Виды распространения горения. Классификация видов горения
Безопасная эксплуатация грузоподъемных механизмов.
На грузоподъемных механизмах должны устанавливаться приборы безопасности:
1. Ограничители грузоподъемности – отключают механизм подъёма груза или изменение вылета стрелы при превышении номинальной грузоподъёмности;
2. Ограничители хода монтируют на конце рельсовых путей;
3. Противоугонные устройства;
4. Ограждение всех видов передач;
5. Тормозные устройства;
3. Заземляющие устройства с использованием от крановых путей, молниезащита башенных кранов;
5. Противопожарное оборудование (огнетушители, ящики с песком).
Подвергаются 1 раз в 3 года полному техническому освидетельствованию и частичному 1 раз в год. При участии РосТехнадзора.
Полное тех освидетельствование включает: - осмотр (с проверкой работоспособности приборов безопасности, а также статические и диагностические испытания); при статических нагружают нагрузкой превышающей номинальную грузоподъемность на 25%, груз поднимают на 10 см и выдерживают 10 мин. При динамических испытаниях грузоподъемность превышает номинальную на 10%, не менее 2 раз поднимают и опускают, с целью проверки действия механизмов или тормозов. При частичном освидетельствовании может проводится осмотр + статические или динамические испытания. Кроме того, полному техническому освидетельствованию подлежат вспомогательные устройства: канаты, грузозахватные приспособления и устройства.
Пожар – это неконтролируемое горение вне специального очага, наносящее материальный ущерб и создающее опасность для жизни людей.
Виды горения:
1) По скорости распространения пламени различают горения: 1. Нормальное (скорость распространения несколько м/с); 2. Взрывное (скорость сотни м/с); 3. Детонационное (скорость тысячи м/с)
2) В зависимости от агрегатного состояния горючих веществ: гомогенное и гетерогенное.
Если компоненты горючей смеси предварительно перемешаны, то возникает кинетическое горение, которое определяется скоростью химической реакции. Если компоненты не перемешаны, то возникает диффузионное горение, которое определяется диффузией кислорода к горючему веществу сквозь продукты горения. Ламинарное горение – характеризуется послойным распространением фронта пламени по свежей горючей смеси. Турбулентное горение – характеризуется перемешиванием слоёв и повышенной скоростью выгорания.
3) По режиму горения: 1. Самовоспламенение – самовоспроизвольное возникновение пламенного горения предварительно нагретой до температуры кипячения горючей смеси, которая называется температурой самовоспламенения (); 2. Распространение фронта пламени по свежей горючей смеси при её локальном зажигании внешним источником. Процессы самовозгорания разделяются на следующие виды:
Тепловое в результате продолжительного действия источника тепла;
Микробиологическое возникает в результате повышенной температуры и влажности воздуха вследствие жизнедеятельности организмов (опилки, зерно, торф);
Химическое происходит при взаимодействии веществ друг с другом или с кислородом.
По второму режиму различают следующие виды горения:
- Вспышка – быстрое сгорание газопаровоздушной смеси над поверхностью конденсированного вещества, сопровождающееся кратковременным видимым свечением без образования повышенного давления газов. Характеризуется температурой вспышки. Температура вспышки – это наименьшая температура, при которой над поверхностью конденсируемого вещества образуются пары и газы, способные вспыхивать в воздухе от источника зажигания.
- Возгорание – возникновение горения от источника зажигания;
- Воспламенение – пламенное горение вещества, продолжающееся после удаления источника зажигания. Характеризуется температурой воспламенения. Температура воспламенения – это наименьшая температура, при которой над поверхностью конденсируемого вещества происходит устойчивое пламенное горение.
- Взрыв – чрезвычайно быстрое горение при котором происходит выделение энергии и образование сжатых газов, способных производить механические разрушения. Характеризуется максимальным давлением взрыва.
Горение может быть: 1. Полное – при избытке кислорода. Продуктами горения являются пары воды и углекислый газ. 2. Неполное – окислителя недостаточно, при этом образуется оксид углерода.
К опасным факторам пожара относят:- открытый огонь,- искры,- повышенная температура воздуха, - токсичные продукты горения, - пониженная концентрация кислорода.
Горение это сложный физико-химический процесс, основой которого является быстрая реакция окисления, которая сопровождается интенсивным выделением энергии в виде тепла и светового излучения.
