99. Теоретичні основи горіння.

Горіння — це екзотермічна реакція окислення речовини, яка супроводжується виділенням диму та (або) виникненням полум'я і (або) свічення. Для виникнення горіння необхідна наявність горючої речовини, окислювача та джерела запалювання. Розрізняють два види горіння: повне — при достатній кількості окислювача, і неповне — при нестачі окислювача. Продуктами повного горіння є діоксид вуглецю, вода, азот, сірчаний ангідрид та ін. При неповному горінні утворюються горючі і токсичні продукти (оксид вуглецю, альдегіди, смоли, спирти та ін.). За швидкістю розповсюдження полум'я горіння поділяється надефлаграційне (в межах 2—7 м/с), вибухове (при десятках і навіть сотнях метрів за секунду) і детонаційне (при тисячах метрів за секунду).

Горіння може бути гомогенним та гетерогеним. При гомогенному горінні речовини, що вступають в реакцію окислення мають однаковий агрегатний стан, наприклад газоподібний. Якщо при цьому горюча речовина та окислювач не перемішані, то відбувається дифузне горіння, при якому процес горіння лімітується дифузією окислювача через продукти згоряння до горючої речовини. Якщо початкові речовини знаходяться в різних,агрегатних станах і наявна межа поділу фаз в горючій системі, то таке горіння називається гетерогенним. Гетерогенне горіння, при якому одночасно утворюються потоки горючих газоподібних речовин, є одночасно й дифузним. Як правило, пожежі характеризуються гетерогенним дифузним горінням, швидкість переміщення полум'я якого залежить від швидкості дифузії кисню повітря до осередку горіння.

100. Різновиди горіння

Розрізняють такі різновиди горіння: вибух, детонація, спалах, займання, спалахування, самозаймання, самоспалахування, тління.

Вибух - надзвичайно швидке хімічне перетворення, що супроводжується виділенням енергії й утворенням стиснених газів, здатних виконувати механічну роботу. Переважно ця механічна робота зводиться до руйнувань, які виникають під час вибуху й обумовлені утворенням ударної хвилі - раптового скачкоподібного зростання тиску. При віддаленні від місця вибуху механічна дія ударної хвилі послаблюється.

Детонація - це горіння, яке поширюється зі швидкістю кілька тисяч метрів за секунду. Виникнення детонації пояснюється стисненням, нагріванням та переміщенням незгорілої суміші перед фронтом полум'я, що призводить до прискорення поширення полум'я і виникнення в суміші ударної хвилі. Таким чином, наявність достатньо потужної ударної хвилі є необхідною передумовою для детонації, оскільки в цьому разі передача теплоти в суміші здійснюється не шляхом повільного процесу теплопровідності, а поширенням ударної хвилі.

Спалах - короткочасне інтенсивне згоряння обмеженого об'єму газоповітряної суміші над поверхнею горючої речовини або пилоповітряної суміші, що супроводжується короткочасним видимим випромінюванням, але без ударної хвилі й стійкого горіння.

Займання - початок горіння під впливом джерела запалювання.

Спалахування - займання, що супроводжується появою полум'я.

Тління - безполуменеве горіння матеріалу (речовини) у твердій фазі з видимим випромінюванням світла із зони горіння.

Самозаймання - початок горіння внаслідок самоініційованих екзотермічних процесів.

Самоспалахування - самозаймання, що супроводжується появою полум'я.

Самозаймання виникає тоді, коли внаслідок екзотермічних процесів швидкість виділення тепла в масі горючої речовини перевищує швидкість його розсіювання в навколишнє середовище. Ініціювати екзотермічні процеси, а відтак спричинити самозаймання можуть:

висока температура горючої речовини, обумовлена дією зовнішнього джерела нагрівання (теплове самозаймання);

- життєдіяльність мікроорганізмів у масі горючої речовини, що призводить до її самонагрівання (мікробіологічне самозаймання);

- хімічні реакції, внаслідок дії на речовину повітря, води чи хімічно активних речовин (хімічне самозаймання).

