3.2. Особливості горіння твердих горючих матеріалів.

Загоряння твердих горючих матеріалів залежить від їх характеру, маси, стану та способу запалювання. Вони можуть загорятися за умов, що тепло не буде досить швидко розсіюватися у навколишнє середовище.

Горіння твердих горючих речовин має багатостадійний характер. Горіння таких матеріалів як деревина, каучук, гума, пластмаси відбувається у дві стадії: термічне розкладання з утворенням летких та твердих продуктів з їх наступним окисленням; горіння з виникненням полум’я та випроміненням світла.

Сама по собі складна тверда речовина не горить – горять лише продукти її розкладу. Самостійне горіння твердих горючих речовин починається тоді, коли кількість теплоти, що віддається в навколишнє середовище поверхнею, що горить, не буде перевищвати теплоту, накопичену цією поверхнею.

Отже, при нагріванні твердої фази відбувається виділення газоподібних продуктів, що потім спалахують і горять. Тепло, що утворилося внаслідок цього спалахування знову викликає надходження у зону горіння нових порцій горючих летких парогазових речовин термічного розкладу, що продовжують процес горіння.

Наприклад, термічний розклад деревини починається за температури 200°С, виділяються вуглеводи, водень, оксид вуглецю та пара органічних речовин. При їх певній концентрації за наявності джерела запалювання вони займаються, що зумовлює подальше зростання температури та перехід процесу до екзотермічної стадії. Термічний розклад буде продовжуватись доти, доки не вичерпається весь об’єм горючої речовини.

Отже, процес горіння деревини складається з двох основних періодів: горіння пари й газів, що утворилися при розкладанні деревини, та горіння вугілля, що утворюється при цьому.

Температура спалахування твердих горючих речовин за довідковими даними становить 50-580°С. Найбільш низьку має камфора, найвищу – ксилоліт, більшість деревних порід спалахують за температури 270-300°С.

Швидкість горіння твердих матеріалів залежить від їх вологості, об’ємної ваги, питомого навантаження, доступу повітря і інших чинників.

Серед твердих горючих матеріалів найбільшу швидкість горіння має кіноплівка на нітрооснові, целулоїд, порох оскільки вони утримують в собі достатню кількість кисню для повного їх згорання. Вони можуть горіти під водою, під землею або в герметично закритих ємкостях.

Особливості горіння твердих горючих матеріалів і речовин мають значення для оцінки їх пожежної небезпеки при будівництві та організації технологічних процесів, а також для розробки засобів та способів їх вогнезахисту та вогнегасіння.

Тверді горючі речовини і матеріали залежно від хімічного складу будуть горіти не однаково, бо ймовірність загоряння залежатиме від їх маси, стану, способу запалювання, умов розсіювання тепла у навколишнє середовище та ін. Горіння складних за хімічним складом твердих речовин (дерево, каучук, гума та ін.) відбувається у дві стадії. Перша стадія — це термічне їх розкладання з утворенням летких та твердих продуктів, друга стадія — це їх наступне окислення та горіння, що супроводжується вже полум’ям та випромінюванням світла. Самі складні речовини не горять, а горять продукти їх розкладу. Під дією вогню відбувається нагрівання твердої фази, що супроводжується виділенням газоподібних продуктів, які потім спалахують та горять за умов, що накопичене тепло буде перевищувати те, яке виділяється у навколишнє середовище. Вихід газоподібних продуктів забезпечує подальший розвиток процесу горіння, а за умов подальшого підвищення температури починається горіння твердої фази.

Швидкість процесу горіння твердих матеріалів залежить від їх вологості, об’ємної ваги, питомого навантаження, відношення площі поверхні матеріалу до його об’єму, від доступу повітря та інших чинників.

Особливості горіння твердих горючих речовин і матеріалів використовують для оцінки їх пожежної небезпеки при будівництві та організації технологічних процесів, а також для розробки засобів та способів вогнезахисту і пожежогасіння.

