Основи охорони праці - Жидецький В.Ц. - 4.3.3. Різновиди горіння

Для виникнення горіння необхідна наявність в одному місці та в один час трьох компонентів: горючої речовини, окисника та джерела запалювання (рис. 4.14). Крім того, потрібно, щоб горюча речовина була нагріта до необхідної температури та знаходилась у відповідному кількісному співвідношенні з окисником, а джерело запалювання мало необхідну енергію для початкового імпульсу (запалювання). Так, сірником можна запалити аркуш паперу, а дерев'яну колоду - неможливо. Необхідність для горіння одночасно трьох компонентів, так званий трикутник вогню, виявив ще в XVIII ст. французький вчений Лавуазьє.

Рис. 4.14. Умови, необхідні для виникнення горіння

Після виникнення горіння протікає тим інтенсивніше, чим більшою є питома площа контакту горючої речовини з окисником (паперові обрізки горять інтенсивніше, ніж пачки паперу) і чим вищою є концентрація окисника, температура та тиск. На пожежах температура досягає 1000-1300 °С, а в окремих випадках, наприклад, під час горіння магнієвих сплавів - 3000 °С.

Горючими речовинами вважаються речовини, які у разі дії на них високих температур, відкритого полум'я чи іншого джерела запалювання можуть займатися і в подальшому горіти з утворенням тепла та, зазвичай, випромінюванням світла. До горючих речовин належать: дерево, папір, тканини, більшість пластмас, природний газ, бензин, гас та інші речовини в твердому, рідинному, газоподібному стані. Як правило, найбільш небезпечними у пожежному відношенні є горючі речовини в газоподібному стані.

До складу переважної більшості горючих речовин входять вуглець (Карбон) та водень (Гідроген), які є основними горючими складниками цих речовин. Тому й основними продуктами повного горіння (при достатній кількості кисню) горючих речовин є С02 та Н20. Є також ціла низка горючих речовин, які являють собою прості елементи, наприклад, сірка (Сульфур), фосфор (Фосфор), вуглець (Карбон).

Горючі речовини мають різну теплотворну здатність, тому температура на пожежах залежить не лише від кількості речовини, що горить, але й від її якості (хімічного складу). В табл. 4.4 наведено температуру полум'я під час горіння деяких речовин та матеріалів.

Таблиця 4.4. Температура полум'я під час горіння деяких речовин та матеріалів

Окисником під час горіння речовин найчастіше виступає кисень повітря - О.,. Однак зі зменшенням вмісту кисню в повітрі уповільнюється швидкість горіння, а при вмісті кисню менше 14% (норма 21%) горіння більшості речовин стає неможливим. Крім кисню, окисниками можуть бути хімічні сполуки, до складу яких входить кисень, наприклад, селітра (KNO3), азотна кислота (HNO3), марганцевокислий калій (КМn2O4), а також окремі хімічні елементи (фтор, хлор, бром). Деякі речовини містять у своєму складі кисню стільки, що його достатньо для горіння без доступу повітря (порох, вибухівка).

Джерелом запалювання, тобто ініціатором пожежі може бути: відкрите полум'я, розжарені предмети, електричні заряди, теплові процеси хімічного, електричного та механічного походження, іскри від ударів та тертя, сонячна радіація, електромагнітні та інші випромінювання. Джерела запалювання можуть бути високо-, середньо- та малопотужними (табл. 4.5):

Таблиця 4.5. Потужності деяких джерел запалювання

4.3.3. Різновиди горіння

Розрізняють такі різновиди горіння: вибух, детонація, спалах, займання, спалахування, самозаймання, самоспалахування, тління.

Вибух - надзвичайно швидке хімічне перетворення, що супроводжується виділенням енергії й утворенням стиснених газів, здатних виконувати механічну роботу. Переважно ця механічна робота зводиться до руйнувань, які виникають під час вибуху й обумовлені утворенням ударної хвилі - раптового скачкоподібного зростання тиску. При віддаленні від місця вибуху механічна дія ударної хвилі послаблюється.

Детонація - це горіння, яке поширюється зі швидкістю кілька тисяч метрів за секунду. Виникнення детонації пояснюється стисненням, нагріванням та переміщенням незгорілої суміші перед фронтом полум'я, що призводить до прискорення поширення полум'я і виникнення в суміші ударної хвилі. Таким чином, наявність достатньо потужної ударної хвилі є необхідною передумовою для детонації, оскільки в цьому разі передача теплоти в суміші здійснюється не шляхом повільного процесу теплопровідності, а поширенням ударної хвилі.

Спалах - короткочасне інтенсивне згоряння обмеженого об'єму газоповітряної суміші над поверхнею горючої речовини або пилоповітряної суміші, що супроводжується короткочасним видимим випромінюванням, але без ударної хвилі й стійкого горіння.

Займання - початок горіння під впливом джерела запалювання.

Спалахування - займання, що супроводжується появою полум'я.

Тління - безполуменеве горіння матеріалу (речовини) у твердій фазі з видимим випромінюванням світла із зони горіння.

Самозаймання - початок горіння внаслідок самоініційованих екзотермічних процесів.

Самоспалахування - самозаймання, що супроводжується появою полум'я.

