2. Процесс вынужденного воспламенения и горения жидкостей

Горение жидкостей, как и веществ в другом агрегатном состоянии, может возникнуть по трем механизмам:

• самовоспламенение;

• вынужденное воспламенение (зажигание);

• самовозгорание.

Чаще всего горение возникает по механизму зажигания (т.е. при воздействии источника зажигания), поэтому более подробно остановится на нем.

С учетом того, что процесс горения жидкости значительно зависит от способности жидкости испаряться, при зажигании жидкости можно выделить три случая:

• t_ж  t_всп;

• t_всп  t_ж  t_воспл;

• t_ж  t_воспл.

Разберем эти случаи более подробно.

Схема воспламенения и распространения горения, если температура жидкости меньше температуры вспышки t_ж  t_всп (на примере дизтоплива с t_всп = 110C, керосина и т.д.):

• воздействие источника зажигания, воспламенения паров сразу не происходит, т.к. паров недостаточно над поверхностью жидкости;

• нагрев участка жидкости источником зажигания, испарение паров и смешивание их с воздухом;

• нагрев паровоздушной смеси и ее окисление;

• самовоспламенение паров, когда концентрация паров достигнет нижнего КПРП _{п н};

• горение паровоздушной смеси;

• выделение теплоты из пламени, за счет изучения от пламени и теплопроводности борта резервуара греются следующие участки жидкости, усиливая испарение паров;

• когда _п  _н, происходит распространение пламени в свежую смесь за счет диффузионно-теплового механизма (тепло передается излучением, (конвекция и теплопроводность практически не работают), а также диффузии активных центров) и так до тех пор, пока пламя не охватит всю поверхность;

• одновременно начинается прогрев в глубину. Верхний слой постепенно прогревается до температуры кипения. Прогрев жидкости в глубину в резервуаре может привести к таким опасным явлениям, как вскипание и выброс.

Таким образом, если t_жt_всп, то возникновению горения предшествует испарение жидкости до тех пор, пока _п_н. При распространении горения горючая жидкость прогревается из пламени за счет излучения и теплопроводности борта резервуара. Скорость распространения зависит от величины теплового потока из пламени.

Схема воспламенения и распространения горения, если температура жидкости выше температуры вспышки, но меньше температуры воспламенения t _всп  t_ж  t_воспл (на примере этилового спирта, t_всп = +13С; t_воспл = +18С):

• воздействие источника зажигания;

• так как t_ж  t _всп, концентрация паров выше нижнего КПРП и паровоздушная смесь уже готова – происходит нагревание паров и их окисление;

• самовоспламенение паров, когда концентрация паров достигнет нижнего КПРП _{п н}^;

• кратковременное сгорание паровоздушной смеси (как правило, в виде хлопка). Так как t_ж  t _восп – устойчивого горения не будет. Для устойчивого горения необходимо дальнейшее длительное нагревание жидкости источником зажигания, как в предыдущем случае.

Таким образом, при t _всп  t_ж  t_воспл скорости испарения паров недостаточно для устойчивого горения паров, произойдет лишь кратковременное сгорание паров (вспышка).

Схема воспламенения и распространения горения, если температура жидкости больше температуры ее воспламенения t_ж  t _восп (на примере бензина, t_всп = – 28С; t_воспл = – 23С):

• воздействие источника зажигания;

• так как t_ж  t _восп, паровоздушная смесь уже готова, происходит нагревание паров и их окисление;

• далее следует самовоспламенение смеси;

• горение паров как газов над всей поверхностью жидкости (взрывообразно, см. главу 4), пламя будет распространяться по паровоздушной смеси по диффузионно-тепловому механизму;

• устойчивое горение жидкости;

• теплота из пламени за счет излучения и теплопроводности борта будет прогревать жидкость в глубину, что усилит испарение и скорость горения.

Таким образом, при t_ж  t _восп наблюдается наиболее опасный случай, когда готовая паровоздушная смесь сгорит в виде взрыва и будет наблюдаться дальнейшее устойчивое горение.

Вопросы для самоконтроля

1. Какими механизмами описывают процесс возникновения горения?

2. В каком случае возникновению горения предшествует процесс испарения жидкости под действием источника зажигания?

3. Что является источником зажигания при распространении горения по поверхности жидкости?

4. Опишите процессы, протекающие при зажигании жидкости, если t_ж  t_всп, t_всп  t_ж  t_воспл и t_жt _восп.

5. В каком случае протекает больше процессов, в каком – меньше? Как это связано с уровнем пожарной опасности жидкости?