Факторы обеспечивающие процесс горения

Химический процесс горения. Факторы, обеспечивающие процесс горения. Основные принципы тушения возгораний

Описание: Химический процесс горения. Факторы обеспечивающие процесс горения. Для протекания процесса горения требуется наличие трех факторов: горючего вещества окислителя и источника зажигания. Полное при избытке кислорода продукты горения не способны к дальнейшему окислению.

Дата добавления: 2014-06-18

Размер файла: 10.69 KB

Работу скачали: 6 чел.

Поделитесь работой в социальных сетях

Если эта работа Вам не подошла внизу страницы есть список похожих работ. Так же Вы можете воспользоваться кнопкой поиск

74. Химический процесс горения. Факторы, обеспечивающие процесс горения. Основные принципы тушения возгораний.

Горение- это сложное, быстро протекаемое физико-химическое превращение веществ, сопровождающееся выделением тепла и света. Для протекания процесса горения требуется наличие трех факторов: горючего вещества, окислителя и источника зажигания.

Окислитель — кислород воздуха или некоторые другие вещества: хлор, фтор, бром, оксид азота.

Источник зажигания — случайные искры различного происхождения ( электрические, статические и др. )

Различают полное и неполное горение. Полное при избытке кислорода, продукты горения не способны к дальнейшему окислению. Неполное происходит при недостатке кислорода и образуются продукты токсичные и горючие.

По скорости распространения пламени различают: дефлаграционное горение скорость распространения десятки м/с ; взрывное сотни метров в секунду ; детонационное ( тысячи метров в сек. )

В зависимости от горючей смеси горение бывает: гомогенное ( одно агрегатное состояние у окислителя ); гетерогенное.

Процессы возникновения горения:

— вспышка- быстрое сгорание горючей смеси, не сопровождающееся образованием сжатых газов.

— возгорание возникновение горения под действие источника зажигания.

— воспламенение возгорание, сопровождающееся появлением пламени.

— самовозгорание явление резкого увеличения скорости экзотермических реакций, приводящее к возникновению горения вещества при отсутствии источника зажигания.

— самовоспламенение самовозгорание, сопровождающееся появлением пламени.

Одним из эффективных средств тушения пожаров являются огнетушители. В настоящее время широко используют ручной огнетушитель ОХП-10, воздушно-пенный ОВП-10 ( рисунок 10 ) , углекислотные ОУ-2, ОУ-5, ОУ-8, передвижной углекислотный огнетушитель УП-2М и порошковые огнетушители -ОП-1, ОПС-6, ОПС-10 ( рисунок 11 ) .

Химический пенный ручной огнетушитель ОХП-10 предназначен для тушения пожаров в начальной стадии их возникновения.

Для приведения огнетушителя в действие необходимо, взяв его за боковую и нижнюю ручки, перевернуть огнетушитель крышкой вниз, а рукоятку повернуть на 180°. При этом клапан кислотного стакана открывается, кислотная часть заряда вытекает из стакана и смешивается со щелочной частью. Образуется пена и повышается давление в корпусе огнетушителя. Под действием давления пена через спрыски выбрасывается наружу. Продолжительность действия огнетушителя около 1 мин, длина струи 6 8 м, производительность 90 л пены.

Воздушно-пенные огнетушители используют для тушения загораний разнообразных веществ и материалов, кроме щелочных металлов, электроустановок, находящихся под напряжением, и веществ, горящих без доступа воздуха.

Для приведения в действие огнетушителя следует нажать на пусковой рычаг. При этом сжатый в баллоне диоксид углерода через раструб выбрасывает раствор пенообразователя. Огнетушитель действует в течение 20 с, длина струи 4,5 м.

Кроме пенных огнетушителей применяют углекислотные огнетушители ОУ-2, ОУ-5 и ОУ-8

Для тушения пожаров применяют различные огнегасительные средства . К наиболее распространенным относят воду. Кроме нее используют песок и другие виды грунта, различные пены и порошки.

