Теория горения и взрыва

Температура жидкости, при которой над поверхностью создается концентрация насыщенного пара, равная верхнему концентрационному пределу воспламенения, называется верхним температурным пределом воспламенения (ВТПВ).

Температурные пределы могут быть рассчитаны.

Вычисляют температурные пределы следующим образом.

Определяют давление паров Рн и Рв вещества, соответствующего нижнему и верхнему концентрационным пределам паров в воздухе

Если Р.= 101080 Па, то Рн =1010Сн и Рв = 1010Сн, где Рн и Рв — экспериментальные значения нижнего и верхнего концентрационных пределов воспламенения паров в воздухе, % (об.).По найденным значениям Рн и Рв вычисляют температурные пределы воспламенения, используя приведенные выше формулы и табличные данные зависимости давления пара от температуры.

Температура вспышки.— самая низкая температура (в условиях специальных испытаний) вещества, при которой над поверхностью его образуются пары и газы, способные вспыхивать в воздухе от источника зажигания, но скорость образования еще недостаточна для последующего горения.

Жидкости, способные гореть, делятся на легко воспламеняющиеся ЛВЖ и горючие ГЖ. ЛВЖ — это жидкости, имеющие температуру вспышки не выше 61 °С (в закрытом тигле) или 65°С (в открытом тигле). ГЖ — это жидкости, имеющие температуру вспышки выше 61 °С (в закрытом тигле) или 66 0С (в открытом тигле).

В соответствии с международными рекомендациями легко воспламеняющиеся жидкости делятся на три разряда:

I разряд — особо  опасные ЛВЖ, к ним относятся легко воспламеняющиеся жидкости с температурой вспышки от –18 °С и ниже в закрытом тигле или от –13 °С и ниже в открытом тигле;

II  разряд —  постоянно опасные ЛВЖ, к ним относятся легко воспламеняющиеся    жидкости с температурой вспышки выше —18 °С до 23 °С в закрытом тигле или выше —13 до 27 °С в открытом тигле;

III  разряд —  ЛВЖ опасные при повышенной температуре воздуха, к ним относятся легко воспламеняющиеся жидкости с температурой вспышки выше 23 до 61 °С в    закрытом тигле или выше 27 до 66 °С в открытом тигле. При смешении горючих жидкостей  с водой или четыреххлористым углеродом давление горючих паров  при той же температуре  понижается, что приводит к повышению температуры вспышки. Практика пожаротушения  показывает, что горение хорошо  растворимых в воде жидкостей  прекращается, когда концентрация  горючей жидкости  достигает  10-25%.С повышением температуры жидкости скорость испарения увеличивается  и при определенной  температуре  достигает такой величины, что  раз подожженная смесь продолжает гореть  после удаления  источника воспламенения. Такую температуру жидкости принято называть температурой воспламенения. Для ЛВЖ она отличается на 1-5 оС от температуры вспышки, а для ГЖ – на 30—35°С. При температуре воспламенения жидкостей устанавливается постоянный (стационарный) процесс горения.

 

 

 

 

 

 

Вопрос 34. Процесс горения жидкостей. Скорость выгорания.

Взаимодействие горючих паров с кислородом воздуха происходит в зоне горения, в которую непрерывно должны поступать горючие пары и воздух. Это возможно, если жидкость будет получать определенное количество тепла, необходимое для испарения. Тепло в процессе горения поступает только из зоны горения(пламени), где оно непрерывно выделяется. Тепло из зоны горения к поверхности жидкости передаётся излучением. Передача тепла теплопроводностью невозможна, т.к. скорость движения паров от поверхности жидкости к зоне горения больше скорости передачи тепла по ним от  зоны горения жидкости. Передача тепла конвенцией также невозможна, так как поток паров в объёме пламени направлен от поверхности менее нагретой(жидкость) к более нагретой. Количество тепла ,излучаемое пламенем, зависит от его степени черноты и температуры. Степень черноты определяется концентрацией углерода, выделяющегося в пламени жидкости при горении жидкости. В установившемся процессе горения ( при постоянной температуре пламени) наблюдается равновесие между количеством сгоревшего в зоне горения(пламени) вещества и массой пара , поступающего в пламя.

Это определяет постоянную скорость испарения и , следовательно, выгорание жидкости в течение всего процесса горения.

 

 

 

 

 

 

 

 

Вопрос 36. Прогрев жидкостей при горении. Вскипание. Выброс.

Во время горения часть тепла, поступающего из пламени, расходуется на нагревание жидкости. Естественно, что верхний слой горящей жидкости нагревается до более высокой температуры, чем нижележащие слои.   Температура верхнего слоя жидкости с течением времени повышается, причем наиболее быстрое изменение  температуры наблюдается в начальный период.

