ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ГОРЕНИЯ И ПОКАЗАТЕЛИ
ПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ ВЕЩЕСТВ В МАШИНОСТРОЕНИИ
Горение —это химическая реакция окисления, сопровождающаяся выделением
большого количества тепла и свечением. Для возникновения горения
необходимо наличие горючего вещества, окислителя (обычно кислород
воздуха) и источника зажигания. Кроме того, необходимо, чтобы горючее
вещество было нагрето до определенной температуры и находилось в
определенном количественном соотношении с окислителем, а источник
загорания имел бы определенную энергию. Окислителями являются также
хлор, фтор, оксиды азота и другие вещества.
Вещества, способные самостоятельно гореть после удаления источника
зажигания, называются горючими в отличие от веществ, которые на воздухе
не горят и называются негорючими. Промежуточное положение занимают
трудногорючие вещества, которые возгораются при действии источника
зажигания, но прекращают горение после удаления последнего.
Горение при достаточном и избыточном содержании кислорода называется
полным, а при недостатке кислорода — неполным. Продуктами полного
горения являются диоксид углерода, вода, азот, сернистый ангидрид и др.
При неполном горении образуются ядовитые, горючие и взрывоопасные
продукты (оксид углерода, альдегиды и кетоны, спирты и др.). По скорости
распространения пламени горение может быть дефлаграционным (в пределах
2—7 м/с), взрывным (при десятках метров в секунду) и детонационным (при
тысячах метров в секунду). Наибольшая скорость горения наблюдается в
чистом кислороде, наименьшая — при объемном содержании кислорода в
воздухе 14 %. При дальнейшем уменьшении содержания кислорода горение
большинства веществ невозможно.
Различают несколько видов горения. Вспышка — быстрое сгорание горючей
смеси без образования повышенного давления газов. Возгорание —
возникновение горения от источника зажигания. Воспламенение —
возгорание, сопровождающееся появлением пламени. Самовозгорание —
горение, возникающее при отсутствии внешнего источника зажигания.
Самовоспламенение — самовозгорание, сопровождающееся появлением пламени.
Взрыв — чрезвычайно быстрое горение, при котором происходит выделение
энергии и образование сжатых газов, способных производить механические
разрушения.
Температурой вспышки называется самая низкая (в условиях специальных
испытаний) температура горючего вещества, при которой над его
поверхностью образуются пары и газы, способные давать вспышку в воздухе
от источника зажигания, но скорость образования паров и газов
недостаточна для устойчивого горения. По темпера-туре вспышки горючие
жидкости делят на два класса: легковоспламеняющиеся жидкости (ЛВЖ) и
горючие жидкости (ГЖ). К классу ЛВЖ относятся жидкости с температурой
вспышки, не превышающей 61 °С (в открытом тигле— 66 °С); это — бензин,
этиловый спирт, ацетон, нитроэмали и др. Жидкости, имеющие температуру
вспышки выше 61 °С или 66 °С (в открытом тигле), называются ГЖ (масла,
мазут, формалин и др.). Температура воспламенения — наименьшая
температура горючего вещества, при которой оно выделяет горючие пары и
газы с такой скоростью, что при поднесении источника зажигания возникает
устойчивое горение. Температурой самовоспламенения называют самую низкую
температуру вещества, при которой оно загорается в процессе нагревания
без непосредственного контакта с огнем. Воспламенение возможно только
при определенных соотношениях горючего вещества и окислителя.
Минимальная концентрация горючих газов и паров в воздухе, при которой
они способны загораться и распространять пламя, называется нижним
концентрационным пределом воспламенения. Максимальная концентрация
горючих газов и паров, при которой еще еозможно распространение пламени,
называется верхним концентрационным пределом воспламенения. Интервал
между нижним и верхним пределами воспламенения называется диапазоном или
областью воспламенения. Различают также температурные пределы
воспламенения, т. е. температуры, при которых пары образуют
концентрации, равные соответственно нижнему и верхнему концентрационным
пределам воспламенения жидкостей.