Водой нельзя гасить нефтепродукты, пожар в электрооборудовании, находящемся под напряжением, карбиды натрия, кальция и калия. Нефтепродукты и другие вещества, плотность которых меньше воды, всплывают над ней и разливаются по большой площади, отчего пожар может усилиться. Вода является проводником электрического тока, поэтому нельзя направлять струю воды на электрооборудование, так как может произойти поражение электрическим током. С карбидами щелочных металлов вода вступает в реакцию с образованием легковоспламеняющихся и взрывоопасных веществ.

Песок и все другие виды грунта универсальное средство гашения небольших очагов пожара. Его бросают на огонь лопатами, совками или ведрами так, чтобы сначала локализовать огонь, а затем его засыпать.

Опасные и вредные факторы горения

Опасные факторы пожара

Пожар — это неконтролируемое горение вне специального очага, наносящее материальный вред и приводящее в отдельных случаях к человеческим жертвам.

К опасным факторам пожара, воздействующим на людей и материальные ценности, относятся:

— пламя и искры;
— тепловой поток;
— повышенная температура окружающей среды;
— повышенная концентрация токсичных продуктов горения и термического разложения;
— пониженная концентрация кислорода;
— повышенная концентрация дыма на путях эвакуации.

К вторичным последствиям воздействия опасных факторов пожара на строительные конструкции, технологическое оборудование и действий по тушению пожара, наносящим вред жизни и здоровью людей, материальным ценностям, относятся:

осколки, части разрушившихся аппаратов, агрегатов, установок, конструкций;

радиоактивные и токсичные вещества и материалы, вышедшие из разрушенных аппаратов и установок;

вынос высокого напряжения на токопроводящие части конструкций, аппаратов, агрегатов;

опасные факторы взрыва, происшедшего вследствие пожара;

воздействие огнетушащих веществ и действия подразделений пожарной охраны по тушению пожаров.

Одним из опасных факторов пожара является пониженное содержание кислорода, так как процесс горения происходит при интенсивном поглощении кислорода. Поэтому в условиях пожара может наступить кислородное голодание. При содержании кислорода в воздухе 16-18% наблюдается учащенное сердцебиение, незначительное расстройство координации движений; несколько снижается способность мышления. При 9% содержания кислорода в зоне дыхания наступает потеря сознания, при 6% — смерть за минуты. Важно знать, что человек не ощущает кислородного голодания и не может принять мер к собственному спасению. ПДУ содержания кислорода в условиях пожара — 17%.

Очень опасным фактором пожара является токсичный для человека оксид углерода СО (окись углерода, или угарный газ). В нормальных условиях СО представляет горючий газ без цвета и запаха. Под воздействием СО кровь теряет способность поглощать кислород. ПДУ содержания СО — 0,1%. При этом возникают головная боль, тошнота, общее недомогание. Вдыхание воздуха с 0,5% -ным содержанием оксида углерода в течение 20-30 мин приводит к смерти. При вдыхании воздуха с содержанием 1% СО смерть наступает через 1-2 мин.

Другим опасным для человека газом, возникающим в результате полного термического разложения сгораемых материалов является диоксид углерода СО2 (углекислый газ) Он не обладает ни цветом, ни запахом, но имеет кисловатый вкус. Вдыхание воздуха с содержанием до 6-8% СО₂ приводит к учащенному и более глубокому дыханию, вызывает шум в ушах, головную боль, сердцебиение. Человек теряет сознание при вдыхании смеси из 21% кислорода и 10% СО₂. Предельно допустимое значение СО₂ — 6%.

Отравление СО₂ может произойти даже при тушении пожара с помощью углекислотных огнетушителей (особенно при небольших размерах помещения), а также при входе в помещение после подачи туда СО₂ автоматической установкой углекислотного пожаротушения.

Повышенная температура воздуха и предметов представляет реальную угрозу жизни и здоровью человека в условиях пожара.

Чрезвычайно опасным фактором пожара является дым, так как в дыму человек теряет ориентацию, при этом увеличивается время его нахождения в экстремальных условиях, в том числе в условиях повышающегося содержания оксида и диоксида углерода, повышающейся температуры воздуха и теплового облучения. Задымленность оценивается показателем ослабления света на единицу длины. Допустимое значение показателя — 2,4.

Опасными факторами пожара и взрыва являются обрушивающиеся конструкции, оборудование, коммуникации, здания, сооружения и их разлетающиеся части.

