154

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Тульский государственный университет»

Кафедра «Аэрологии, охраны труда и окружающей среды»

Методические указания

по САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЕ СТУДЕНТОВ

по дисциплине

“Теория горения и взрыва”

Направление подготовки: 280700 «Техносферная безопасность»

Профиль подготовки: «Безопасность технологических процессов и производств»

Квалификация (степень) выпускника: бакалавр

Форма обучения: очная

Тула 2012 г.

Методические указания по СРС составлены д.т.н., доц. Машинцовым Е.А и обсуждены на заседании кафедры Аэрологии, охраны труда и окружающей среды факультета горно-строительный.

протокол №___ от "___"____________ 2012 г.

Зав. кафедрой ________________ Э.М. Соколов

Методические указания по СРС пересмотрены и утверждены на заседании кафедры Аэрологии, охраны труда и окружающей среды факультета горно-строительный.

протокол №___ от "___"____________ 20___ г.

Зав. кафедрой ________________ Э.М. Соколов

1. Цель работы.

Углубление знаний по способов и методов борьбы с огнем, причин возгораний, средств предотвращения возгораний, и средств изменяющих огнестойкие свойства строительных материалов..

2. Состав работы

2.1. Подготовка к освоению разделов.

2.1.1 Горение и пожароопасные свойства веществ

2.1.2 Общие сведения о пожаре и пожарной опасности

2.1.3 Огнестойкость и возгораемость строительных конструкций

2.1.4 Пожарная профилактика при внутренней планировке зданий

2.1.5 Противопожарные преграды

2.1.6 Вынужденная эвакуация людей из зданий

2.1.7. Организация пожарной охраны и тушение пожаров

2.1.8. Противопожарная защита новостроек

3. Дидактический материал для освоения разделов

ГОРЕНИЕ И ПОЖАРООПАСНЫЕ СВОЙСТВА ВЕЩЕСТВ

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ГОРЕНИИ

Условия и виды горения. Горением называется сложный физико-химический процесс, основой которого является быстро протекающая реакция окисления, сопровождающаяся выделением тепла и излучением света.

В обычных условиях, т. е. при нахождении горючих веществ и материалов в воздухе, горение представляет собой реакцию взаимодействия их с кислородом воздуха. Оно возникает и продолжается при сочетании горючего вещества, воздуха и источника воспламенения. При этом горючее вещество и воздух, соприкасающийся с ним, составляют горючую систему, а источник воспламенения является импульсом, вызывающим в ней реакцию горения. Система является горючей только при определенном соотношении в ней горючего вещества и воздуха. Так, например, система, состоящая из паров бензина и воздуха, является горючей только при содержании в ней паров бензина от 0,76 до 5,4% объемных.

Источником воспламенения называется любое тело, имеющее температуру и запас тепла, достаточный для нагревания некоторого объема горючей системы до возникновения в ней горения. К источникам воспламенения относятся источники тепла (пламя, искра, нагретое тело) или тепловое проявление какого-либо другого вида энергии: химической (экзотермическая реакция), механической (удар, сжатие, трение), электрической (электрический разряд) и т. д.

В установившемся процессе горения постоянным источником воспламенения является зона горения, т. е. та область, где происходит реакция, выделяется тепло и излучается свет. В зависимости от состояния горючей системы и условий протекания реакции в ней различают диффузионное и кинетическое горение.

Рис. 18-1. Строение

диффузионного пламени

Диффузионным называют горение, скорость которого зависит от скорости диффузии кислорода в зону реакции. Пламя диффузионного горения состоит из двух зон (рис. 18-1). В зоне 1, которая занимает почти весь объем пламени, находятся горючие пары или газы, движущиеся к зоне горения 2. Горение в зоне отсутствует, так как кислород в нее не поступает. Пары и газы, приближаясь к зоне горения, нагреваются за счет диффузии в них нагретых продуктов сгорания из зоны горения. В результате нагрева пары и газы разлагаются с образованием молекул с более низким молекулярным весом, атомов и радикалов, которые поступают в зону горения. Зона горения 2 представляет очень тонкий газовый слой, в котором за счет диффузии кислорода воздуха образуется и сразу же сгорает горючая смесь.

В зоне горения происходит выделение тепла, поэтому температура ее самая высокая в объеме пламени.

Высота пламени зависит от скорости диффузии к нему кислорода и определяется из соотношения

где h — высота пламени;

d — диаметр резервуара, или наибольшая сторона основания штабеля твердого горючего вещества.

Опыт показывает, что относительная высота пламени — при горении жидкостей и твердых веществ колеблется от 1,5 до 2. Диффузионное горение является наиболее распространенным в быту и технике, оно же протекает и на пожаре.

