4.1. Горение, пожаро-взрывоопасные вещества

Общие сведения о процессе горения. Горение представ-

ляет собой быстро протекающий физико-химический процесс,

который характеризуется выделением большого количества теп-

лоты, излучением света (пламенем) и химическими превращениями.

В соответствии с терминологией, принятой МВД СССР, горением

называется химическая реакция окисления, сопровождающаяся

выделением большого количества теплоты и обычно свечением.

Для возникновения горения необходимо наличие горючего

вещества, окислителя и импульса (источника зажигания), способ-

ного сообщать горючей системе необходимое начальное количество

энергии. К горючим, как правило, относятся углеводородсодер-

жащие вещества — бензин, керосин, спирт и др., к окислите-

лям — кислород воздуха, хлор, фтор, бром, йод, окислы азота

и др. К источникам зажигания относятся нагретые поверхности,

открытый огонь, искры и т. п.

Воздействие источника зажигания на горючее вещество (вос-

становитель) в присутствии кислорода воздуха (окислителя),

приводящее к возникновению горения, называется зажиганием*

В зоне реакции появляется пламя — светящееся пространство,

в котором сгорают реагирующие вещества. Цвет пламени зависит

от химического состава вещества реагирующей системы. Внешнее

проявление горения, сопровождающегося свечением в пламени,

называется огнем.

В процессе реакции горения сгорание веществ - может быть

полным и неполным. В любом случае образуются продукты горе-

ния: при полном сгорании — продукты, не~способные к дальней-

шему горению (СО2, Н2О, НС1 и др.), при неполном — продукты,

способные к дальнейшему горению [С (сажа), СО, H2S, HCN,

NH3, альдегиды и др.].

Концентрацию горючего вещества и окислителя, при которой

происходит полное сгорание вещества, называют стехиометриче-

ской. В условиях пожара чаще всего полного сгорания веществ

в воздухе не происходит, о чем свидетельствует наличие дыма —

д-псперской системы из продуктов горения и воздуха, содержащей

твердые и жидкие частицы.

-Все реакции горения веществ относятся к экзотермическим,

т. е. сопровождающимся выделением теплоты. Вследствие выде-

ления теплоты реакции, возникнув в-од ной зоне вещества, способны

распространяться на всю массу реагирующих веществ.

В зависимости от агрегатного состояния реализуемых веществ

горен-ие бывает гомогенным (однородным), при котором исходные

вещества находятся в газо- или парообразном состоянии, и гете-

рогенным (неоднородным), при котором одно из веществ {обычно

горючее) находится в твердом или жидком состоянии, а другое

(окислитель) в газообразном. По скорости распространения пла-

мени горение подразделяется на дефлаграционное (нормальное)

со скоростью нескольких метров в секунду (м/с), взрывное —

сотен метров в секунду, детонационное — до нескольких тысяч

метров в секунду.

Процесс возникновения горения подразделяется на следую-

щие виды: вспышку, возгорание, воспламенение, самовозгорание

самовоспламенение, взрыв и детонацию. Кроме того, существуют

и особые виды горения: тление и холоднопламенное горение.

Вспышка представляет собой быстрое сгорание горючей смеси,

не сопровождающееся образованием сжатых газов.

Возгорание — возникновение горения под воздействием источ-

ника зажигания.

Самовозгорание — зто явление резкого увеличения скорости

экзотермических реакций в веществе, приводящее к возникновению

его горения при отсутствии источника зажигания. Самовозгора-

ние может быть тепловым, микробиологическим и химическим.

Самовоспламенение — самовозгорание, сопровождающееся по-

явлением пламени.

В производственных условиях могут самовозгораться древес-

ные опилки, промасленная ветошь.. Самовоспламеняться могут

беызи-н, керосин.

Взрыв — чрезвычайно быстрое химическое превращение ве-

щества (взрывное горение), сопровождающееся выделением энер-

гии и образованием сжатых газов, способных производить меха-

ническую работу.

При детонаций передача энергии от слоя к слою смеси осуществ-

ляется не за счет теплопроводности, а распространением ударной

волны.

