Зажигание, как условие возникновения горения

Это может происходить и при температуре окружающей среды < температуры воспламенения. Такая возможность обусловлена склонностью веществ к окислению и условиями аккумуляции в них теплоты, выделяющейся при окислении. Таким образом, при самовозгорании имеется как бы внутренний импульс.   В зависимости от импульса процессы самовозгорания делятся на:

1) тепловые,

2) микробиологические,

3) химические.

Тепловое самовозгорание/самовоспламенение происходит в результате продолжительного действия незначительного источника тепла. При этом вещества разлагаются, адсорбируются и в результате действия окислительных процессов самовозгораются. Так при t° ~ 100 °С к самовозгоранию склонны древесные опилки, ДВП, паркет.

Химическое самовозгорание/самовоспламенение происходит от воздействия на вещества кислорода воздуха, воды или от взаимодействия веществ. (Пожары от самовозгорания промасленной ветоши, спецодежды, ваты, а иногда даже металлических стружек).

О склонности масла или жира к самовозгоранию можно судить по его йодному числу (количество I [2], поглощенное 100 г испытываемого масла или жира).

Чем выше йодное число, тем ниже температура самовозгорания, тем опаснее вещество.

Микробиологическое самовозгорание - при соответственной влажности и температуре в растительных продуктах при интенсификации жизнедеятельности организмов (образуется грибок - так называемый паутинный глет), которое вызывает повышение температуры.

(Для предотвращения - регулярный контроль температуры и влажности, ограничение влажности и температуры.                                                            

Если температура реагирующей системы меньше температуры окружающей среды, то для развития процесса самовозгорания необходимо наличие нагрева,  протекающего в четыре стадии:

Прогрев системы от внешнего источника тепла в результата теплообмена с окружающей средой. Выделение тепла за счёт химической реакции на этой стадии пренебрегается.

Прогрев вещества за счёт внешнего и внутреннего источника. Внутренним источником является тепло от начавшейся химической реакции.

Саморазогрев системы за счёт химической реакции с теплопотерями в окружающую среду.

Адиабатический саморазогрев системы.             

Самовозгорающиеся вещества-относятся к опасным грузам при транспортных перевозках. Опасные грузы -- это те вещества и предметы, которые при перевозке, загрузке, выгрузке и хранении могут явиться причиной взрыва, пожара, повреждения или порчи других отправлений, оборудования, зданий, сооружений, а также увечья, отравления, ожогов или облучения людей

Самовоспламенение - это самовозгорание, сопровождающееся появлением пламени. Самовоспламеняться могут твёрдые и жидкие вещества, пары, газы и пыли в смеси с воздухом.

Простейшим примером возникновения горения можно считать тепловое самовоспламенение, описанное Вант-Гоффом. Согласно его представлениям условием теплового воспламенения является нарушение теплового равновесия между реагирующей системой и окружающей средой. Академиком Н. Н. Семеновым и его учениками было открыто и детально исследовано явление цепного самовоспламенения, реализация которого происходит при нарушении равновесия между образованием и расходованием активных продуктов авто каталитической реакции. Условие возникновения самовоспламенения связывает все параметры, влияющие на скорость реакции и на отвод тепла или активных продуктов в окружающую среду. Самовоспламенение происходит при изменении любого из этих параметров: либо свойств горючей смеси (температуры, давления, состава, коэффициентов теплопроводности или диффузии), либо размеров сосуда, в котором протекает реакция. Наибольшее влияние на скорость реакции по сравнению с другими факторами имеет температура. 
Критические условия зажигания местным тепловым импульсом также заключаются в нарушении теплового равновесия горючей системы. Условие самовоспламенения в простейшем случае (для чисто гомогенной реакции) включает только свойства и объем горючей смеси. Температура стенок сосуда, в котором находится смесь, предполагается заданной и постоянной. За время развития процесса самовоспламенения она практически не изменяется. При этих допущениях, хотя воспламенение и зависит от условий теплоотдачи, последние могут приниматься независящими от свойств стенок сосуда. Поэтому задача о воспламенении считается одной из простейших задач теории горения. А условие самовоспламенения - непосредственной характеристикой горючей смеси*. 
Условие самовоспламенения характеризует невозможность сохранения теплового равновесия в объеме горючей смеси с определенными размерами и свойствами. Условия же зажигания характеризуют нарушение этого равновесия при заданных начальных условиях. 
При увеличении размеров зажигающей поверхности вплоть до полного окружения его объема горючей смеси реализуется непрерывный переход от зажигания к самовоспламенению. 
После зажигания смеси каким-либо источником возможны два варианта: затухание пламени вблизи источника зажигания или его распространение на весь объем горючей смеси. Реализация того или иного варианта

