Раздел 2. Основы горения и его прекращения

Горение

Горение - экзотермическая химическая реакция, протекающая в условиях ее прогрессирующего самоускорения. Горение часто сопровождается ярким свечением (пламенем). Горением является, например, высокотемпературное окисление различных видов топлива (нефти, нефтепродуктов, газов и др.)

В упрошенном виде горение можно представить как химические реак­ции окисления углерода и/или водорода: С + O₂ = СO₂ / 2H₂ + O₂ = 2Н₂O

В действительности при горении происходят гораздо более сложные физико-химические процессы.

Продукты горения.

Как видно из приведенных реакций продуктами горения являются углекис­лый газ и вода (водяной пар). Они и в действительности являются основ­ными продуктами горения, присутствуя практически во всех реакциях го­рения. Вместе с тем при горении образуется целый ряд других продуктов сгорания. Их состав зависит от вида горючих веществ и материалов, а так­же условий, в которых протекает горение.

Например, при спокойном сгорании углеродистых соединений (нефть, дерево) на открытом воздухе происходит, в основном, их полное сгорание, где в качестве газообразного продукта образуется углекислый газ. Если горение происходит в условиях, когда приток воздуха будет огра­ничен, например, в закрытых судовых помещениях: каюты, трюма, кладов­ки и др. происходит не полное сгорание и образуется наряду с другими га­зами высокотоксичная окись углерода, называемая часто угарным газом. 2C + O₂ = 2 CO.

Окись углерода (угарный газ) - ядовитый горючий газ, бесцветный и без запаха. Он несколько легче воздуха, его относительная плотность 0,97. В смеси с воздухом образует взрывоопасные концентрации в широких пределах: 12-75 % объемных. Предельно допустимая концентрация (ПДК) 20 мг/м₃.

Возможность образования окиси углерода следует учитывать при ор­ганизации тушения судовых пожаров особенно в закрытых помещениях, и принимать необходимые меры по защите людей от ее агрессивных свойств.

На воздухе окись углерода сгорает синим пламенем, имея значитель­ную теплотворную способность 2CO + O₂ = 2CO₂.

О других продуктах горения указано в Разделе 1 настоящего Пособия при характеристике классов горючих веществ.

Пожар

Пожар является одним из разновидностей горения. Под пожаром сле­дую понимать неконтролируемый процесс горения, сопровождающийся уничтожением материальных ценностей и создающий опасность для жизни людей.

2.3 Треугольник горения (" пожарный треугольник")

Для любого горения необходимы и достаточны три обязательных ус­ловия, указанных на схеме, т.е. чтобы треугольник горения был замкнутым. Однако, важно не просто наличие этих условий, а и нахождение их в соот­ветствующих пределах.

Горючее вещество (ГВ)- основа горения. Оно может быть твердым (дерево, ткани, резина, уголь и т.п.), жидким (нефтепродукты, спирты и т.п.) и газообразным (метан, ацетилен, водород, аммиак и т.п.), минимальные критические величины ГВ необходимые для горения, приведены в таблице 2.1 для некоторых газов и паров горючих жидкостей (ГЖ).

Таблица 2.1

Наименование веществ	Формула	Концентрационные преде­лы, %	Примечание
Нижний	Верхний
Аммиак	NH3	15,0	30,0
Ацетилен	C2H2	2,1	80,0
Водород	Н2	4,0	75,0
Метан	СН4	5,0	16,0
Пары бензина	-	1,1	8,7
Пропан	C3H8	1,0	9,5
Этан	C2H6	3,0	16,0

При концентрациях ниже нижнего концентрационного предела взрываемости (НКПВ) горение паро/газовоздушной смеси не происходит из-за недостаточности ГВ. Эта зона считается безопасной. В пределах между НКПВ и верхним концентрационным пределом взрываемости (ВКПВ) зона является взрывоопасной. Концентрации выше ВКПВ считаются пожаро­опасными. Взрывы здесь не происходят из-за недостаточности окислителя. На границе объема с открытой средой возможно пламенное горение.

Окислитель - вторая сторона треугольника горения. Обычно в каче­стве окислителя при горении выступает кислород воздуха, однако могут быть и другие окислители – окислы азота: N₂O₃, NO₂, N₂O, Cl₂ и т.п.

Критическим показателем для кислорода воздуха, как окислителя, яв­ляется его концентрация в воздушной среде закрытого судового помещения в объемных пределах выше 12.. 14 %. Ниже этой концентрации горение аб­солютного большинства ГВ не происходит (нефть и нефтепродукты, дере­во и изделия из него, бумага, ткани и другие). Однако некоторые ГВ спо­собны гореть и при более низких концентрациях кислорода в окружающей газовоздушной среде.

Как видно из таблицы 4.1. горение ацетилена и водорода возможно при концентрации кислорода 4-5 %. При 6 % кислорода способно продол­жать горение комовой серы и ряда других ГВ.

Источник воспламенения - является третьей составляющей тре­угольника горения. Он также имеет свои критические показатели. Напри­мер, пары нефтепродуктов не способны поджечь так называемые фрикци­онные искры (искра, возникающая при соударении металла о металл), хотя эфиры она может легко поджечь. Аммиак загорается при горении головки спички (600-700°С), но, как правило, температуры горения спичечной со­ломки недостаточно для этого.

Твердые, жидкие и горючие газообразные вещества, наряду с други­ми, свойственными каждому из них физико-химическими свойствами, об­ладают способностью загораться без прямого воздействия источника вос­пламенения - самовоспламеняются.

Самовоспламенение - это быстрое самоускорение экзотермической химической реакции, приводящее к появлению яркого свечения - пламени.

Самовоспламенение происходит в результате того, что при окислении материала кислородом воздуха образуется тепла больше, чем успевает от­водиться за пределы реагирующей системы. Для жидких и горючих газообразных веществ это возникает при критических параметрах температуры и давления.

Организация и проведение пожарно-профилактической работы, на­правленной на недопущение возникновения пожара, основывается на том, чтобы показатель хотя бы одной из сторон треугольника горения был ниже минимально необходимой величины.

Если горение возникло (треугольник замкнулся), действия участников тушения пожара должны быть направлены на то, чтобы вывести эти пока­затели (хотя бы один) за пределы критических величин (разорвать тре­угольник) - это и есть теоретическая основа горения и его тушения.