К реакциям горения относятся не только реакции взаимодействия между горючими веществами и кислородом, но и другие окислительно-восстановительные реакции: взаимодействие некоторых веществ с галогенами, парами серы, реакции разложения взрывчатых веществ, некоторых эндотермических соединений, например, ацетилена.
Н 2 + Cl 2 = 2 НCl + Q
С 3 Н 5 (NO 3) 3 = 3CO 2 +2,5H 2 O + 1,5N 2 + 0,25O2
C 2 Н 2 = 2С + Н 2 + Q
КЛАССИФИКАЦИЯ ПРОЦЕССОВ ГОРЕНИЯ
Процессы горения классифицируют по нескольких признакам:
1. По агрегатному состоянию компонентов горючей смеси в зоне горения.
Как известно, вещества могут находиться в трех агрегатных состояниях: газообразном, жидком и твердом. В зависимости от того, в каком агрегатном состоянии находятся компоненты горючей смеси в зоне горения, различают два вида или режима горения: , если оба компонента находятся в зоне горения в одинаковой фазе (одинаковом агрегатном состоянии), и, если компоненты горючей смеси в зоне горения находятся в разных агрегатных состояниях.
В большинстве случаев горение является гомогенным. Примером гетерогенного, безпламенного горения является горение антрацита, кокса, а в условиях пожара твердого углеродистого остатка, который получается при разложении твердых горючих материалов, например древесины. В этом случае все летучие продукты пиролиза уже выгорели и горение происходит непосредственно на поверхности материала.
2. По способу образования горючей смеси.
В зависимости от условий смесеобразования компонентов и соотношения скорости химической реакции горения и скорости смесеобразования различают два характерных режима горения: и. Определяющим в этом случае является то, какая из стадий в суммарной скорости процесса горения является лимитирующей: скорость смесеобразования или скорость химического преобразования компонентов смеси в продукты горения.
Полное время сгорания химически неоднородной системы состоит из времени, необходимого для возникновения физического контакта между горючим веществом и кислородом воздуха, t ф и времени самой химической реакции t x:
t гор = t ф + t x .
На пожаре в основном встречается горение заранее несмешанных газов. Горючая смесь получается в самой зоне горения. Компоненты реакции поступают в зону взаимодействия из разных сред, любая из которых содержит только один из реагирующих компонентов. В этой ситуации взаимодействие возможно только вследствие переноса реагирующих компонентов за счет диффузии через границу раздела обоих сред.
Время физического процесса диффузии кислорода к горючему веществу несравненно больше времени, необходимого для протекания химической реакции горения. В этом случае
t диф >> t x ,
t гор >> t диф.
Если скорость переноса вещества меньше скорости реакции, то скорость горения определяется лишь скоростью массообмена (скоростью диффузии кислорода к горючему веществу):
w гор >> w ф,
w ф = gj в.
где j
в концентрация окислителя в объеме,
g
коэффициент массопередачи.
В этом случае принято говорить, что реакция горения протекает в диффузионной области, а само горение называется диффузионным.
Если уже есть готовая смесь, которая состоит из горючего газа и окислителя, то горение классифицируется как кинетическое.
Термин «кинетическое горение» введен вследствие того, что скорость процесса горения зависит, в основном, от скорости протекания химической реакции между горючим веществом и окислителем, то есть от кинетики соответствующей реакции горения. В этом случае суммарная скорость процесса горения лимитируется только скоростью (кинетикой) химической реакции.
w гор >> w хим.р.
Полное время сгорания химически однородной системы приблизительно равняется времени, которое расходуется на протекание самой химической реакции.
t гор >> t хим.р.
Кинетическое горение наиболее часто протекает на начальной стадии пожара.
Если сгорание такой газовоздушной смеси происходит в закрытом или ограниченном пространстве, оно приобретает характер взрыва. Взрывной характер наблюдается тогда, когда выделяющаяся при сгорании смеси энергия не успевает отводиться за пределы данного объема, при этом давление возрастает, что часто приводит к разрушению конструкций.
3. По механизму распространения горения.
После возникновения горения фронт пламени, или зона химической реакции, начинает распространяться по горючей смеси. В зависимости от механизма распространения горения по горючей смеси различают два характерных режима горения: дефлаграционное и детонационное .
При относительно небольших скоростях (сравнительно медленное распространение зоны химических реакций, со скоростями движения фронта пламени по горючей смеси от 0,5 до 50 м/с) происходит послойное воспламенение холодной газовой смеси за счет ее нагрева от зоны горения. Это тепло и является причиной поддержания процесса горения. Передача теплового импульса из зоны горения в холодную горючую смесь происходит за счет процесса теплопроводности. Такой механизм называется дефлаграцией.
