Глава 3. Возникновение горения по механизму самовозгорания

3.1. Сущность и классификация самовозгорания

Как отмечалось выше, горение возникает по трем механизмам [11]:

• самовоспламенение;

• вынужденное воспламенение (зажигание);

• самовозгорание.

В этой главе предстоит разобрать сущность третьего механизма возникновения горения – самовозгорания [12, 14, 16].

Природой самовозгорания в средние века занимался Декарт (считал, что оно возникает вследствие движения соков растительного вещества), в 19 веке – Либих (пиритная теория).

Особенностью самовозгорания является то, что оно происходит при обычных (нормальных) температурах. Так, торф самовозгорается при t = 30 – 40 С (сравните, воспламенение древесины наступает при 250 С, самовоспламенения – при 450 С).

В целом пожары по причине самовозгорания происходят сравнительно не часто (за исключением растительных – торфяники, сено и т.д.), однако отсутствие мощных источников зажигания делает этот вид возникновения горения неожиданным для неспециалистов и поэтому коварным. Для предотвращения случаев самовозгорания необходимо понимать его природу и знать вещества, склонные к такому виду возникновения горения.

В качестве примеров пожаров по причине самовозгорания можно привести пожары, лесоскладов (самовозгорание отходов пиления), новостроек и промышленных предприятий и учреждений (самовозгорание лакокрасочных материалов), предприятий обрабатывающей промышленности (самовозгорание растительных материалов, причем может сопровождаться взрывами газообразных продуктов терморазложения).

В ГОСТ 12.1.044 [7] дается следующая формулировка самовозгорания – резкое увеличение скорости экзотермических процессов в веществе, приводящее к возникновению очага горения.

Другое определение самовозгорания предложено П.Г. Демидовым [14] – процесс возникновения горения в результате самонагревания пирофорных веществ.

Разберем это определение.

Под самонагреванием понимают повышение температуры вещества в результате физических и химических процессов, выделяющих тепло:

• окисление;

• разложение;

• замещение;

• поглощение;

• полимеризация.

Пирофорными называют вещества, имеющие низкую температуру самонагревания.

Температура самонагревания – минимальная температура окружающей среды, при которой в результате самонагревания наблюдается резкое повышение температуры вещества, заканчивающееся тлением или горением.

В качестве примера можно привести алюминий (пудра), у которого температура самонагревания равна 10 ^оС, белый фосфор с температурой самонагревания 30 ^оС.

Во ВНИИПО были разработаны зависимости для определения температуры самонагревания:

lg t=A_p+n_p lg S (3.1)

lg t=A_в–n_в lg (3.2)

где t – температура самонагревания;

A_p, n_p, A_в, n_в – константы, полученные опытным путем;

S – удельная поверхность вещества, отношение площади к объему [м²/м³];

t – время самонагревания.

Чаще всего в результате процессов, приводящих к самонагреванию, выделяется незначительное количество тепла, которое может привести к горению лишь при определенных условиях.

Условия самовозгорания:

• наличие пирофорного вещества;

• протекание физических и химических процессов с выделением тепла (экзотермических процессов);

• поддержание определенного температурного режима;

• плохая теплопроводность (аккумуляция тепла).

Отсюда вытекает принцип предупреждения самовозгорания – устранение одного из условий.

Принципиально природа всех видов возникновения горения (самовозгорания, самовоспламенения, зажигания) сходна и описывается одной теорией ‑ теорией теплового взрыва (Семенов, Франк-Каменский).

Однако имеются отличия:

1. не все горючие вещества склонны к самовозгоранию – только пирофоры (особая группа веществ);

2. для самовозгорания не нужен мощный внешний тепловой импульс (т.е. оно происходит при более низких температурах, чем самовоспламенение и зажигание).

3. к самовозгоранию приводит не только окисление, а также другие экзотермические процессы – разложение, замещение и т.д.

В зависимости от первопричины выделения тепла в начальной стадии самонагревания веществ различают:

• тепловое;

• химическое;

• микробиологическое самовозгорание.

Необходимо отметить, что эта классификация достаточно условна.

Вопросы для самоконтроля

1. Перечислите механизмы (виды) возникновения горения.

2. Приведите определение самовозгорания.

3. Какие процессы приводят к самонагреванию?

4. Какие вещества называются пирофорами?

5. Перечислите условия самовозгорания

6. В чем состоят отличия самовозгорания от самовоспламенения и зажигания?

7. Как классифицируют самовозгорание? По какому признаку производится такая классификация?