Пожарная безопасность. Горение

Общие сведения о горении

Горение – физико-химический процесс взаимодействия горючего вещества и окислителя, характеризующийся самоускоряющимся превращением и сопровождающийся выделением большого количества тепла и света.

В качестве окислителя - кислород воздуха, которого содержится около 21%.

Для возникновения и развития процесса горения необходимы горючее вещество, окислитель и источник воспламенения. Этот источник должен обладать определен­ным запасом энергии и иметь температуру, достаточную для на­чала реакции.

Горючее и окислитель должны находиться в опре­деленных соотношениях друг с другом. Горение, как правило, происходит в газовой фазе. Поэтому горючие вещества, находя­щиеся в конденсированном состоянии (жидкости, твердые мате­риалы), для возникновения и поддержания горения должны под­вергаться газификации (испарению, разложению), в результате которой образуются горючие пары и газы в количестве, достаточ­ном для горения.

Горение отличается многообразием видов и осо­бенностей, обуславливаемыми процессами тепломассообмена, га­зодинамическими эффектами, кинетикой химических превраще­ний и др., а также обратной связью между внешними условиями и характером развития горения.

В зависимости от агрегатного со­стояния горючих веществ горение может быть гомогенным и ге­терогенным.

При гомогенном горении компоненты горючей сме­си находятся в газообразном состоянии. Причем, если компонен­ты перемешаны, то происходит горение предварительно переме­шанной смеси, которое иногда называют кинетическим (скорость горения зависит только от ки­нетики химических превращений).

Если газооб­разные компоненты не перемешаны, то происходит диффузион­ное горение (например, при поступлении горючих паров в воздух от поверхности горючей жидкости или при горении стеариновой свечи).

Горение, характеризуемое наличием раздела фаз в горючей системе (например, горение твердых материалов), является гете­рогенным. При гетерогенном горении большое значение приоб­ретают также процессы, ведущие к изменению фазового состоя­ния. Для поддержания гетерогенного горения важную роль играет также интенсивность потока образуемых из конденсированных материалов горючих паров.

В заранее подготовленных смесях (смесь горючего и окислителя) горение происходит в виде распространения фронта пламени по этой смеси от источника зажигания. Такое горение различается по скорости распространения пламени, и в зависимости от этого фактора оно может быть дефляграционным (скорость пламени в пределах нескольких м/с), взрывным (скорость пламени до сотен м/с) и детонационным (скорость порядка тысяч м/с). Детонационное горения происходит в твердых взрывчатых веществах и сопровождается образованием ударной волны.

Кроме того, различают ламинарное горение, характеризуемое послойным распространением фронта пламени по свежей горючей смеси, и турбулентное горение, характеризуе­мое перемешиванием слоев потока и повышенной скоростью выгорания.

Можно выделить бедные (содержащие в избытке по сравнению со стехиометрическим соотношением компонентов окислитель) и богатые (содержащие в избытке горючее) горючие смеси.

Стехио­метрическим называется исходное соотношение компонентов го­рючей смеси, при сгорании которой ни один из исходных компо­нентов не остается в избытке в продуктах реакции.

Например, для реакции сгорания метана в воздухе (в котором на один 1 объем кислорода приходится 3,78 объемов азота) стехиометрическое со­отношение компонентов составляет:

1СН₄ + 20₂ + 2 • 3,78N₂ ⁼ СО₂ + 2Н₂О + 7,56N₂

Согласно этому уравнению стехиометрическое содержание метана составляет:

Расчет стехиометрического содержания горючего вещества для наиболее распространенного класса горючих веществ - угле­водородов и их производится по формуле:

где

здесь n_c, n_н, n_o - соответственно число атомов С, Н, О в мо­лекуле горючего.

Реальные пожары характеризуются, как правило, диффузи­онным гетерогенным турбулентным и дефляграционньм горением.

Взрывное горение может иметь место в предварительно приготовленных смесях горючих газов и паров с воздухом (напри­мер, при утечке горючего газа из трубопровода или испарении пролитой горючей жидкости), а также в жидких и твердых горю­чих аэрозолях (взвешенные в воздухе капли горючих жидкостей или горючие пыли).