Горение различных веществ и материалов

Московский государственный университет Печати им. Ивана Федорова

Кафедра «Журналистики»

Реферат

по дисциплине «Безопасность жизнедеятельности»

на тему «Горение различных веществ и материалов»

Принял:

Орлова Е.Ю.

Выполнила: студентка 1 курса

Литвиненко М.С.

Оглавление:

1.      Что представляет собой процесс горения?

2.      Какие существуют разновидности горения?

3.      На каких участках полиграфического производства могут образоваться взрывоопасные смеси горючих газов и паров?

4.      Что такое вспышка?

5.      Что такое возгорание?

6.      Что такое самовозгорание?

7.      Что такое тепловое самовозгорание?

8.      Что такое микробиологическое самовозгорание?

9.      Что такое химическое самовозгорание?

10. Что такое воспламенение?

11. Что такое самовоспламенение?

12. Какие показатели характеризуют пожарную опасность веществ и материалов?

13. Что такое температура вспышки?

14. На какие классы по пожарной опасности делят горючие жидкости?

15. Что такое температура воспламенения?

16. Что такое температура самовоспламенения?

17. Что характеризуют концентрационные пределы воспламенения?

Пожар представляет собой неконтролируемое горение, развивающееся во времени и пространстве, опасное для людей и наносящее материальный ущерб.

Опасными для людей факторами пожара являются открытый огонь, искры, повышенная температура, токсичные продукты горения, дым, уменьшение содержания кислорода, обрушения зданий или установок.

Горение — быстро протекающая физико-химическая реакция, сопровождающаяся выделением теплоты и дыма, появлением пламени или тлением. В обычных условиях горение представляет собой процесс окисления или соединения горючего вещества с кислородом воздуха. Однако некоторые вещества (например сжатый ацетилен, хлористый азот, озон) могут взрываться и без кислорода с образованием теплоты и пламени. Следовательно, горение может явиться результатом реакций не только соединения, но и разложения. Известно также, что водород и многие металлы могут гореть в, атмосфере хлора, медь — в парах серы, магний — в двуокиси-углерода и т. д.

В зависимости от агрегатного состояния исходного вещества и продуктов горения различают гомогенное горение, горение взрывчатых веществ, гетерогенное горение.

Гомогенное горение. При гомогенном горении исходные вещества и продукты горения находятся в одинаковом агрегатном состоянии. К этому типу относится горение газовых смесей (природного газа, водорода и т.п. с окислителем – обычно, кислородом воздуха), горение негазифицирующихся конденсированных веществ (например, термитов – смесей алюминия с оксидами различных металлов), а также изотермическое горение – распространение цепной разветвленной реакции в газовой смеси без значительного разогрева.
При горении негазифицирующихся конденсированных веществ диффузии обычно не происходит, и процесс распространения горения идет только в результате теплопроводности. При экзотермическом горении, напротив, основным процессом переноса является диффузия.

Горение взрывчатых веществ связано с переходом вещества из конденсированного состояния в газ. При этом на поверхности раздела фаз происходит сложный физико-химический процесс, при котором в результате химической реакции выделяются теплота и горючие газы, догорающие в зоне горения на некотором расстоянии от поверхности. Процесс горения усложняется явлением диспергирования, переходом части конденсированного взрывчатого вещества в газовую фазу в виде небольших частичек или капель.

Гетерогенное горение. При гетерогенном горении исходные вещества (например, твердое или жидкое горючее и газообразный окислитель) находятся в разных агрегатных состояниях. Важнейшие технологические процессы гетерогенного горения – горение угля, металлов, сжигание жидких топлив в нефтяных топках, двигателях внутреннего сгорания, камерах сгорания ракетных двигателей. Процесс гетерогенного горения обычно очень сложен. Химическое превращение сопровождается дроблением горючего вещества и переходом его в газовую фазу в виде капель и частиц, образованием оксидных пленок на частицах металла, турбулизацией смеси и т.д.

