Виды горения — это классификация физико-химического процесса в зависимости от характеристик его протекания.Деление на виды может производиться на основе анализа экзогенных и эндогенных характеристик.

Горение — это стремительно протекающая химическая реакция окисления, сопровождающаяся выделением тепла и свечением. Особенностью этого процесса является наличие цепной реакции распространения огня с ускорением и увеличением количества выделяемого тепла по мере вовлечения в процесс нового материала.

Для обеспечения горения необходимо наличие следующих факторов:

• окислителя (чаще всего это кислород);
• горючего вещества;
• возгорания.

Эти факторы можно разделить на две части: условия и стартовый механизм. К первым относятся:

• состояние среды;
• состояние материала.

Главным фактором среды является наличие такого количества окислителя, который мог бы достаточно долго поддерживать ускоряющуюся цепную реакцию окисления.

Материал должен быть горючим, то есть способным к окислению. К состоянию материала как фактору горения относится и его структура. Пористый материал горит лучше, потому что в нем созданы все условия для лучшего доступа окислителя на всех стадиях процесса.

Стартовый механизм — это возгорание, после которого начинается цепная реакция распространения пламени. Может быть экзогенным и эндогенным. Обычно стремительное окисление начинается от поджога, осуществляемого человеком или природными стихиями.

Человек преднамеренно или нечаянно резко поднимает температуру материала в какой-либо его части, формируя управляемое или неуправляемое (пожар) распространение пламени. Природные стихии — это любой источник высокой температуры. Обычно это вулканы, метеориты, разряды молнии.

Эндогенные причины возгорания — это переход окисления из медленной стадии в быструю. Обычно сам по себе огонь появляется при помещении большого количества горючего материала в среду со значительным содержанием окислителя. Ярким примером является самовозгорание угля или торфа, извлеченных из бескислородной среды на воздух.

Существует еще теория самовозгорания органики при активном действии разлагающих микроорганизмов. Ее суть состоит в том, что бактерии или грибы, разлагая много органики, могут повысить температуру, после чего появляется пламя.

Однако у этой теории есть один изъян: при повышении температуры до определенного предела микроорганизмы перегреваются и прекращают свою деятельность, после чего температура органики снижается. Кроме того, бактерии и грибы могут активно жить только во влажной среде, в которой возникновение пламени невозможно.

Максимальное повышение температуры в разлагающейся куче травы достигает +60°С. После этого бактерии или погибают, или впадают в анабиоз. Через какое-то время на смену перегревшимся микроорганизмам придут другие, но уже в остывшем субстрате.

Виды горения по скорости

Горение — это по определению высокая скорость распространения реакции окисления. Однако есть показатели и побольше. С этой точки зрения виды горения делятся на следующие:

• дефлаграционное — скорость около 10 м/с;
• взрывное — около100 м/с;
• детонационное — около 5000 м/с.

Дефлаграционное горение — это процесс, сопровождаемый передвижением пламени по всему материалу.

Взрыв — это процесс одновременного стремительного окисления всего горючего материала сразу. Обычно он происходит при возгорании очень мелкого и сильно горючего материала.

Детонация — это процесс, при котором распространяется ударная волна, инициирующая реакцию окисления. Последняя поддерживает движение первой за счет стремительно выделяющегося тепла. Ударная волна и экзотермические реакции развивают сверхзвуковую скорость, формируя детонацию.

Эту классификацию не стоит путать с видами пожаров. Понятие последнего произошло не совсем от физики и химии. Это оценка степени управляемости процесса. Горение дров в печке поддается контролю, поэтому это не пожар. В отличие от горения травы и деревьев в лесу.

Разновидности по признакам горючего материала

Конечной стадией горения является сгорание. Оно делится на полное и неполное. Первое — это образование продуктов, которые не являются больше горючим материалом. Обычно это вода, газообразные окислы и минерализованные твердые частицы (зола, пепел). Неполное сгорание происходит в условиях, препятствующих распространению огня. При этом образуются обугленные частички горючего материала.