Наиболее опасный фактор взрыва — давление взрывной волны, разрушающее конструкции и убивающее людей.

Следует изучить и знать причины пожаров и возможных взрывов на объектах энергообеспечения предприятий, так как исключение этих причин — одно из важнейших условий обеспечения пожарной безопасности.

Горением называют химическую реакцию окисления, сопровождающуюся выделением большого количества тепла и излучением света. Для возникновения горения необходимы три условия: наличие горючего вещества, окислителя и источника зажигания определенной энергии. Изучая процессы горения, обратите внимание на его виды: тление, вспышка, воспламенение, самовоспламенение, самовозгорание и взрыв. Обратите внимание на различие между диффузионным горением твердых веществ и жидкостей, имеющих границу раздела, и кинетическим (взрывным) горением взрывоопасных смесей горючих газов и паров с воздухом. Обратите внимание на источники, инициирующие самовозгорание веществ и материалов. Следует четко представлять, при каких условиях возможны перечисленные выше виды горения? Эти обстоятельства являются весьма важными для проведения профилактических мероприятий по предотвращению возникновения пожара (взрыва).

Читать еще: Устройство и принципиальная электрическая схема кондиционера

К показателям пожаровзрывоопасности веществ и материалов относятся: группа горючести, температура вспышки, воспламенения, самовоспламенения, самовозгорания, концентрационные и температурные пределы воспламенения, минимальная энергия зажигания, способность взрываться и гореть при взаимодействии с водой, кислородом, воздухом и другими веществами, скорость выгорания, индекс распространения пламени и максимальное давление взрыва. При изучении этих показателей следует обратить внимание на то, что некоторые из них относятся ко всем веществам и материалам независимо от их агрегатного состояния, например, группа горючести, температура самовоспламенения, способность взрываться и гореть при взаимодействии с водой, кислородом, и другими веществами. К газам и жидкостям применяются такие показатели, как нижний и верхний концентрационный пределы воспламенения, минимальная энергия зажигания. К жидкостям и твердым веществам применяется такой показатель как температура вспышки.

В зависимости от температуры самовоспламенения согласно ГОСТ 12.1.011 взрывоопасные смеси газов и паров с воздухом, образующиеся в процессе производства во взрывоопасных средах, способные взрываться от постороннего источника зажигания, в которых применяется взрывозащищенное электрооборудование, подразделяются на шесть групп (Т1 — Т6). Температура самовоспламенения взрывоопасных смесей группы Т1 выше 450°С, …, группы Т6 — 85-100°С.

По взрывопожарной и пожарной опасности в соответствии с нормами пожарной безопасности НПБ 105-95 помещения подразделяются на пять категорий А, Б, В1-В4, Г, Д. Категории помещений и зданий по взрывопожарной и пожарной опасности устанавливаются в зависимости от количества и пожаровзрывоопасных свойств находящихся в них веществ и материалов с учетом особенностей технологических процессов, размещенных в них производств. Отнесение зданий к той или иной категории по взрывопожарной и пожарной опасности осуществляют с учетом категории размещенных в них помещений. Категории помещений и зданий применяются для установления нормативных требований по обеспечению взрывопожарной и пожарной безопасности указанных помещений и зданий в отношении планировки и застройки, этажности, площадей, размещения помещений, конструктивных решений, инженерного оборудования.

В соответствии с СНиП 21-01-97 пожарно-техническая классификация строительных материалов, конструкций, помещений, зданий, элементов и частей зданий основывается на их разделении по свойствам, способствующим возникновению опасных факторов пожара и его развитию — пожарной опасности, и по свойствам сопротивляемости воздействию пожара и распространению его опасных факторов — огнестойкости. Пожарно-техническая классификация предназначается для установления необходимых требований по противопожарной защите конструкций, помещений, зданий, элементов и частей зданий в зависимости от их огнестойкости и (или) пожарной опасности.

Строительные материалы характеризуются только пожарной опасностью, которая определяется следующими пожарно-техническими характеристиками: горючестью (Г1-Г4), воспламеняемостью (В1-В3), распространением пламени по поверхности (РП1-РП4), дымообразующей способностью (Д1-Д3) и токсичностью (Т1-Т4).

