Условия возникновения и развития процессов горения

Средство огнезащиты — огнезащитный состав или материал, обладающий огнезащитной эффективностью и специально предназначенный для огнезащиты различных объектов.

Огнезащитный состав — вещество или смесь веществ, обладающие огнезащитной эффективностью и специально предназначенные для огнезащиты различных объектов.

Объект огнезащиты — материал, конструкция или изделие, подвергаемые обработке средством огнезащиты с целью снижения их пожарной опасности и (или) увеличения огнестойкости.

Огнезащитная обработка — нанесение огнезащитного состава на поверхность объекта огнезащиты (окраска, обмазка, напыление и т. п.).

Огнезащитное покрытие — слой огнезащитного состава, полученный в результате обработки поверхности объекта огнезащиты.

Специальные огнезащитные покрытия и пропитки, нанесенные на открытую поверхность конструкций, должны соответствовать требованиям, предъявляемым к отделке конструкций.

В технической документации на эти покрытия и пропитки должна быть указана периодичность их замены или восстановления в зависимости от условий эксплуатации.

Для увеличения пределов огнестойкости или снижения классов пожарной опасности конструкций не допускается применение специальных огнезащитных покрытий и пропиток в местах, исключающих возможность их периодической замены или восстановления.

Эффективность средств огнезащиты, применяемых для повышения огнестойкости конструкций, должна оцениваться посредством испытаний для определения пределов огнестойкости строительных конструкций.

Эффективность средств огнезащиты, не учитываемых при определении несущей способности металлических конструкций, допускается оценивать без статической нагрузки путем сравнительных испытаний моделей колонны уменьшенных размеров высотой не менее 1,7 м или моделей балки пролетом не менее 2,8 м.

Способы огнезащиты:

Конструктивные способы огнезащиты — облицовка объекта огнезащиты материалами или иные конструктивные решения по его огнезащите.

Комбинированный способ — сочетания различных способов огнезащитной обработки.

Огнезащитная эффективность — сравнительный показатель средства огнезащиты, который характеризуется временем в минутах от начала огневого испытания до достижения критической температуры (500 ° С) стандартного образца стальной конструкции с огнезащитным покрытием.

Гарантийный срок хранения (годности) — время, в течение которого огнезащитный состав (отдельные его составляющие) может быть использован для огнезащитной обработки конструкции без снижения его огнезащитной эффективности и гарантийного срока эксплуатации.

Гарантийный срок эксплуатации — время, в течение которого гарантируется заданная огнезащитная эффективность покрытия, эксплуатируемого в соответствии с технической документацией.

Требования к огнезащитным составам:

Огнезащитные составы должны быть утверждены и согласованы в установленном порядке, должны иметь техническую документацию на их производство и применение, а также сертификат пожарной безопасности.

Техническая документация должна содержать следующие показатели и характеристики огнезащитных составов:

группу огнезащитной эффективности;

расход для определенной группы огнезащитной эффективности;

внешний вид;

сведения по технологии нанесения: способы подготовки поверхности, виды и марки грунтов, адгезия, количество слоев, условия сушки;

гарантийный срок и условия хранения состава;

мероприятия по технике безопасности и пожарной безопасности при хранении составов и производстве работ.

В случае необходимости в технической документации следует указывать сведения по видам и маркам лакокрасочных составов, допустимым для нанесения поверх огнезащитного слоя в целях его защиты от воздействий внешней среды или придания покрытию декоративных свойств.

Кроме того, в технической документации должны быть указаны следующие сведения об огнезащитном покрытии:

толщина для определенной группы огнезащитной эффективности;

условия эксплуатации (предельные значения влажности, температуры окружающей среды и т. п.);

внешний вид;

объемная масса;

гарантийный срок эксплуатации;

возможность и периодичность замены или восстановления покрытия в зависимости от условий эксплуатации.

Производство и поставка огнезащитных составов, проектирование и производство работ по огнезащите конструкций должны осуществляться организациями, имеющими лицензию на данный вид деятельности.

Применение средств огнезащиты должно осуществляться в соответствии с технической документацией и проектом, разработанным, согласованным и утвержденным в порядке.

Испытания по определению огнезащитной эффективности должны проводиться в специализированной организации, имеющей соответствующую аккредитацию.