Существует и другой механизм распространения горения за счет быстрого адиабатического сжатия горючей смеси. Такой механизм горения называется детонацией.
Детонация может возникнуть во взрывчатой среде в случае ее предварительного быстрого сжатия сильной ударной волной. Такую волну может создать внешний импульс (например сгорание взрывного вещества). Характерной особенностью ударного сжатия является сильное нагревание газа (до 15001700К). Горючая смесь, нагретая сильной ударной волной до такой температуры, вспыхивает. Самопроизвольное возникновение детонации в горящем газе, возможно при достаточной скорости распространения горения большей, чем 500 м/с, в то время как нормальная скорость распространения пламени не превышает 10 м/с.
4. По газодинамическому режиму горения.
Важной характеристикой гомогенного горения является газодинамическое состояние компонентов горючей смеси в зоне реакции, которое зависит от интенсивности поступления компонентов горючей смеси в зону реакции.
Если компоненты горючей смеси поступают в зону реакции медленно, по законам молекулярной или слабой конвекционной диффузии, то процесс горения является ламинарным . При ламинарном режиме горения скорость и направление отдельных частей газового потока практически одинаковы.
Если потоки горючего газа и окислителя или готовой горючей смеси поступают интенсивно, то режим горения будет турбулентным , то есть с интенсивными завихрениями, перемешиванием продуктов горения с исходной смесью, отрывами зоны горения от основного факела пламени.
Параметром, который характеризует газодинамический режим горения, является критерий Рейнольдса Re . Так, в случае горения смеси в трубе, если Re < 2300, то пламя относится к ламинарному, если 2300 < Re < 10 000 пламя переходное, при Re > 10 000 турбулентное.
ОСНОВЫ ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ
Пожарная безопасность - это состояние защищенности личности, имущества, общества и государства от пожаров (Федеральный закон № 69-ФЗ «О пожарной безопасности »). Система обеспечения пожарной безопасности – это совокупность сил и средств, а также мер правового, организационного, экономического, социального и научно-технического характера, направленных на борьбу с пожарами.
Пожарная безопасность решает 4 задачи.
1. Предупреждение (профилактика) пожаров.
2. Локализация и снижение ущерба от возникших пожаров.
3. Защита людей и материальных ценностей.
4. Тушение пожаров.
Горение – одно из интереснейших и жизненно необходимых для людей явлений природы. Горение является полезным для человека до тех пор, пока оно не выходит из подчинения его разумной воле. В противном случае оно может привести к пожару. Пожар - это неконтролируемое горение, причиняющее материальный ущерб, вред жизни и здоровью граждан, интересам общества и государства. Для предотвращения пожара и его ликвидации необходимы знания о процессе горения.
Горение – это химическая реакция окисления, сопровождающаяся выделением тепла. Для возникновения горения необходимо наличие горючего вещества, окислителя и источника зажигания.
Горючее вещество – это всякое твёрдое, жидкое или газообразное вещество, способное окисляться с выделением тепла.
Окислителями могут быть хлор, фтор, бром, йод, окислы азота и другие вещества. В большинстве случаев при пожаре окисление горючих веществ происходит кислородом воздуха.
Источник зажигания обеспечивает энергетическое воздействие на горючее вещество и окислитель, приводящее к возникновению горения. Источники зажигания принято делить на открытые (светящиеся) – молния, пламя, искры, накалённые предметы, световое излучение; и скрытые (несветящиеся) – тепло химических реакций, микробиологические процессы, адиабатическое сжатие, трение, удары и т. п. Они имеют различную температуру пламени и нагрева. Всякий источник зажигания должен иметь достаточный запас теплоты или энергии, передаваемой реагирующим веществам. Поэтому на процесс возникновения горения влияет и продолжительность воздействия источника зажигания. После начала процесса горения оно поддерживается тепловым излучением из его зоны.
Горючее вещество и окислитель образуют горючую систему , которая может быть химически неоднородной или однородной. В химически неоднородной системе горючее вещество и окислитель не перемешаны и имеют поверхность раздела (твёрдые и жидкие горючие вещества, струи горючих газов и паров, поступающих в воздух). При горении таких систем кислород воздуха непрерывно диффундирует сквозь продукты горения к горючему веществу и затем вступает в химическую реакцию. Такое горение называется диффузионным . Скорость диффузионного горения невелика, так как она замедляется процессом диффузии. Если горючее вещество в газообразном, парообразном или пылеобразном состоянии уже перемешано с воздухом (до поджигания его), то такая горючая система является однородной и процесс её горения зависит только от скорости химической реакции. В этом случае горение протекает быстро и называется кинетическим .