 По  истечении начального  периода времени  (10 мин)  в слое  жидкости устанавливается мало  изменяющееся во времени распределение  температуры. Характер  распределения  температуры зависит от рода  жидкости  и условий горения. При горении сложных по составу жидкостей — нефти и продуктов ее переработки — температура на поверхности равна средней температуре кипения, определяемой по кривой разгонки топлива.

Распределение температуры в глубину не одинаково для различных жидкостей.

Вскипание и выбросы в процессе горения жидкостей представляют большую опасность, так как внезапно выброшенная горящая жидкость может покрыть большую площадь вблизи очага горения вместе с находящимися на ней людьми, строениями и пожарной техникой. Известны случаи, когда десятки тонн нефти выбрасывались на расстояние несколько десятков метров от очага горения. Однако выброс, имеющий характер  сильного взрыва, — явление  сравнительно редкое. Чаще бывает более  или менее спокойное переливание нефти через борт резервуара, так называемое вскипание  жидкости. Установлено, что выбросов и вскипания  не происходит при горении таких продуктов переработки   нефти,   как керосин, дизельное топливо, бензин. Возможно, что явление вскипания и выброса тесно связано с наличием воды, которая всегда содержится в том или ином количестве в самой нефти и на дне резервуара. Исследования показали, что выброс и вскипание обусловлены особым характером прогревания сырой нефти и влажного мазута и возникающим при этом процессом кипения перегретой воды.

Перегретая жидкость-тщательно освобождённая от воздуха, нагретая до 200 градусов, не вызывая кипения. Данное состояние неустоичиво.

 

 

 

 

 

Вопрос 37. Свойства, определяющие пожароопасность пылей.

Многие технологические процессы, связанные с получением или переработкой пылевидных материалов, являются пожаро- и взрывоопасными. Взрывы промышленных пылей представляют большую опасность, так как часто влекут за собой не только большие материальные убытки, но и гибель людей.

Пыль — это дисперсная система, состоящая из газообразной дисперсионной среды и твердой дисперсной фазы. Пыли по общей классификации коллоидно-дисперсных систем относятся к аэрозолям, в которых дисперсионной средой является воздух, а дисперсной фазой — твердое вещество в раздробленном состоянии (с частицами размером менее 100 мкм).

Пыль может образовываться при механическом измельчении твердых тел, а также при получении порошкообразных и пылеобразных веществ методами кристаллизации и сублимации; может находиться в осевшем и во взвешенном состоянии. Осевшая пыль называется аэрогелем (пыль — гель). Пыль, находящаяся во взвешенном в воздухе состоянии, называется аэрозолем (пыль — аэровзвесь). Аэрогели и аэровзвеси являются гетерогенными системами. Однако аэровзвеси по своим свойствам занимают промежуточное место между аэрогелями и гомогенными газо- и паровоздушными смесями. Аэровзвеси сходны с аэрогелями тем, что   обе эти системы являются гетерогенными, дисперсными системами с одинаковой твердой фазой и поведение их определяется физико-химическими свойствами твердой фазы. С газо- и паровоздушными смесями аэровзвеси сходны тем, что горение большинства из них протекает в виде взрыва, поэтому аэровзвеси, как и газовоздушные смеси, характеризуются многими однотипными параметрами. Горение аэрогелей протекает аналогично горению твердых веществ. Поэтому аэровзвеси более пожаро-взрывоопасны, чем аэрогели.

Дисперсность. Дисперсностью называется степень измельченности частичек пыли.

Величина п называется степенью дисперсности. Степень дисперсности — это величина обратная диаметру пылинки. Чем больше степень дисперсности, тем меньше диаметр пылинок. Для частиц неправильной формы вводится понятие эквивалентного диаметра. Это диаметр шара, имеющего объем, равный объему средней частицы пыли. Средний диаметр характеризует полидисперсную пыль

Величина удельной поверхности частицы So прямо пропорциональна степени дисперсности.

Химическая активность- способность пыли вступать в реакции с различными веществами, в том числе и в реакции окисления и горения. Химическая активность пыли определяется природой вещества, из которого она образована (качественный и количественный состав и строение молекул вещества), и в большой степени зависит от ее дисперсности.

Адсорбционная способность. Твердые частицы пыли способны адсорбировать окружающие пары и газы. Адсорбцией называется поглощение паров и газов поверхностью вещества. Различают физическую и химическую адсорбцию. Физическая адсорбция протекает за счет сил межмолекулярного взаимодействия (сил Ван-дер-Ваальса). Физическая адсорбция протекает самопроизвольно, и адсорбируемые пары и газы стремятся полностью занять всю поверхность каждой пылинки.

Величина адсорбированных пылинкой паров и газов, зависит от поверхности пылинки и величины дипольного момента молекул адсорбируемых газов и самого твердого вещества, из которого образовалась пыль. Вещества пористой структуры обладают более высокой адсорбционной способностью. Помимо физической адсорбции на поверхности пылинок протекает хемосорбция — поверхностная химическая  реакция паров и газов адсорбируемого вещества с поверхностью твердой пылинки. Хемосорбция основывается на силах валентных и координационных связей.