Кинетическим называется горение заранее приготовленной горючей смеси, скорость которого не зависит от диффузии кислорода в зону горения и определяется только скоростью передачи тепла теплопроводностью от зоны горения к негорящей еще смеси. Поэтому скорость кинетического горения характеризуется нормальной скоростью распространения пламени, которая не превышает нескольких метров в секунду. Горение с такой скоростью в замкнутом объеме представляет собой взрыв, поэтому смеси паров, газов и пыли с воздухом называют взрывоопасными.

При распространении пламени по газовоздушной смеси, находящейся в трубе большой длины, нормальное горение переходит детонационное, скорость которого составляет 1000—4000 м/сек. При детонации передача энергии горючей смеси происходит при помощи ударной волны. Детонация газовых смесей наблюдалась при распространении пламени в трубах и в цилиндрах двигателей.

Расчеты процесса горения. Методика расчета количества воздуха, необходимого для горения, зависит от состава горючего вещества и его агрегатного состояния. При горении индивидуальных химических соединений расчет количества воздуха VI ведется по уравнению горения вещества в воздухе

, (18.1)

где — число молей кислорода в уравнении горения;

—число молей азота;

z — число молей горючего;

М — молекулярный вес горючего.

При горении веществ, представляющих сложную смесь химических соединений (древесина, торф, каменный уголь, бензин, керосин), количество воздуха определяется по формуле

(18.2)

где,,,— весовой процент углерода, водорода, серы и

кислорода в рабочей массе горючего вещества (под рабочей массой понимается состав горючего вещества, каким он вступает в процесс горения). Найденное по формулам количество воздуха называется теоретическим. В действительности при горении веществ на пожарах воздуха затрачивается значительно больше. Отношение количества воздуха, действительно затраченного на горение к теоретическомуназывается коэффициентом избытка воздуха;

На пожарах в зданиях а изменяется в широких пределах (от 2 до 20).

В результате горения образуются твердые, жидкие и газообразные продукты сгорания. Состав их зависит от состава горящего вещества и условий его горения. На пожарах чаще всего горят органические вещества (древесина, ткани, резина, нефтепродукты и др.), в состав которых главным образом входят углерод, водород, кислород и азот. При горении их образуются продукты сгорания: ,СО,,, которые при высоких температурах все находятся в газообразном состоянии.

Дым представляет собой дисперсную систему, состоящую из мельчайших частиц твердых продуктов сгорания, взвешенных в смеси газообразных продуктов сгорания с воздухом. При горении органических веществ твердыми частицами дыма является углерод (сажа) — продукт неполного горения веществ.

Неполным называется горение при недостатке воздуха. В процессе его образуются продукты, которые еще способны гореть: окись углерода, сажа, спирты, альдегиды, кислоты и другие вещества. Эти же соединения, но в меньшем количестве находятся в дыме при полном горении. Образуются они обычно перед фронтом распространения горения, где происходит разложение горящего вещества, но температура недостаточна для возникновения горения образовавшихся продуктов разложения.

В связи с применением в строительстве пластмасс в дыме пожаров могут присутствовать также хлористый водород, сероводород, окислы азота, синильная кислота и многие другие, вредные для дыхания вещества. Так, например, при горении линолеума «Релин» образуются сероводород и сернистый газ. При горении пенополиуретана — синильная кислота и толуидендиизоционат, при горении аминопластов (мипора, шпорка) — синильная кислота, при горении винипласта — хлористый водород и окись углерода.

Расчет количества продуктов полного сгорания индивидуальных химических соединений производится по уравнению горения веществ в воздухе

(18.3)

где — число молей углекислого газа;

—число молен паров воды;

—число молей азота;

d — число молей горючего вещества.

При горении веществ, представляющих сложную смесь химичес¬ких соединений, количество продуктов сгорания определяется по

Формуле

(18.4)

где,,,,,— весовые доли углерода, водорода, серы,

азота, кислорода и влаги в горючем веществе.

При а > 1 количество продуктов сгорания равно

Количество тепла, выделяющееся при сгорании одной весовой или объемной единицы горючего вещества, называется теплотой сгорания. Теплота сгорания веществ приводится в справочниках.

Калориметрическая температура горения (без учета потерь тепла на излучение, нагрев конструкций и т. д.) определяется по формуле

Где — низшая теплота сгорания;

—удельный объем продуктов сгорания;

—средняя теплоемкость не разбавленных воздухом продуктов сгорания.

Температура пожара в помещении определяется по формуле

(18.5)

где m — доля потерь теплоты сгорания на излучение, нагрев конструкций,

горючего вещества и т.д. (m =0,1540,5);

—средние теплоемкости продуктов сгорания и воздуха.