Внешние условия и виды горения находятся в причинно-следственной взаимосвязи. Примером этого утверждения является деление видов по состоянию смесей.

1. Бедные горючие смеси. Это связь какого-либо материала с окислителем, в которой воспламеняющихся компонентов слишком мало для продолжительного процесса окисления. Иными словами, это такая смесь, в которой окислителя много, а гореть нечему. Возможно и обратное: материал горючий и его много, а окислителя слишком мало.
2. Богатые смеси. В них соотношение окислителя и горючего материала способствует возникновению устойчивого окисления с высокой температурой. В этой смеси есть чему гореть долго и с большим жаром. Главное, чтобы на этот процесс хватило окислителя.

В норме в воздухе содержится около 21% кислорода. Процесс горения стремительно меняет пропорции состава воздуха. Горение часто становится невозможным при снижении содержания кислорода до 14-18%. В этих неблагоприятных условиях гореть продолжают только некоторые вещества, например водород, этилен, ацетилен. При уменьшении количества кислорода менее 10% горение невозможно для всех смесей.

Процесс хоть и быстрый, но многофакторный. Это позволяет создавать большое количество таксонов и классификаций. Так что разнообразие видов горения зависит не только от среды и материала, но и от фантазии человека.

ГЛАВА 21. ГОРЕНИЕ И ВЗРЫВОПОЖАРООПАСНЫЕ СВОЙСТВА ВЕЩЕСТВ

Условия, необходимые для горения. Классификация видов горения

Мероприятия, при которых исключается возможность пожара и взрыва, в случае их возникновения предотвращается воздействие на людей опасных и вредных факторов пожара и взрыва и обеспечивается защита материальных ценностей, называют пожарной безопасностью.

Пожары и взрывы причиняют значительный материальный ущерб народному хозяйству и в ряде случаев вызывают тяжелые травмы, а иногда и гибель людей.

В Советском Союзе существует система государственных мер борьбы с огнем, которая осуществляется на стадии проектирования, строительства и эксплуатации зданий и сооружений.

В обычных условиях горение представляет собой процесс окисления (ли соединения горючего вещества и кислорода воздуха. Однако известно, что некоторые вещества, например сжатый ацетилен, хлористый азот, взрывчатые вещества, могут гореть, взрываться без кислорода с образованием тепла и пламени. Следовательно, горение может явиться результатом не только реакции соединения, но и разложения.

Горением называют быстро протекающую химическую реакцию, сопровождающуюся выделением большого количества тепла и обычно свечением. В зависимости от скорости процесса процесса горение может происходить в форме собственно гонения, взрыва и детонации.

Наибольшая скорость горения наблюдается в чистом кислороде,
наименьшая - при содержании в воздухе 14-15%(об.) кислорода,
При дальнейшем уменьшении содержания кислорода горение большей
части веществ прекращается. Оно происходит тем быстрее, чем больше
удельная поверхность веществ; при тщательном смешении горючего
вещества и кислорода (окислителя) увеличивается скорость горения.

Для возникновения и развития процесса горения обычно необходимы,
горючее, окислитель и источник загорания. Горение прекращается, если нарушить какое – либо из этих условий. Так при тушении горящего дере­ва водой происходит охлаждение его ниже температуры воспламенения, при тушении горючих жидкостей пенами прекращается поступление паров горючего в зону горения.

Химический состав горючего вещества и соотношение компонентов горючей смеси имеет важное значение для процесса горения.

Различают два вида горения- полное (при достаточном и избыточном количестве кислорода) и неполное (при недостатке кислорода). Горение может быть диффузионным и кинети­ческим.

Рис. 21.1. Диффузионное пламя:

a - распределение концентрации газов в пла­мени; 1 - горючий газ; 2 - продукты сгора­ния; 3- фронт (поверхность) пламени; б - схематический разрез пламени (4, 5, 6 - зоны диффузионного пламени)

Если кислород проникает в зону гонения вследствие диффузии, то обра­зующееся пламя называется диффузи­онным (рис. 21.1). В зоне 6 находятся газы или пары; горение в этой зоне не происходит (температура в ней не превышает 500°С). В зоне 5 пары или газы сгорают неполностью и частично восстанавливаются до углерода. В зоне 4 происходит полное сгорание продук­тов зоны 5 и наблюдается наиболее высокая температура пламени. Высота пламени обратно пропорциональна ко­эффициенту диффузии, который в свою очередь пропорционален температуре в степени от 0,5 до 1. Высота пламени возрастает с увеличением скорости по­тока газов и изменяется обратно про­порционально плотности газов и паров.