Горіння рідких речовин являє собою складний фізико-хімічний процес, що відбувається при взаємному впливі кінетичних, теплових і гідродинамічних явищ.

Горіння рідин відбувається у газовій фазі. Внаслідок випаровування рідини над її поверхнею утворюється паровий струмінь, який змішуючись з киснем повітря створює стехіометричну суміш, яка згоряє за частку секунди.

Концентрація насичених парів рідин над її поверхнею має пряму залежність від її складу і температури, з підвищенням якої зростає тиск її парів, а відтак і їх концентрація, що спалахує за наявності джерела вогню.

Основною характеристикою рідин стосовно пожежної небезпеки є температура спалаху

Спалах — це найменше значення температури рідини, за якої над її поверхнею утворюється стехіометрична суміш здатна до спалаху від зовнішнього джерела вогню.

За температурою спалаху, рідина стає вибухопожежонебезпечною, хоча стійкого горіння ще не відбувається.

За температурою спалаху рідинні речовини поділяються на два класи: легкозаймисті (ЛЗР) і горючі (ГР) рідини. ЛЗР мають температуру спалаху до 61 °С (бензин, ацетон, нафта, бензол, спирт та ін.), а горючі понад 61 °С (дизельне паливо, рослинні олії, мазут, мастила, гліцерин та ін.).

При температурі спалаху рідина, ще не горить, спалахують лише пари рідин у суміші з повітрям. Стабільне горіння почнеться лише тоді, коли рідини підігріти: ЛЗР на 1-5 °С, ГР на 30-35 °С вище температури спалаху. ЛЗР належать до вибухонебезпечних рідин, а ГР — до пожежонебезпечних.

Процес горіння рідин характеризується швидкістю їх вигоряння, яка не є фізико-хімічною константою, бо залежить від властивостей горючих рідин, діаметру посудин у яких вони зберігаються, а також умов тепло-масообміну в зоні пожежі.

Пил деяких твердих негорючих речовин (алюміній, цинк), а також порошкоподібні, волокнисті і сипучі матеріали здатні у суміші з повітрям утворювати вибухопожежонебезпечні концентрації. Чим дрібніші пилові частки, а відтак і більша площа їх поверхонь, тим небезпечнішими будуть концентрації стосовно спалахування і вибуху.

Залежно від стану (аерозолі й аерогелі) пил однієї і тієї ж речовини має різні температури спалахування. Залежно від концентрації горіння пилу в аерозольному стані відбувається у вигляді вибуху, бо такий пил має більшу питому поверхню і більшу хімічну активність. Один см3 монолітної речовини має поверхню 6 см2, а 1 см3 пилу дисперсністю в 1 мм — 60000 см3. Наявність такої великої поверхні обумовлює високу абсорбційну властивість адсорбувати кисень повітря. Кількість адсорбованого пилом кисню буває у десятки разів більшою за об’єм адсорбенту.

Вибухопожежонебезпечність пилу характеризується нижньою і верхньою межами спалахування (НМС і ВМС).

Нижня межа спалахування аерозолів твердих речовин — це найменша концентрація речовини у повітрі, за якої суміш здатна до спалахування з наступним поширенням полум’я на весь об’єм суміші. Для пилу переважно визначають тільки НМС, бо вже за такої концентрації, предмети стають невидимими на відстані 2-4 м. В умовах виробництва ВМС практично недосяжна.

Залежно від НМС, пил твердих речовин, що знаходяться у аерозольному стані, поділяються на такі групи:

• особливо вибухонебезпечний - з НМС до 15 г/м3;

• вибухонебезпечний з НМС - від 15 г/м3 до 65 г/м3;

• пожежонебезпечний з НМС — понад 65 г/м3.

Значення НМС для різних видів пилу залежить від вологості, дисперсності, вмісту летких фракцій, зольності, температури, теплової потужності джерела запалювання та інших чинників.