Одновременно с испытаниями по определению огнезащитной эффективности проводятся контрольные испытания.

Огнезащитные покрытия должны иметь возможность восстановления после гарантийного срока эксплуатации.

Не допускается применение огнезащитных покрытий на объектах защиты, расположенных в местах, исключающих возможность замены или восстановления (реставрации) покрытия.

При применении огнезащитных составов с защитой поверхности покрытия лакокрасочными составами огнезащитные характеристики следует определять с учетом поверхностного слоя.

Показатели и характеристики огнезащитных составов и покрытий, за исключением группы огнезащитной эффективности, определяются разработчиком технической документации, за которые он несет установленную законодательством ответственность.

При научно-техническом обосновании по инициативе заказчика могут быть проведены испытания по расширенной программе, целью которых будет являться построение обобщенной зависимости огнезащитной эффективности конкретного средства огнезащиты от приведенной толщины металла и толщины огнезащитного покрытия.

Упаковка, условия хранения и транспортирования огнезащитных составов должны обеспечивать их огнезащитные свойства в течение установленного срока годности.

Не допускается применение огнезащитных составов на неподготовленных (или подготовленных с нарушениями требований технической документации на эти составы) поверхностях объектов защиты.

Органическое топливо (газообразное, жидкое и твердое) широко используют в разного рода тепловых установках: в топках паровых и водогрейных котлов, в том числе паротурбинных электростанций, в промышленных печах и в сельском хозяйстве, в камерах сгорания газовых турбин и воздушно-реактивных двигателей, в цилиндрах поршневых двигателей внутреннего сгорания, в камерах сгорания магнитогазодинамических электрогенераторов и т. д.

Топливо в любых теплотехнических установках сжигают для того, чтобы получить теплоту в результате протекания экзотермических химических реакций и получить раскаленные продукты полного сгорания (дымовые газы) или продукты газификации.

В топках паровых котлов, в промышленных печах (кроме шахтных печей), в двигателях внутреннего сгорания, в камерах сгорания газовых турбин горение ведут с наибольшей полнотой, получая продукты полного сгорания.

Особенности и последовательность возникновения возгорания

Основы прекращения горения базируются на понимании пожара, как совокупности реакций, сопровождающихся выделением света, посредством образования пламени, и тепла. Пожар зарождается и распространяется не мгновенно, а постепенно:

• источник тепла или огня воздействует на вещества и нагревает их до температуры горения;
• происходит активация нагреваемого или находящегося в соприкосновении с огнем предмета;
• затем начинается испарение, формирование аэрозольных составов из твердых частиц и газов – результата термических процессов;
• когда сформированные продукты достигают пороговых показателей деструкции, они готовы к экзотермической трансформации, начинается интенсивная стадия – появления непосредственного огня;
• пламя захватывает окружающее пространство, вызывая в нем те же процессы, и, когда их скорость становится тождественной очагу возгорания, формируется термодинамическая система.

Комплекс необходимых мер пожаротушения

Способов прекращения или снижения эффективности горения несколько, каждый из них предполагает устранение одного из провоцирующих факторов:

• Охлаждение горячих веществ или очага возгорания. В этом случае используют огнетушащие охлаждающие среды: вода, растворы, углекислота в твердой форме и другие. Это основной способ. Возможен вариант механического размешивания горючих жидкостей для прекращения пожара. Эффективен прием демонтажа с последующей обработкой частей огнетушащими веществами.
• Снижение концентрации горючих веществ негорючими материалами. Разбавление воздуха в зоне возгорания негорючими газовыми средами: выхлопные газы, азот, углекислота, водяной пар и другие. В ситуации возгорания твердых материалов, на их поверхность целесообразно нанести воды или углекислоту, то есть негорючие вещества.
• Изоляция горючих материалов от очага возгорания. На поверхность наносятся изолирующие материалы с низким классом горючести или НГ: земля, песок, войлок, флюсы и прочее. Основы прекращения горения предлагают и другие действенные методы: срыв огня, водяные завесы в проемах, взрыв для формирования изоляции и другие меры преграждения и защиты.
• Химическое купирование реакции. В последние годы химия дает пожарным массу фундаментальных инновационных средств пожаротушения. Подача к месту возгорания ингибиторов, это могут быть различные порошки и фреоны. Второй вариант – это распыление в воздухе зоны пожара бромэтиловой эмульсии.

