Самовоспламенение. Механизм процесса. Температурные классы.

Концентрационные пределы распространения пламени. Влияние на них давления, тем-ры, инертных добавок.

Основным показателем пожарной опасности горючих газов является НКПРП (ВКПРП).

Нижний (верхний) концентрационный предел распростране­ния пламени - минимальное (максимальное) содержание горю­чего, вещ-ва в смеси с окислителем, при котором смесь способ­на воспламеняться и пламя распространяется по смеси на любое расстояние от источника-зажигания.

НКПРП – min концентрация горючего газа или пара в смеси с воздухом (с окислителем), при которой уже можно воспламенить смесь от внешнего источника зажигания и пламя распространяется на весь объем смеси.

 

 

ВКПРП – max концентрация горючего газа или пара в смеси, при которой еще возможно воспламенение от внешнего источника зажигания и пламя распространяется на весь объем смеси.

При взрыве имеет место рост давления. Чем больше диапазон между ВКПРП и НКПРП, тем опаснее вещ-во. Если окислитель – чистый кислород, то опасная область увеличивается (для Н₂ от 3 до 90). Тем-ра и наличие инертных добавок тоже увеличивают диапазон.

С повышением давления область опасных концентраций расширяется. С понижением – суживается и сходится в критической точке К.

 

Самовоспламенение. Механизм процесса. Температурные классы.

Тем-ра самовоспламенения - самая низкая тем-ра вещ-ва (или его оптимальной смеси с воздухом), при которой в условиях специальных испытаний происходит резкое увеличение скорости экзотермических реакций, приводящее к возникнове­нию пламенного горения.

Тем-ра самовоспламенения зависит от химического состава вещ-ва, его концентрации в смеси с окислителем, дав­ления, условий тепло- и массообмена, объёма смеси, наличия катализаторов и т.п.

Знание темп-ры самовоспламенения имеет большое прак­тическое значение, так как позволяет оценить возможность пла­менного горения вещ-ва (смеси) при контакте с нагретыми по­в-тями, при истечении из ап-тов в воздух нагретых до высоких тем-р газов или паров жид-ти. Кроме того, по тем-ре самовоспламенения определяется группа взрыво­опасных смесей при выборе типа взрывозащищенного электро­оборудования. Для получения воспроизводимых результатов испытательную арматуру стандартизируют и получают стандартную тем-ру самовоспламенения, которая приводится в справочнике. Иногда создают самую неблагоприятную комбинацию условий опыта и т.о. получают min t_{САМОВОСПЛАМЕНЕНИЯ}. Принято, что тем-ра пов-ти оборудования во время работы не должна превышать 80% от стандартной t_{САМОВОСПЛАМЕНЕНИЯ}.

Категорирование взрывоопасных смесей по t_{САМОВОСПЛАМЕНЕНИЯ}.

Тем-ный класс	tСАМ	Предельная tнагрева пов-ти электрооборудования
Т1	>450	Не более 450
Т2	300-450	Не более 300
Т3	200-300	Не более 200
Т4	135-200	Не более 135
Т5	100-135	Не более 100
Т6	85-100	Не более 85

Если есть горючая смесь, то в ней протекает процесс окисления. Но при низких тем-рах скорости низкие.

Ск-ть выделения тепла ,

где Q – тепловой эффект реакции; V – Тепловой объем смеси;                   

К – константа ск-ти реакции; С – концентрация реагирующих вещ-в;

n – порядок реакции; Т – тем-ра смеси;

 - энергия активации.

 

 

Ск-ть теплоотвода

где α – коэф. теплоотдачи;

s – пов-ть сосуда;

t₂ – тем-ра смеси;

t₁ – тем-ра стенки.

Возможно 3 случая:

1.  - безопасное состояние.

2.  - неустойчивое равновесие.

3.  - самовоспламенение

, ,  - кривая отвода тепла для разных тем-р стенки.

В точке С -

Точка С – точка неустойчивого равновесия.

Отвод меньше, нагрев больше → самовоспламенение.

Самовозгорание.

Горение – сложный физико-химический процесс, в основе которого лежит быстропротекающая хим. реакция, сопровождающаяся выделением тепла и излучением света. Горение не сопровождается ростом давления. Для начала возгорания необходимо, чтобы слилось 3 фактора: горючее, окислитель и источник воспламенения.

Взрыв – быстрое превращение вещ-ва, сопровождающееся выделением энергии и образованием сжатых газов, способных производить работу.

Вещ-ва, имеющие t_САМ < 50°С, называются самовозгорающимися. Различают тепловое, химическое и микробиологическое самовозгорание. Условия возникновения самовозгорания:

1. Развитая пов-ть окисления.

2. Склонность вещ-ва окисляться с заметной ск-тью при нормальной тем-ре.

3. Малая теплоотдача в окружающую среду.

 

Время начала самовозгорания зависит от объема смеси. До полного возгорания ничего не указывает на то, что началось гореть сено внутри (самовозгорание).