Самозаймання виникає тоді, коли внаслідок екзотермічних процесів швидкість виділення тепла в масі горючої речовини перевищує швидкість його розсіювання в навколишнє середовище. Ініціювати екзотермічні процеси, а відтак спричинити самозаймання можуть:

висока температура горючої речовини, обумовлена дією зовнішнього джерела нагрівання (теплове самозаймання);

- життєдіяльність мікроорганізмів у масі горючої речовини, що призводить до її самонагрівання (мікробіологічне самозаймання);

- хімічні реакції, внаслідок дії на речовину повітря, води чи хімічно активних речовин (хімічне самозаймання).

Теплове самозаймання виникає в масі матеріалів, які знаходяться в енергетично сприятливому вихідному стані для вступу в реакцію обміну з киснем повітря, під час нагрівання ззовні. Таке нагрівання може здійснюватись такими шляхами:

- контактним (унаслідок теплообміну під час контакту з нагрітим предметом);

- радіаційним (унаслідок променистого тепла);

- конвективним (унаслідок передачі тепла повітряним потоком).

"Механізм" теплового самозаймання полягає в такому. Під час зовнішнього нагрівання матеріалу Його температура поступово підвищується (фаза а, рис. 4.15). Після досягнення температури самонагрівання Тсн у матеріалі відбувається різка інтенсифікація екзотермічних процесів окиснення та розкладу, що призводить до самонагрівання та підвищення температури матеріалу (фаза б). Найбільш інтенсивне самонагрівання виникає в місці, де досягаються найкращі умови акумуляції тепла. Таким умовам відповідають глибинні місця, оскільки саме в них найгірші умови розсіювання тепла в навколишнє середовище. Так, осередок самонагрівання кам'яного вугілля, складеного в купу, знаходиться, зазвичай, на глибині 0,5-0,8 м від поверхні.

При досягненні температури самозаймання Тсз виникає горіння матеріалу без джерела запалювання (фаза в).

Рис. 4.15. Типовий графік залежності температури горючого матеріалу від часу при тепловому самозайманні

Теплове самозаймання спостерігається під час зберігання в купах кам'яного вугілля (Та = 50-60 °С) та бавовни (Та = 120-125 °С), а також у стосах газетного (шпалерного) паперу та гофрованого картону (Трі = 100-110 °С).

Профілактика теплового самозаймання - запобігання нагрівання матеріалів (речовин) від зовнішніх джерел тепла.

До мікробіологічного самозаймання здатні органічні дисперсні та волокнисті матеріали, всередині яких можлива життєдіяльність, так званих термофільних мікроорганізмів. Саме життєдіяльність таких мікроорганізмів призводить до первинного самонагрівання маси матеріалу. Особливо схильні до мікробіологічного самозаймання невисушені речовини рослинного походження, складені в купу (сіно, солома, зерно, льон, бавовна, торф тощо). Мікробіологічне самозаймання виникає у період від 10 до 30 діб з моменту початку процесу.

На рис. 4.16 наведено типову криву розвитку процесу мікробіологічного самозаймання невисушеного сіна, закладеного на зберігання.

Рис. 4.16. Типова крива розвитку процесу мікробіологічного самозаймання невисушеного сіна, закладеного на зберігання

Хімічне самозаймання виникає внаслідок дії на горючу речовину повітря, води чи хімічно активних речовин.

До речовин, що здатні самозайматися внаслідок дії на них кисню повітря, належать олії, жири та оліфи. Однак для цього необхідні відповідні умови. Так, при зберіганні цих речовин у тарі самозаймання не відбувається, оскільки поверхня їх дотику з повітрям надто мала. У той же час просочені ними волокнисті матеріали мають розвинену поверхню окиснення, що суттєво збільшує їх здатність до самозаймання. Проте ще однією неодмінною умовою є складання просочених матеріалів у купу, штабелі, пакети. У цьому випадку поверхня окиснення значно перевищує поверхню тепловіддачі, що призводить до самонагрівання речовин з подальшим їх самозайманням.

За дослідними даними, 50 г вати, просоченої 100 г лляної олії, показали таке зростання температури (табл. 4.6).

Таблиця 4.6. Зростання температури взірця після його просочування

Через 15 год від моменту просочування взірця його температура досягне 170 °С і він спалахне без джерела запалювання.

До речовин, що здатні самозайматися у разі дії на них води, належать калій, натрій, цезій, карбіди кальцію та лужних металів тощо. Ці речовини під час взаємодії з водою виділяють горючі гази, які нагріваються за рахунок теплоти реакції та самозаймаються.

До хімічно активних речовин, що можуть викликати самозаймання, належать головним чином окисники: стиснений кисень, азотна кислота, перманганат калію, перекис натрію, селітри, хлорне вапно та ін.

Наприклад, стиснений кисень призводить до самозаймання мінеральних мастил, які не займаються на повітрі. А рослинні матеріали (солома, сіно, льон, бавовна, тирса), скипидар, етиловий спирт самозаймаються в результаті контакту з азотною кислотою.

Здатність самозайматися речовин та матеріалів необхідно врахувати під час розроблення заходів пожежної профілактики під час їх зберігання, транспортування, термообробки, виконання технологічних операцій тощо.