Кислород был открыт в первых годах 1770-х. Совершили открытие К. Шееле и Дж. Пристли. До этого события существовала теория флогистона, которая утверждала, что тела, подвергающиеся процессу горения, обладают особым началом «флогистоном». Спустя пять лет — в 1775 г., Лавуазье доказал, что горючее вещество не обладает такими элементами, а только присоединяет к себе кислородные молекулы, черпаемые из воздуха.

Буркеном и Шуманном в 1928 году была рассмотрена задача о явлении диффузионного пламени. Они показали, что при наличии скорости сгорания веществ, участвующих в реакции, выше скорости подвода реагентов, поставляемых диффузией, зона горения становится тонкой до бесконечности. Это значит, что в такой области процессов происходит автоматическое установление стехиометрического соотношения между веществами, отвечающими за окисление, и горючими материалами. Максимальные температурные показатели приближаются к адиабатическим.

Теория горения в своем современном виде началась с трудов Н.Н. Семенова, который изучал явление теплового взрыва. Это произошло в 1920 году. Через восемнадцать лет, в 1938 году, Д.А. Франком-Каменецким была развита теория тепловых взрывов.

Что такое горение твердого топлива? Чаще всего это процесс окисления веществ, используемых в различных снарядах и патронах. Например, это может быть артиллерийский или реактивный снаряд. Другое применение находит себя в конструировании и эксплуатации межконтинентальных ракет баллистического типа. Многоразовые шаттлы выводятся на орбиту Земли посредством применения ускорителей, основанных на твердом топливе.

Те вещества, что используются в качестве топлива для ракет, делятся на две формы: смесевую и баллиститную. В первом случае разделение горючего вещества и окислителя не наблюдается, а сгорание происходит послойным способом. Их именуют гомогенным порохом. Главный компонент – это нитроцеллюлоза, которую добывают путем желатинизации в толще нитроглицерина.

Причины возникновения пожаров

В быту, на производстве, в административных зданиях, могут возникать по самым разным причинам, являющимся следствием социальной, техногенной или природной основу.

• Одна из наиболее частых причин – человеческий фактор. Очень часто люди при использовании огня на природе, дома действуют очень легкомысленно.
• Не аккуратность, не внимательность при работе с электрооборудованием, бытовыми приборами.
• Самовозгорание, которое может иметь природную причину или быть следствием нарушения техники безопасности, например, при работе с горючими, легковоспламеняющимися веществами.
• Взрывы газов, других взрывоопасных веществ.
• Природные причины, например, молния.
• Поджог.
• Использование устаревшего, изношенного, поврежденного оборудования.
• Пренебрежение самыми элементарными нормами пожарной безопасности.

• Нарушения при монтаже отопительного, электрического, газового оборудования.
• Безответственное отношение к использованию открытого огня: курение в постели, непогашенный окурок, неправильное обращение с огнем в процессе приготовления пищи.
• Использование электрических бытовых приборов иностранного производства, не адаптированных к работе российских электросетей.
• Короткое замыкание в результате неисправности в электропроводке.
• Несоблюдение техники безопасности при использовании электрических приборов, в том числе утюга, чайника, сварочного, строительного электрооборудования.
• Недосмотр за маленькими детьми.

Наиболее популярным охлаждающим пожаротушащим веществом является обычная вода. Ее уровень теплоемкости позволяет достаточно эффективно бороться с возгораниями различных типов, однако, существуют случаи, при которых тушение водой неуместно.

В качестве примера можно привести возгорания топлива или других химических веществ. Благодаря своим химическим свойствам вода достаточно успешно отбирает у горящего материала или вещества тепло, что препятствует дальнейшему развитию пожара.

Помимо воды в качестве теплоизолирующего вещества применяется диоксид углерода. Это вещество в твердом виде эффективно практически для всех возгораний, за исключением применения возгораний таких элементов как калий, натрий или магний.

Стоит учесть тот факт, что использование твердого диоксида углерода не предусматривает намокание материальных ценностей, а также это вещество не проводит электрический ток. Поэтому он успешно применяется при тушении возгораний на электрогенерирующих объектах, в офисных помещениях, архивах, музеях.

Для возникновения горения необходимо наличие:

горючего вещества;

окислителя;

источника воспламенения.