Склонность пыли к электризации. При размоле твердых веществ, транспортировании их по пылепроводам и при движении пыли по воздуху пылинки способны электризоваться: Электризацией называется способность пыли приобретать заряды статического электричества. Электризация пылинок происходит: в результате адсорбции ионов газов из воздуха, где пыль находится во взвешенном состоянии; при трении пыли о твердую поверхность или о воздух; при дроблении и измельчении твердого вещества.

 

Пожарная опасность аэрогелей характеризуется температурой воспламенения, температурой самовоспламенения, температурой самонагревания, которая определяет склонность пыли к самовозгоранию.

Температура воспламенения аэрогеля — это та наинизшая температура, при которой пыль, окисляясь и разлагаясь, выделяет достаточное для воспламенения от источника зажигания количество газообразных и парообразных продуктов. При этом горение их продолжается после удаления источника зажигания. Для аэрогелей важным параметром является температура тления. В процессе нагрева пыли при определенной температуре образуются на некоторых участках обугленные продукты реакции, которые при дальнейшем нагревании переходят в пирофорное состояние и самопроизвольно накаляются до свечения (пыль начинает тлеть).

температурой тления называется наинизшая температура разогрева пыли—геля, при которой на отдельных участках ее появляется тление.

Температура самовоспламенения пыли—геля тоже является весьма важным параметром, характеризующим ее пожарную опасность. Это та наинизшая температура нагрева пыли, при которой резко ускоряются экзотермические реакции, приводящие к пламенному горению. Чем ниже температура самовоспламенения, тем более опасна пыль. Величина температуры самовоспламенения зависит от измельченности пыли. Чем выше степень дисперсности пыли, тем ниже температура самовоспламенения.  

 

 

 

 

 

Вопрос 38. Горение аэровзвесей.

Аэровзвеси воспламеняются и горят аналогично газовоздушным смесям. Поэтому их пожарная опасность характеризуется такими же параметрами, как и газовоздушные смеси: нижним концентрационным пределом воспламенения, минимальным взрывоопасным содержанием кислорода, минимальной энергией зажигания, максимальным давлением взрыва и скоростью нарастания давления. Скорость распространения фронта пламени обратно пропорциональна диаметру частиц аэровзвеси. Давление при взрыве и скорость его нарастания уменьшаются с увеличением размера пылинок. При крупности пылинок 40—50 мкм нижний концентрационный предел  воспламенения  и скорость распространения пламени мало зависят от диаметра,  но с увеличением   крупности частиц резко возрастает нижний  концентрационный  предел воспламенения и уменьшается  скорость распространения  пламени. Давление, возникающее при взрыве аэровзвеси,   сопровождается волной сжатия, скорость распространения которой в окружающей среде может изменяться от нескольких сантиметров в секунду до нескольких   сотен метров в секунду. Быстрое нарастание давления взрыва является в большинстве случаев достаточным для разрушения и повреждения оборудования.

 

 

 

 

 

 

Вопрос 39. Пределы воспламенения аэровзвесей.

Для быстрого протекания  реакции  горения   должны быть обеспечены следующие условия:

• необходимое для теплообмена сближение диспергированных частиц;
• выделение за индукционный период достаточного количества горючих газов, окутывающих газовой пленкой каждую частицу;
• ускорение тепловыделения от начала развития реакции окисления до критического его значения, при котором начинается самовозгорание вследствие превышения тепловыделения над теплоотдачей в окружающую среду. Горение аэровзвеси возникает в результате воспламенения от высокотемпературного источника зажигания. Воспламенение и распространение пламени по всему объему аэровзвеси происходит только в том случае, если ее концентрация находится в диапазоне концентрационных пределов воспламенения. Наименьшая концентрация пыли в воздухе (в г/м3 или кг/м3), при которой смесь способна воспламеняться от постороннего источника зажигания с последующим распространением пламени на весь объем смеси, называется нижним концентрационным пределом воспламенения аэровзвеси (НКПВ).

 

Мощность источника зажигания. Определяется числом активных центров, образуемых при его воздействии в единицу времени на еденице поверхности пыли.

Способность аэровзвеси воспламеняться с распространением пламени по всей массе зависит во многом от температуры источника зажигания и размера его нагретой поверхности, соприкасающейся с частицами аэровзвеси. Наименьший нижний концентрационный предел воспламенения пыли будет достигнут при воздействии того источника зажигания, который имеет наиболее высокую температуру и большую поверхность. Наиболее низкие значения НКПВ получаются при воспламенении пыли более мощным источником зажигания — накаленным телом (спираль из платиновой проволоки).