Наиболее опасно горение, возникающее при окислении горючего вещества кислородом воздуха. При этом необходимо наличие источника зажигания, способного сообщить горючей системе необходимое количество энергии. Наиболее распространенными источниками зажигания являются: искры, появляющиеся при неисправности электрооборудования, ударе металлических тел, сварке, кузнечных работах; теплота, возникающая в результате трения; технологические нагревательные устройства; аппараты огневого действия; теплота адиабатического сжатия; искровые разряды статического электричества; перегрев электрических контактов; химические реакции, протекающие с выделением теплоты.

Температура нагрева этих источников различна. Так, искра, возникающая при ударе металлических тел, может иметь температуру до 1900°С, пламя спички около. 800°С, ведущий барабан ленточного конвейера при пробуксовке — до 600°С, а в накале электрического разряда температура доходит до 10 000°С, при этом почти мгновенно завершаются химические реакции.

Горение может быть полным и неполным.

При полном горении, протекающем при избытке кислорода, продуктами реакции являются диоксид углерода, вода, азот, сернистый ангидрид.

Неполное горение происходит при недостатке кислорода, продуктами горения в этом случае являются ядовитые и горючие вещества — оксид углерода, спирты, кетоны, альдегиды и др. Для полного сгорания горючего вещества необходимо определенное количество воздуха: 1 кг древесины — 4,18, торфа — 5,8, пропана — 23,8 м3.

Процесс горения можно представить себе следующим образом. Холодная горючая среда при введении теплового импульса разогревается, происходит интенсивное окисление горючей среды кислородом и дополнительное выделение теплоты. Это, в свою очередь, приводит к разогреву соседнего слоя горючего вещества, в котором также протекает интенсивная химическая реакция. При таком послойном сгорании горючего вещества происходит перемещение зоны горения; скорость этого перемещения определяет интенсивность процесса горения и является его важнейшей характеристикой. Процесс послойного разогрева, окисления и сгорания продолжается до тех пор, пока не исчерпается весь объем горючего вещества.

Узкую зону, в которой подогревается вещество и протекает химическая реакция, называют фронтом пламени.

Полное время сгорания горючей смеси тг складывается из времени, необходимого для возникновения контакта между горючим веществом и кислородом τк, и времени, в течение которого происходит сама химическая, реакция окисления τx

В зависимости от соотношения этих двух слагаемых различают горение диффузионное и кинетическое. При горении твердых горючих веществ время, необходимое для проникновения (диффузии) кислорода к поверхности вещества, гораздо больше времени химической реакции, поэтому общая скорость горения полностью определяется скоростью диффузии кислорода к горючему веществу. Горение таких веществ наиболее часто встречается на пожарах и называется диффузионным. Горение, скорость которого определяется скоростью химической реакции, называют кинетическим. Этот вид горения характерен для однородных горючих систем.

Различают калориметрическую, теоретическую и действительную температуру горения.

Калориметрической температурой горения называют температуру, до которой нагреваются продукты полного сгорания, если вся выделившаяся теплота расходуется па их нагревание, количество воздуха равно теоретически необходимому, происходит полное сгорание веществ и начальная температура равна 0°С. Потери теплоты при этом принимают равными нулю. Если начальная температура горючего вещества и воздуха равна 0°С, то калориметрическая температура горения

,

где Qн — низшая теплота сгорания горючего вещества, ккал/кг; V — объем продуктов сгорания, м3/кг; с — средняя объемная теплоемкость продуктов сгорания, ккал/м3·град.

Следовательно, калориметрическая температура горения зависит только от свойств горючего вещества и не зависит от его количества. Теоретическая температура горения учитывает потери теплоты при горении на диссоциацию. Калориметрическая температура горения является наибольшей для горючего вещества и применяется для качественной оценки. В действительности при горении всегда имеются потери теплоты на излучение, нагрев избыточного воздуха и окружающей среды.

Действительная температура горения — это температура пожара. Различают температуру внутреннего и наружного пожара. Температура наружного пожара — температура пламени, а внутреннего — температура дыма в помещении. Действительные температуры, развивающиеся при пожаре, вследствие потерь теплоты в окружающую среду, нагревания продуктов сгорания и конструкций всегда меньше теоретических на 30...50%. Например, теоретическая температура горения бензина 1730°С, а действительная 1400°С.

Смесь горючих паров и газов с окислителем способна гореть только при определенном содержании в ней горючего.