Горение может быть полным и неполным. Полное горение происходит в том случае, когда кислород поступает в зону горения в достаточном количестве. Если кислорода недостаточно для окисления всех продуктов, участвующих в реакции, происходит неполное горение. К продуктам полного горения относятся углекислый и сернистый газы, пары воды, азот, которые не способны к дальнейшему окислению и горению. Продукты неполного горения – окись углерода, сажа и продукты разложения вещества под действием тепла. В большинстве случаев горение сопровождается возникновением интенсивного светового излучения – пламенем.
Различают ряд видов возникновения горения: вспышка, возгорание, воспламенение, самовозгорание, самовоспламенение, взрыв.
Вспышка – это быстрое сгорание горючей смеси без образования повышенного давления газов. Количества тепла, которое образуется при вспышке, недостаточно для продолжения горения.
Возгорание – это возникновение горения под воздействием источника зажигания.
Воспламенение – возгорание, сопровождающееся появлением пламени. При этом вся остальная масса горючего вещества остаётся относительно холодной.
Самовозгорание – явление резкого увеличения скорости экзотермических реакций окисления в веществе, приводящее к возникновению его горения при отсутствии внешнего источника зажигания. В зависимости от внутренних причин процессы самовозгорания делятся на химические, микробиологические и тепловые. Химическое самовозгорание происходит от воздействия на вещества кислорода воздуха, воды или от взаимодействия веществ. Самовозгораются промасленные тряпки, спецодежда, вата и даже металлическая стружка. Причиной самовозгорания промасленных волокнистых материалов является распределение жировых веществ тонким слоем на их поверхности и поглощение кислорода из воздуха. Окисление масла сопровождается выделением тепла. Если образуется тепла больше, чем теплопотери в окружающую среду, то возможно возникновение горения без всякого подвода тепла. Некоторые вещества самовозгораются при взаимодействии с водой. К ним относятся калий, натрий, карбид кальция и карбиды щелочных металлов. Кальций загорается при взаимодействии с горячей водой. Окись кальция (негашеная известь) при взаимодействии с небольшим количеством воды сильно разогревается и может воспламенить соприкасающиеся с ней горючие материалы (например, дерево). Некоторые вещества самовозгораются при смешивании с другими. К ним относятся в первую очередь сильные окислители (хлор, бром, фтор, йод), которые, контактируя с некоторыми органическими веществами, вызывают их самовозгорание. Ацетилен, водород, метан, этилен, скипидар под действием хлора самовозгораются на свету. Азотная кислота, также являясь сильным окислителем, может вызывать самовозгорание древесной стружки, соломы, хлопка. Микробиологическое самовозгорание заключается в том, что при соответствующей влажности и температуре в растительных продуктах, торфе интенсифицируется жизнедеятельность микроорганизмов. При этом повышается температура и может возникнуть процесс горения. Тепловое самовозгорание происходит в результате продолжительного действия незначительного источника тепла. При этом вещества разлагаются и в результате усиления окислительных процессов самонагреваются. Полувысыхающие растительные масла (подсолнечное, хлопковое и др.), касторовая олифа, скипидарные лаки, краски и грунтовки, древесина и ДВП, кровельный картон, нитролинолеум и некоторые другие материалы и вещества могут самовозгораться при температуре окружающей среды 80 - 100 ºС.
Самовоспламенение - это самовозгорание, сопровождающееся появлением пламени. Самовоспламеняться могут твёрдые и жидкие вещества, пары, газы и пыли в смеси с воздухом.
Взрыв (взрывное горение) - это чрезвычайно быстрое горение, которое сопровождается выделением большого количества энергии и образованием сжатых газов, способных производить механические разрушения.
Виды горения характеризуются температурными параметрами, основными из них являются следующие. Температура вспышки – это наименьшая температура горючего вещества, при которой над его поверхностью образуются пары или газы, способные кратковременно вспыхнуть в воздухе от источника зажигания. Однако скорость образования паров или газов ещё недостаточна для продолжения горения. Температура воспламенения – это наименьшая температура горючего вещества, при которой оно выделяет горючие пары или газы с такой скоростью, что после воспламенения их от источника зажигания возникает устойчивое горение. Температура самовоспламенения – это самая низкая температура вещества, при которой происходит резкое увеличение скорости экзотермических реакций, заканчивающееся воспламенением. Температура самовоспламенения у исследованных твёрдых горючих материалов и веществ 30 – 670 °С. Самую низкую температуру самовоспламенения имеет белый фосфор, самую высокую - магний. У большинства пород древесины эта температура равна 330 – 470 ºС.
