Поняття про горіння, вибух та пожежу

Горіння - одне з цікавих і життєнеобхідних для людей явищ природи, М.В. Ломоносов вперше довів, що процес горіння полягає в хімічному з'єднанні горючої речовини з повітрям, тобто киснем. Тому горінням називається фізико-хімічний процес швидкої взаємодії горючої речовини та окислювача (кисню), який супроводжується виділенням тепла і світла.

Окислювачем може бути не тільки кисень повітря, але і хлор, фтор, сірка, азотна кислота, бертолетова сіль та інші речовини. Для виникнення процесу горіння необхідна наявність трьох факторів: горючої речовини, кисню та джерела запалювання. Горюча речовина і кисень створюють горючу систему (матеріал, суміш, конструкція), а джерело запалювання викликає в ній процес горіння, яке не припиняється і після усунення джерела запалювання.

Горіння поділяють на кілька видів: спалахування, займання, запалення, самозаймання, самозапалення.

Спалахування - швидке згоряння горючої речовини, яке не супроводжується утворенням стисненого газу. Температура, яка виникає при цьому, недостатня для швидкого розігріву горючої речовини, тому такий процес нестійкий і локалізується, не переходить у горіння.

Початкова стадія горіння під дією джерела запалювання називається займанням. Займання, яке супроводжується появою полум'я, називається запаленням. Потім наступає процес стійкого горіння.

Самозаймання - це явище прискорення швидкості екзотермічних реакцій, яке приводить до різкого підвищення температури і до виникнення горіння речовин при відсутності джерела запалювання. Самозаймання буває тепловим, мікробіологічним і хімічним. Теплове самозаймання є зовнішній нагрів речовин до температури, яка перевищує мінімальну температуру, за якої починається його самозігрівання, що спричиняє до підвищення температури в масі речовини. До теплового самозаймання схильні деревина і вироби з неї при температурі навколишнього середовища вище 100 °С, рослинна олія, скіпідарна фарба - при температурі 80...100 °С.

Мікробіологічне самозаймання виникає внаслідок самонагрівання у масі речовини під дією життєдіяльності мікроорганізмів. Такі процеси виникають при зберіганні зерна, сіна, торфу та інших рослинних матеріалів.

Хімічне самозаймання відбувається внаслідок хімічної взаємодії речовин, а також дії на них повітря і води. До такого процесу схильні рослинна олія і тваринні жири, мастила при наявності великої поверхні окислення і малій тепловіддачі у навколишнє середовище. Здатність олії або жиру до хімічного самозаймання характеризується йодним числом; чим воно вище, тим більше ці речовини схильні до самозаймання. Так, у лляної олії йодне число дорівнює 175...205, температура самозаймання - 343 °С, а у конопляної олії - відповідно 150...172 і 410 °С. У зв'язку з цим значну небезпеку викликає порушення правил при зберіганні соняшникової макухи, промаслених ганчірок, паклі. Білий фосфор і металоорганічні сполуки самозаймаються на повітрі. Карбіди лужних металів вибухають при взаємодії з водою і самозаймаються в атмосфері вуглекислого газу. Тому для запобігання хімічному самозайманню необхідно знати хімічні властивості речовин, які зберігаються.

Самозапаленням називається самозаймання, яке супроводжується появою полум'я. Горіння може супроводжуватися пожежею та вибухом.

Пожежа - неконтрольований процес горіння, який завдає матеріального збитку.

Вибухом називається надзвичайно швидке хімічне перетворення речовини, яке супроводжується виділенням енергії і утворенням стиснених газів, які здатні виконувати механічну роботу. Тому пожежна небезпека речовин і матеріалів залежить від їх агрегатного стану, фізико-хімічних властивостей, умов зберігання та використання. Важливими показниками пожежної небезпеки речовин є температура спалахування, займання, самозаймання.

Температура спалахування - це найнижча температура горючої речовини, при якій над її поверхнею утворюється пара або гази, що здатні спалахувати у повітрі від джерела запалювання, але швидкість їх утворення ще недостатня для подальшого горіння.