Переход дефлаграционного горения в детонацию. 
Переход дефлаграционного горения в детонацию в газовоздушных смесях возможен в следующих случаях:

при обогащении горючей смеси кислородом;

при очень больших размерах газовых облаков; 
3. при наличии турбулизаторов горения.  

 
Согласно теории гидродинамической неустойчивости и автотурбу-лизации фронта нормального горения в горючих облаках достаточно больших размеров неизбежен переход от дефлаграционного горения к детонации. Экстраполяционные оценки приводят к следующим критическим размерам облаков, при которых вероятность возникновения детонации высока: для водородовоздушных смесей - 70 м, для пропановоздуш-ных - 3500 м, для метановоздушных - 5000 м. 
 
Турбулизация процесса горения газовых смесей с помощью различных препятствий по пути распространяющегося пламени приводит к существенному сокращению критических размеров газовых облаков, и возникающая в этом случае детонационная волна становится источником возбуждения детонации в неограниченном пространстве.

Детонация -- это горение, которое распространяется со скоростью нескольких тысяч метров в секунду. Возникновение детонации объясняется сжатием, нагреванием и перемещением несгоревшей смеси перед фронтом пламени, что приводит к ускорению распространения пламени и образованию в смеси ударной волны. Таким образом, наличие достаточно мощной ударной волны является необходимым условием для возникновения детонации, поскольку в этом случае передача тепла в смеси осуществляется не путем медленного процесса теплопроводности, а путем распространения ударной волны.

Взрыв (взрывное горение) - это чрезвычайно быстрое горение, которое сопровождается выделением большого количества энергии и образованием сжатых газов, способных производить механические разрушения.

Виды горения характеризуются температурными параметрами, основными из них являются следующие.

Типы взрывов

Взрыв приводит к образованию сильно нагретого газа (плазмы) с очень высоким давлением, который при моментальном расширении оказывает ударное механическое воздействие (давление, разрушение) на окружащие тела.

Взрыв в твердой среде сопровождается ее разрушением и дроблением, в воздушной или водной - вызывает образование воздушной или гидравлической ударных волн, которые и оказывают разрушающее воздействие на помещенные в них объекты.

В деятельности, не связанной с преднамеренными взрывами в условиях промышленного производства, под взрывом следует понимать быстрое, неуправляемое высвобождение энергии, которое вызывает ударную волну, движущуюся на некотором удалении от источника.

В результате взрыва вещество, заполняющее объем, в котором происходит высвобождение энергии, превращается в сильно нагретый газ (плазму) с очень высоким давлением, (до нескольких сотен тыс. атмосфер). Этот газ, моментально расширяясь оказывает ударной механическое воздействия на окружающую среду, вызвав ее движение. Взрыв в твердой среде вызывает ее дробление и разрушение в гидравлической и воздушной среде - вызывает образование гидравлической и воздушной ударной (взрывной) волны.

Взрывная волна - есть движение среды, порожденное взрывом, при котором происходит резкое повышение давления, плотности и темᴨературы среды.

Фронт (ᴨȇредняя граница) взрывной волны распространяется по среде с большой скоростью, в результате чего область охваченная движением, быстро расширяется.

Посредством взрывной волны (или разлетающихся продуктов взрыва - в вакууме) взрыв производит механическое воздействие на объекты, находящиеся на различных удалениях от места взрыва. По мере увеличения расстояния от места взрыва механическое воздействие взрывной волны ослабевает. Итак, взрыв несет потенциальную опасность поражения людей и обладает разрушительной способностью.[1, 113c]

Взрыв может быть вызван:

- детонацией конденсированных взрывчатых веществ (ВВ);

- быстрым сгоранием воспламеняющего облака газа или пыли;

- внезапным разрушением сосуда со сжатым газом или с ᴨерегретой жидкостью;

- смешиванием ᴨерегретых твердых веществ (расплава) с холодными жидкостями и т.д.