Различают ряд видов возникновения горения: вспышка, возгорание, воспламенение, самовозгорание, самовоспламенение, взрыв.

Вспышка — быстрое, но, сравнительно со взрывом, кратко временное сгорание смеси паров горючего вещества с воздухом или кислородом, возникающее от местного повышения темпера туры, которое может быть вызвано электрической искрой или прикосновением к смеси пламени или накаленного тела. Темпера­тура, при которой происходит вспышка, называется температурой вспышки. Явление вспышки схоже с явлением взрыва, но, в от­личие от последнего, оно происходит без сильного звука и не ока­зывает разрушительного действия.

Возгорание – это возникновение горения под воздействием источника зажигания.

Самовозгорание — горение твердых веществ, возни­кающее от нагревания их под влиянием процессов, происходящих внутри самого вещества. Происходящие физические или химические процессы внутри вещества связаны с образованием тёпла, которое ускоряет процесс окисления, переходящий в горение открытым огнем.

Тепловое самовозгорание вещества возникает в результате самонагревания под воздействием скрытого или внешнего источника нагрева. Самовоспламенение возможно только в том случае, если количество тепла, выделяемого в процессе самоокисления, будет превышать отдачу тепла в окружающую среду.

Микробиологическое самовозгорание возникает в результате самонагревания под воздействием жизнедеятельности микроорганизмов в массе вещества (материала, смеси). Температура самовоспламенения является важной характеристикой горючего вещества.

Химическое самовозгорание происходит от воздействия на вещества кислорода воздуха, воды или от взаимодействия веществ. Самовозгораются промасленные тряпки, спецодежда, вата и даже металлическая стружка. Причиной самовозгорания промасленных волокнистых материалов является распределение жировых веществ тонким слоем на их поверхности и поглощение кислорода из воздуха. Окисление масла сопровождается выделением тепла. Если образуется тепла больше, чем теплопотери в окружающую среду, то возможно возникновение горения без всякого подвода тепла. Некоторые вещества самовозгораются при взаимодействии с водой. К ним относятся калий, натрий, карбид кальция и карбиды щелочных металлов. Кальций загорается при взаимодействии с горячей водой. Окись кальция (негашеная известь) при взаимодействии с небольшим количеством воды сильно разогревается и может воспламенить соприкасающиеся с ней горючие материалы (например, дерево). Некоторые вещества самовозгораются при смешивании с другими. К ним относятся в первую очередь сильные окислители (хлор, бром, фтор, йод), которые, контактируя с некоторыми органическими веществами, вызывают их самовозгорание. Ацетилен, водород, метан, этилен, скипидар под действием хлора самовозгораются на свету. Азотная кислота, также являясь сильным окислителем, может вызывать самовозгорание древесной стружки, соломы, хлопка.

Воспламенение — стойкое возгорание смеси паров и га­зов горючего вещества от местного повышения температуры, ко­торое может быть вызвано прикосновением пламени или нака­ленного тела. Воспламенение может длиться до тех пор, пока не сгорит весь запас горючего вещества, причем парообразова­ние при этом происходит за счет тепла, выделяющегося при сгорании.

Воспламенение отличается от вспышки своей продолжительностью. Кроме того, при вспышке тепловыделение в каждом участке достаточно для поджигания смежного участка уже готовой горючей смеси, но недостаточно для пополнения ее путем испарения новых количеств горючего; поэтому, истратив запас горючих паров, пламя гаснет и вспышка на этом кончается, пока снова не накопятся горючие пары и не получат местного пере­грева. При воспламенении же парообразующее вещество бывает доведено до такой температуры, что теплоты сгорания накопившихся паров оказывается достаточно для восстановления запаса горючей смеси.

Самовоспламенение - это самовозгорание, сопровождающееся появлением пламени. Самовоспламеняться могут твёрдые и жидкие вещества, пары, газы и пыли в смеси с воздухом.

Взрывоопасные смеси горючих газов и паров на полиграфическом производстве могут образоваться: на складах хранения красящих веществ и готовой продукции, на линиях печати, в котельных, в вспомогательных помещениях, в подвалах, на чердаках и во всех плохо вентелируемых помещениях.
 