От диффузионного отличается пла­мя, образующееся при кинетическом

горении, т. е. заранее перемешанного горючего газа с воздухом. Это пламя при воспламенении какой-либо части объема горючей смеси пред­ставляет собой светящуюся зону, в которой соприкасаются друг с другом свежая смесь и продукты горения; зона горения всегда движется в сто­рону свежей горючей смеси, а фронт пламени имеет большей частью сферическую форму. При сгорании смеси горючих газов или паров с воздухом, подаваемых с определенной скоростью в зону горения, образуется стационарное пламя, имеющее форму конуса. Во внутрен­ней части конуса смесь подогревается до температуры воспламенения. В остальной части конуса происходит горение, характер которого за­висит от состава смеси. Если в смеси недостаточно кислорода, то во внешней части конуса происходит полное сгорание продуктов, образо­вавшихся при неполном горении во внутренней части конуса.

Таким образом, в пламени одновременно могут происходит процес­сы диффузионного горения и горения предварительно смешанных ком­понентов горючей смеси.

Следует различать также гомогенное и гетерогенное горение. Гомо­генным является горение газообразных веществ, гетерогенным - ве­ществ других агрегатных состояний. Гетерогенное горение является од­новременно и диффузионным.

Условия возникновения горения

Физической основой пожара является горение. По определению «горение - физико-химическое превращение, характеризующееся выделением тепла и света». Процесс горения может возникать как в реакциях соединения так и разложения. В общем случае для возникновения горения необходимо наличие горючего вещества, окислителя и источника воспламенения.

Окислителями в горении может быть кислород, находящийся в воздухе или в составе вещества, галогены, перекись водорода, азотная и серная кислоты, перманганат калия, хромовый ангидрид и другие соединения. Кроме того некоторые вещества горят в реакциях соединении, например, меди с серой, магния с углекислым газом. Группа веществ горит при взаимодействии с водой или ее парами. Сюда относятся щелочные, щелочноземельные металлы (калий, натрий и др.), гидриды, карбиды, фосфиды указанных металлов, низкомолекулярные металлоорганические соединения (триэтилбор, триэтилаллюминий) и другие.

Сгорание веществ может происходить также за счёт кислорода, находящегося в составе других веществ, способных его отдавать. Такими веществами являются азотная кислота , бертолетова соль , селитры , , , и др. Смеси этих окислителей с горючим веществом взаимодействуют с большой скоростью, часто со взрывом .

Источниками воспламенения являются – открытый огонь (пламя), искры (электрические, металла) и нагретые поверхности. Источник воспламенения должен иметь температуру выше температуры самовоспламенения горючей смеси и обладать энергией выше минимальной энергии зажигания. К обычным источникам относятся пламя спички (700 С), электрическая искра (1000 С), поверхность лампы накаливания (до 350 С).

Все вещества и материалы в зависимости от агрегатного состояния различают на:

газы-вещества, давление насыщенных паров которых при температуре 25 °С и давлении 101,3 жидкости-вещества, давление насыщенных паров которых при температуре 25°С и давлении 101,3 кПа меньше 101,3 кПа. К жидкостям относят также твердые плавящиеся вещества, температура плавления или каплепадения которых меньше 50 °С;

твердые вещества и материалы-индивидуальные вещества и их смесевые композиции с температурой плавления или каплепадения больше 50 °С, а также вещества, не имеющие температуру плавления (например, древесина, ткани и т. п.);

пыли-диспергированные твердые вещества и материалы с размером частиц менее 850 мкм.

