе горения.

Горение - это химическая реакция окисления, сопровождающаяся выделением тепла. Для возникновения горения необходимо наличие горючего вещества, окисли­теля и источника зажигания. Горючее вещество - это всякое твёрдое, жидкое или газообразное вещество, способное окисляться с выделением тепла.

Окислителями могут быть, хлор, фтор, бром, Йод, окислы азота и другие веще­ства. В большинстве случаев при пожаре окисление горючих веществ происходит ки­слородом воздуха.

Источник зажигания обеспечивает энергетическое воздействие на горючее вещество и окислитель, приводящее к возникновению горения. Источники зажигания принято делить на открытые (светящиеся) - молния, пламя, искры, накалённые пред­меты, световое излучение; и скрытые (несветящиеся) - тепло химических реакций; микробиологические процессы, адиабатическое сжатие, трение, удары и т. п, Они имеют различную температуру пламени и нагрева. Всякий источник зажигания дол­жен иметь достаточный запас теплоты или энергии, передаваемой реагирующим ве­ществам. Поэтому на процесс возникновения горения влияет и продолжительность воздействия источника зажигания. После начала процесса горения оно поддержива­ется тепловым излучением из его зоны,

Горючее вещество и окислитель образуют горючую систему, которая может быть химически неоднородной или однородной. В химически неоднородной системе горючее вещество и окислитель не перемешаны и имеют поверхность раздела (твёр­дые и жидкие горючие вещества, струи горючих газов и паров, поступающих в воз­дух). При горении таких систем кислород воздуха непрерывно диффундирует сквозь продукты горения к горючему веществу и затем вступает в химическую реакцию. Та­кое горение называется диффузионным. Скорость диффузионного горения невелика, так как она замедляется процессом диффузии. Если горючее вещество в газообразном, парообразном или пылеобразном состоянии уже перемешано с воздухом (до поджи­гания его), то такая горючая система является однородной и процесс ее" горения зави­сит только от скорости химической реакции. В этом случае горение протекает быстро и называется кинетическим.

Горение может быть полным и неполным. Полное горение происходит в том случае, когда кислород поступает в зону горения в достаточном количестве, Если ки­слорода недостаточно для окисления всех продуктов, участвующих в реакции, проис­ходит неполное горение. К продуктам полного горения относятся углекислый и сер­нистый газы, пары воды, азот, которые неспособны к дальнейшему окислению и го­рению. Продукты неполного горения - окись углерода, сажа и продуты разложения вещества под действием тепла. В большинстве случаев горение сопровождается воз­никновением интенсивного светового излучения - пламенем.

Различают ряд видов возникновения горения: вспышка, возгорание, воспламе­нение, самовозгорание, самовоспламенение, взрыв.

Вспышка ~ это быстрое сгорание горючей смеси без образования повышенного давления газов. Количества тепла, которое образуется при вспышке, недостаточно для продолжения горения.

Возгорание - это возникновение горения под воздействием источника зажига­ния.

Воспламенение - возгорание, сопровождающееся появлением пламени. При этом вся остальная масса горючего вещества остаётся относительно холодной.

Самовозгорание - явление резкого увеличения скорости экзотермических реак­ций окисления в веществе, приводящее к возникновению его горения при отсутствии внешнего источника зажигания. В зависимости от внутренних причин процессы само­возгорания делятся на химические, микробиологические и тепловые. Химическое са­мовозгорание происходит от воздействия на вещества кислорода воздуха, воды или от взаимодействия веществ. Самовозгораются промасленные тряпки, спецодежда, вата и даже металлическая стружка. Причиной самовозгорания промасленных волокнистых материалов является распределение жировых веществ гонким слоем на их поверхно­сти и поглощение кислорода из воздуха. Окисление масла сопровождается выделени­ем тепла. Если образуется тепла больше, чем теплопотери в окружающую среду, то возможно возникновение пожара без всякого подвода тепла. Некоторые вещества са­мовозгораются при взаимодействии с водой. К ним относятся калий, натрий, карбид кальция и карбиды щелочных металлов. Кальций загорается при взаимодействии с горячей водой. Окись кальция (негашеная известь) при взаимодействии с небольшим количеством воды сильно разогревается и может воспламенить соприкасающиеся с ней горючие материалы (например, дерево). Некоторые вещества самовозгораются при смешивании с другими. К ним относятся в первую очередь сильные окислители (хлор, бром, фтор, йод), которые, контактируя с некоторыми органическими вещест­вами, вызывают их самовозгорание. Ацетилен, водород, метан, этилен, скипидар под действием хлора самовозгораются на свету. Азотная кислота, также являясь сильным окислителем, может вызывать самовозгорание древесной стружки, соломы, хлопка. Микробиологическое самовозгорание заключается в том, что при соответствующей влажности и температуре в растительных продуктах, торфе интенсифицируется жиз­недеятельность микроорганизмов. При этом повышается температура и может воз­никнуть процесс горения. Тепловое самовозгорание происходит в результате продол­жительного действия незначительного источника тепла. При этом вещества разлага­ются и в результате усиления окислительных процессов самонагреваются. Полувысыхающие растительные масла (подсолнечное, хлопковое и др.), касторовая олифа, ски­пидарные лаки, краски и грунтовки, древесина и ДВП, кровельный картон, нитро ли­нолеум и некоторые другие материалы и вещества могут самовозгораться при темпе­ратуре окружающей среды 80 -100 °С.

Самовоспламенение • это самовозгорание, сопровождающееся появлением пламени. Самовоспламеняться могут твёрдые и жидкие вещества, пары, газы и пыли в смеси с воздухом.

Взрыв (взрывное горение) - это чрезвычайно быстрое горение, которое сопро­вождается выделением большого количества энергии и образованием сжатых газов, способных производить механические разрушения.

Виды горения характеризуются температурными параметрами, основными из них являются следующие. Температура вспышки - это наименьшая температура го­рючего вещества, при которой над его поверхностью образуются пары или газы, спо­собные кратковременно вспыхнуть в воздухе от источника зажигания. Однако ско­рость образования паров или газов ещё недостаточна для продолжения горения. Тем­пература воспламенения это наименьшая температура горючего вещества, при ко­торой оно выделяет горючие пары или газы с такой скоростью, что после воспламе­нения их от источника зажигания возникает устойчивое горение. Температура само­воспламенения - это самая низкая температура вещества, при которой происходит резкое увеличение скорости экзотермических реакций, заканчивающееся воспламене­нием. Температура самовоспламенения у исследованных твёрдых горючих материа­лов и веществ 30 - 670 °С. Самую низкую температуру самовоспламенения имеет бе­лый фосфор, самую высокую - магний. У большинства пород древесины эта темпера­тура равна 330 - 470 °С.