Тление — беспламенное горение твердого вещества, поверх-

ность которого раскалена и излучает свет и тепло. Тление сопро-

вождается термическим разложением горючего вещества к обиль-

ным выделением горючих газов и парообразных продуктов, ко-

торые при этом не реагируют, а свободно рассеиваются в атмосфере.

Тление твердого вещества возможно: при недостатке О2 в зоне

возникшей реакции горения; при недостатке выделяющейся в зоне

теплоты; при очень быстром отводе выделяющейся теплоты из зоны

возникшей реакции горения.

Холоднопламенное горение — основная форма нетеплового само-

ускоряющегося режима реакции, которая при этом остается неза-

вершенной, так как не вся химическая энергия реагирующей

смеси расходуется на разогрев продуктов реакции.

Пожаро-взрывоопасность веществ и материалов. Пожаро-

взрывоопасность веществ и материалов определяется показате-

лями, выбор которых зависит от агрегатного состояния вещества

и условий его применения. При этом различают: газы — веще-

ства, абсолютное давление паров которых при температуре 50 °С

равно или выше 300 к Па; жидкости — вещества с температурой

плавления не более 50 °С; твердые — вещества и материалы с тем-

пературой плавления, превышающей 50-°С; пыли — размельченные

твердые вещества и материалы с размером частиц менее 850 мкм.

Пожаро- и взрывоопасность веществ определяются: группой

горючести., температурой вспышки, температурой самовоспламе-

нения., минимальной энергией зажигания, нижним и верхним кон-

центрационными пределами воспламенения, давлением взрыва,

дисперсностью, летучестью и т. д.

Горючесть — способность вещества или материала к горению

под воздействием источника з-ажигашгя. По горючести вещества

и материалы во всех агрегатных состояниях подразделяются

на три группы:

негорючие (несгораемые) — вещества и материалы, которые

неспособны гореть в воздухе нормального состава при темпера-

туре до 900 °С; к ним относятся: полупроводниковый кремний,

асбест, кварц, стекло и др.;

трудногорючие (трудносгораемые) — вещества и материалы,

способные возгораться в воздухе нормального состава под дей-

ствием источника зажигания, но неспособные самостоятельно

гореть после его удаления (пластмассы, древесина и ткани, про-

питанные антипиреиами, строительные бетонные конструкции

с органическими наполнителями);

горючие (сгораемые) — вещества и материалы, способные само-

возгораться, а также ^возгораться от источника зажигания и

самостоятельно гореть после его удаления (бензин, керосин,

ткани, пластмассы, каучук, древесина, этиловый спирт, ацетон

и др.); из группы горючих веществ и материалов выделяют легко-

воспламеняющиеся, способные воспламеняться от кратковремен-

ного (до 30 с) воздействия источника зажигания с низкой энергией

(пламя спички, искры, тлеющая сигарета и т. п.).

Понятие легковоспламеняемости прежде всего относится к го-

рючим жидкостям.

Минимальная энергия зажигания — энергия искры электриче-

ского разряда или статического электричества, достаточная для

воспламенения легковоспламеняемой газо-, паро- или пылевоз-

душной смеси.

Минимальная энергия зажигания составляет: для водорода

0,019; для сероуглерода 0,009; циркония — 15; магния — 20;

метанола — 0,6; аммиака — 6,8 МДж.

Отнесение вещества или материала к негорючим неадекватно

отнесению к непожаро- или невзрывоопасным. Среди негорючих

веществ много весьма пожароопасных или взрывоопасных при

определенных условиях.

Наиболее распространенными пожароопасными или взрыво-

опасными горючими веществами являются: окислители; вещества,

выделяющие горючие продукты при взаимодействии с водой или

друг с другом; вещества, реагирующие с водой или одно с дру-

гим со взрывом, воспламенением или выделением значительного

количества теплоты; вещества, нагревание которых в закрытых

сосудах сопровождается значительным повышением давления;

вещества, способные к взрывчатому превращению без участия кис-

лорода воздуха при нагревании или инициировании ударом, тре-

нием, а также взрывом или детонацией другими веществами.