Важное значение для профилактики пожаров имеет явление самовозгорания,
когда горение возникает при отсутствии видимого источника зажигания.
В зависимости от внутреннего импульса процессы самовозгорания делятся на
химические, микробиологические и тепловые. Химическое самовозгорание от
воздействия на вещества кислорода воздуха, воды или от взаимодействия
веществ. Часто пожары возникают вследствие самовозгорания промасленных
тряпок, спецодежды, ваты и даже металлических стружек. О склонности
масла или жира к самовозюранию можно судить по его йодному числу. Йодным
числом называется количество йода в граммах, поглощенное 100 г
испытываемого масла или жира. Чем выше йодное число, тем ниже
температура самовозгорания.
Микробиологическое самовозгорание происходит при
соответствующей влажности и температуре в растительных продуктах. Когда
интенсифицируется жизнедеятельность микроорганизмов, образуется
паутинный глет (грибок), температура повышается и происходит
воспламенение. Для предотвращения самовозгораний осуществляют регулярный
контроль температуры, ограничивают влажность и размеры штабелей.
Тепловое самовозгорание происходит в результате продолжительного
действия незначительного источника тепла. При этом вещества разлагаются,
адсорбируются и в результате действия окислительных процессов
самонагреваются. При температуре около 100 °С древесные опилки, ДВП,
паркет и некоторые другие вещества склонны к самовозгоранию. Мерой
защиты от теплового самовозгорания является предохранение материалов от
действия источников нагрева.
Пожароопасность веществ характеризуется линейной в сантиметрах в секунду
и массовой в граммах в секунду скоростями горения и выгорания веществ.
Иногда учитывается минимальное содержание кислорода в воздухе, при
котором еще возможно горение. Для обычных горючих веществ это содержание
составляет 12—14 %. Для веществ с высоким значением верхнего предела
воспламенения (водорода, сероуглерода, окиси этилена и др.) оно
составляет 5 % и менее.
Значительную взрывную и пожарную опасность представляют различные
пылевидные вещества, взвешенные в воздухе.
Пыль считается взрывоопасной, если нижний предел воспламенения (НПВ)
более 65 г/м3. Если нижний предел не превышает 15 г/м3, то пыль
относится к наиболее взрывоопасной. Пыли, имеющие другие нижние пределы
взрывае-мости, относятся к пожароопасным. Различают также нижний и
верхний температурные пределы воспламенения паров в воздухе, при которых
пары образуют в воздухе концентрации, равные соответственно нижнему и
верхнему концентрационным пределам воспламенения.
Существуют и другие показатели для оценки пожарной опасности веществ,
определяемые по стандартным методикам. Принято различать два понятия,
связанных с процессом горения: пожар и загорание. Под пожаром понимается
неконтролируемое горение вне специального очага, наносящее материальный
ущерб. Горение, не причинившее
материального ущерба, называют загоранием. Согласно
ГОСТ 12.1.004—85, пожарная безопасность — это состояние объекта, при
котором исключается возможность пожара, а в случае его возникновения
предотвращается воздействие на людей опасных факторов пожара и
обеспечивается защита материальных ценностей. С учетом этого определения
разрабатывают профилактические мероприятия и систему пожарной защиты.
Нормативная вероятность возникновения пожара принимается равной не более
10-6 в год на отдельной пожароопасный элемент
рассматриваемого объекта. Такая же вероятность воздействия опасных
факторов пожара в расчете на отдельного человека принимается при
разработке системы пожарной защиты.
Опасными факторами пожара являются повышенная температура воздуха и
предметов, открытый огонь и искры, токсичные продукты горения, дым,
пониженная концентрация кислорода, взрывы, повреждение и разрушение
зданий и сооружений.
Температура газов в зоне горения, называемая температурой пожара, может
достигать 1300 °С.
Методы определения показателей пожарной опасности веществ
регламентированы соответствующими стандартами и другими документами.