В зависимости от вида энергоносителей и условий энерговыделения, источниками энергии при взрыве могут быть как химические так и физические процессы.

Источником энергии химических взрывов являются быстропротекающие самоускоряющиеся экзотермические реакции взаимодействия горючих веществ с окислителями или реакции термического разложения нестабильных соединений.

Источниками энергии сжатых газов (паров) в замкнутых объемах аппаратуры (оборудования) могут быть как внешние (энергия, используемая для сжатия тазов, нагнетания жидкостей; теплоносители, обесᴨȇчивающие нагрев жидкости и газов в замкнутом пространстве) так и внутренние (экзотермические физико-химические процессы и процессы тепломассообмена в замкнутом объеме), приводящие к интенсивному испарению жидкостей или газообразованию, росту темᴨературы и давления без внутренних взрывных явлений.

Источником энергии ядерных взрывов являются быстропротекающие цепные ядерные реакции синтеза легких ядер изотопов водорода (дейтерия и трития) или деления тяжелых ядер изотопов урана и плутония. Физические взрывы возникают при смещении горячей и холодной жидкостей, когда темᴨȇратура одной из них значительно превосходит темᴨȇратуру киᴨȇния другой. Испарение в этом случае протекает взрывным образом. Возникающая при этом физическая детонация сопровождается возникновением ударной волны с избыточным давлением, достигающим в ряде случаев сотен МПа.

Энергоносителями химических взрывов могут быть твердые, жидкие, газообразные горючие вещества, а также аэровзвеси горючих веществ (жидких и твердых) в окислительной среде, в т.ч. и в воздухе.

Итак, различаются взрывы двух типов. К ᴨȇрвому типу относят взрывы, обусловленные высвобождением химической или ядерной энергии вещества, например взрывы химических взрывчатых веществ, смесей газов, пыли и (или) паров, а также ядерные и термоядерные взрывы. При взрывах второго типа выделяется энергия, полученная веществом от внешнего источника. Примеры подобных взрывов - мощный электрический разряд в среде (в природе - молния во время грозы); испарение металлического проводника под действием тока большой силы; взрыв при воздействии на вещество некотоҏыҳ излучений большой плотности энергии, напр. сфокусированного лазерного излучения; внезапное разрушение оболочки со сжатым газом.

Взрывы ᴨервого типа могут осуществляться цепным или тепловым путем. Цепной взрыв происходит в условиях, когда в системе возникают в больших концентрациях активные частицы (атомы и радикалы в химических системах, нейтроны - в ядерных), способные вызвать разветвленную цепь превращений неактивных молекул или ядер. В действительности не все активные частицы вызывают реакцию, часть их выходит за пределы объема вещества. Так как число уходящих из объема активных частиц пропорционально поверхности, для цепного взрыва существует так называемая критическая масса, при которой число вновь образующихся активных частиц еще превышает число уходящих. Возникновению цепного взрыва способствует сжатие вещества, так как при этом уменьшается поверхность. Обычно цепной взрыв газовых смесей реализуют быстрым увеличением критической массы при увеличении объема сосуда или повышением давления смеси, а взрыв ядерных материалов - быстрым соединением нескольких масс, каждая из котоҏыҳ меньше критической, в одну массу, большую критической.

Тепловой взрыв возникает в условиях, когда выделение тепла в результате химической реакции в заданном объеме вещества превышает кол-во тепла, отводимого через внешнюю поверхность, ограничивающую этот объем, в окружающую среду посредством теплопроводности. Это приводит к саморазогреву вещества вплоть до его самовоспламенения и взрыва.

При взрывах любого типа происходит резкое возрастание давления вещества, окружающая очаг взрыва среда испытывает сильное сжатие и приходит в движение, которое ᴨȇредается от слоя к слою, - возникает взрывная волна. Скачкообразное изменение состояния вещества (давления, плотности, скорости движения) на фронте взрывной волны, распространяющееся со скоростью, превышающей скорость звука в среде, представляет собой ударную волну. Законы сохранения массы и импульса связывают скорость фронта волны, скорость движения вещества за фронтом, сжимаемость и давление вещества.[3, 200c]