Строительные конструкции характеризуются огнестойкостью и пожарной опасностью. Показателем огнестойкости является предел огнестойкости, который устанавливается по времени (в минутах) наступления одного или последовательно нескольких, нормируемых для данной конструкции, признаков предельных состояний: потери несущей способности (R), потери целостности (E), потери теплоизолирующей способности (I). По пожарной опасности строительные конструкции подразделяются на четыре класса: К0 — непожароопасные; К1 — малопожароопасные; К2 — умереннопожароопасные; К3 — пожароопасные.

Здания, а также части зданий, выделенные противопожарными стенами, пожарные отсеки — подразделяются по степеням огнестойкости, классам конструктивной и функциональной пожарной опасности. Степень огнестойкости здания определяется огнестойкостью его строительных конструкций.

Класс конструктивной пожарной опасности здания определяется степенью участия строительных конструкций в развитии пожара и образовании его опасных факторов.

Класс функциональной пожарной опасности здания и его частей определяется их назначением и особенностями размещаемых в них технологических процессов. Здания и пожарные отсеки в зависимости (REI) подразделяются на пять степеней огнестойкости (I — V). По конструктивной пожарной опасности здания и пожарные отсеки делятся на четыре класса (С0 — С3). По функциональной пожарной опасности здания и части зданий — помещения или группы помещений — делятся на пять классов (Ф1 — Ф5). К классу Ф5 относятся производственные и складские здания, сооружения и помещения, для которого характерно наличие постоянного контингента работников, в том числе круглосуточно. Необходимо более подробно охарактеризовать пожарно-техническую классификацию строительных материалов, конструкций, помещений, зданий, элементов и частей зданий, сделав привязку к объектам энергообеспечения предприятий. Необходимо привести конкретные примеры пожарно-технической классификации помещений и зданий объектов энергообеспечения предприятий.

В соответствии с ГОСТ 12.1.004 предотвращение пожара обеспечивается предотвращением образования горючей среды и (или) предотвращением образования в горючей среде (или внесения в нее) источников зажигания. Необходимо изучить и перечислить способы предотвращения образования горючей среды и способы предотвращения образования в горючей среде источников зажигания. Следует конкретно по отдельным объектам энергообеспечения предприятий (электроустановки, источники и системы теплоснабжения, технологические энергосистемы и т.д.) привести перечень пожароопасных веществ и материалов, образующих горючую и взрывоопасную среду, а также источников зажигания.

При этом необходимо обратить особое внимание на пожароопасные явления в электроустановках и некоторые способы предотвращения образования источников зажигания, в частности:

— применение электрооборудования, соответствующего пожароопасной и взрывоопасной зонам, группе и категории взрывоопасной смеси в соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.011 и Правил устройства электроустановок;
— применение технологического процесса и оборудования, удовлетворяющего требованиям электростатической искробезопасности по ГОСТ 12.1.018;
— применение молниезащитных устройств зданий, сооружений и оборудования.

Следует обратить внимание на то, что во взрывоопасных и пожароопасных производственных помещениях (зонах) должно использоваться электрооборудование соответствующего конструктивного исполнения, предотвращающего передачу источника зажигания (взрыва, пламени, искры) из оболочки электрооборудования (электрических машин, аппаратов, приборов и светильников) в окружающую среду при любой концентрации горючего в воздухе.

Характеристика процесса горения

Всем нам практически ежедневно приходится сталкиваться с тем или иным проявлением процессом горения. В нашей статье мы хотим более подробно рассказать какие особенности включает в себя данный процесс с научной точки зрения.

Горение является основной составляющим процессом на пожаре. Пожар начинается с возникновения горения, его интенсивность развития как правило путь пройденный огнем, то есть скорость горения, а тушение заканчивается прекращением горения.

Под горением обычно понимают экзотермическую реакцию между горючим и окислителем, сопровождающуюся, по крайней мере, одним из трех следующих факторов: пламенем, свечением, дымообразованием. Из-за сложности процесса горения указанное определение не является исчерпывающим. В нем не учтены такие важнейшие особенности горения, как быстрое протекание лежащей в его основе экзотермической реакции, ее самоподдерживающийся характер и способность к самораспространению процесса по горючей смеси.

