Горение: условия его возникновения, виды горения, группы горючести. Самовоспламенение веществ

Чаще всего в основе горения лежат реакции окислительно-восстановительного типа (окисления).Для горения характерно быстрое протекание процесса с интенсивным выделением энергии в виде тепла и света.

Однако не всегда горение выглядит как процесс взаимодействия двух веществ (горючего вещества и окислителя). Существуют процессы горения, в которых участвует только исходное вещество. Такое вещество чаще бывает термодинамически неустойчивым, и его горение проявляется в виде эффекта взрывного разложения. Например, такое взрывное разложение характерно для ацетилена, озона, перекиси водорода, двуокиси хлора. Либо горение происходит как внутреннее самоокисление сложной молекулы, например, такой механизм горения характерен для взрывчатых веществ- тринитротолуола, пороха.

ГОСТ 12.1.044-89: горение- это экзотермическая реакция, протекающая в условиях ее прогрессивного самоускорения. Все вещества по способности к горению делятся на 3 группы горючести:

Негорючие- это вещества, неспособные гореть в воздухе нормального состава при нагреве их до 750 ⁰С(для твердых веществ), трудногорючее-это вещества и материалы, способные возгораться в воздухе от источника зажигания, но неспособны гореть после его удаления; горючие- способные самовозгораться, а также возгораться от источника зажигания и самостоятельно гореть после его удаления.

Деление веществ на горючие и негорючие - условно, т.к. в разных агрегатных состояниях негорючие вещества могут стать горючими. Например, металлы в монолите (алюминий, цинк, никель) не горят на воздухе. А в порошкообразном состоянии могут возгораться. Пожароопасные-это любое вещество, способствующее возникновению и развитию горения, поэтому кислород,галогены,неорганические кислоты являются негорючими, но пожароопасными веществами. Вода- основной огнетушащий состав, но в ряде случаев может бать пожароопасным веществом. Например, щелочные металлы, спирты, эфиры не растворимые в воде.

Горючая среда представляет собой чаще всего смесь горючего вещества с окислителем. Окислителями могут быть самые различные вещества:галогены. Кислород. Нестойкие кислород – и галогеносодержащие вещества. Способные при незначительном нагреве легко отдавать атомы кислорода или галогена(перхлорат калия(KCl₃), KMnO_4, HNO₃, различные перекисные соединения- H₂O₂, сильные конц. кислоты- серная, хлорная, хлорноватая.

Горение не возникает само по себе, оно инициируется источником зажигания. Для возникновения горения может быть достаточно тепловое воздействие след.источников зажигания:

- механическая работа ( удар, трение, адиабатическое сжатие)

-химическая реакция с экзотермическим эффектом

-микробиологические процессы, сопровождающиеся выделением тепла.

-электрические искры, дуги, перегретые части электрооборудования

-разряды статического электричества, возникающие в технологическом оборудовании при введении некоторых стадий( операции)

-в установившемся режиме горения постоянным источником зажигания является зона горения, т.е. пространство, в котором происходит экзотермическая реакция, выделяется тепло и свет.

Виды горения:

Дефлаграционное(нормальное) горение- это процесс послойного распространения пламени по горючей среде, при котором реакция горения возникает в реагирующем слое вследствие разогрева от соседнего слоя продуктов реакции. Рассмотрим явление, которое происходит в холодной горючей среде в присутствии в ней источника зажигания (искры, электрической дуги, раскаленного или разогретого тела). В горючей смеси происходит быстрый локальный нагрев до достаточно высокой температуры. При этом начинается быстрая экзотермическая реакция окисления в разогретой области вокруг источника зажигания. Поэтому соседний к зоне горения слой горючей смеси также разогревается за счет теплопроводности от продуктов реакции. И в нем тоже происходит химическая реакция, т.е. горение. Таким образом. Возникнув в локальной области вокруг источника зажигания. Зона горения распространяется по горючей среде в виде расширяющейся в пространстве сферы.

Вектор распространения фронта пламени направлен перпердик-но (или нормально) по отношению к зоне горения. Примеры горения: воспламенение струи газа или пара при утечке их через неплотности оборудования, горение жидкости. Твердых материалов.

Взрывное горение(ТЕПЛОВОЙ ВЗРЫВ)-процесс мгновенного распространения пламени по всей горючей среде. Изменим теперь условия поджигания горючей среды, т.е. будем равномерно разогревать весь объем. Экзотермическая реакция пойдет сразу во всем объеме горючей смеси. И скорость ее будет определяться только температурой. Возникающей при воздействии источника зажигания. Внешне это будет восприниматься как практически мгновенный переход исходной горючей среды в продукты горения, т.е. как взрыв. Скорость горения будет определяться кинетической химической реакции.

Примеры такого горения: в цилиндрах двигателей внутреннего сгорания происходит адиабатическое сжатие горючей смеси без теплообмена с окружающей средой (двигатель стучит); в процессе нитрования, галогенирования , сульфирования при нарушении технологического режима происходит бурная реакция и выброс реакционной массы.

Детонационное горение- это горение под воздействием адиабатического сжатия горючей среды во фронте ударной волны. Горючая смесь сжимается поршнем в цилиндре с жесткими стенками с определенной скоростью(V). Тогда в локальной области около поршня начинается мгновенная экзотермическая реакция в виде теплового взрыва. В результате образуется область повышенного давления (∆Р) и возникает ударная волна, распространяющаяся со скоростью звука (D) в нагретой среде. Такое горение происходит в двигателях внутреннего сгорания, если применен бензин с низким октановым числом; в аппаратах колоного типа, горение газа или пара в магистральных трубопроводах.

Характерной особенностью процесса горения является большая скорость. При дефлаграционном горении скорость определяется закономерностями процессов переноса тепла, т.е. процессами теплопередачи и диффузии. Пламя распространяется со скоростью нескольких метров в секунду. При тепловом взрыве скорость горения определяется условиями отвода тепла из зоны горения в окр. среду и условиями подвода тепла к реакционной зоне, т.е. в конечном счете, теплофизическими характеристиками (теплоемкостью и теплопроводностью) реагирующих веществ.( скорость достигает десятков и даже сотен метров в секунду).

При детонационном горении скорость распространения пламени практически равна скорости распространения ударной волны.

Процесс. При котором в горючей смеси возникает самоускоряющийся режим реакции, приводящий к самостоятельному (уже без источника зажигания) разогреванию веществ до пламенного горения – самовоспламенением. Самая низкая температура вещества, при которой начинается бурная экзотермическая реакция, заканчивающаяся пламенным горением- называется температурой самовоспламенения. Таким образом, температура самовоспламенения характеризует ту минимально необходимую степень нагрева источником зажигания, при котором возникает горение. Температура самовоспламенения может быть одним из критериев оценки пожарной опасности веществ и материалов

ГОСТ 12.1.011-78 предусматривает деление веществ на 6 групп по величине температуры самовоспламенения

Однако температура самовоспламенения не является физико-химической константой горючего вещества, она зависит от концентрации вещества в горючей смеси, объема смеси, давления, вида окислительной среды и других факторов. При увеличении объема сосуда температура самовоспламенения уменьшается. Самая низкая температура самовоспламенения наблюдается у смесей, близких по своему составу стехиометрическому. Повышение давления исходной горючей смеси снижает температуру самовоспламенения в связи с увеличением скорости реакции окисления вещества