Физико-химические основы процессов горения и показатели пожаро- и взрывоопасности веществ и материалов

Горением называется сложный физико-химический процесс взаимодействия горючего вещества и окислителя, сопровождающийся выделением тепла и лучистой энергии. Окислителями в процессе горения могут быть кислород, хром, бром, азотная кислота, бертолетова соль, перекись натрия и др. Обычно окислителем в процессе горения является газообразный кислород, находящийся в воздухе.

Условиями для возникновения и протекания горения в этом случае является одновременное наличие следующих компонентов:

1. горючее вещество;

2. окислитель;

3. источник воспламенения.

Горючее вещество и кислород являются реагирующими компонентами и составляют горючую систему, а источник воспламенения вызывает в ней реакцию горения. При установившемся горении источником воспламенения служит зона реакции.

Горючие системы могут быть химически однородными и неоднородными.

В химически однородных системах горючее вещество и воздух равномерно перемешаны друг с другом (смеси горючих газов, паров или пыли с воздухом). Их горение называют кинетическим.

В химически неоднородных системах горючее вещество и воздух не перемешаны друг с другом и имеют поверхность раздела (твердые горючие материалы и жидкости).

При их горении кислород воздуха непрерывно диффундирует сквозь продукты сгорания к горючему веществу и вступает с ним в реакцию. Такое горение называют диффузионным.

Во всех случаях для горения характерны три стадии: возникновение, распространение и погасание пламени.

В зависимости от агрегатного состояния горючего и окислителя различают три вида горения:

1. гомогенное горение газов и парообразных горючих веществ в среде газообразного окислителя. Скорость горения определяется скоростью химической1 реакции. Такое горение может представлять собой взрыв или детонацию;

2. гетерогенное горение жидких и твердых горючих веществ в среде газообразного окислителя;

3. горение взрывчатых веществ и порохов.

Самовоспламенения и самовозгорания веществ могут произойти:

а) при воздействии воздуха (бурые и каменные угли, торф, сено, листья, опилки);

б) при воздействии воды (калий, натрий, карбид кальция и т. д.);

в) вследствие биологических и химических процессов в массе вещества (жизнедеятельность микроорганизмов);

г) при взаимодействии друг с другом (хлор, бром, йод, ацетилен, водород, метан).

Процесс горения характеризуется следующими показателями:

1. Вспышка — быстрое сгорание горючей смеси, не сопровождающееся образованием сжатых газов.

2. Тление — горение без свечения, обычно опознаваемое по появлению дыма.

3. Температура вспышки — самая низкая температура горючего вещества, при которой над его поверхностью образуются пары и газы, способные вспыхивать от источника зажигания, но скорость их образования еще недостаточна для последующего горения.

4. Температура воспламенения — самая низкая температура горючего вещества, при которой происходит резкое увеличение скорости экзотермических реакций, заканчивающихся возникновением пламенного горения.

Особо опасными являются следующие горючие вещества:

1. Легковоспламеняющаяся жидкость (ЛВЖ). Способна самостоятельно гореть после удаления источника зажигания и имеет температуру вспышки не выше 61°С. К взрывоопасным относятся ЛВЖ, у которых температура вспышки не превышает 61°С, а давление паров при температуре 20 °С составляет менее 100 кПа (около 1 атм).

2. Горючая жидкость. Она способна самостоятельно гореть после удаления источника зажигания и имеет температуру вспышки выше 61°С. Горючие жидкости с температурой вспышки 61 "С относятся к пожароопасным, но нагретые в условиях производства до температуры вспышки и выше относятся к взрывоопасным.

3. Взрывоопасная смесь. Смесь с воздухом горючих газов, паров ЛВЖ, пыли или волокон. Нижний концентрационный предел воспламенения смеси составляет не более 65 г/м³ (при переходе составных смесей во взвешенное состояние они способны взрываться). Концентрация в воздухе горючих газов и паров ЛВЖ принята в процентах к объему воздуха, концентрация пыли и волокон — в граммах на кубический метр к объему воздуха.

Основными причинами пожаров в сельском хозяйстве являются: неосторожное обращение с огнем (26 %), игра детей с огнем (14 %), нарушение правил эксплуатации электрооборудования (14 %), неправильная установка печей и дымоходов (8 %), нарушение правил эксплуатации печей и поражение молнией (8 %), нарушение правил монтажа электроустановок (5 %), нарушение правил эксплуатации технологического оборудования и другие (25 %).