Классификация взрывоопасных смесей предназначена для получения исходных данных, необходимых при выборке взрывозащищенного электрооборудования согласно ГОСТ 12.2.020-76.

Стандарт устанавливает классификацию взрывоопасных смесей по категориям и группам и методы определения параметров взрывоопасности, используемых при установлении классификации смесей.

Взрывоопасные смеси газов и паров подразделяются на категории взрывоопасности в зависимости от величины безопасного экспериментального максимального зазора (БЭМЗ) и значения соотношения между минимальным током воспламенения испытуемого газа или пара и минимальным током воспламенения метана (МТВ); на группы в зависимости от величины температуры самовоспламенения.

Взрывоопасные смеси — смеси воздуха с парами легковоспламеняющихся жидкостей (ЛВЖ), горючими газами, пылью, которые при определенной концентрации и источнике зажигания могут взорваться. К взрывоопасным смесям относятся также: смеси горючих газов и паров ЛВЖ с кислородом или др. окислителями (напр., хлором); вещества, способные к разложению с выделением тепла (напр., аммиачная селитра). Взрывоопасные смеси на основе горючих газов и паров по взрываемости подразделяются на 5 категорий (табл. 1) — в зависимости от величины безопасного экспериментального максимального зазора (БЭМЗ) и на 6 групп (табл. 2) — в зависимости от температуры самовоспламенения смеси.

Таблица 1

Категории взрывоопасных смесей

по ГОСТ 12.1.011—78

Таблица 2

Группы взрывоопасных смесей

по ПУЭ

Виды горения характеризуются температурными параметрами, основными из них являются следующие:

Температура вспышки – это наименьшая температура горючего вещества, при которой над его поверхностью образуются пары или газы, способные кратковременно вспыхнуть в воздухе от источника зажигания. Однако скорость образования паров или газов ещё недостаточна для продолжения горения.

Температура воспламенения – это наименьшая температура горючего вещества, при которой оно выделяет горючие пары или газы с такой скоростью, что после воспламенения их от источника зажигания возникает устойчивое горение.

Температура самовоспламенения – это самая низкая температура вещества, при которой происходит резкое увеличение скорости экзотермических реакций, заканчивающееся воспламенением. Температура самовоспламенения у исследованных твёрдых горючих материалов и веществ 30 – 670 °С. Самую низкую температуру самовоспламенения имеет белый фосфор, самую высокую - магний. У большинства пород древесины эта температура равна 330 – 470 ?С.

Взрыв — мгновенное сгорание или разложение вещества, со­провождающееся выделением огромного количества газов, которые мгновенно расширяются и вызывают резкое повышение дав­ления в окружающей среде. При соприкосновении с воздухом: газообразные продукты разложения некоторых веществ обладают' способностью воспламеняться, что не только приводит к разру­шениям от действия взрывной волны, но и вызывает большие пожары.

Нижний предел взрываемости — наименьшее количество го­рючих пыли, паров или газов, образующее при соединении с воз духом взрывчатую смесь. Верхний предел взрываемости пап большее количество горючих пыли, паров или газов, образующее при соединении с воздухом взрывчатую смесь. В интервале между нижним и верхним пределами возможность взрыва смеси сохра­няется. Пределы взрываемости выражаются в объемных процен­тах содержания горючего газа в объеме воздуха.

Большинство промышленных предприятий отличаются повышенной пожарной опасностью, так как их характеризуют сложность производственных процессов и установок, наличие значительного количества огнеопасных жидкостей, горючих газов, твердых сгораемых материалов, большого количества емкостей и аппаратов, в которых находятся пожароопасные продукты под давлением, разветвленной сети трубопроводов с запорно-пусковой и регулирующей арматурой, большого количества электроустановок.

При оценке пожарной опасности того или иного технологического процесса необходимо знать, какие огнеопасные вещества или смеси используются, получаются или могут образовываться в процессе производства внутри технологических аппаратов, при каких условиях и по каким причинам они могут оказаться вне их. Более высокую категорию пожарной опасности имеют предприятия с наличием веществ, способных образовывать взрывоопасные смеси с воздухом (горючие газы, легковоспламеняющиеся жидкости, пылевидные горючие материалы).