Различие между медленной экзотермической окислительно-восстановительной реакцией (коррозия железа, гниение) и горением заключается в том, что последняя протекает настолько быстро, что теплота производится быстрее, чем рассеивается. Это приводит к повышению температуры в зоне реакции на сотни и даже тысячи градусов, к видимому свечению и образованию пламени. По сути так образуется пламенное горение.Если происходит выделение тепла но пламя при это отсутствует, то этот процесс называется тлением.И в том и в другом процессе происходит образование дыма – аэрозоля полного или неполного сгорания веществ. Стоит отметить, что при горении некоторых веществ пламени не видно, а также отсутствует и выделение дыма, к таким веществам относится водород. Слишком быстрые реакции (взрывчатое превращение) также не входят в понятие горения.

Необходимым условием для возникновения горения является наличие горючего вещества, окислителя (при пожаре его роль выполняет кислород воздуха) и источника зажигания. Для непосредственного возгорания необходимо наличие критических условий по составу горючей смеси, геометрии и температуре горючего материала, давлению и др. После возникновения горения в качестве источника зажигания выступает уже само пламя или зона реакции.

Читать еще: Уют и тепло моего дома

Например, метан способен окисляться кислородом с выделением тепла до метилового спирта и муравьиной кислоты при 500-700 К. Однако, чтобы реакция продолжилась, необходимо пополнение теплоты за счет внешнего подогрева. Горением это не является. При нагревании реакционной смеси до температуры выше 1000 К скорость окисления метана возрастает настолько, что выделяющегося тепла становится достаточно для дальнейшего продолжения реакции, необходимость в подводе теплоты извне исчезает, начинается горение. Таким образом, реакция горения, возникнув, способна сама себя поддерживать. Это главная отличительная особенность процесса горения. Другая, связанная с ней особенность — способность пламени, являющегося зоной химической реакции, самопроизвольно распространяться по горючей среде или горючему материалу со скоростью, определяемой природой и составом реакционной смеси, а также условиями процесса. Это основной механизм развития пожара.

Типичная модель горения построена на реакции окисления органических веществ или углерода кислородом воздуха. Множество физических и химических процессов сопровождают горение. Физика это перенос тепла в систему. Окислительные и восстановительные реакции это составляющая природы горения со стороны химии. Отсюда из понятия горение вытекают самые разные химические превращения, включая разложение исходных соединений, диссоциации и ионизации продуктов.

Совокупность горючего вещества или материала с окислителем представляет собой горючую среду. В результате разложения горючих веществ под воздействием источника зажигания происходит образование газопаровоздушной реакционной смеси. Горючие смеси, которые по составу (соотношению компонентов горючего и окислителя) отвечают уравнению химической реакции, называются смесями стехиометрического состава. Они наиболее опасны в пожарном отношении: легче воспламеняются, интенсивнее горят, обеспечивая полное сгорание вещества, в результате чего выделяют максимальное количество теплоты.

Рис. 1. Формы диффузионных пламен

а – горение реактивной струи, б – горение разлитой жидкости, в – горение лесной подстилки

По соотношению количества горючего материала и объема окислителя различают бедные и богатые смеси: бедные содержат в изобилии окислитель, богатые — горючий материал. Минимальное количество окислителя, необходимое для полного сгорания единицы массы (объема) того или иного горючего вещества, определяется по уравнению химической реакции. При горении с участием кислорода требуемый (удельный) расход воздуха для большинства горючих веществ находится в пределах 4-15 м 3 /кг. Горение веществ и материалов возможно только при обусловленном содержании в воздухе их паров или газообразных продуктов, а также при концентрации кислорода не ниже заданного предела.

