При какой концентрации кислорода в воздухе наступает наименьшая скорость горения в процентах
1.5. УСЛОВИЯ, НЕОБХОДИМЫЕ ДЛЯ ГОРЕНИЯ
Горение веществ возможно только при наличии горючего вещества, кислорода воздуха (или другого окислителя) и достижения температуры, способной вызвать процесс горения.
Воздух и горючее вещество составляют систему, способную гореть, а температурные условия обуславливают возможность самовоспламенения и горения системы. При установившемся режиме горения изменение состава системы и температурных условий ведет к изменению скорости горения или его прекращению. Например, изменение концентрации горючего вещества в газовых или пылевых смесях первоначально изменяет скорость горения в ту или иную сторону, а затем ведет к уменьшению скорости и прекращению горения.
Из составных частей воздуха в горении участвует только кислород. Азот и редкие газы, находящиеся в воздухе, в этом процессе не участвуют. Изменяя концентрацию кислорода в воздухе, можно изменить скорость горения веществ. Наибольшая скорость горения получается при горении вещества в чистом кислороде, наименьшая (прекращение горения) – при содержании 14–15% кислорода.
Горение веществ может происходить за счет кислорода, находящегося в составе других веществ, способных легко его отдавать. Такие вещества называются окислителями. Приведем наиболее известные окислители.
· Бертолетова соль ( KClO3 ).
· Марганцево-кислый калий ( KMnO4 ).
В составе окислителей содержится кислород, который может быть выделен путем разложения соли, например:
2 KClO 3 = 2 KCl + 3 O 2
Для прекращения горения необходимо нарушить вызывающие его условия. Так, при тушении водой происходит охлаждение горящего вещества и уменьшение концентрации горючих газов за счет образования паров воды. При тушении нефти пеной прекращается подача теплоты от пламени к нефти и затрудняется его поступление в зону горения.
Предельная концентрация кислорода, при которой прекращается горение
 |
| Горючее вещество | Предельная концентрация кислорода в зоне горения, % при разбавлении | |
| углекислым газом | азотом | |
| Большинство веществ | 12. 16 | 12. 16 |
| Ацетилен | 9,0 | 6,6 |
| Бутан | 16,0 | 13,0 |
| Водород | 7,0 | 5,0 |
| Калий, натрий | — | 5,0 |
| Метан | 16,0 | 13,0 |
| Пропилен | 14,0 | 12,0 |
Галоидоуглеводороды и составы на их основе (огнетушащие средства химического торможения реакции горения) эффективно подавляют горение газообразных, жидких, твердых горючих веществ и материалов при любых видах пожаров. По эффективности они превышают инертные газы в 10 и более раз.
Галоидоуглеводороды и составы на их основе являются летучими соединениями, представляют собой газы или легкоиспаряю-щиеся жидкости, которые плохо растворяются в воде, но хорошо смешиваются со многими органическими веществами. Они обладают хорошей смачивающей способностью, неэлектропроводны, имеют высокую плотность в жидком и газообразном состоянии, что обеспечивает возможность образования струи, проникновения в пламя, а также удержания паров около очага горения.
Эти огнетушащие вещества можно применять для поверхностного объемного и локального тушения пожаров. С большим эф-
 |
фектом их можно использовать при ликвидации горения волокнистых материалов, электроустановок и оборудования, находящихся под напряжением; для защиты от пожаров транспортных средств, машинных отделений судов, вычислительных центров, особо опасных цехов химических предприятий, окрасочных камер, сушилок, складов с горючими жидкостями, архивов, музейных залов, других объектов особой ценности, повышенной пожа-ро- и взрывоопасное™. Галоидоуглеводороды и составы на их основе практически можно использовать при любых отрицательных температурах.
Недостатками этих огнетушащих средств являются: коррозионная активность, токсичность; их нельзя применять для тушения материалов, содержащих в своем составе кислород, а также металлов, некоторых гидридов металлов и многих метаплооргани-ческих соединений. Хладоны не ингибируют горение и в тех случаях, когда в качестве окислителя участвует не кислород, а другие вещества (например, оксиды азота). Кроме того, некоторые галоидоуглеводороды неприменимы в чистом виде. Например, бромистый этил при концентрации 6,5. 11,3% может воспламениться от мощного источника теплоты. Однако вследствие высоких качеств он является основным компонентом в огнетушащих составах.
