1.3 Самоспалахування горючих систем
Самоспалахування - це самозаймання, яке супроводиться появою полум’я, тобто – самочинне виникнення полум’яного горіння попередньо нагрітої до критичної температури горючої суміші.
Самоспалахування горючої речовини відбувається після того, як горюча речовина, або матеріал, або суміш нагрівається від початкової температури до температури самоспалахування.
Температурою самоспалахування називається та найнижча температура речовини, або матеріалу, або суміші, при якій відбувається різке збільшення швидкості екзотермічних реакцій, що закінчується виникненням полум’яного горіння.
Точне формулювання дає ДСТУ, згідно з яким:
«Температурою самоспалахування називається найменша температура навколишнього середовища, за якої при визначених умовах випробувань спостерігається самоспалахування речовини або матеріалу».
Процеси, які проходять при самоспалахуванні горючої речовини пояснюються тепловою теорією самоспалахування, яка розроблена академіком М.М .Семеновим. Теплове самоспалахування можливе при наступних умовах:
- перебігає екзотермічна реакція;
- постійно збільшується швидкість хімічної реакції;
- переважає швидкість тепловиділення над швидкості тепловіддачі в навколишнє середовище.
Теплове самоспалахування, температура самоспалахування, фактори, які впливають на температуру самоспалахування, практичне значення температури самоспалахування, добре викладені в літературі 4, 5.
Вивчення теми самоспалахування горючих систем необхідно почати з умов, при яких може проходити реакція горіння, хімічної кінетики – вчення про швидкість хімічних перетворень. Вивчення кінетики необхідно почати з визначення, що таке швидкість хімічної реакції, вплив чинників на швидкість реакції таких, як концентрація, тиск, температура системи, наявність каталізатора, енергія активізація.
Розглядаючи вплив температури на швидкість хімічної реакції, можна зробити висновок про вплив температури на основі фізичних змін системи при підвищені температури.
Для розрахунку зміни швидкості реакції від зміни різних температур можна користуватися правилом Вант–Гоффа, яке визначає, що підвищення температури на 100С збільшує швидкість реакції в 2 – 4 рази. Якщо температурний коефіцієнт позначити γ то можна записати рівняння:
Суттєвий вплив на швидкість реакції мають каталізатори. Необхідно дати визначення каталітичним процесам, дати визначення, що називається каталізатором. Показати види каталізаторів за їх принципом дії, агрегатним станом. Необхідно звернути увагу на вплив каталізаторів на температуру самоспалахування та енергію активізації речовин на їх застосування в хімічній промисловості з метою інтенсифікації технологічних процесів і перерахувати основні речовини, які застосовують каталізатори, їх пожежну небезпеку. Особливу увагу приділити речовинам, які застосовуються для хімічного сповільнення реакції горіння, які використовуються в пожежогасінні, речовинам – інгібіторам.
Необхідно вивчити процеси, які проходять в горючій речовині при нагріванні (підготовка, початкове нагрівання, окислення, самонагрівання, самоспалахування і горіння). Розглянути суть кожного процесу. Особливу увагу звернути на умови виникнення, розвитку та припинення горіння.
Показати зміни температури в горючій суміші.
Вивчивши пероксидну теорію А.М.Баха, необхідно запам’ятати її суть, яка пояснює процеси окислення горючої речовини до продуктів горіння через пероксиди. Потрібно доказати перевагу переходу горючої речовини в продукти горіння через пероксиди. Вказати можливі види пероксидів, їх пожежну небезпеку.
В ланцюговій реакції М.М.Семенова звернути увагу на її суть, розібратися в питанні про те, що таке активний центр, які частки можуть бути активними центрами. Необхідно розглянути види ланцюгових реакцій, показати небезпеку нерозгалужених і розгалужених ланцюгових реакцій. Показати умови розриву ланцюга, звернути увагу на можливість регулювання швидкості ланцюгової реакції і практичне використання даних процесів для хімічного сповільнення при гасінні пожеж.
