Понятие горючести веществ и материалов и определение группы горючести

Размещено на http://www.allbest.ru/

Понятие горючести веществ и материалов и определение группы горючести



1.Теоретическая часть

1.1 Основные положения

Горючесть -- способность вещества, материала, изделия к самостоятельному горению.

По способности к самовозгоранию химические вещества подразделяются на три группы:

1-я группа.

Вещества, самовозгорающиеся при соприкосновении с воздухом (активированный уголь, фосфор белый, растительные масла и жиры, сернистые металлы, алюминиевый порошок, карбид щелочных металлов, порошкообразные железо, цинк и др.).

Окисление некоторых веществ этой группы, вызванное их взаимодействием с водяными парами воздуха, сопровождается выделением большого количества теплоты и протекает настолько быстро, что вскоре переходит в горение или взрыв. Для других веществ процессы самонагревания продолжаются длительное время (например, процесс самовозгорания белого фосфора заканчивается горением через несколько секунд, а процесс самовозгорания свежеприготовленного активированного угля продолжается несколько дней).

2-я группа.

Вещества, вызывающие горение при взаимодействии газа с водой (щелочные металлы и их карбиды, окись кальция (негашеная известь), перекись натрия, фосфористый кальций, фосфористый натрий и др.).

Взаимодействие щелочных металлов с водой или влагой воздуха сопровождается выделением водорода, который воспламеняется за счет теплоты реакции. Попадание на негашеную известь небольшого количества воды вызывает самонагревание, заканчивающееся сильным разогревом (до свечения), поэтому находящиеся поблизости горючие материалы могут воспламениться.

3-я группа.

Вещества, самовозгорающиеся при смешивании одного с другим. Так, воздействие азотной кислоты на древесину, бумагу, ткани, скипидар и эфирные масла вызывает воспламенение последних; хромовый ангидрид воспламеняет спирты, эфиры и органические кислоты; ацетилен, водород, метан и этилен самовозгораются в атмосфере хлора на дневном свету; измельченное железо (опилки) самовозгорается в атмосфере хлора; карбиды щелочных металлов воспламеняются в атмосфере хлора и двуокиси углерода.

Температурой вспышки называется наименьшая температура горючего вещества, при которой в условиях специальных испытаний над его поверхностью образуются пары или газы, способные вспыхивать в воздухе от внешнего источника зажигания.

Температура вспышки является параметром, ориентировочно показывающим температурные условия, при которых горючее вещество становится огнеопасным. Температура вспышки горючих жидкостей при данной классификации определяется только в закрытом тигле.

Областью воспламенения газов (паров) в воздухе называется область концентрации данного газа в воздухе при атмосферном давлении, внутри которой смеси газа с воздухом способны воспламеняться от внешнего источника зажигания с последующим распространением пламени по смеси.

Граничные концентрации области воспламенения называют соответственно нижним и верхним пределами воспламенения газов (паров) в воздухе. Величины пределов воспламенения используют при расчете допустимых концентраций газов внутри взрывоопасных технологических аппаратов, систем вентиляции, а также при определении предельно допустимой взрывоопасной концентрации паров и газов при работах с применением огня, искрящего инструмента.

Величину концентрации газа или пара в воздухе внутри технологического аппарата, не превышающую 50% величины нижнего предела воспламенения, можно принимать как взрывобезопасную концентрацию. Обеспечение взрывобезопасности среды внутри аппаратуры при нормальном технологическом режиме не дает основания считать данное оборудование невзрывоопасным.

За величину предельно допустимой взрывобезопасной концентрации (ПДВК) паров и газов при работе с применением огня, искрящего инструмента следует принимать концентрацию, которая не превышает 5% величины нижнего предела воспламенения данного пара или газа в воздухе при отсутствии в рассматриваемом аппарате конденсированной фазы.

Температурными пределами воспламенения паров в воздухе называются такие температурные границы вещества, при которых насыщенные пары образуют концентрации, равные соответственно нижнему или верхнему концентрационному пределу воспламенения.

Температурные пределы воспламенения учитывают при расчете безопасных температурных режимов в закрытых технологических объемах с жидкостями (топливные грузовые танки и т.п.), работающими при атмосферном давлении.