Особой разновидностью среди промышленных веществ яв-

ляются пирофорные и взрывоопасные.

Пирофорными называют горючие вещества, которые в обычных

условиях хранения способны самовозгораться при контакте с кис-

лородом воздуха. Таких веществ имеется четыре вида:

вещества растительного происхождения во влажном состоя-

нии (влажные опилки, стружки);

ископаемые окисляющиеся вещества органического происхож-

дения (каменные и бурые угли, сланцы);

промасленные пористые вещества и материалы (промасленные

ткани, бумага, изоляция, ветошь, онилки, металлические стружки);

химические вещества и смеси, соприкасающиеся с воздухом

(алюминиевая, титановая, цинковая пыль; сульфиды; металле-

органические соединения, свежая сажа; древесный уголь).

По температуре вспышки устанавливают безопасные способы

хранения, транспортирования и применения жидкостей.

Ацетон имеет температуру вспышки —18 °С, разные сорта

бензина от —39 до —17 °Q керосин +40 °С, масло трансформатор-

ное + 147°С.

Температура воспламенения и самовоспламенения — основ-

ные показатели взрыво-пожароопасности твердых и жидких ве-

ществ.

Температура воспламенения — наименьшая температура ве-

щества, при которой вещество выделяет горючие пары и газы с та-

кой скоростью, что после их зажигания начинается устойчивое

пламенное горение.

Температуру воспламенения применяют для установления

группы горючести веществ, оценки пожарной опасности оборудо-

вания и технологических процессов, связанных с переработкой

горючих веществ.

Д.тя ЛВЖ температура воспламенения отличается на 1 ... 5 °С

от температуры вспышки, а для других веществ — на 20 °С и бо-

лее. Ниже представлены значения температур воспламенения

некоторых материалов.

Материал

Древесина

Стекло

Резина

Гетинакс

Температура воспламе-

255

260

270

285

нения, С

Температура самовоспламенения — самая низкая температура

вещества, при которой происходит резкое увеличение скорости

экзотермической реакции, заканчивающейся пламенным горением.

Температура самовоспламенения газов и паров горючих жид-

костей находится в пределах 250 ... 700 °С, для твердых веществ,

например цинка, магния, алюминия, 450... 800 °С, дерева, ка-

менного угля, торфа 250 ... 450 °С.

В зависимости от температуры самовоспламенения различают:

горючие вещества, имеющие температуру самовоспламенения выше

температуры окружающей среды; горючие вещества, имеющие

температуру самовоспламенения ниже температуры окружающей

среды. Последние вещества представляют собой большую опас-

ность, так как они могут загораться без внесения теплоты извне,

поэтому их называют самовозгорающимися веществами, т. е. ве-

ществами (материал, смесь), склсиньшп к слъювоэгорагжто :в есте-

ственных условиях храпения. Самовозгорающиеся вещества под-

разделяются на три грушаы:

вещества, способные самовозгораться от воздействия воздуха;

к ним могут быть отнесены растительные масла и животные жиры,

бурые и каменные угли, торф, обтирочные концы, древесные

опилки и т. п.;

вещества, подверженные самовозгоранию при действии на них

воды; к ним относятся карбид кальция и карбиды щелочных ма-

териалов, металлические калий и натрий, негашеная известь

и др.,

вещества, самовозгорающиеся в результате смешения друг

с другом; в эту группу входят различные газообразные, жидкие

и твердые окислители, например сильными окислителями яв-

ляются галлоиды (хлор, бром и др.); ацетилен, водород, метан и

этилен в смеси с хлором самовозгораются.

Способность взрываться и гореть при взаимодействии с водой,

кислородом воздуха и другими веществами (взаимный контакт

веществ) — это качественный показатель, характеризующий осо-

бую пожарную опасность отдельных веществ.. Результаты оценки

этого показателя применяют при выборе безопасных условий

проведения технологических процессов и условий совместного

храпения и транспортирования веществ и материалов.

В зависимости от температуры самовоспламенения Тсам раз-

личают 6 групп взрывоопасных смесей паров и газов с воздухом: