 |
Самовозгорание - резкое увеличение скорости экзотермических процессов в веществе, приводящее к возникновению очага горения.
|
|
|
|
Методическая разработка
для проведения лекционного занятия по учебной дисциплине
«Теория горения и взрыва»
(для курсантов и студентов обучающихся по направлению подготовки 280700.62 «Техносферная безопасность» профиль «Безопасность технологических процессов и производств» квалификация (степень) «Бакалавр»)
Тема занятия 4.1 Самовозгорание
Обсуждено на заседании ПМК "Процессов горения"
«4» июля 2012 г. протокол №11
I. Цели занятия.
Дидактическая. Дать основные понятия теории возникновения горения.
Учебная. Ознакомить слушателей (курсантов) с явлениями и механизмами самовозгорания.
Воспитательная. Формирование у обучаемых знаний, умений и навыков, позволяющих проводить различные инженерные расчеты в области пожарной безопасности.
II. Расчет учебного времени
| Содержание и порядок проведения занятия | Время, мин |
| ВСТУПИТЕЛЬНАЯ ЧАСТЬ | |
| Учебные вопросы | |
| 1. Механизм процесса самовозгорания | |
| 2. Самовозгорание химических веществ | |
| 3. Самовозгорание растительных продуктов | |
| ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНАЯ ЧАСТЬ |
III. Литература
1. ГОСТ 12.1.004-91* Пожарная безопасность. Общие требоания.
2. ГОСТ 12.1.044-89* Пожаровзрывобезопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения.
3. Теоретические основы процессов горения /Кутуев Р.Х., Малинин В.Р.,
Кожевникова Н.Ю. и др.: Учебник. - СПб.: СПбВПТШ МВД РФ, 1996.
-236с.
4. Решетов А.П., Ловчиков В.А. Теоретические основы процессов горения:Учебно-методическое пособие по решению задач. - СПб: СПбИПБ МВД
России, 1997. - 123 с.
5. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и средства их тушения
(Справочное издание в двух книгах) / Баратов А.Н., Корольченко А.Я.,
Кравчук Г.Н. и др. - М.: Химия.1990.
|
|
|
6. Демидов П.Г., Саушев B.C. Горение и свойства горючих веществ: Учебное пособие. М.: ВИПТШ МВД СССР, 1984.
7. Абдурагимов И.М. и др. Физико-химические основы развития и тушения пожаров (Учебное пособие) М.: ВИПТШ МВД СССР, 1980.
IV. Учебно-материальное обеспечение
Наглядные пособия (схемы):
1. Мультимедийный проектор;
2. Компьютерные презентации.
Содержание лекции
Введение. 5
1. Механизм процесса самовозгорания. 5
2. Самовозгорание химических веществ. 10
3. Самовозгорание растительных продуктов. 14
Заключение. 19
Введение
В некоторых случаях горение твердых горючих материалов может возникнуть за счет самонагревания, которое обусловлено происходящими в веществах физическими, химическими и биологическими процессами при низких (до 70 °С) температурах (окисление, разложение, адсорбция, конденсация, жизнедеятельность микроорганизмов и т.д.). Этот процесс называется самовозгоранием.
Механизм процесса самовозгорания
Самовозгорание - резкое увеличение скорости экзотермических процессов в веществе, приводящее к возникновению очага горения.
Самовозгорание веществ и материалов часто становится причиной пожара на промышленных объектах.
Все горючие вещества, находящиеся в соприкосновении с воздухом, при определенных температурах начинают окисляться. Этот процесс сопровождается выделением тепла. В некоторых случаях отвод выделяющегося тепла сильно ограничен, и при определенном соотношении скоростей выделения и отвода тепла, возможно самонагревание горючего материала.
Самонагревание некоторых веществ может происходить не только в результате окисления, но и от других экзотермических реакций (разложение), а также от ряда физических и биологических явлений.
При определенных условиях, процесс самонагревания может привести к возникновению горения, аналогично как при явлении самовоспламенения.
|
|
|
Современная теория теплового самовозгорания веществ и материалов базируется на представлении о блуждающих "горячих точках", которые формируются по определенным закономерностям. Представим дисперсную систему (рис.1) ограниченных размеров (кипы ваты, хлопка, мешки с рыбной мукой и т.п.). Система и окружающая среда имеют температуру То, а внутри ее образовалась небольшая зона, в которой начались окислительные процессы.
| ТР |
| ПГ |
| Т0 |
| q |
| q |
| q |
| q |
| O2 |
| O2 |
| O2 |
| O2 |
| O2 |
| O2 |
| T0 |
Рис.1. Схема возникновения "горячей точки"
В результате окисления выделяется теплота, которая распространяется во всех направлениях (конвекцию учитывать не будем). Температура в реакционной зоне будет постепенно расти и достигнет значений, при которых начнутся процессы термической деструкции твердого материала с выделением продуктов разложения. Последние будут конденсироваться и адсорбироваться на поверхности вещества.
Обязательным условием такого процесса является наличие кислорода и развитой поверхности горючего вещества. Чем больше дисперсность материала, тем больше его удельная поверхность, а значит и выше скорость процессов окисления, разложения, конденсации и адсорбции, в результате которых выделяется и накапливается внутри материала теплота:
q+ = qр + qдестр + qконд + qадс,
где q+ - тепловой эффект реакций окисления;
qдестр - тепловой эффект реакций термической деструкции;
qконд - теплота конденсации продуктов разложения;
qадc - теплота адсорбции продуктов реакций.
Если скорость теплоотвода будет ниже скорости тепловыделения в зоне реакций, то начнется процесс самонагревания внутри объема вещества. С увеличением температуры данный процесс будет ускоряться за счет увеличения скорости реакций и интенсивности тепловыделения. Если кислорода в зоне реакций достаточно, а отвод теплоты в окружающую среду затруднен, то непрерывный процесс самонагревания может перейти в качественно новую стадию - самовозгорание. Процессы самонагревания и самовозгорания развиваются, как правило, в диффузионной области, и скорость их зависит от скорости поступления (диффузии) кислорода снаружи в зону реакции.
|
|
|
Самовозгоранию подвержены легкоокисляющиеся пористые и волокнистые вещества и материалы, имеющие в себе большой запас молекулярного кислорода.
Структура горючих материалов по объему неоднородна: разная плотность упаковки, плотность, влажность и т.д. Это приводит к тому, что в большом объеме материала зона реакции будет перемещаться с разной скоростью, в разных направлениях. В той части, где теплоты отводится меньше, температура будет выше. Этот участок будет как бы подвижным тепловым центром реакционной зоны, ее блуждающей "горячей точкой". Максимальная температура будет наблюдаться в наиболее заглубленной части материала.
Первоначальный период самовозгорания часто бывает незаметен снаружи, так как продукты термоокислительной деструкции полностью адсорбируются внутри вещества. В объеме материала, как правило, возникают одновременно несколько "горячих точек", которые по мере развития процесса сливаются друг с другом с образованием глухих, не сообщающихся с поверхностью вещества прогаров. Обнаружение таких прогаров при исследовании пожара является однозначным признаком его возникновения в результате самовозгорания.
Причиной возникновения "горячих точек" в некоторых материалах растительного происхождения являются микробиологические процессы. В органических веществах, подобных зерну, шерсти, рыбной муке, сену, торфу и т.п., вследствие жизнедеятельности микроорганизмов выделяется теплота, которая аккумулируется в объеме материала. При достижении температуры 60-70 °С микроорганизмы погибают. Однако к этому времени уже формируются блуждающие "горячие точки", и начинается процесс теплового самовозгорания.
Анализ приведенного выше выражения показывает, что условия самовозгорания зависят от химической природы материала, его формы и массы, начальных и граничных условий теплообмена с окружающей средой. Для каждого сыпучего или волокнистого материала существуют свои критические условия самовозгорания. Расчетные методы их определения отсутствуют, хотя и накоплен большой экспериментальный материал, на базе которого разрабатываются мероприятия по предотвращению пожаров от самовозгорания. Для этого прежде всего необходимы знания параметров пожарной опасности веществ и материалов в конкретных условиях их переработки, хранения и транспортировки. К этим параметрам относятся температура самонагревания, температура тления и условия теплового самовозгорания. Указанные параметры определяются по специальным экспериментальным методикам, изложенным в ГОСТ 12.1.044-89.
|
|
|
Температура тления при самовозгорании - это температура твердого вещества, при которой происходит резкое увеличение скорости экзотермических реакций окисления твердых продуктов разложения, приводящее к возникновению очага тления.
Условия теплового самовозгорания - это экспериментально выявленная зависимость между температурой окружающей среды, массой вещества и временем до момента его самовозгорания. Методика испытаний позволяет на малых образцах получить достаточно надежные и пригодные для практики аналитические выражения для критических условий теплового самовозгорания tc = f(S) и tc = f(t) (С.Н. Таубкин и В.Т. Монахов). Образец помещают в сетчатые корзиночки кубической формы с длиной ребра от 35 до 200 мм (всего шесть размеров), нагревают в воздушном термостате в изотермических условиях и для каждого размера определяют минимальную температуру, при которой образец самовозгорается. По результатам испытаний строят графики зависимости логарифма температуры самовозгорания от логарифма удельной поверхности корзиночки, а также от логарифма времени до самовозгорания (рис.2). Полученные на графиках прямые аппроксимируют в виде уравнений (условия теплового самовозгорания):
lg tc = а + b lg S (1)
lg tc = a/ - b/ lg t, (2)
где
tc – минимальная температура самовозгорания, 0С;
S – удельная поверхность образца, м-1;
t - время до возникновения самовозгорания, час;
а, b, a/, b/ - константы для каждого горючего материала.
Эти уравнения позволяют легко рассчитать время и температуру самовозгорания для веществ, находящихся в таре, ссыпанных в кучи, сложенных в штабель и т.п.
| lg(tc) |
| lg(tc) |
| lgt |
| lg S |
Рис. 2. Зависимость температуры Тс от удельной
поверхности S и от времени t до самовозгорания образца
|
|
|