Безопасной, в отношении возможности образования взрывоопасных паровоздушных смесей, следует считать температуру и максимальное давление взрыва. Максимальное давление взрыва - это наибольшее давление, возникающее при взрыве. Его учитывают при расчете взрывоустойчивости аппаратуры с горючим газом, жидкостями и порошкообразными веществами, а также предохранительных клапанов и взрывных мембран, оболочек взрывонепроницаемого электрооборудования.

Показатель возгораемости (коэффициент К) ~ безразмерная величина, выражающая отношение количества тепла, выделяемого образцом в процессе испытаний, к количеству тепла, выделяемому источником зажигания,



К = q/q_и,

где q - тепло, выделенное образцом в процессе горения, ккал;

q_и - тепловой импульс, т.е. тепло, подведенное к образцу от постоянного источника поджигания, ккал.

По результатам испытаний степень возгораемости оценивается следующим образом.

Материалы несгораемые - материалы, которые при нагревании до 750°С не горят и на воздухе не выделяют горючих газов в количестве, достаточном для их воспламенения от поднесенного пламени. Поскольку определенный по методу калориметрии коэффициент К < 0,1 , такие материалы не способны гореть на воздухе.

Материалы трудносгораемые - материалы, температура воспламенения которых ниже 750°С, причем материал горит, тлеет или обугливается только под воздействием поднесенного пламени и перестает гореть или тлеть после его удаления (0,1 < К < 0,5).

Материалы трудновоспламеняемые (или самозатухающие) - материалы, температура воспламенения которых ниже 750°С, причем материал горит, тлеет или обугливается под воздействием поднесенного пламени. После его удаления материал продолжает гореть затухающим пламенем, не распространяющимся по образцу (0,5 < К < 2,1). Такие материалы не способны возгораться в воздушной среде даже при длительном воздействии источника зажигания незначительной энергии (пламени спички 750 - 800°С, тления папиросы 700 - 750°С и т.д.).

Материалы сгораемые - материалы, температура воспламенения которых ниже 750°С, причем материал, воспламенившись от поднесенного пламени, продолжает гореть или тлеть после его удаления (К > 2,1).

Скорость горения. Скорость горения твердого вещества зависит от его формы. Измельченные твердые вещества в виде опилок или стружек будут гореть быстрее, чем монолитные. У измельченного горючего вещества большая поверхность горения подвергается воздействию тепла, поэтому теплота поглощается намного быстрее, испарение происходит значительно активнее, с выделением большего количества паров. Горение протекает очень интенсивно, вследствие чего горючее вещество расходуется быстро. С другой стороны, монолитное горючее вещество будет гореть дольше, чем измельченное.

Облака пыли состоят из очень мелких частиц. Когда облако воспламеняющейся пыли (например, зерновой) хорошо перемешивается с воздухом и воспламеняется, горение происходит очень быстро и часто сопровождается взрывом. Такие взрывы наблюдались при погрузке и выгрузке зерна и других измельченных горючих веществ.

Различают две скорости горения: массовую и линейную.

Массовой скоростью горения называется масса (т, кг) вещества, выгоревшего в единицу времени (мин, ч).

Линейной скоростью горения твердых горючих веществ называется скорость распространения огня (м/мин) и скорость роста площади очага пожара (м2/мин). Скорость горения тверд измельчения, влажности, объемного веса, доступа воздуха и ряда других факторов.

Изучение случаев пожара на судах дает возможность принять следующую среднюю линейную скорость горения (м/мин) различных объектов:

Посты управления. 0,5

Жилые помещения 1,0-1,2

Хозяйственные помещения, кладовые сгораемых материалов 0,6-1,0

Грузовые помещения 0,5-0,7

Палубы автомобильных паромов 1,5

Машинное отделение с ДВС при горении дизельного топлива под плитами 10

Отделения вспомогательных механизмов 1,2

Помещения электрооборудования 0,8

Котельные отделения при горении мазута под плитами.8,0

Примерно в течение первых 2-3 мин пожара быстро увеличивается площадь его очага (на пассажирских судах - до 20 м2/мин). Это время уходит обычно на сбор по тревоге экипажа судна и поэтому активная борьба с пожаром еще не ведется. В последующие 10 мин, когда начинают использоваться стационарные средства водо- и пенотушения, рост площади очага пожара замедляется.

