ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Импульсы воспламенения и борьба с ними из "Охрана труда, техника безопасности и пожарная профилактика на предприятиях химической промышленности" Максимальная скорость распространения пламени наблюдается не при стехиометрическом соотношении горючего и окислителя в смеси, а при избытке горючего. При предварительном подогреве смеси значительно увеличивается скорость распространения пламени в реальных условиях. Установлено, что скорость распространения пламени пропорциональна квадрату начальной температуры смеси. [c.325] С увеличением диаметра труб до известных пределов скорость распространения пламени также растет, хотя и неравномерно сначала довольно быстро (при увеличении диаметра труб от 1 до 10—15 см), а затем более медленно. При увеличении диаметра до некоторой предельной величины дальнейшего повышения скорости уже не пр01исходит. [c.325] Определяюш,ее влияние на скорость распространения пламени (скорость горения) оказывает турбулиза-ция горящей смеси, т. е. неупорядоченное движение отдельных объемов газа. Это приводит к неодинаковому развитию поверхности фронта пламени при общем увеличении его поверхности и соответствующему росту скорости его распространения. [c.325] Достаточно быстрое сгорание горючей смеси, при котором скорость пламени равна десяткам и сотням метров в секунду, но не превосходит скорость распространения звука в данной среде, называется взрывным горением. Следует подчеркнуть условность такой классификации обычное медленное горение отличается от взрывного только скоростью пламени газодинамический режим горения в обоих случаях принципиально один и тот же. [c.325] При начальном давлении 100 кПа (1 атм) давление взрыва большинства газовоздушных смесей составляет 600—800 Па (6—8 атм) и не превышает 1000 кПа (10 атм). [c.326] При повышении концентрации кислорода (выше 21% об.) давление при взрыве увеличивается в атмосфере чистого кислорода для наиболее распространенных углеводородных газов (метана, этилена и др.) давление взрыва повышается в 1,5—2 раза и достигает 1,5—1,9 МПа (15—19 атм). Объясняется это более высокой температурой взрыва, поскольку тепло не затрачивается на нагревание азота, содержащегося в газо-(паро)-воздушной смеси. Считается, что время взрыва для газов составляет примерно 0,1 с, для паров жидкости 0,2—0,3 с, для пыли около 0,5 с. [c.326] Особенностью сгорания (взрыва) смеси в замкнутом объеме (при центральном зажигании) является слабый рост давления в начальной стадии появления и распространения пламени. Причиной этого является то, что объем сгоревшего газа пропорционален кубу радиуса пламенной сферы и поэтому относительно невелик в начальный момент воспламенения. В дальнейшем, по мере развития взрыва и перемещения фронта пламени к границам замкнутого объема, радиус сферы возрастает, что приводит к резкому увеличению объема сгоревшего газа и соответственному росту давления. Этим объясняется, в частности, тот факт, что в ряде случаев наиболее разрушительную силу взрыв имеет не в центре аппарата или помещения, а на их границах. Скорость распространения пламени при горении горючей смеси в замкнутом объеме, в отличие от скорости распространения давления, понижается по мере его движения от центра замкнутого объема к его границам к концу горения скорость пламени приближается к нормальной. [c.326] Явление детонации можно объяснить следующим образом. При достаточно большой начальной скорости горения (скорости распространения пламени), например при горении газовоздушной смеси в длинном трубопроводе, продукты горения вследствие резкого увеличения объема и возрастающего сопротивления (трения) стенок трубы начинают двигаться вслед за фронтом пламени, вызывая его турбулизацию, т. е. искривление и увеличение его поверхности (рис. 60) и, как следствие, дальнейшее увеличение количества сгорающего веществами скорости распространения пламени (ы). При эт й возникает ударная волна, во фронте которой происходит скачкообразное повышение плотности, давления и температуры вещества. Сжатие газа и его нагревание в ударной волне тем сильнее, чем больше скорость движения расширяющихся при горении газов. Ударная волна и образующаяся за ней зона сжатой, нагретой, быстро реагирующей (вплоть до самовоспламенения) смеси (см. рис. 60) составляют вместе детонационную волну. [c.327] Детонационное горение вызывает наиболее сильные разрушения производственного оборудования — трубопроводов, аппаратов и др. Скорость детонационной волны и давление в ней не зависят от скорости реакции в пламени, а определяются тепловым эффектом реакции и теплоемкостями продуктов сгорания. [c.328] Химический состав твердых горючих веществ очень разнообразен. Большинство из них относится к классу органических веществ, состоящих в основном из углерода, водорода, кислорода и азота. В состав многих органических веществ входят также хлор, фтор, кремний и другие химические элементы. Значительно меньшее количество твердых горючих веществ относится к классу неорганических веществ. Среди них металлы (калий, натрий, магний, алюминий, титан и др.), металлоиды (сера, фосфор, кремний), а также их соединения. [c.328] Твердые органические вещества в зависимости от характера горения можно разбить