Но и в этом случае горение будет возможным, если горючее вещество и кислород или другой окислитель находятся в определенном количественном соотношении, а тепловой импульс имеет запас тепла, достаточный для нагревания веществ до температуры его воспламенения.

Если мало горючего вещества в смеси с воздухом или мало кислорода (менее 14-16% ), процесс горения не начинается.

Горение может быть вызвано непосредственным воздействием на горючее вещество открытого пламени или накаленного тепла, слабым, но беспрерывным и продолжительным нагреванием горючего вещества, самовозгоранием, химической энергией, механической энергией (трение, удар, давление), лучистой энергией тепла, нагретым до высоких температур воздухом и т.д.

Следовательно, следует различать условия, необходимые для возникновения горения и условия необходимые для протекания процесса горения.

До открытия кислорода в начале 1770-х годов Карлом Шееле и Джозефом Пристли считалось, что все тела, способные гореть, содержат особое начало, «флогистон», которое в процессе горения выделяется из тела, оставляя золу. В 1775 году Лавуазье показал, что напротив, к горючему веществу при горении присоединяется кислород воздуха, а в 1783 году Лавуазье и Лаплас обнаружили, что продукт горения водорода — чистая вода. Эти открытия заложили основу современных научных взглядов на природу горения.

Следующий шаг в развитии основ теории горения связан с работами Малляра и Ле Шателье и В. А. Михельсона, выполненными в 1880-е годы. В 1890 году Михельсон опубликовал работу о распространении пламени в трубах и предложил теорию горелки Бунзена.

В 1928 году Бурке и Шуманн рассмотрели задачу о диффузионном пламени и показали, что когда скорость сгорания реагентов в химической реакции много больше скорости подвода реагентов посредством диффузии, зону реакции можно считать бесконечно тонкой, при этом в ней автоматически устанавливается стехиометрическое соотношение между окислителем и горючим, а максимальная температура в зоне реакции близка к адиабатической температуре горения.

Современная теория горения ведёт начало от работ Н. Н. Семёнова по тепловому взрыву, выполненных в 1920-е годы. Основанный Н. Н. Семёновым в 1931 году Институт химической физики стал ведущим научным центром по химической физике и горению. В 1938 году Д. А. Франк-Каменецкий развил теорию теплового взрыва, и, вместе с Я. Б. Зельдовичем, — теорию распространения ламинарного пламени в предварительно перемешанных смесях.

В том же 1938 году в опытах А. Ф. Беляева было показано, что горение летучих взрывчатых веществ происходит в газовой фазе. Таким образом, вопрос о скорости горения таких веществ был сведён к вопросу о скорости горения в газовой фазе, и в 1942 году Я. Б. Зельдович развил теорию горения конденсированных веществ, основанную на теории распространения пламени в газе.

В 1940-е годы Я. Б. Зельдович развивает теорию детонации, которая была названа моделью ZND — по имени Зельдовича, Неймана и Дёринга, так как независимо от него к схожим результатам пришли фон Нейман и Дёринг.

Все эти работы стали классическими в теории горения.

Сущность процесса горения

Одним из первых химических явлений, с которым человечество познакомилось на заре своего существования, было горение. Вначале оно использовалось для приготовления пищи и обогрева, и лишь через тысячелетия человек научился использовать его для преобразования энергии химической реакции в механическую, электрическую и другие виды энергии.

Горение — это химическая реакция окисления, сопровождающаяся выделением большого количества тепла и свечением. В печах, двигателях внутреннего сгорания, на пожарах всегда наблюдается процесс горения, в котором участвуют какие-либо горючие вещества и кислород воздуха. Между ними протекает реакция соединения, в результате которой выделяется тепло и продукты реакции нагреваются до свечения. Так горят нефтепродукты, дерево, торф и многие другие вещества.

Однако процесс горения может сопровождать не только реакции соединения горючего вещества с кислородом воздуха, но и другие химические реакции, связанные со значительным выделением тепла. Водород, фосфор, ацетилен и другие вещества горят, например, в хлоре; медь — в парах серы, магний — в углекислом газе. Сжатый ацетилен хлористый азот и ряд других веществ способны взрываться. В процессе взрыва происходит разложение веществ с выделением тепла и образованием пламени. Таким образом, процесс горения является результатом реакций соединения и разложения веществ.

