Тема 7. Пожарная безопасность

Горение – экзотермическая химическая реакция, сопровождающаяся выделением большого количества теплоты и свечением.

Для возникновения горения, необходимо:

• горючее вещество

• окислитель

• источник зажигания (импульс)

Окислителем могут быть кислород, галогены (7-я группа, главная подгруппа периодической системы элементов им. Д.И. Менделеева: фтор, хлор и др.), оксиды азота и т.д.

Импульс может быть тепловым, химическим, микробиологическим.

Горение может быть

• гомогенным (реагирующие вещества находятся в одном агрегатном состоянии)

• гетерогенным (в разных агрегатных состояниях)

Примеры реакций горения (горючее вещество + окислитель = продукты реакции + теплота)

гомогенные реакции:

(1)

(2)

гетерогенные реакции:

(3)

(4)

(5)

Q_i – тепловой коэффициент i-й реакции, кДж теплоты в расчете на указанные в уравнении количества молей реагирующих веществ.

Горение различают по скорости распространения фронта горения:

- дефлаграционное – скорость распространения фронта горения до метров в секунду

- взрывное – до сотен метров в секунду

- детонационное – до тысяч метров в секунду.

Пожары, как правило, характеризуются дефлаграционным горением. Напрмер, в трубе, содержащей смесь метана с 90% воздуха, скорость распространения фронта пламени составляет 0.4 м/с

Пожарная опасность материалов определяется в основном следующими характеристиками:

- горючесть – способность материала загораться, поддерживать и распространять процесс горения

- дымовыделение при горении

- токсичность продуктов горения и пиролиза (пиролиз-это разложение веществ без доступа воздуха при воздействии высоких температур)

- огнестойкость – способность негорючей строительной конструкции сопротивляться воздействию высокой температуры в условиях пожара, не разрушаться и выполнять при этом обычные эксплуатационные функции

Считается, что каменные конструкции огнестойки, а железобетонные начинают разрушаться через час после начала воздействия огня. Деревянные конструкции защищают от огня пропиткой солями гидросульфата аммония или гидроортофосфата аммония, штукатуркой-это позволяет продлить время до начала разрушения защищенных деревянных конструкций на 15 – 30 минут.

Рассмотрим подробнее некоторые свойства горючих веществ, учитываемые при оценке их пожароопасности.

Температура вспышки (Т_всп.) – минимальная температура горючей жидкости, при которой над ее поверхностью образуются пары, способные вспыхнуть на воздухе при поднесении к ним источника зажигания. Но после сгорания образовавшихся паров, процесс горения прекращается, т.к. скорость образования следующей порции паров над поверхностью жидкости недостаточна для продолжения горения. У бензина температура вспышки около 40 °С.

(Вспышка – быстрое сгорание горючей газообразной смеси, не сопровождающееся взрывом)

Температура воспламенения (Т_воспл) – минимальная температура горючей жидкости, при которой она выделяет в воздух пары с такой скоростью, что после их воспламенения от внешнего источника зажигания возникает устойчивое горение.

Рис. 21Типичная зависимость давления Р_s насыщенных паров жидкости от температуры Т.

Температура самовоспламенения – минимальная температура горючего вещества, при которой без внешнего источника зажигания происходит резкое увеличение скорости экзотермической реакции, сопровождающееся дальнейшим разогревом системы и горением. Например, можно поджечь дерево, поднимая его температуру до температуры самовоспламенения трением. Но, поджигая, например, газ в горелке спичкой, мы также доводим температуру газа до температуры самовоспламенения.

Самовозгорание – способность горючего вещества возгораться при сравнительно невысоких температурах окружающей среды (при комнатной температуре) и при контакте с каким-либо веществом (например, с воздухом) или вследствие жизнедеятельности микроорганизмов.

Самовозгорание может произойти в центре большой рыхлой кучи горючего вещества (см. рис. слева), где потери выделяющейся при реакции окисления теплоты в окружающую среду за счёт теплопроводности минимальны и, следовательно, температура в зоне реакции может постепенно увеличиться до температуры самовоспламенения (см. также дополнение 1).

Примеры самовозгорания.

1.При бросании кусочка металлического натрия в лужу происходит взрыв. При этом протекают следующие две реакции:

(1)

(2)

Тепловой эффект Q реакции (1) нагревает смесь воздуха и выделяющегося водорода Н₂ в зоне реакции до температуры самовоспламенения водорода, (около 600 °С). В результате взрывообразно протекает реакция (2).

2.Аналогично (и тоже со взрывом) протекает реакция карбида кальция с водой:

(3)

Только вместо водорода Н₂ образуется ацетилен С₂Н₂. Тепловой эффект реакции (3) достаточен для нагревания смеси воздуха и выделяющегося газообразного ацетилена в зоне реакции до температуры самовоспламенения ацетилена (800 °С) Происходит самовоспламенение ацетилена:

3. Большая рыхлая куча влажного сена, или опилок, или торфа, или промасленной ветоши может самовозгореться в результате деятельности микроорганизмов (гниение с выделением теплоты).

4.. Пирофорные материалы способны к самовозгоранию на воздухе при наличии большой поверхности соприкосновения с окислителем. Например, самовозгорается на воздухе тонкий порошок металлического урана.