Воспламенение в пожарном деле

ВОСПЛАМЕНЕНИЕ В ПОЖАРНОМ ДЕЛЕ, возникновение пламенного горения при воздействии на горючую систему источника зажигания (это определение отличается от принятого в научной литературе по горению - см. Воспламенение). Воспламенение твердых горючих материалов, склонных к тлению, наз. возгоранием. Источник зажигания - нагретая пов-сть, открытое пламя, искры, электрич. дуга и т. п. При воспламенении в-во нагревается локально (с пов-сти). Воспламенение обусловливается выделением из горючего материала (испарением в случае жидкости, газификацией при наличии твердого в-ва) газообразной горючей среды, а также энергией источника зажигания и характеризуется т-рой воспламенения - наинизшей т-рой, при к-рой в-во выделяет горючие пары или газообразные продукты разложения в кол-ве, достаточном для устойчивого диффузионного горения. Для характеристики горючих газов термин "т-ра воспламенения" не применяется; воспламенение газов определяется составом газовой смеси и типом источника зажигания. Т-ра воспламенения обычно лишь на неск. градусов (для нек-рых в-в - на десятки градусов) превышает вспышки температуру.

Методы и аппаратура для измерения т-ры воспламенения стандартизованы. Для жидкостей этот показатель определяется в открытом тигле, используемом также для измерения т-ры вспышки. Т-ру воспламенения следует отличать от т-ры самовоспламенения, характеризующей возникновение горения в отсутствие источника зажигания (см. Самовозгорание). Эти т-ры различаются на сотни градусов (табл. 1).

Т-ра воспламенения твердых материалов (табл. 2) определяется по миним. т-ре горючего в-ва или окисляющей среды, при к-рой возникает пламенное горение. Для этого нагретый воздух пропускают через термостатируемый цилиндр, снабженный внеш. электрообогревом, в к-рый помещен образец с заданными размерами и плотностью укладки.

Табл. 1.-ТЕМПЕРАТУРЫ ВОСПЛАМЕНЕНИЯ, САМОВОСПЛАМЕНЕНИЯ И ВСПЫШКИ НЕКОТОРЫХ ЖИДКОСТЕЙ

Табл. 2.-ТЕМПЕРАТУРЫ ВОСПЛАМЕНЕНИЯ И САМОВОСПЛАМЕНЕНИЯ НЕКОТОРЫХ ТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ

Миним. энергия зажигания для наиб. распространенных горючих в-в - углеводородов составляет десятые доли МДж, для ряда иных в-в (Н₂, бораны и др.) - сотые и даже тысячные доли МДж.

Пределы воспламенения (правильнее - концентрац. пределы распространения пламени) - это предельные концентрации горючего в-ва в воздухе или др. окислит. среде, при к-рых еще возможно распространение пламени по всей горючей смеси от источника зажигания. Различают нижний (НКПВ) и верхний (ВКПВ) пределы, характеризуемые соотв. миним. и макс. содержанием горючего в-ва в смеси, к-рые выражаются в % по объему или в г/м³. Пределы воспламенения - важнейший показатель пожаровзрывоопасных св-в в-ва. По ним в соответствии с общесоюзными нормами и стандартами категорируют объекты по пожаро- и взрывоопасности, определяют миним. взрывоопасное содержание О₂ в горючей смеси (МВСК), флегматизирующие концентрации разбавителей и др.

Область воспламенения - диапазон составов горючих смесей между НКПВ и ВКПВ. Смеси, относящиеся к этой области, взрывоопасны. Способностью образовывать указанные смеси с разл. окислителями обладают горючие газы и пары, а также взвеси измельченных твердых горючих материалов. Последние характеризуются НКПВ, поскольку смеси, отвечающие ВКПВ, практически никогда не образуются.

Согласно теории, разработанной Я. Б. Зельдовичем, пределы воспламенения определяются тепловыми потерями из пламени и характеризуются предельной скоростью его распространения: где и-скорость пламени без тепловых потерь; е-основание натуральных логарифмов. Существенное влияние на распространение пламени в сравнительно медленно горящих т. наз. околопредельных газовых смесях оказывают естеств. конвекция и диффузия в зону р-ции недостающего компонента из свежей смеси. Естеств. конвекция, сопровождающая развитие пламенного очага (т. наз. термика), обусловливает искажение его первоначально сфе-рич. формы и трехстадийный характер распространения, а также производит гасящее действие на пламя. Избират. диффузия способствует расширению области воспламенения. Пределы воспламенения зависят от т-ры и давления. Область воспламенения с повышением т-ры расширяется по линейному закону. Увеличение давления приводит к повышению ВКПВ углеродсодержащих соединений. Пределы воспламенения в-в, не содержащих атомов углерода, а также НКПВ разл. соединений при возрастании давления не изменяются. При разрежении для любых горючих смесей характерно наличие предела распространения пламени по давлению (10³ Па - для углеводородов, 10² Па - для водорода).

Пределы воспламенения находят экспериментально, а НКПВ также расчетным путем. Пределы воспламенения газов определяют в стандартной стеклянной трубе диам. 50 мм и вые. 1500 мм при зажигании газов искрой у открытого ниж. конца по визуально наблюдаемому распространению пламени. При установлении пределов воспламенения медленно горящих в-в и измерении флегматизирующих концентраций, когда значительно влияние своб. конвекции, используют цилиндр диам. 300 мм и выс. 700 мм. НКПВ аэрозолей определяют в стандартном приборе - стеклянном цилиндре, в к-ром навеска в-ва распыляется и зажигается электроспиралью (или пиротехн. таблеткой).

Наиб. просто НКПВ рассчитывают по ф-ле: НКПВ = 0,5С_стех, где С_стех-концентрация горючего в-ва в воздухе, соответствующая стехиометрич. соотношению компонентов горючей смеси. Более точно НКПВ (а также МВСК и флегматизирующие концентрации) углеводородов находят по спец. ф-лам. В случаях аэрозолей применяют след. ф-лы: для мелкодисперсных аэрозолей (частицы размером < 10 мкм) - НКПВ (г/м³) = 0,41 М*НКПВ^П, для крупнодисперсных (>40 мкм) - НКПВ=0,164 М*НКПВ^П (где М - мол. масса в-ва, НКПВ^П - НКПВ пара в-ва, % по объему).

Литература

Зельдович Я. Б., "Ж. эксперим. и теорет. физики", 1941, в. 1, с. 159-69; Пожарная опасность веществ и материалов, применяемых в химической промышленности. Справочник, под ред. И. В. Рябова, М., 1970; Монахов В.Т., Методы исследования пожарной опасности веществ, 2 изд., М., 1979; Баратов А. Н. [и др.], "Пожарное дело", 1984, № 4 с. 24-26. А. Н. Баратов.