3.2. Тепловое самовозгорание

Тепловым называется самовозгорание, вызванное самонагреванием в результате внешнего нагрева вещества выше температуры самонагревания.

Причина – окисление при развитой поверхности контакта веществом и кислородом воздуха в условиях плохой теплопроводности.

Тепловое самовозгорание в целом подобно химическому при контакте с кислородом воздуха.

В 1970-1980 годах, до разработки мер предотвращения самовозгорания, по причине самовозгорания происходило 75 % взрывов на комбикормовых заводах. За эти годы на предприятиях Минхлебпрома произошло 162 взрыва по причине самовозгорания растительного сырья, что привело к гибели 148 и травмированию 494 человек [13].

Принцип предупреждения теплового самовозгорания – не допускать нагрева выше температуры самонагревания и аккумуляции тепла.

Существует показатель пожаровзрывоопасности, характеризующий склонность веществ к самовозгоранию ‑ условия теплового самовозгорания (экспериментально выявлена зависимость между температурой окружающей среды, количеством вещества и временем самовозгорания, ГОСТ 12.1.044 [7]).

Факторы, влияющие на склонность к тепловому самовозгоранию:

• химический состав. Наличие в веществе кислорода и горючих элементов способствует самовозгоранию. Так, зерновые имеют в своем составе до 46 % воздуха и в связи с этим склонны к самовозгоранию;

• дисперсность (с увеличением дисперсности увеличивается площадь контакта с кислородом и растет склонность к самовозгоранию);

• форма частиц;

• влажность (усиливает склонность к самовозгоранию);

• засоренность (усиливает склонность к самовозгоранию);

• диффузия кислорода (способствует самовозгоранию);

• уплотненность (должна предотвращать самовозгорание вследствие предотвращения доступа кислорода, но исследования показали, что уплотнение изоляции не предотвращает, а лишь увеличивает стадию самонагревания).

Можно условно выделить семь групп веществ, склонных к тепловому самовозгоранию:

1. масла и жиры, продукты, полученные из них;

2. каменный уголь, бурый уголь, торф;

3. сульфиды железа (FеS‚ FеS₂ – серный колчедан);

4. целлюлозные материалы (бумага, ДВП) и растительные материалы (сено, зерновые, опилки, листья, хлопок);

5. сажа, древесный уголь (свежие);

6. термополимеры (каучук БС, СКС, отходы его производства, при достижении температуры 100 С), битум и строительные материалы на их основе – рубероид, дерматин, целлофан, минвата, линолеум, ДВП, ткани проолифленные или прокрашенные нитрокраской (100 С).

7. химически активные вещества. К ним можно отнести аммиачную селитру NH₄NO₃, белый фосфор, порошки металлов (магний Mg, алюминий Al, цинк Zn, железо Fe), диэтиловый эфир (способствует свет, t_сн = 75 С), скипидар живичный (при смачивании волокнистых материалов), карбиды щелочных металлов К₂C₂, Nа₂С₂, силан SiH₄, фосфин РН₄.

Подробнее рассмотрим некоторые из указанных групп веществ, склонных к тепловому самовозгоранию.

Тепловое самовозгорание масел и жиров

Масла различают:

• минеральные (машинное, соляровое, трансформаторное);

• растительные (подсолнечное, оливковое, льняное) и животные (жиры: бараний, тюлений и т.д.).

Минеральные масла представляют собой смесь углеводородов. Становятся склонными к самовозгоранию лишь после «отработки», в процессе которой рвутся молекулярные связи.

Растительные и животные масла представляют собой смесь глицеридов жирных кислот. Жирными называют карбоновые (группа СООН) кислоты с количеством атомов углерода С более 15.

Глицериды жирных кислот бывают:

а) предельные (С₁₅Н₃₁СООН – пальмитиновая кислота, С₁₇Н₃₅СООН – стеариновая кислота);

б) непредельные (С₁₇Н₃₃СООН – олеиновая кислота, С₁₇Н₃₁СООН – линолевая кислота, С₁₇Н₂₉СООН – линоленовая кислота).

Чем больше глицеридов жирных непредельных кислот, тем больше склонность масла к самовозгоранию.

О количестве глицеридов непредельных кислот судят по йодному числу (количество йода, поглощенного 100 г. масла). Чем выше йодное число, тем выше склонность масла к СВЗГ. Наибольшее йодное число льняного масла – 190, подсолнечного масла – 130.

Кроме иодного числа, имеются и другие методы определения склонности к самовозгоранию масел и жиров:

• акролеиновая проба. В 1 г масла добавляют 2 г бисульфата натрия. Считается, что масло склонно к самовозгоранию, если появляется запах акролеина;

• элаидиновая проба. В 2 г масла добавляют 1 мл концентрированной кислоты и 1 мл воды. Если через 4-6 часов обнаруживается два слоя – твердый (элаидиновая кислота) и жидкий, то это говорит о том, что масло невысыхающее, значит имеет в своем составе много глицеридов предельных жирных кислот и не склонно к самовозгоранию.

Условия самовозгорания масел и жиров:

• в горючем веществе должно быть много глицеридов непредельных кислот;

• большая поверхность окисления при малой теплоотдаче (поэтому, в емкостях масло не самовозгорается);

• маслом пропитано горючее волокнистое вещество (вата, стружки);

• определенная уплотненность горючего вещества, способствующая аккумуляции тепла и одновременно доступу воздуха для окисления.

Ярким примером теплового самовозгоранию является ветошь, пропитанная отработанным минеральным маслом, расположенная в обогревательной батарее для просушки.

Склонность к самовозгоранию увеличивают катализаторы, например, марганцовка.

Период индукции рассматриваемого вида самовозгорания – длительный (часы, дни).