Теоретические основы горения

1.1. Горение - окислительно-восстановительная химическая реакция. Более полно процессом горения называется сложный физико-химический процесс, при котором горючие вещества (материалы) под воздействием высоких температур вступают в химическое взаимодействие с окислителем (кислородом воздуха), превращаясь в продукты горения; при этом происходит интенсивное выделение тепла и светового излучения.

С позиций молекулярно-химической теории (МХТ) химические реакции между двумя компонентами, находящимися в газовой фазе, следует рассматривать как воздействие молекул горючего, например водорода (Нг), с молекулами окислителя - СЬ . Следовательно, химической реакции взаимодействия горючего с окислителем должен предшествовать процесс смешения горючего с окислителем и физический акт сближения молекул горючего и окислителя, рассматриваемый как упругое соударение молекул.

Молекулы, способные вступать в реакцию, должны находиться в «возбужденном» состоянии. Возбуждение может быть химическим, когда атомы или группы атомов обладают одной или двумя свободными валентностями или физическим, когда часть молекул в результате нагревания газа приобретает кинетическую энергию выше критического значения. Чтобы «спокойные» атомы в газовой смеси «водород - кислород» (или любой другой горючей смеси) перешли в «агрессивное» состояние, необходимо повысить температуру смеси газов (внешним подогревом или вводом внутрь рассматриваемого объема источника тепловой энергии: нагретого тела, электрической или «маленького открытого пламени». Скорость движения молекул при этом возрастает, а главное- увеличивается число и энергия их соударений). Начинается самоподдерживающийся, самораспространяющийся на всю реакционно-способную смесь процесс химического взаимодействия водорода с кислородом, сопровождающийся образованием молекул воды и выделением в окружающее пространство тепла и светового излучения - процесс горения.

Твердые горючие вещества ведут себя при нагревании различно. Сера, каучук, стеарины сначала плавятся, затем протекает процесс воспламенения и горения г аров, находящихся в определенном объёмном соотношении с кислородом воздуха.

Древесина, торф, каменный уголь, бумага при нагревании разлагаются, образуя смесь различных газов, которые в присутствии кислорода воспламеняются. Кокс, антрацит, древесный уголь не плавятся и не разлагаются, так как они состоят практически из чистого углерода.

Большинство горючих веществ независимо от их агрегатного состояния при нагревании переходят в паро - или газообразные продукты и, перемешиваясь с кислородом воздуха, образуют горючую смесь, которая при дальнейшем нагревании воспламеняется. Этот процесс воспламенения есть не что иное, как окисление составных частей газовой смеси, протекающий по цепной реакции.

При определенной скорости окисления часть теплоты передается горючему веществу: начинается самонагревание смеси. Во всех случаях тепловое воздействие источников сводится к нагреванию вещества до температуры воспламенения или температуры самовоспламенения.

Температурой воспламенения называется та температура, до которой нужно нагреть вещество, его часть или поверхностный слой, обращенный к источнику воспламенения, чтобы оно загорелось от источника воспламенения и продолжало гореть после его удаления.

1.2. Температурой самовоспламенения (ТС) называют минимальную температуру, до которой нужно нагреть вещество, чтобы оно загорелось без внесения видимых источников воспламенения: пламени, искры или накаленного тела. Под ТС принято понимать не температуру фактического начала горения, а температуру, при которой дальнейший процесс быстрого окисления и саморазогревания горючего вещества будет проходить уже независимо от воздействия источника нагревания, так как количество выделенного при самоокислении тепла будет значительно превышать теплоотдачу во внешнюю среду.

1.3.2. Принципы определения пожарной опасности

Пожарная опасность определяется на только способностью вещества или материала воспламеняться, но и массой других факторов - интенсивностью самого процесса горения и сопутствующих горению явлений (образование дыма, токсичных паров и т.п.) и, наконец, возможностью прекращения этого процесса. Не менее важными являются количество горючего материала, соседство с другими горючими объектами, а также состояние внешней среды, в которой это вещество или материал находятся.

Общим показателем пожарной опасности является горючесть материала или вещества. Согласно - этому показателю, все материалы (вещества) можно условно разделить на три группы: негорючие, трудно горючие и горючие.

НЕГОРЮЧИМИ считаются вещества, не способные к горению в воздухе обычного состава (с содержанием 21 % кислорода). Однако относить негорючие вещества к безопасным в пожарном отношении было бы ошибкой.

ТРУДНО ГОРЮЧИЕ ВЕЩЕСТВА способны воспламеняться при нагревании источником зажигания, но после его удаления самостоятельно не горят. В быту это фторопласты и пропитанные антипиринами строительные материалы. (В другой окислительной среде трудно горючие вещества могут стать горючими галогенированные углеводороды в чистом кислороде горят ярким пламенем).

ГОРЮЧИЕ ВЕЩЕСТВА воспламеняются и самостоятельно горят после удаления источника зажигания. Самые опасные из них те, что способны к самовозгоранию. Эти вещества воспламеняются под воздействием химических, микробиологических, физико-химических процессов при комнатной температуре. Вещества, склонные к самовозгоранию, делятся на три группы.

1. Вещества способные самовозгораться при контакте с воздухом:

- растительные масла, олифы, масляные краски, рыбий жир и т.п. при нанесении их на органические и неорганические волокнистые материалы, в том числе древесные и металлические опилки, асбест, стекловату;

ископаемое топливо (древесный торф, угли, брикеты из торфа);

- растительные продукты (не высушенное сено, зерно свежего обмолота, жмыхи, отруби, силос);

- сульфиды железа, белый фосфор, алюминиевая и магниевая пудра, сажа и т.п.).

2. Вещества, способные самовозгораться при контакте со слабо нагретыми предметами: пироксилиновые и нитроглицериновые пороха, пленки нитролаков, кинопленка на основе нитроцеллюлозы, скипидар и т.д.

3. Вещества, способные самовозгораться при контакте с водой: щелочные металлы, карбиды щелочных металлов, карбид кальция, силициды магния, алюминия и т.д.