на три группы углеродные (кокс, сажа, древесный уголь), целлюлозные (древесина, торф, бумага, хлопок, хлопчатобумажные ткани и др.), полимерные материалы на основе углеводородов и их производных (каучук, резина, пластмассы, химические волокна и др.). [c.328] Целлюлозные материалы содержат 40—45% кислорода, который участвует в процессе горения так же, как и кислород воздуха. [c.329] Характерным свойством целлюлозных материалов является их способность при нагревании разлагаться с образованием паров, газов и углеродистого остатка. Количество образующихся при этом газообразных (летучих) продуктов и их состав (водяной пар, двуокись и окись углерода, метан и др.) зависят от температуры и режима нагревания горючих веществ. Разложение целлюлозных материалов сопровождается выделением тепла, поэтому при малой скорости теплоотвода возможно их самонагревание и самовозгорание (см. ниже). [c.329] Полимерные материалы отличаются высоким содержанием углерода большинство из них не содержат кислорода или содержат его в небольшом количестве. Поэтому для их горения необходим значительный объем воздуха (10—12 м /кг) горение их происходит с образованием продукта неполного сгорания— сажи. При нагревании большинство полимерных материалов плавится с образованием на поверхности горения жидкого слоя. При дальнейшем нагревании расплавленной массы на воздухе происходит термоокислительная деструкция с образованием горючих и часто ядовитых паров и газов (двуокиси и окиси углерода, непредельных углеводородов, органических кислот, эфиров, альдеги-дов и др.). За исключением двуокиси углерода, все продукты термической деструкции являются горгочимиг и поэтому -когда концентрация их в воздухе достигает некоторого предельного значения, происходит воспламенение полимерных материалов от источника воспламенения. [c.329] В свою очередь удельная поверхность пыли зависит от ее дисперсности, т. е. от размеров ее частиц. Как правило, пыль, особенно полученная в реальных технологических процессах (при дроблении, ссылке, транспортировании, шлифовке различных твердых продуктов), содержит частицы различных размеров. Дисперсность пыли, полученной даже в одних и тех же процессах, непостоянна, и зависит от различных факторов влажности сырья и воздуха, скорости движения воздуха и др. Дисперсность аэровзвесей существенно влияет на ее пожарную опасность. Чем больше дисперсность аэровзвеси, тем сильнее развита ее поверхность, выше химическая активность, ниже температура самовоспламенения и шире температурный интервал, в котором возможен взрыв. Скорость горения высокодисперсной аэровзвеси приближается к скорости горения газов, и процесс горения протекает наиболее полно. [c.330] Химическая активность пыли определяет ее способность 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 дисперсности. Это объясняется тем, что химическая реакция между твердым веществом (пылинками) и газообразным окислителем протекает на поверхности твердого вещества. Скорость реакции зависит от размера поверхности соприкосновения реагирующих веществ, а так как с увеличением дисперсности увеличивается удельная поверхность, химическая активность возрастает. [c.330] Твердые частицы пыли в процессе размола, транспортирования по пылепроводам и движения в воздухе способны электризоваться — на их поверхности возникает заряд статического электричества. Частицы пыли могут заряжаться в результате ударов и трения одна о другую и о воздух, трения о твердую поверхность (например, при размоле на вальцах, при транспортировании но трубам), а также вследствие адсорбции ионов из газовой среды. Потенциал зарядов при электризации пыли во время ее движения зависит от концентрации, размеров частиц (дисперсности), скорости движения пылевой смеси, влажности атмосферы и других факторов. [c.331] Горение осевшей пыли (аэрогеля) по своему характеру не отличается от горения твердых веществ, но протекает более энергично. Горение же аэровзвесей подчиняется многим законам горения газовых смесей, но по сравнению с ними протекает более медленно и неполно. Скорость распространения пламени в аэро-взвесях зависит от концентрации и дисперсности частиц. Максимальная скорость фронта пламени достигается при концентрациях частиц, много больших (иногда в 5—10 раз), чем стехиометрнчеекие. По- иге е—умень- шения размеров частиц скорость распространения пламени резко уменьшается, и если размер частиц окажется меньше некоторой критической величины, то пламя распространяться не будет. [c.331] На скорость распространения пламени аэровзвеси оказывает влияние содержание в пыли летучих веществ и золы (негорючих компонентов пыли). Увеличение содержания летучих компонентов и уменьшение зольности пыли приводят к увеличению скорости распространения пламени. [c.331] Воспламенение (взрыв) аэровзвеси в замкнутом объеме приводит к значительному повышению давления, обычно в 4—6 раз. Повышение давления при взрывах аэровзвесей объясняется двумя причинами образованием газообразных продуктов сгорания, объем которых значительно превышает объем сгоревших твердых частиц, и нагреванием газообразных продуктов сгорания до высоких температур. Давление взрыва аэровзвесей рассчитывают так же, как и для газовоздушных смесей. [c.332] Вернуться к основной статье