Пожаровзрывоопасность веществ и материалов определяется показателями, выбор которых зависит от агрегатного состояния вещества (материала) и условий его применения.

При определении пожаровзрывоопасности веществ и материалов различают:

газы – вещества, давление насыщенных паров которых при температуре 25оС и давлении 101,3 кПа превышает 101,3 кПа;

жидкости – вещества, давление насыщенных паров которых при температуре 25оС и давлении 101,3 кПа меньше 101,3 кПа. К жидкостям относят также твердые плавящиеся вещества, температура плавления и каплепадения которых меньше 50оС;

твердые вещества и материалы – индивидуальные вещества и их смесевые композиции с температурой плавления или каплепадения больше 50оС, а также вещества, не имеющие температуры плавления (например, древесина, ткани и т.п.);

пыли – диспергированные твердые вещества и материалы с размером частиц менее 850 мкм.

Число показателей, необходимых и достаточных для характеристики пожаровзрывоопасности веществ и материалов в условиях производства, переработки, транспортирования и хранения, определяет разработчик системы обеспечения пожаровзрывобезопасности объекта или разработчик стандарта и технических условий на вещество (материал).

Пожаровзрывоопасность веществ и материалов – совокупность свойств, характеризующих их способность к возникновению и распространению горения. Следствием горения, в зависимости от его скорости и условий протекания, может быть пожар (диффузионное горение) или взрыв (дефлаграционное горение предварительно перемешанной смеси горючего с окислителем).

Группа горючести – показатель, который применим для всех агрегатных состояний.

Горючесть – способность вещества или материала к горению. По горючести вещества и материалы подразделяются на три группы.

Негорючие (несгораемые) – вещества и материалы, неспособные к горению на воздухе. Негорючие вещества могут быть пожароопасными (например, окислители, а также вещества, выделяющие горючие продукты при взаимодействии с водой, кислородом воздуха или друг с другом).

Трудногорючие (трудносгораемые) – вещества и материалы, способные возгораться в воздухе от источника зажигания, но не способные самостоятельно гореть после его удаления.

Горючие (сгораемые) – вещества и материалы, способные самовозгораться, а также возгораться от источника зажигания и самостоятельно гореть после его удаления. Из группы горючих веществ и материалов выделяют легковоспламеняющиеся вещества и материалы.

Легковоспламеняющимися называют горючие вещества и материалы, способные воспламеняться от кратковременного (до 30 с) воздействия источника зажигания с низкой энергией (пламя спички, искра, тлеющая сигарета и т.п.).

Экспериментальные методы определения группы горючести заключаются в оценке поведения исследуемых материалов при температурных условиях, наиболее способствующих горению.

Горючесть газов определяют косвенно: газ, имеющий концентрационные пределы воспламенения в воздухе, относят к горючим; если газ не имеет концентрационных пределов воспламенения, но самовоспламеняется при определенной температуре, его относят к трудногорючим; при отсутствии концентрационных пределов воспламенения и температуры самовоспламенения газ относят к негорючим.

На практике группу горючести используют для подразделения материалов по горючести, при установлении классов взрывоопасных и пожароопасных зон по ПУЭ, при определении категории помещений и зданий по взрывопожарной и пожарной опасности, при разработке мероприятий для обеспечения пожаро- и взрывобезопасности оборудования и помещений.

Концентрационные пределы распространения пламени (воспламенения) – тот интервал концентраций, в котором возможно горение смесей горючих паров и газов с воздухом или кислородом.

Нижний (верхний) концентрационный предел распростра-нения пламени – минимальное (максимальное) содержание горючего в смеси горючее вещество – окислительная среда, при котором возможно распространение пламени по смеси на любое расстояние от источника зажигания. Внутри этих пределов смесь горюча, а вне их – смесь гореть неспособна.

Температурные пределы распространения пламени (воспламенения) – такие температуры вещества, при которых его насыщенные пары образуют в конкретной окислительной среде концентрации, равные соответственно нижнему (нижний температурный предел) и верхнему (верхний температурный предел) концентрационным пределам распространения пламени.

