Теория горения

Горение – всякая химическая реакция, которая сопровождается выделением света и тепла. Чаще всего горение – это соединение горючего вещества с кислородом воздуха, либо с кислородом, входящим в состав самого горючего вещества (взрывчатые вещества, пиротехника).

Условия горения:

- наличие горючего вещества;

- наличие окислителя;

- наличие источника воспламенения.

Горючее вещество – это вещество, которое при химической реакции выделяет тепло и свет.

Горючее вещество можно охарактеризовать с разных точек зрения:

1. с точки зрения протекания реакции – это вещество, которое при соединении с окислителем (кислородом), выделяет тепло и свет.

2. с точки зрения агрегатного состояния – жидкое, твёрдое, газообразное вещество.

3. горючее вещество по своему составу может быть простым химическим элементом, индивидуальным химическим соединением (газы метан, пропан, бутан) и сложной смесью химических веществ (нефть).

Окислитель – это вещество, поддерживающее горение. Окислители в своём химическом составе имеют атомы кислорода, которые, освобождаясь, поддерживают горение.

Сильными окислителями являются селитры (калиевая, натриевая, азотная), перекиси (водорода, натрия, бария, хромовый ангидрид). Хорошими окислителями являются бертолетова соль и марганцево-кислый калий.

Источник воспламенения – это источник энергии, имеющий определённую температуру и запас тепла, способный нагреть горючее вещество до температуры самовоспламенения.

Совокупность горючего вещества и окислителя называют горючей системой. В любом помещении всегда есть горючая система, состоящая из различных горючих материалов и кислорода воздуха, но горение не происходит, так как молекулы горючей смеси находятся не в активном состоянии. Если же горючую систему нагреть и тем самым активизировать её молекулы, то может возникнуть горение. Как правило, при концентрации кислорода менее 14 - 15% горение не возникает или сразу же прекращается. Тление твёрдых горючих материалов продолжается до содержания кислорода 5 - 8%. Гореть вещества могут только в газообразном состоянии при достаточной концентрации молекул кислорода и при достаточном нагреве горючей системы.

Д ля возникновения и развития горения необходимо замкнуть так называемый «пожарный треугольник».

Рис.1. Схема «пожарного треугольника»

Само соединение компонентов треугольника ещё не достаточно для поддержания горения, необходимо иметь эти компоненты в достаточном количестве. Горение может начаться от точечного источника тепла (искры, пламени спички и т.д.). После начала горения цепная реакция окисления сама является источником тепла. Это тепло распространяется во всех направлениях. Часть тепла возвращается к горючему веществу, газифицирует его, повышает температуру паров до температуры воспламенения и таким образом поддерживает горение. Следовательно, источник воспламенения необходим только на этапе воспламенения, а для продолжения устойчивого горения необходима устойчивая цепная реакция окисления (горения), как источник тепла. Отсюда возникло понятие «пожарного тетраэдра».

2

Рис 2. Пожарный тетраэдр

1 – источник тепла; 2 – горючее вещество; 3 – окислитель; 4- цепная реакция.

Пожарный тетраэдр – многогранник с треугольными гранями, иллюстрирующий цепную реакцию взаимодействия между теплотой, горючим веществом и кислородом, поддерживающую горение. При разрушении основания тетраэдра, т.е. цепной реакции, горение прекращается.

По скорости протекания горения различают вялотекущее горение – тление, быстротекущее окисление – пламенное горение и мгновенное окисление – взрыв. Горение тлением может протекать при определенных условиях только у твердых горючих веществ. У жидких и большинства твердых веществ реакция окисления обычно сопровождается пламенем. Для взрыва необходимо создать однородную смесь горючего вещества и окислителя в нужных пропорциях. При взрыве происходит почти мгновенное изменение физического и химического состава вещества, сопровождающееся быстрым выделением большого количества световой и тепловой энергии, ростом давления. При этом скорость пламени достигает 10 – 100 м/с, температура – нескольких тысяч градусов, давление газов (ударная волна) возрастает в несколько десятков – сотен раз. Взрыв всегда сопровождается механическими разрушениями на судне и расширением зоны горения.

В пожарном отношении известны следующее понятия и процессы: вспышка воспламенение, самовоспламенение, самовозгорание, взрыв. Температуры, при которых возникают эти процессы, характеризуют огнеопасность горючих веществ.

Вспышка – быстрое сгорание паров горючего вещества с воздухом при поднесении к жидкости пламени или горячего тела. Сама жидкость останется не сгоревшей. Наименьшая температура, при которой сгорают только отделившиеся от жидкости пары, называется температурой вспышки.

Воспламенение – устойчивое горение твёрдых и жидких веществ под воздействием открытого источника огня. Наименьшая температура, при которой происходит воспламенение, называется температурой воспламенения.

Самовоспламенение – возгорание горючего вещества без поднесения к нему открытого источника огня. Оно происходит при нагревании горючего вещества до определённой температуры – температуры самовоспламенения. Температура самовоспламенения не постоянна для одного и того же вещества, она зависит от теплопередачи, концентрации кислорода и его давления.

Самовозгорание – воспламенение горючего вещества в результате саморазогрева при нормальных внешних условиях.

Самовозгораются на воздухе порошки металлов, белый фосфор, растительные масла, сульфидное железо, реактивное топливо, регенерация, промасленная или мокрая ветошь, мокрые древесные опилки и стружка, свежевыкрашенный скомканный брезент, бурый уголь, рыбная мука.

Самовозгорание – это процесс возникновения горения без внешнего источника тепла. Самовозгорающимися веществами называют те вещества, у которых температура самовоспламенения равна или выше температуры окружающей среды.