Линейная скорость распространения огня определяет площадь очага пожара, а степень выгорания всего, что может гореть на этой площади, -- продолжительность пожара.

Линейная скорость горения жидкости характеризуется высотой ее слоя (мм, см), выгоревшего в единицу времени (мин, ч). Скорость распространения пламени при воспламенении горючих газов составляет от 0,35 до 1,0 м/с.

Скорость выгорания характеризуется количеством горючего, сгорающего в единицу времени с единицы площади горения. Она определяет интенсивность сгорания материалов при пожаре. Ее необходимо знать для расчета продолжительности пожара в любых жидкостях. Скорость выгорания жидкости, разлитой на поверхности морской воды, примерно такая же, как и при выгорании ее с открытых поверхностей емкостей.

Температура. Важнейшим параметром судового пожара, в значительной мере определяющим не только инженерно-профилактические мероприятия, но и тактические действия аварийных партий и групп судов является температура. Особенно большое значение имеет температура при внутренних судовых пожарах.

От температуры пожара зависит интенсивность теплопередач от зоны пожара в окружающую среду, скорость движения газовых потоков, а также возможность взрывов, представляющих крайнюю опасность при тушении пожара.

Температурное поле пожара весьма неоднородно. Чем ближе к зоне пожара, тем температура, как правило, выше. В верхней части помещений воздух обычно более нагрет, чем у палуб. С учетом поведения судовых конструкций и материалов и с пожарно-тактической точки зрения удобнее всего за температуру пожара принять среднюю температуру дымовых газов, заполняющих зону пожара. Существенное значение имеют также температуры на поверхностях судовых конструкций, ограждающих зону пожара: температура на поверхности, обращенной к огню, и температура на противоположной огню поверхности.

Ориентировочно температуру в некоторых точках зоны пожара можно определить косвенным путем - по оплавлению несгоревших материалов, находившихся в зоне пожара, или по цвету каления нагретых тел (таблица 1).

Таблица 1 Зависимость цвета каления от температуры

При горении твердых материалов температура пожара зависит главным образом от рода материалов, величины пожарной нагрузки, условий притока воздуха и удаления продуктов сгорания, а также продолжительности горения.

Зависимость температуры пожара от продолжительности горения для всех твердых веществ имеет приблизительно одинаковый характер. Вначале температура резко возрастает до максимума, а по мере выгорания материала происходит ее постепенный спад. При повышении пожарной нагрузки увеличивается общая продолжительность горения, возрастает максимальная температура пожара, спад температуры происходит медленнее, но характер зависимости остается неизменным.

В условиях ограниченного газообмена, например при закрытых проемах в жилом помещении, увеличение температур происходит значительно медленнее. Максимальная температура достигает 800 -900°С.

Температурный режим в помещениях при горении жидкостей имеет свои особенности. Поскольку жидкости обычно находятся в каких-либо сосудах (в поддонах, цистернах и т.д.), их горение зачастую имеет локальный характер. В этих условиях, если отношение площади горения к площади палубы близко к единице, температура пожара составляет приблизительно 1100°С. Если же площадь горения составляет лишь небольшую часть площади палубы, температура значительно ниже.

Температурный режим пожара при одновременном горении жидкостей и твердых материалов зависит от того, какие горючие материалы преобладают: если жидкости составляют лишь небольшую часть пожарной нагрузки, то температурный режим мало отличается от режима твердых материалов.

При внутренних пожарах в зоне агрессивного воздействия тепла могут быть внезапные конвективные потоки раскаленных газов, которые возникают при изменении условий газообмена, вызываемых открыванием дверей и других проемов.

Зона агрессивного воздействия тепла является частью зоны задымления, в ней возможны опасные для человека температуры. Человек способен очень короткое время находиться в сухом воздухе, имеющем температуру 80 - 100°С. Длительное пребывание при температуре 50 - 60°С вызывает тягчайшие последствия от перегревания. Влажный воздух при температуре 50 - 60°С для многих людей становится непереносимым через несколько минут.