Несмотря на большую эффективность, область применения галоидоуглеводородов и составов на их основе ограничена из-за высокой стоимости. В основном их используют в стационарных установках и огнетушителях, предназначенных для защиты объектов, представляющих особую важность.
Основные физико-химические свойства применяемых для пожаротушения галоидоуглеводородов и составов на их основе приведены в табл. 7.7 /21/.
Способы прекращения процесса горения
Одним из основных условий успешной борьбы с возникающими пожарами является их своевременное обнаружение и немедленное уведомление пожарной команды о месте их возникновения. Осуществить это можно средствами пожарной связи и сигнализации. Автоматической системой оповещения о пожаре на предприятиях является электрическая пожарная сигнализация.
Пожар может возникнуть при наличии горючего вещества, источника воспламенения определенной мощности и достаточного количества кислорода в воздухе.
Так как горение — это процесс окисления вещества (обычно кислородом воздуха), сопровождающийся выделением большого количества тепла, то для прекращения процесса горения могут быть применены следующие способы тушения:
охлаждение горящих материалов, то есть снижение температуры ниже температуры воспламенения;
изоляция горящих материалов от атмосферного воздуха;
применение специальных химических веществ» снижающих скорость реакции окисления.
Основными огнегасительными веществами, применяемыми при Тушении пожаров, являются: песок, вода, воздушно-механическая пена, химическая пена, негорючие газы» галоидированные углеводороды, порошки. Выбор огнегасительных веществ и средств пожаротушения производится с учетом того, чтобы исключить взрывы, усиление пожара, а также исключить поражение человека, который тушит пожар, электрическим током.
Водой можно тушить материалы из дерева, тканей, различных пластмасс и пр. Воду нельзя применять для тушения веществ, вступающих с ней в реакцию (карбид кальция, калий, натрий и др.), а также для тушения электроустановок, находящихся под напряжением (вода электропроводка и может быть поражение человека током).
Воздушно-механическая пена нашла широкое применение для тушения твердых веществ, и, особенно, легковоспламеняющихся жидкостей. Плотность пены небольшая, поэтому, попадая на поверхность жидкости, пена находится сверху.
Основным огнегасительным свойством пены является изоляция зоны горения от кислорода воздуха. Кроме этого, вследствие низкой теплопроводности, пена препятствует передаче тепла от зоны горения к другим предметам.
Получается пена в воздушно-пенных стволах, генераторах пены и огнетушителях ОВП механическим способом — путем смешивания воды, содержащей небольшое количество пенообразователя, с воздухом.
Химическая пена получается путем химической реакции между щелочным и кислотным составами в присутствии пенообразующего вещества. Пену получают в стационарных устройствах и в ручных огнетушителях ОХП. Стойкость химической пени 20. 40 мин.
Негорючие газы (углекислый газ, азот и другие) применяются для тушения пожара там, где использование воды и пены недопустимо (музеи, архивы, книгохранилища, помещения с электрооборудованием, находящимся под напряжением, и др.). Деиствие газов основано на уменьшении концентрации кислорода в воздухе помещений. Это опасно для людей. После заполнения газом помещения входить в него без изолирующих противогазов запрещается. Подача негорючих газов к очагу пожара производится стационарными установками или с помощью ручных огнетушителей.
Галоидированные углеводороды (С2H5Br и др.) применяются для тушения всех видов горючих материалов, а также электроустановок, находящихся под напряжением. Действие галоидированных углеводородов основано на химическом торможении реакций горения, то есть составы оказывают ингибирующее действие.
Влияние различных факторов на скорость распространения пламени
т.е. ин пропорциональна скорости реакции окисления (V) и находится в экспоненциальной зависимости от обратной температуры зоны горения (Тг). Определяющим параметром, безусловно, будет скорость реакции. Запишем уравнение скорости химической реакции горения:
где к0- предэкспоненциальный множитель из уравнения Аррениуса,
Рассмотрим, как будет меняться скорость реакций окисления для смесей с разным соотношением горючего и окислителя (рис. 2).
Из графика видно, что для смеси стехиометрического состава (коэффициент избытка воздуха б=1 ) скорость реакции окисления максимальна.
При увеличении концентрации горючего в смеси выше стехиометрического количества, когда б становится Срстех кривая становится резко нисходящей. Снижение же скорости реакции окисления при б > 1 объясняется уменьшением тепловыделения в зоне горения в связи с более низкой концентрацией в ней горючего.