 

 

Здесь приведен график зависимости тем-ры самовозгорания от объема горючей смеси. В органических соединениях при повышении тем-ры реакция окисления идет быстрее (с выделением теплв). V₁ – тем-ра поднимается до определенного значения и далее изменяться не будет. ΔТ₁ – прирост тем-ры за счет окисления.

Виды горения. Диффузионное горение (самое медленное) – горючее и окислитель поступают в зону горения раздельно. Здесь нет скачка давления, взрыва. Основная хар-ка: нормальная ск-ть распространения пламени. Фронт пламени при диффузионном горении движется от нескольких десятков см/с до нескольких м/с.

Фронт пламени имеет величину 10 ^-2 – 10 ^{-4 см. Ск-ть движения фронта хар-ся нормальной ск-тью распространения пламени} U_норм.

U_норм – ск-ть распространения зоны горения (фронта пламени) по отношению к неподвижной горючей смеси в направлении, перпендикулярном к фронту пламени. Если в горючей смеси окислитель – кислород воздуха заменить на чистый О₂, то U_норм вырастет в 10 раз.

Кинетическое горение – горючее и окислитель поступают в зону горения предварительно смешанные. Время на смешение отсутствует, процесс идет в 10-100 разы быстрее со скачком (ростом) давления. , где m – кол-во молей в продуктах сгорания, n – кол-во молей исходных вещ-в.

Детонационное горение (детонация). Горючее и окислитель уже готовы. Здесь фронт пламени начинает ускоряться → начинает размываться. При ускорении фронта пламени возникает волна сжатия. Фронт пламени вовлекается во всеускоряющее движение, возникает сжатие, происходит выделение тепла. При детонации рост давления мгновенный.

Меры борьбы. Длина трубы должна быть меньше преддетонационного участка.

 

 

 

Ставится антидетонационная насадка (кольца розжига, пакет сеток, огнеупор). Смысл в том, чтобы были узкие каналы. Фронт огня сбрасывает ск-ть., попадая в спец.насадку, отдается тепло, благодаря множеству малых каналов. Выходит несгоревшая смесь.

 

Контактная электризация. Смысл явления: атомы обладают разной силой притяжения электронов, поэтому при контакте разных пов-тей электроны могут переходить с одной пов-ти на другую. Существует 3 пары контактирующих пов-тей:

1. проводник – проводник → не будет статического электричества.

2. проводник – диэлектрик → будет статического электричества.

3. диэлектрик – диэлектрик → будет сильная электризация.

Здесь образовался двойной электрический слой подобных зарядов плоского конденсатора.

Если будем разделять пов-ти, то заряды будут стекаться в след этой движущейся точки и там будут взаимно нейтролизоваться.

 

 

Если заряды не будут двигаться, то будет разность потенциалов, которая будет расти до критической и возникнет искра.

φ – разность потенциалов, с – электроемкость. Энергия искры W_искры должна быть меньше min энергии воспламенения данной смеси.

Меры защиты:

1. Заземление оборудования.

2. Замедление движения диэлектрика

3. Введение в состав диэлектрика антистатических добавок (полиат хрома). Они снижают удельное сопротивление на 5-6 порядков.

4. Можно в помещении повысить относительную влажность воздуха 75-80% (но не 100%). На пов-ти некоторых материалов осаждаются пары, образующие микропленку, по которой стекают заряды статического электричества.

5. Нейтрализация. Радиоактивные нейтрализаторы, источник которых излучает α, β и γ частицы. α-частицы обладают огромной ионизирующей способностью. Одна α-частица на см пробега образует несколько десятков тысяч пар ионов. α-частицы имеют малую проникающую способность, например лист бумаги задержит α-лучи. β –частицы – поток электронов, ≈ на порядок ниже ионизирующая способность, но больше проникающая способность. γ – частицы – в воздухе на 10-15 м.

Индукционные нейтрализаторы используются для ионизации энергии электростатического поля, при этом заряды противоположного знака индуктивно наводятся на острия индуцирующего устройства.

Высоковольтный нейтрализатор. Один электрод находится под высоким напряжением. Эффект за счет образования коронного разряда, идет ударное образование нейтрализации. «+» очень эффективно, но если есть высокое напряжение – это опасно. Коронный заряд может перейти в искру и если есть рядом горючее – произойдет взрыв.

Определение min энергии зажигания горючего вещ-ва.

Сначала с помощью Источника высокого напряжения заряжаем конденсатор, затем резко разряжаем его, проскакивает искра в пылевом пространстве. Здесь экспериментально определяется, меняя энергию разряда, та min энергия, при которой происходит воспламенение данной горючей смеси.

 

Кроме искр, рассмотренных выше, могут быть искры удара, возникающие при столкновении нескольких предметов. Чаще всего этой энергии достаточно для воспламенения горючих смесей. Надо использовать металлы, которые при падении не дают искру.