Так, для картона и хлопка самопотухание наступает уже при 14 об. % кислорода, а полиэфирной ваты — при 16 об. %. В процессе горения, как и в других химических процессах, обязательны два этапа: создание молекулярного контакта между реагентами и само взаимодействие молекул горючего с окислителем с образованием продуктов реакции. Если скорость превращения исходных реагентов определяется диффузионными процессами, т.е. скоростью переноса (пары горючих газов и кислорода переносятся в зону реакции за счет градиента концентраций в соответствии с законами диффузии Фика), то такой режим горения называется диффузионным. На рис. 1 приведены различные формы диффузионных пламен. При диффузионном режиме зона горения размыта, и в ней образуется значительное количество продуктов неполного сгорания. Если же скорость горения зависит только от скорости химической реакции, которая значительно выше скорости диффузии, то режим горения называется кинетическим. Ему свойственны более высокие скорости и полнота сгорания и как следствие высокие скорости тепловыделения и температура пламени. Этот режим имеет место в предварительно перемешанных смесях горючего и окислителя. Отсюда, если реагенты в зоне химической реакции находятся в одинаковой (обычно газовой) фазе, то такое горение называют гомогенным, при нахождении горючего и окислителя в зоне реакции в разных фазах — гетерогенным. Гомогенным является горение не только газов, но и жидкостей, а также большинства твердых веществ и материалов. Объясняется это тем, что в зоне реакции горят не сами материалы, а их пары и газообразные продукты разложения. Наличие пламени является отличительным признаком гомогенного горения.

Примерами гетерогенного горения служат горение углерода, углистых остатков древесины, нелетучих металлов, которые даже при высоких температурах остаются в твердом состоянии. Химическая реакция горения в этом случае будет происходить на поверхности раздела фаз (твердой и газообразной). Отметим, что конечными продуктами горения могут быть не только оксиды, но и фториды, хлориды, нитриды, сульфиды, карбиды и др.

Характеристики процесса горения разнообразны. Их можно подразделить на следующие группы: форма, размер и структура пламени; температура пламени, его излучательная способность; тепловыделение и теплота сгорания; скорость горения и концентрационные пределы устойчивого горения и др.

Всем известно, что при горении образуется свечение которое сопровождает пламя продукта горения.

Рассмотрим две системы:

газообразная система
конденсированная система

В первом случае при возникновении горения весь процесс будет происходить в пламени, во втором же случае часть реакций будет происходить в самом материале, либо его поверхности. Как упоминалось выше существуют газы которые могут гореть без пламени, но если рассматривать твердые вещества существуют также группы металлов которые также способны гореть без проявления пламени.

Часть пламени с максимальным значением, где происходят интенсивные превращения, называется фронтом пламени.

Теплообменные процессы и диффузия активных частиц из зоны горения которые являются ключевыми механизмами движения фронта пламени по горючей смеси.

Скорость распространения пламени принято разделять на:

дефлаграционное (нормальное), протекающее с дозвуковыми скоростями (0,05-50 м/с)
детонационное, когда скорости достигают 500-3000 м/с.

Рис. 2. Ламинарное диффузионное пламя

В зависимости от характера скорости движения газового потока, создающего пламя, различают ламинарные и турбулентные пламена. В ламинарном пламени движение газов происходит в разных слоях, все процессы тепло-, массообмена происходят путем молекулярной диффузии и конвекции. В турбулентных пламенах процессы тепло-, массообмена осуществляются в основном за счет макроскопического вихревого движения. Пламя свечи — пример ламинарного диффузионного пламени (рис. 2). Любое пламя высотой более 30 см будет уже обладать случайной газовой механической неустойчивостью, которая проявляется видимыми завихрениями дыма и пламени.

Рис. 3. Переход ламинарного потока в турбулентный

Очень наглядным примером перехода ламинарного потока в турбулентный является струйка сигаретного дыма (рис. 3), которая, поднявшись на высоту около 30 см, приобретает турбулентность.

При пожарах пламена имеют диффузионный турбулентный характер. Присутствие турбулентности в пламени усиливает перенос тепла, а смешивание влияет на химические процессы. В турбулентном пламени выше также скорости горения. Это явление делает затруднительным перенос поведения мелкомасштабных пламен на крупномасштабные, имеющих большую глубину и высоту.

Экспериментально доказано, что температура горения веществ в воздухе гораздо ниже температуры горения в атмосферной кислородной среде

В воздухе температура будет колебаться от 650 до 3100 °С, а в кислородной показатели температуры возрастут на 500-800 °С.