Горючие вещества и материалы в природе находятся в различных агрегатных состояниях: газообразном, жидком, твёрдом. Следовательно, процесс горения каждого из них имеет отличительные особенности.
В зависимости от агрегатного состояния компонентов и горючей среды горение может быть гомогенным или гетерогенным .
При гомогенном горении – горючие вещества представляют собой газ или пар, поднимающийся с поверхности жидкости, а также продукты пиролиза, выделяющиеся в процессе нагревания ряда горючих веществ и материалов, т. е. окислитель (например, кислород воздуха) и горючее вещество находятся в одинаковом агрегатном состоянии.
При гетерогенном (разнофазном) горении – окислитель газообразен, горючее вещество твердое, следовательно, процесс горения происходит на границе раздела фаз твердое тело – газ.
В зависимости от условий образования горючей смеси и состояния скорости химических реакций горения и скорости смесеобразования различают два режима горения: кинетическое и диффузионное .
Определяющим в этом случае является вопрос о том, какая из стадий является лимитирующей в суммарной скорости процесса горения: скорость смесеобразования (диффузионное горение) или скорость химического превращения горючей смеси в продукты горения (кинетическое горение). Горение предварительно равномерно перемешанных газо-паро-пылевоздушных смесей всегда происходит в кинетическом режиме. В данном случае смесь существует ещё до момента воспламенения, а суммарная скорость процесса горения лимитируется только скоростью (кинетикой) химических реакций окисления и скоростью перемещения зоны горения по смеси. Если горение такой смеси происходит в замкнутом объёме, то оно носит характер взрыва, так как энергия, выделяющаяся при сгорании смеси не успевает отводиться за пределы рассматриваемого объёма, давление возрастает и приводит к разрушению конструкций. Если компоненты горючей среды смешиваются непосредственно перед зоной горения или в самой зоне, то наблюдается диффузионно-кинетический режим горения. Это зависит от интенсивности смешения, степени равномерности и пропорций смешения горючих компонентов. Так, при пожаре на устье газового факела, при истечении газа под большим давлением смесеобразование газа с воздухом перед факелом пламени будет столь интенсивным и равномерным, что горение будет почти полностью кинетическим. Горение нефти в резервуарах или древесины будет диффузионным, а скорость реакции горения будет зависеть от скорости диффузии кислорода к горючему веществу.
В зависимости от газодинамического режима горение бывает: ламинарное и турбулентное, оно характеризуется интенсивностью поступления компонентов горючей смеси в зону горения.
Если компоненты поступают в зону горения сравнительно «спокойно» по законам молекулярной или конвективной диффузии и численное значение критерия Рейнольдса (Re) значительно меньше критического (Re < 2300), то процесс горения – ламинарный.
Если численное значение критерия Рейнольдса будет близким к критическому или находиться в переходной области (2300 < Re < 100000), то процесс горения будет турбулентным.
Турбулентное пламя отличается от ламинарного тем, что не имеет четких очертаний и постоянного положения зонта пламени. Температура его при горении нефтепродуктов составляет: 1200 0 С для бензина; 1100 0 С для керосина тракторного, дизельного топлива, сырой нефти; 1000 0 С для мазута. При горении древесины в штабелях температура турбулентного пламени составляет 1200-1300 0 С.
В зависимости от соотношения горючего и окислителя, состава продуктов горения различают полное и неполное сгорание.
При недостатке окислителя происходит неполное выгорание горючего вещества. Продукты неполного сгорания усугубляют опасные факторы пожара.
В зависимости от механизма распространения зоны химических реакций горения по горючей смеси различают два характерных режима горения: дефлаграционное (сравнительно медленное распространение зоны химических реакций, со скоростью движения тепловой волны по горючей смеси от 0,5 до 50 м/с) и детонационное горение (распространяется со скоростью ударной волны, т. е. от нескольких сот метров в секунду до нескольких километров в секунду). В условиях пожара горение протекает только в дефлаграционном режиме. Детонационное горение в виде взрыва горючих газовых смесей встречается чрезвычайно редко.