Особенности горения жидкого топлива

Основным жидким топливом, используемым в настоящее время, является мазут. В установках небольшой мощности используется также печное топливо, представляющее собой смесь технического керосина со смолами. Наибольшее практическое применение имеет метод сжигания жидкого топлива в распыленном состоянии. Распыление топлива позволяет значительно ускорить его сгорание и получить высокие тепловые напряжения объемов топочных камер вследствие увеличения площади поверхности контакта топлива с окислителем.

Температура кипения жидких топлив всегда ниже температуры их самовоспламенения, т. е. той минимальной температуры среды, начиная с которой топливо воспламеняется и затем горит без постороннего теплового источника. Эта температура выше, чем температура воспламенения, при которой топливо горит только в присутствии постороннего источника зажигания (искры, раскаленной спирали и т. п.). Из-за этого при наличии окислителя горение жидких топлив возможно лишь в парообразном состоянии. Это обстоятельство является главным для понимания механизма процесса горения жидкого топлива.

Процесс сжигания жидкого топлива включает следующие этапы: 1 — пульверизации (распыливания) при помощи форсунок; 2 — испарения и термического разложения топлива; 3 — смешения полученных продуктов с воздухом; 4 — воспламенения смеси; 5 — собственно горения.

Цель пульверизации заключается в увеличении поверхности соприкосновения жидкости с воздухом и газами. Поверхность при этом возрастает в несколько тысяч раз. За счет сильного излучения горящего факела капельки очень быстро испаряются и подвергаются термическому разложению (крекингу).

Капля жидкого топлива, попавшая в нагретый объем, температура которого выше температуры самовоспламенения, начинает частично испаряться. Пары топлива смешиваются с воздухом, и образуется паровоздушная смесь. Воспламенение происходит в тот момент, когда концентрация паров в смеси достигнет величины, превышающей ее значение на нижнем концентрационном пределе воспламенения. Горение затем поддерживается самопроизвольно за счет теплоты, получаемой каплей от сжигания горючей смеси. Начиная с момента воспламенения скорость процесса испарения, возрастает, так как температура горения горючей паро-воздушной смеси значительно превышает начальную температуру объема, куда вводится распыленное топливо.

Таким образом, горение жидкого топлива характеризуется двумя взаимосвязанными процессами: испарением топлива вследствие выделения теплоты от горящей паро-воздушной смеси и собственно горением этой смеси около поверхности капли. Гомогенное горение паровоздушной смеси — это химический процесс, а процесс испарения является по своей природе физическим. Результирующая скорость и время горения жидкого топлива будут определяться интенсивностью протекания физического или химического процесса.

При сжигании жидкого топлива факел состоит из трех фаз: 1 — жидкой; 2 — твердой (дисперсный углерод от разложения жидких углеводородов); 3 — газообразной.

Скорость горения, как и при сжигании горючих газов, зависит от условий смесеобразования, степени предварительной аэрации, степени турбулентности факела, температуры камеры сгорания и условий развития факела. Высокомолекулярные углеводородные газы, разлагаясь при высоких температурах на простые соединения, выделяют сажистый углерод, размеры частичек которого очень малы (~ 0,3 мкм). Эти частицы, раскаляясь, обеспечивают свечение пламени. Можно снизить светимость пламени тяжелых углеводородов. Для этого следует осуществить частичное предварительное смешение, т. е. подать в форсунку некоторое количество воздуха. Кислород изменяет характер разложения органических молекул: углерод выделяется не в твердом виде, а в виде окиси углерода, горящей синеватым прозрачным пламенем.

Если скорость сгорания образующихся паров значительно превышает скорость испарения топлива, то за скорость горения принимают скорость испарения и тогда τгор = τфиз + τхим.

В противном случае, когда скорость химического взаимодействия паров с окислителем значительно ниже скорости испарения топлива, интенсивность процесса сжигания будет целиком зависеть от скорости протекания химических реакций горения паро-воздушной смеси и испарение капли — наиболее длительная стадия горения жидкого топлива. Поэтому для успешного и экономичного сжигания жидкого топлива необходимо увеличивать дисперсность распыления.

Похожие записи:

• О налоговых вопросах материальной благотворительной помощи
• Предварительный договор купли-продажи квартиры – Образец, бланк 2022 года
• Какие документы нужны для оформления и получения визы