Концентрационные и температурные пределы распространения пламени — важные параметры, учитываемые при создании безопасных условий ведения технологических процессов. Они необходимы при расчетах взрывобезопасных концентраций газов и паров в оборудовании и коммуникациях, безопасных температурных режимов работы оборудования, проектировании вентиляционных систем, оценке аварийных ситуаций и др.

Особо следует остановиться на концентрационных пределах распространения пламени (воспламенения) пылей. Значение НКПВ применяют при расчете взрывобезопасных концентраций пыли внутри технологического оборудования, трубопроводов, при проектировании вентиляционных систем, а также для сравнительной оценки взрывоопасности промышленных пылей.

ГОСТ 12.1.041 «Пожаро- и взрывобезопасность горючих пылей» сформулировал понятие горючей пыли, перечень показателей, характеризующих ее, и методы обеспечения пожаро- и взрывобезопасности оборудования и технологических процессов при наличии в них горючих пылей.

Горючая пыль — это дисперсная система, состоящая из твердых частиц, размером менее 850 мкм, находящихся во взвешенном или осевшем состоянии в газовой среде, способная к самостоятельному горению в воздухе нормального состава.

По горючести пыли подразделяются на три группы — негорючие, трудногорючие и горючие.

Горючие пыли, находящиеся во взвешенном состоянии, характеризуются следующими показателями пожаро- и взрывоопасности: нижним концентрационным пределом распространения пламени, минимальной энергией зажигания, максимальным давлением взрыва, скоростью нарастания давления при взрыве, минимальным взрывоопасным содержанием кислорода.

Для пылей, находящихся в осевшем состоянии, ГОСТом определены следующие показатели: температура воспламенения, температура самовоспламенения, температура самонагревания, температура тления, температурные условия теплового самовозгорания, минимальная энергия зажигания, способность гореть и взрываться при взаимодействии с водой, кислородом воздуха и другими веществами.

Взрываемость пыли зависит от ее крупности, концентрации в воздушной среде, наличия кислорода в смеси, детонации взрыва и других факторов.

По степени взрываемости пыли делятся на три класса:

I – легковоспламеняющиеся пыли, в которых происходит быстрое распространение пламени. Источник тепла для них может быть относительно невелик (пламя зажженной спички);

II – легковоспламеняющиеся пыли, распространение пламени в которых требует высокотемпературного источника тепла или длительно действующего источника;

III – пыли, пламя которых в производственных условиях не распространяется. Они малоспособны образовывать в воздухе облако или содержат большое количество негорючих веществ. Горючие пыли становятся взрывоопасными, если нижний концентрационный предел их взрываемости не превышает 65 мг/м3.

Минимальная энергия зажигания – один из важных параметров, используемых при обеспечении пожаро- и взрывобезопасности технологических процессов при переработке горючих веществ и электростатической искробезопасности. Она может служить характеристикой чувствительности к воспламенению горючих смесей электрическими разрядами.

Минимальным взрывоопасным содержанием кислорода называется такая его концентрация в горючей смеси, ниже которой воспламенение и горение смеси становится невозможным при любой концентрации горючего в смеси.

Минимальное взрывоопасное содержание кислорода используется при разработке мероприятий для обеспечения пожаро- и взрывобезопасности в соответствии с действующими ГОСТами, при расчетах пожаро- и взрывобезопасных режимов работы технологического оборудования, при выборе безопасных условий работы пневмотранспорта.

Список литературы

1.       Белов С.В., Ильницкая А.В., Козьяков А.Ф. и др.; под ред. Белова СВ.       Безопасность жизнедеятельности: Учебник для вузов.  - 8-е изд., стереотип. - М.: Высш. шк., 2008. - 616 с.       2008
2.      Ушаков К.З. и др.; под ред. Ушакова К.З.      Безопасность жизнедеятельности: Учебник для вузов.- 2-е изд., стер. - М.: Изд-во Моск. гос. горн, ун-та, 2005. - 429 с.      2005
3.      Русак О.Н.      Безопасность жизнедеятельности: Учеб. пособие для вузов - 4-е изд., испр и доп. - СПб : Лань, 2005. - 448с.

4. ГОСТ 12.1.041 «Пожаро- и взрывобезопасность горючих пылей»