2.2 Горючие жидкости
Поскольку, как отмечалось выше, собственно горение осуществляется в газовой фазе, то оценка пожароопасности конденсированных веществ должна дополнятся показателями, характеризующими условия газообразной горючей смеси. При этом важнейшим является показатель, определяющий достаточную для поддержания распространения пламени интенсивность поступления в зону горения потока горючих паров. При оценке пожароопасности жидкостей перечисленные выше показатели для горючих газов дополняют следующими: температура вспышки, температура воспламенения и температурные пределы воспламенения. Определения указанных показателей приведено в 1 главе.
В зависимости от летучести жидкости, характеризуемой температурой вспышки и позволяющей судить о возможности образования взрывоопасной среды, жидкости подразделяются на легковоспламеняющиеся (ЛВЖ) и горючие (ГЖ). К легковоспламеняющимися жидкостям относятся жидкости с температурой вспышки менее 61 о С, к горючим - с температурой вспышки более 61 оС. Нагрева жидкостей до температуры вспышки недостаточно для возникновения устойчивого горения жидкости. Для обеспечения требуемой интенсивности испарения для устойчивого горения необходим нагрев жидкости до более высокой температуры, называемой температурой воспламенения. Если нагрев до температуры вспышки для устойчивого горения жидкости недостаточен, то для достижения концентрационных пределов паров необходим нагрев именно до этой температуры. Взрывоопасность жидкостей можно характеризовать как концентрационными пределами распространения пламени, так и температурными пределами. Температурные пределы - это температуры жидкостей, при которых давление насыщенных паров создаёт концентрацию паров, соответствующую концентрационному пределу распространения пламени.
Зависимость между пределами распространения пламени выражается следующим образом:
(%); (2.2)
(%); (2.3)
где НКП, ВКП - нижний и верхний концентрационный предел распространения пламени, соответственно;
,
- давление насыщенных паров при нижнем
температурном пределе (НТП) и верхнем
температурном пределе (ВТП) соответственно,
Па;
- атмосферное давление, Па.
Концентрационные пределы могут выражаться в процентах по объему или в граммах на кубический метр. Перевод значений концентрационных пределов из объёмных в массовые и наоборот производится по формулам:
;
(2.4)
;
(2.5)
где М - молярная масса горючего, кг/моль;
Т – температура, К.
2.3 Твёрдые горючие вещества
Пожарная опасность твердых веществ и материалов характеризуется их склонностью к возгоранию и самовозгоранию. К возгоранию относятся случаи возникновения горения при воздействии внешних источников зажигания с температурой выше температуры самовозгорания. К самовозгоранию относятся случаи горения, возникающие при температуре окружающей среды или при умеренном нагреве ниже температуры самовозгорания. Различие между возгоранием и самовозгоранием поясняются следующим образом. Представим, что образец твердого материала помещается в воздушный термостат, устанавливаемый на различные заданные температуры. На рисунке 2.2 представлены получаемые в этих испытаниях, развиваемые во времени в материале температуры. При весьма умеренном нагреве (кривая 1) в материале не происходят изменения. За время, определяемое разностью температур в термостате и окружающей среды, а так же теплоёмкостью и массой материала, температура материала достигнет температуры термостата, а после отключения термостата материал вернётся в начальное состояние. Такая картина будет наблюдаться при размещении материала в термостате и с более высокой температурой до тех пор, пока не будет достигнута некоторая начальная температура самонагревания, при которой начнутся экзотермические превращения в материале (разложение, окисление и др.), ведущие к самонагреванию материала (кривая 2), в процессе которого возможны две ситуации:
- интенсивность самонагревания невелика, и материал после "исчерпания" способных окисляться компонентов охладится до температуры термостата (кривая 2);
- в результате самонагревания будет достигнута температура самовозгорания, начиная с которой произойдет спонтанный рост реакции и температуры и обязательно возникнет горение.
Рисунок 2.2 – Схема теплового самовозгорания
Реакция той или иной ситуации зависит
от химического состава материала и
условий аккумуляции в нём тепла в
процессе самонагревания (масса материала,
его теплопроводность и др.). Область
температур между
и
является потенциально опасной.
Возможность самовозгорания материалов, нагретых до температур этой области, рассчитывается с помощью системы следующих уравнений:
,
,
где
- температура окружающей среды, при
которой произойдет самовозгорание, °С;
- время, с;
- удельная поверхность материала, м2 /кг;
,
,
,
- опытные (справочные) константы,
определяемые свойствами материала.
В зависимости от первоначального импульса, вызывающего самонагревание, и значения самовозгорание подразделяется на микробиологическое, химическое и тепловое. К микробиологическому относятся случаи самовозгорания, происшедшие при значениях температуры самонагревания не выше температуры окружающей среды и в результате жизнедеятельности микроорганизмов. К материалам, склонным к микробиологическому самовозгоранию, относятся такие, как сено, торф, слегка увлажненные опилки и др., являющиеся питательной средой для микроорганизмов. К химическим относятся случаи самовозгорания, обусловленные экзотермическим взаимодействием веществ, например, самовозгорание может произойти при проливе крепкой азотной кислоты на кучу бумаги или древесину. Наиболее типичным и распространенным примером являются самовозгорание промасленной ветоши, имеющей большую поверхность. К этому же классу самовозгорающихся веществ относятся пирофорные вещества, загорающиеся при контакте вещества с воздухом. Это сульфид железа, тетрагидрид кремния, некоторые металлоорганические соединения. Порядок совместного хранения таких веществ и материалов регламентирован.