Вид агрегатного состояния участвующих в горении веществ определяет механизм горения, который подразделяют на три типа:

Гомогенное горение газов и парообразных горючих в среде газообразного окислителя;

Гетерогенное горение твердых и жидких горючих веществ в среде газообразного окислителя;

Взрывчатое горение.

Горением – называют физико-химический процесс, для которого характерны три признака: химическое превращение, выделение тепла, излучение света

Основа горения – окислительно-восстановительная реакция горючего вещества с окислителем. Окислителями могут быть хлор, бром, сера, кислород, кислородосодержащие и другие вещества.

Однако чаще всего приходится иметь дело с горением в атмосфере воздуха, при этом окислителем является кислород воздушной среды.

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.

Условия протекания горения:

1. Количество кислорода в составе воздуха, поступающего в зону горения, будет не менее 14–16% , т.е. вещество и окислитель находятся в определенном количественном соотношении.

Температура зоны горения, которая является постоянным источником воспламенения и источником нагрева верхнего слоя горючего вещества, выше температуры его воспламенения.

3. Скорость диффузии горючих газов и паров (продуктов разложения вещества) в зону горения будет несколько выше скорости горения.

4. Количества излучаемого зоной горения тепла при горении вещества будет достаточно для нагрева поверхностного слоя до температуры его воспламенения.

Если одно из этих условий отсутствует, то процесса горения не будет.

Пожарной опасностью называется возможность возникновения или развития пожара, заключенная в каком-либо веществе, состоянии или процессе.

Из этого определения можно сделать вывод, что пожарную опасность представляют вещества и материалы, если они в силу своих свойств, благоприятствуют возникновению или развитию пожара. Такие вещества и материалы относятся к пожароопасным.

Классификация пожароопасных веществ

Пожароопасные вещества по способности к горению подразделяются на:

Трудногорючие;

Негорючие.

Горючими называются вещества, способные самостоятельно гореть после удаления источника зажигания. Горючие вещества в свою очередь разделяются на легковоспламеняющиеся и трудно воспламеняющиеся.

Легковоспламеняющимся веществом называется горючее вещество, способное воспламеняться от кратковременного воздействия пламени спички, искры и тому подобных источников зажигания с низкой энергией.

К ним относятся:

Горючие жидкости (ГЖ):

Анилин ГЖ;

этиленгликоль ГЖ;

моторные и трансформаторные масла ГЖ;

ацетон ЛВЖ;

бензин ЛВЖ;

бензол ЛВЖ;

диэтиловый эфир и др.

ГЖ – жидкость способная самостоятельно гореть после удаления источника зажигания и имеющая температуру вспышки выше 66 0 С .

ЛВЖ – ГЖ, имеющая температуру вспышки не выше 66 0 С.

Горючие газы (ГГ):

пропан и др.

ГГ – газ способный образовывать с воздухом воспламеняемые и взрывоопасные смеси при температурах не выше 55 0 С .

Горючие вещества:

целлулоид;

полистирол;

нафталин;

древесная стружка;

бумага и т.д.

Трудно воспламеняющимися веществами называются горючие вещества, способные воспламеняться только под воздействием мощного источника зажигания.

К ним относятся:

гетинакс;

полихлорвиниловая плитка;

древесина.

Трудно горючими – называют вещества, способные гореть под воздействием источника зажигания, но не способные к самостоятельному горению после удаления его.

К ним относятся:

трихлорацетат натрия (Nа(СН 3 СОО)Сl 3 );

водные растворы спирта;

аммиачная вода и т.д.

Негорючими называют вещества, не способные к горению в атмосфере воздуха обычного состава. К ним относятся: кирпич, бетон, мрамор, и гипс. Среди негорючих веществ имеются много весьма пожароопасных, которые выделяют горючие продукты или тепло при взаимодействии с водой или друг с другом.

К ним относятся:

Карбид кальция (СаС 2 );

Негашеная известь (СаСО 3 );

Разбавленные кислоты с металлами (серная, соляная);

Окислители КМпО 4 , Са 2 О 2 , О 2 , Н 2 О 2 , НО 3 , сжатый и жидкий кислород.