Вивчаючи температуру самоспалахування необхідно детально розглянути теплову теорію самоспалахування М.М.Семенова, при цьому потрібно чітко сформулювати її основні положення про швидкість хімічної реакції окислення і перевищення швидкості тепловиділення горючої системи над швидкістю тепловіддачі в навколишнє середовище.
Далі слід зробити висновок, що при дотриманні даних умов самоспалахування горючої речовини неминуча, це видно із визначення температури самоспалахування, яка приведена в ДСТУ 2272 - 06 «Пожежна безпека. Терміни та визначення».
Необхідно, ґрунтуючись на чинниках, які впливають на швидкість хімічної реакції і на положення теплової теорії самоспалахування, вивчити, і визначити фактори, які впливають на температуру самоспалахування, вияснити, як впливає той чи інший фактор.
Температура самоспалахування не є величиною постійною і залежить від ряду чинників:
- концентрації горючої речовини в суміші;
- концентрації кисню;
- домішків негорючих парів і газів;
- об’єму і діаметру ємності;
- тиску;
- наявності каталізаторів і інгібіторів.
При цьому слід розглянути період індукції і практичне використання факторів, які впливають на температуру самоспалахування. При розгляді впливу різних чинників на температуру самоспалахування для наочності, доцільно дану залежність показати графічно, проілюструвати практичними прикладами. Потрібно детально розглянути використання температури самоспалахування в питанні розрахунку допустимого нагрівання поверхні технологічного обладнання з метою профілактики самоспалахування, визначення групи вибухонебезпечних сумішей, для вибору вибухозахисного електрообладнання; встановлювання причини пожеж при пожежо–технічних експертизах; розрахунку щілинного захисту електроприладів, і вогнеперешкоджувачів на газових лініях та дихальної арматури технологічного обладнання.
Вогнеперешкоджувачі широко застосовуються в різних сферах промисловості (хімічній, нафтовій, вугільній і ін.) для локалізації пожеж, вибухів і детонації. Вони встановлюються в трубопроводах і на ємностях з горючими газами або рідинами, з цехах по виробництву і переробці горючих газів, і т.д., де є небезпека вибуху.
Дія вогнеперешкоджувачів базується на гасінні полум’я в вузьких каналах, через які вільно проходить горюча суміш і продукти горіння, а полум'я, розділене на багато дрібних потоків, поширюватися не може.
За принципом будови вогнеперешкоджувачі можуть бути: сітчастими, стрічковими, або пластинчастими, щілиноподібними, з насадкою із гранулірованого або пористого матеріалу, рідинні запобіжні затвори.
При розгляданні питань 15 – 24 слід дати визначення розглянутих показників.
Поняття:
Швидкістю гомогенної реакції називається кількість речовини, що вступає в реакцію, або речовини, що утворюється внаслідок реакції, за одиницю часу в одиниці об’єму системи.
Швидкістю гомогенної реакції називається кількість речовини, що вступає в реакцію, або речовини, що утворюється внаслідок реакції, на одиниці часу на одиниці площі поверхні розділу фаз.
Температурою самоспалахування називається найменша температура навколишнього середовища, за якої при визначених умовах випробувань спостерігається самоспалахування речовини або матеріалу.
Час із моменту досягнення температури окислення до моменту досягнення температури самоспалахування називається періодом індукції, або часом запізнення самоспалахування.
В результаті вивчення теми слухачі повинні
Знати :
швидкість хімічної реакції, вплив на швидкість реакції природи речовини, температури, концентрації, каталізаторів;
види виникнення горіння: примусове займання (спалахування), самоспалахування, самозаймання;
сутність та значення пероксидної та ланцюгової теорій окислення;
температуру самоспалахування та її залежність температури самоспалахування від тиску, складу горючої суміші, об'єму і діаметру ємності, каталізатора та інші фактори;
практичне значення температури самоспалахування.
Вміти:
застосовувати профілактичні заходи з метою сповільнення швидкості реакції горіння та поширення полумя шляхом застосування вогнеперешкоджувачів.
Література:
4 С. 42 – 64.
5 Частина 1 С. 62 – 81.