44. Виды горения, механизмы процессов горения.

Горение — это химическая реакция окисления, сопро­вождающаяся выделением теплоты и света. Для возникновения горения требуется наличие трех факторов: горючего вещества, окислителя (обычно кислород воздуха) и источника загорания (импульса). Окислителем может быть не только кислород, но и хлор, фтор, бром, иод, окислы азота и т. д.

В зависимости от свойств горючей смеси горение бывает гомогенным и гетерогенным. При гомогенном горении исходные вещества имеют одинаковое агрегатное состояние (например, горение газов). Горение твердых и жидких горючих веществ является гетерогенным. -

Горение дифференцируется также по скорости распространения пламени и в зависимости от этого параметра может быть дефлаграционным (порядка десятка метров в секунду), взрывным (порядка сотни метров в секунду) и детонационным (порядка тысячи метров в секунду). Пожарам свойственно дефлаграционное горение.

В зависимости от соотношения горючего и окислителя различают процессы горения бедных и богатых горючих смесей. Бедными называются смеси, содержащие в избытке окислитель. Их горение лимитируется содержанием горючего компонента. К богатым относятся смеси с содержанием горючего выше стехиометрического соотношения компонентов. Горение таких смесей лимитируется содержанием окислителя. Возникновение горения связано с обязательным самоускорением реакции в системе. Существуют три основных вида самоускорения химической реакции при горении: тепловой, цепной и комбинированной — цепочно-тепловой. Тепловой механизм ускорения связан с экзотермичностью процесса окисления и возрастанием скорости химической реакции с повышением температуры при условии аккумуляции теплоты в реагирующей системе.

Цепное ускорение реакции связано с катализом химических превращений, осуществляемым промежуточными продуктами превращений, обладающими особой химической активностью и называемыми активными центрами. В соответствии с цепной теорией химический, процесс происходит не путем непосредственного взаимодействия исходных молекул, а с помощью осколков, об­разующихся при распаде этих молекул (радикалы, атомарные частицы).

Реальные процессы горения осуществляются, как правило, по комбинированному цепочно-тепловому меха­низму. Процесс возникновения горения подразделяется на несколько видов.

Вспышка — быстрое сгорание горючей смеси, не сопровождающееся образованием сжатых газов.

Возгорание — возникновение горения иод воздействием источника зажигания.

Воспламенение — возгорание, сопровождающееся появлением пламени.

Самовозгорание — явление резкого увеличения скорости экзотермических реакций, приводящее к возник­новению горения вещества (материала, смеси) при отсутствии источника зажигания. Сущность и различия процессов возгорания и самовозгорания пояснены ниже.

Самовоспламенение — самовозгорание, сопровождающееся появлением пламени.

Взрыв — чрезвычайно быстрое химическое (взрывчатое) превращение, сопровождающееся выделением энергии и образованием сжатых газов, способных производить механическую работу. Возникновение горения вещества или материала может произойти при температуре окружающей среды ниже температуры самовоспламенения. Эта возможность обусловливается склонностью веществ или материалов к окислению и условиями аккумуляции в них теплоты, выделяющейся при окислении, что может вызвать самовозгорание. Таким образом, возникновение горения веществ и материалов при воздействии тепловых импульсов с температурой выше температуры воспламенения (или самовозгорания) характеризуется как возгорание, а возникновение . горения при температурах ниже температуры самовоспламенения относится к процессу самовозгорания. В зависимости от импульса процессы самовозгорания подразделяют на тепловые, микробиологические и химиче­ские.

При оценке пожарной опасности веществ и материалов необходимо учитывать их агрегатное состояние. Поскольку горение, как правило, происходит в газовой среде, то в качестве показателей пожарной опасности необходимо учитывать условия, при которых образуется достаточное для горения количество газообразных горючих продуктов. Основными показателями пожарной опасности, определяющими критические условия возникновения и развития процесса горения, являются температура самовоспламенения и концентрационные пределы воспламенения.

Температура самовоспламенения характеризует минимальную температуру вещества или материала, при которой происходит резкое увеличение скорости экзотермических реакций, заканчивающееся возникновением пламенного горения. Минимальная концентрация горючих газов и паров в воздухе, при которой они способны загораться и распространять пламя, называется нижним концентрационным пределом воспламенения; максимальная концентрация горючих газов и паров, при которой еще возможно распространение пламени, называется верхним концентрационным пределом воспламенения. Область составов и смесей горючих газов и паров с воздухом, лежащих между нижним и верхним преде­лами воспламенения, называется областью воспламенения.

Концентрационные пределы воспламенения не постоянны и зависят от ряда факторов. Наибольшее влияние на пределы воспламенения оказывают мощность источника воспламенения, примесь инертных газов и паров, температура и давление горючей смеси.

Температурой вспышки называется самая низкая (в условиях специальных испытаний) температура горючего вещества, при которой над поверхностью образуются пары и газы, способные вспыхивать в воздухе от источника зажигания, но скорость их образования еще недостаточна для последующего горения. Пользуясь этой характеристикой, все горючие жидкости по пожарной опасности можно разделить на два класса: к первому относятся жидкости с температурой вспышки до 61° С (бензин, этиловый спирт, ацетон, серный эфир, нитроэмали и т. д.), они называются легковоспламеняю­щимися жидкостями (ЛВЖ); ко второму — жидкости с температурой вспышки выше 61° С (масло, мазут, формалин и др.), они называются горючими жидкостями.

Температура воспламенения — температура горючего вещества, при которой оно выделяет горючие пары.и газы с такой скоростью, что после воспламенения их от источника зажигания возникает устойчивое горение.

Температурные пределы воспламенения — температуры, при которых насыщенные пары вещества образуют в данной окислительной среде концентрации, равные соответственно нижнему и верхнему концентрационным пределам воспламенения жидкостей.

8