Рисунок 2 Зависимость скорости горения от концентрации горючего в смеси
Именно такая, как на рис.2, зависимость скорости реакции горения от концентрации горючего компонента в исходной смеси предопределяет параболический вид зависимости её других параметров процесса горения от состава смеси: температуры самовоспламенения и минимальной энергии зажигания, концентрационных пределов распространения пламени. Вид параболы имеет также и зависимость нормальной скорости распространения пламени uн от концентрации горючего в смеси Сг. На рис. 3 приведены такие зависимости для случая горения воздушно-пропановой смеси при различных значениях начальной температуры.
Рисунок 3 Зависимость скорости распространения пламени от концентрации пропана в воздухе при начальной температуре 311 К (1); 644 К (2); 811 К (3)
Согласно описанным выше представлениям, максимальная скорость распространения пламени (uнмах) должна соответствовать стехиометрической концентрации горючего. Однако экспериментально найденные её значения несколько сдвинуты в сторону богатых по содержанию горючих смесей. С увеличением начальной температуры смеси скорость распространения пламени должна повышаться, что и наблюдается на практике. Например, для воздушной смеси паров бензина и керосина она имеет вид, приведенный на рис. 4.
Рисунок 4 Зависимость скорости распространения пламени от начальной температуры воздушной смеси паров бензина и керосина с воздухом (б =0.95)
Способы прекращения процесса горения
Одним из основных условий успешной борьбы с возникающими пожарами является их своевременное обнаружение и немедленное уведомление пожарной команды о месте их возникновения. Осуществить это можно средствами пожарной связи и сигнализации. Автоматической системой оповещения о пожаре на предприятиях является электрическая пожарная сигнализация.
Пожар может возникнуть при наличии горючего вещества, источника воспламенения определенной мощности и достаточного количества кислорода в воздухе.
Так как горение — это процесс окисления вещества (обычно кислородом воздуха), сопровождающийся выделением большого количества тепла, то для прекращения процесса горения могут быть применены следующие способы тушения:
охлаждение горящих материалов, то есть снижение температуры ниже температуры воспламенения;
изоляция горящих материалов от атмосферного воздуха;
применение специальных химических веществ» снижающих скорость реакции окисления.
Основными огнегасительными веществами, применяемыми при Тушении пожаров, являются: песок, вода, воздушно-механическая пена, химическая пена, негорючие газы» галоидированные углеводороды, порошки. Выбор огнегасительных веществ и средств пожаротушения производится с учетом того, чтобы исключить взрывы, усиление пожара, а также исключить поражение человека, который тушит пожар, электрическим током.
Водой можно тушить материалы из дерева, тканей, различных пластмасс и пр. Воду нельзя применять для тушения веществ, вступающих с ней в реакцию (карбид кальция, калий, натрий и др.), а также для тушения электроустановок, находящихся под напряжением (вода электропроводка и может быть поражение человека током).
Воздушно-механическая пена нашла широкое применение для тушения твердых веществ, и, особенно, легковоспламеняющихся жидкостей. Плотность пены небольшая, поэтому, попадая на поверхность жидкости, пена находится сверху.
Основным огнегасительным свойством пены является изоляция зоны горения от кислорода воздуха. Кроме этого, вследствие низкой теплопроводности, пена препятствует передаче тепла от зоны горения к другим предметам.
Получается пена в воздушно-пенных стволах, генераторах пены и огнетушителях ОВП механическим способом — путем смешивания воды, содержащей небольшое количество пенообразователя, с воздухом.
Химическая пена получается путем химической реакции между щелочным и кислотным составами в присутствии пенообразующего вещества. Пену получают в стационарных устройствах и в ручных огнетушителях ОХП. Стойкость химической пени 20. 40 мин.
Негорючие газы (углекислый газ, азот и другие) применяются для тушения пожара там, где использование воды и пены недопустимо (музеи, архивы, книгохранилища, помещения с электрооборудованием, находящимся под напряжением, и др.). Деиствие газов основано на уменьшении концентрации кислорода в воздухе помещений. Это опасно для людей. После заполнения газом помещения входить в него без изолирующих противогазов запрещается. Подача негорючих газов к очагу пожара производится стационарными установками или с помощью ручных огнетушителей.
Галоидированные углеводороды (С2H5Br и др.) применяются для тушения всех видов горючих материалов, а также электроустановок, находящихся под напряжением. Действие галоидированных углеводородов основано на химическом торможении реакций горения, то есть составы оказывают ингибирующее действие.