Температура займання - це температура горючої речовини, при якій після її запалення виділяються горючі гази або пара з такою швидкістю, за якої виникає стійке горіння.

Температура самозаймання - це найнижча температура речовини, при якій відбувається прискорення швидкості екзотермічних реакцій, що призводить до самозаймання. Більшість рідин, що горять, значно пожежонебезпечніші, ніж тверді горючі матеріали, тому що швидко горять, утворюють вибухові пароповітряні суміші і погано гасяться водою. Найбільшу пожежонебезпеку становлять речовини із низькою температурою спалахування, запалення, самозапалення, а також ті, що мають низьку концентраційну межу вибуховості.

Рідини, що горять, поділяються на дві категорії: легкозаймисті (ЛЗР) і горючі (ГР).

До легкозаймистих рідин відносяться горючі рідини з температурою спалаху, яка не перевищує 61 °С при визначенні в закритому тиглі або 66 °С при визначенні у відкритому тиглі. Рідини з температурою спалахування вище вказаної температури відносяться до горючих.

У виробничих умовах легкозаймисті і горючі рідини можуть утворити пароповітряні суміші, але при недостатній або надлишкової концентрації їх пари запалення не виникне. Тому найменша концентрація пари горючої речовини у повітрі, при якій вона здатна запалюватися від джерела запалювання і полум'я, що виникає, поширюється на весь об'єм пароповітряної суміші і називається нижньою концентраційною межею займистості (НКМЗ), а найбільша концентрація пари горючої рідини, при якій вона ще здатна займатися від джерел запалювання і полум'я поширюється на весь її об'єм, - верхньою концентраційною-межею займистості (ВКМЗ). Межа між НКМЗ і ВКМЗ називається зоною займистості.

Концентраційні межі займистості можна виразити через температуру рідини, тому що при будь-якій температурі над рідиною утворюється шар пари, який має відповідну температуру, пружність. Тому нижня або верхня температура займистості горючої рідини - це найменша або найбільша її температура, при якій над поверхнею рідини утворюється шар насиченої пари, яка здатна займатися від джерела запалення. Це можна сформулювати так: нижня або верхня температури займистості - це такі величини, при яких насичена пара речовини в даному окислювальному середовищі утворює концентрацію з повітрям і яка здатна займатися від джерела запалення.

Деякі легкозаймисті і горючі рідини, гази та їх пожежонебезпечні властивості подані в табл. 21.1.

Таблиця 21.1

Пил багатьох речовин також має пожежо- та вибухонебезпечні властивості. Він може бути присутній у виробничих приміщеннях у вигляді аерозолю і аерогелю. Температура спалаху аерозолю значно вища, ніж аерогелю і значно перевищує температуру запалення газів і пари, оскільки концентрація горючої речовини в одиниці об'єму аерозолю в сотні разів менше, ніж у аерогелю.

Пожежонебезпечний пил також визначається нижньою концентраційною межею вибуховості НКМВ і залежить від її масової концентрації, розміру частинок, вологості, температури займистості, здатності пилу накопичувати заряди статичної електрики. Чим більше подрібнений матеріал, тобто більше тонко дисперсний, тим менше НКМВ.

В залежності від НКМВ пожежо- і вибухонебезпечний пил поділяється на чотири класи, що наведені в табл. 21.2.

Таблиця 21.2

До групи А належить: І клас - найбільш вибухонебезпечний пил з НКМВ до 15 г/м³; II клас - вибухонебезпечний пил з НКМВ до 65 г/м³. До групи Б належить III клас - найбільш пожежонебезпечний із температурою займистості до 250 °С і IV клас - пожежонебезпечний із температурою займистості вище 250 °С.

Верхня концентраційна межа вибуховості (ВКМВ) аерозолів дуже велика і практично у виробничих умовах не досягається. Якщо взяти цукровий пил, то ВКМВ - ІЗ 500 гум³, а така кількість пилу, практично, не може утримуватися в повітрі.