Особенности горения различных веществ
и материалов
Наряду с физико-химическими свойствами горючего и окислителя, процесс горения в той или иной степени зависит от условий окружающей среды: температуры, давления, скорости движения и других параметров воздуха. Поэтому, горение газов, жидкостей, твердых веществ и их пылей имеет свои особенности [1, 2, 6…8].
2.1. Горение газов
При нормальном давлении и температуре среднее расстояние между молекулами в газе приблизительно в 10 и более раз больше, чем в жидкостях и твердых телах, поэтому плотность газов значительно ниже плотности жидкостей и твердых веществ.
Практически все горючие газы относятся к классу легковоспламеняющихся, их горение относится к гомогенному (одинаковое агрегатное состояние) и процесс горения определяется областью воспламенения, энергией источника зажигания, температурой горения и скоростью распространения пламени (рис.2.1).
Рис. 2.1. Зависимость давления при взрыве горючих газо- паровоздушных смесей от концентрации горючего в смеси
Все смеси горючего с воздухом до точки «А» не способны воспламеняться даже от мощной электрической искры – это область безопасных концентраций. Та минимальная концентрация газов или паров, при которой смесь воспламеняется от постороннего источника зажигания с последующим распространением по всему объему смеси, называется нижним концентрационным пределом воспламенения (НКПВ).
На НКПВ смесь воздуха с горючим содержит избыток воздуха. Так, для смеси воздуха с метаном коэффициент избытка воздуха равен 2; с СО – 2,6; с Н2S – 6,9.
При концентрации горючего в смеси выше НКПВ горение проходит с большой скоростью, давление при взрыве повышается вплоть до давления, соответствующего стехиометрической концентрации веществ.
Снижение концентрации воздуха в смесях с горючим (так называемые богатые смеси) ведет к снижению и потере способности воспламеняться. Та наивысшая концентрация горючих газов или паров в смеси, при которой смесь еще воспламеняется от постороннего источника зажигания с распространением горения по всему объему смеси, называется верхним концентрационным пределом воспламенения (ВКПВ).
Диапазон концентраций газа или пара в воздухе между НКПВ и ВКПВ называется областью воспламенения.
Концентрации горючих газов и паров с воздухом выше ВКПВ называются пожароопасными.
Знание областей безопасных и пожароопасных концентраций дает возможность в процессе применения и хранения горючих газов и жидкостей поддерживать такой режим, при котором концентрации горючего были бы выше ВКПВ или ниже НКПВ.
Области воспламенения смесей конкретных горючих газов или паров с воздухом не являются абсолютно постоянными и зависят от многих факторов (температуры смеси, давления, влажности воздуха, различных примесей, турбулентности, мощности источника зажигания и др.).
Влияние температуры смеси
Повышение температуры однозначно расширяет область воспламенения смесей горючего с воздухом. По данным Уайта смесь водорода с воздухом имеет пределы области воспламенения при 200С от 9% до 72%, при 4000С – от 6,3% до 82%. Среднестатически установлено, что с повышением температуры от 200С до 1200С НКПВ в среднем снижается на 8…10%, а ВКПВ повышается на 12…16%.