Теплове самозаймання виникає в масі матеріалів, які знаходяться в енергетично сприятливому вихідному стані для вступу в реакцію обміну з киснем повітря, під час нагрівання ззовні. Таке нагрівання може здійснюватись такими шляхами:

- контактним (унаслідок теплообміну під час контакту з нагрітим предметом);

- радіаційним (унаслідок променистого тепла);

- конвективним (унаслідок передачі тепла повітряним потоком).

"Механізм" теплового самозаймання полягає в такому. Під час зовнішнього нагрівання матеріалу Його температура поступово підвищується (фаза а, рис. 4.15). Після досягнення температури самонагрівання Тсн у матеріалі відбувається різка інтенсифікація екзотермічних процесів окиснення та розкладу, що призводить до самонагрівання та підвищення температури матеріалу (фаза б). Найбільш інтенсивне самонагрівання виникає в місці, де досягаються найкращі умови акумуляції тепла. Таким умовам відповідають глибинні місця, оскільки саме в них найгірші умови розсіювання тепла в навколишнє середовище. Так, осередок самонагрівання кам'яного вугілля, складеного в купу, знаходиться, зазвичай, на глибині 0,5-0,8 м від поверхні.

При досягненні температури самозаймання Тсз виникає горіння матеріалу без джерела запалювання (фаза в).

Теплове самозаймання спостерігається під час зберігання в купах кам'яного вугілля (Та = 50-60 °С) та бавовни (Та = 120-125 °С), а також у стосах газетного (шпалерного) паперу та гофрованого картону (Трі = 100-110 °С).

Профілактика теплового самозаймання - запобігання нагрівання матеріалів (речовин) від зовнішніх джерел тепла.

До мікробіологічного самозаймання здатні органічні дисперсні та волокнисті матеріали, всередині яких можлива життєдіяльність, так званих термофільних мікроорганізмів. Саме життєдіяльність таких мікроорганізмів призводить до первинного самонагрівання маси матеріалу. Особливо схильні до мікробіологічного самозаймання невисушені речовини рослинного походження, складені в купу (сіно, солома, зерно, льон, бавовна, торф тощо). Мікробіологічне самозаймання виникає у період від 10 до 30 діб з моменту початку процесу.

Хімічне самозаймання виникає внаслідок дії на горючу речовину повітря, води чи хімічно активних речовин.

До речовин, що здатні самозайматися внаслідок дії на них кисню повітря, належать олії, жири та оліфи. Однак для цього необхідні відповідні умови. Так, при зберіганні цих речовин у тарі самозаймання не відбувається, оскільки поверхня їх дотику з повітрям надто мала. У той же час просочені ними волокнисті матеріали мають розвинену поверхню окиснення, що суттєво збільшує їх здатність до самозаймання. Проте ще однією неодмінною умовою є складання просочених матеріалів у купу, штабелі, пакети. У цьому випадку поверхня окиснення значно перевищує поверхню тепловіддачі, що призводить до самонагрівання речовин з подальшим їх самозайманням.

Через 15 год від моменту просочування взірця його температура досягне 170 °С і він спалахне без джерела запалювання.

До речовин, що здатні самозайматися у разі дії на них води, належать калій, натрій, цезій, карбіди кальцію та лужних металів тощо. Ці речовини під час взаємодії з водою виділяють горючі гази, які нагріваються за рахунок теплоти реакції та самозаймаються.

До хімічно активних речовин, що можуть викликати самозаймання, належать головним чином окисники: стиснений кисень, азотна кислота, перманганат калію, перекис натрію, селітри, хлорне вапно та ін.

Наприклад, стиснений кисень призводить до самозаймання мінеральних мастил, які не займаються на повітрі. А рослинні матеріали (солома, сіно, льон, бавовна, тирса), скипидар, етиловий спирт самозаймаються в результаті контакту з азотною кислотою.

Здатність самозайматися речовин та матеріалів необхідно врахувати під час розроблення заходів пожежної профілактики під час їх зберігання, транспортування, термообробки, виконання технологічних операцій тощо.

.