Аналитическая оценка параметров пожаровзрывоопасности веществ обращающихся в производстве
Процесс горения как одна из форм физико-химического взаимодействия атомов и молекул может быть по-настоящему понятен только на основе изучения молекулярно-кинетической теории строения материи.
Необходимо представлять, что в химических процессах, прежде чем образуются новые молекулы, разрушаются старые. Энергия, необходимая для разрыва связей в молекулах горючего и окислителя, называется энергией активации. Разрушение или ослабление химических связей в молекулах происходит под действием теплового движения атомов. Чем выше температура, тем выше доля активных молекул, тем эффективнее соударения и больше их число. Для реакции горения, как и для многих других химических реакций, справедливо положение: повышение температуры на 10 ° С приводит к увеличению ее скорости в два раза (закон Аррениуса). Кроме того, скорость реакции согласно закону действующих масс увеличивается с возрастанием концентрации реагентов. Скорость горения максимальна при стехиометрическом составе смеси - когда отношение реагентов соответствует коэффициентам в уравнении реакции.
Горению как химической реакции, идущей с большим выделением тепла, соответствует ряд физических явлений. Например, происходит перенос тепла реагирующих веществ и продуктов горения теплопроводностью за счет молекулярной и турбулентной диффузии. Тепломассообмен также осуществляется за счет конвекции. Лучистая теплопередача также способствует теплообмену. Все перечисленные процессы взаимосвязаны. Скорость химической реакции горения определяется процессами теплопередачи, взаимной диффузией горючего, окислителя, продуктов горения. В свою очередь, температура, скорость горения зависят от интенсивности химической реакции. Важная особенность явления горения - способность к пространственному распространению (лесные и степные пожары).
В горении физические процессы и условия являются доминирующими и определяют вид горения, его параметры, но в основе горения лежит химическое превращение горючего и окислителя в продукты горения. На пожаре чаще всего наблюдается турбулентное, диффузионное, гомогенное горение.
Показатели пожаро- и взрывоопасных свойств материалов определяют на всех стадиях процесса горения: воспламенения, горения и тушения с учетом их агрегатного состояния. Так, например, температура вспышки и температурные пределы распространения пламени изучаются при горении жидкостей, температура самовоспламенения при рассмотрении механизма этого явления и т.д.
Для оценки пожароопасных свойств веществ и материалов используют расчетные и экспериментальные методы. Большинство расчетных методов являются приближенными, носят характер эмпирических зависимостей. Таким примером являются формулы для определения температуры самовоспламенения по средней длине углеродной цепи, концентрационных пределов распространения пламени и другие.
Необходимо четко представлять себе, что процесс горения на пожаре является главным, но не единственным. Пожар представляет собой комплекс взаимосвязанных процессов горения, теплообмена и газообмена, которые служат причиной таких вторичных явлений как задымление, объемная вспышка, взрывы, обрушения и т.д. При анализе пожара его принято разбивать на три зоны: горения, теплового воздействия и задымления. Каждая из них имеет свои особенности и характеристики, зависящие от вида пожара. По характеру тепло- и газообмена пожары делят на два вида: открытые и внутренние. Открытыми называются пожары, в которых присутствует теплогазообмен только зоны горения с окружающей средой. Это пожары, протекающие на открытом пространстве. Внутренними называются пожары, протекающие в помещениях. В этих случаях при анализе пожара приходится учитывать также процессы тепло- и газообмена зоны горения с ограждающими конструкциями и помещения с внешней средой.
Исходные данные
Дана горючая жидкость бензин с количеством горючей жидкость m =15 кг, температурой Т = 26оС, Т п.г. = 1480К, давлением Р = 744 мм рт.ст., Р п.г. = 96 кПа, К избытком воздуха а = 1,6.
Состав смеси горючих газов С2Н2 = 35; С2Н6 = 30; СН4 = 30.
Данные из справочника А.Н.Баратова:
Бензин А-76,смесь со спиртами, легковоспламеняющаяся жидкость. Состав смеси, % (масс): бензин А-76 8, изобутанол 6—9; метанол 14,5—15,0; вода 0,08—0,15. Т. всп. —35 °С, т. самовоспл. 375 °С, темп, пределы распр. пл.: нижн. —35 °С, верхн. 17 °С [282].
Бензины,легковоспламеняющиеся бесцветные жидкости, представляющие собой смеси легких углеводородов. Бензины при горении прогреваются в глубину, образуя все возрастающий гомотерми-ческий слой. Скорость нарастания прогретого слоя 0,7 м/ч; т-ра прогретого слоя 80—100 °С; т. пламени 1200 °С.