При оценке пожарной опасности газов определяют область воспламенения в воздухе, максимальное давление взрыва, температуру самовоспламенения, категорию взрывоопасной смеси, минимальную энергию зажигания, минимальное взрывоопасное содержание кислорода, номинальную скорость горения.

При оценке пожарной опасности жидкостей определяют группу горючести, температуру вспышки, температуру воспламенения, температурные пределы воспламенения, скорость выгорания. Для легко воспламеняющихся жидкостей дополнительно определяют область воспламенения в воздухе, максимальное давление взрыва, категорию взрывоопасной смеси, минимальную энергию зажигания, минимальное взрывоопасное содержание кислорода, нормальную скорость горения.

При оценке пожарной опасности всех твердых веществ и материалов определяют группу возгораемости, температуру воспламенения. Для твердых веществ с температурой плавления ниже 300°С дополнительно определяют: температуру вспышки, температурные пределы воспламенения паров в воздухе.

Для пористых, волокнистых и сыпучих материалов при необходимости дополнительно определяют температуру самонагревания, температуру тления при самовозгорании, температурные условия теплового самовозгорания.

Для веществ порошкообразных или способных образовать пыль дополнительно определяют нижний предел воспламенения аэровзвеси, максимальное давление взрыва аэровзвеси, минимальную энергию зажигания аэровзвеси, минимальное взрывоопасное содержание кислорода.

При оценке пожарной опасности вещества необходимо изучить его свойства, выявить возможность их изменения с течением времени и при использовании в определенных условиях. В особенности это важно учитывать при контакте вещества с другими активными веществами при длительном нагреве, облучении и других внешних воздействиях, в результате которых могут измениться его физико-химические свойства.

При испытании судостроительных, а также других твердых материалов на возгораемость первоначально выявляется группа сгораемых материалов методом огневой трубы.

Материал считается сгораемым, если при испытании методом огневой трубы время самостоятельного горения или тления превышает 1 мин, а потеря веса образца - 20%. К сгораемым материалам относятся также материалы, самостоятельно горящие пламенем по всей поверхности образца, независимо от потери веса и времени его горения. Такие материалы дальнейшим испытаниям не подвергаются.

Материалы, имеющие потерю веса менее 20%, а также материалы, теряющие 20% веса и более, но самостоятельно горящие или тлеющие менее 1 мин для окончательной оценки степени возгораемости подвергаются дополнительным испытаниям по методу калориметрии.

1.2 Классификация веществ и материалов по горючести

горение пожарный газ

По горючести вещества и материалы подразделяются на три группы: негорючие, трудногорючие и горючие.

Негорючие (трудносгораемые) -- вещества и материалы, не способные к горению в воздухе. Негорючие вещества могут быть пожаровзрывоопасными.

Трудногорючие (трудносгораемые) -- вещества и материалы, способные гореть в воздухе при воздействии источника зажигания, но не способные самостоятельно гореть после его удаления.

Горючие (сгораемые) - вещества и материалы, способные самовозгораться, а также возгораться при воздействии источника зажигания и самостоятельно гореть после его удаления.

Все горючие вещества делятся на следующие основные группы:

* Горючие газы (ГГ) - вещества, способные образовывать с воздухом воспламеняемые и взрывоопасные смеси при температурах не выше 50° С. К горючим газам относятся индивидуальные вещества: аммиак, ацетилен, бутадиен, бутан, бутилацетат, водород, винилхлорид, изобутан, изобутилен, метан, окись углерода, пропан, пропилен, сероводород, формальдегид, а также пары легковоспламеняющихся и горючих жидкостей.

* Легковоспламеняющиеся жидкости (ЛВЖ) -- вещества,

* способные самостоятельно гореть после удаления источника зажигания и имеющие температуру вспышки не выше 61° С ( в закрытом тигле ) или 66° (в открытом). К таким жидкостям относятся индивидуальные вещества: ацетон, бензол, гексан, гептан, диметилфорамид, дифтордихлорметан, изопентан, изопропилбензол, хлорбензол, циклогексан, этилацетат, этилбензол, этиловый спирт, а также смеси и технические продукты бензин, дизельное топливо, керосин, уайтспирит, растворители.

· Горючие жидкости (ГЖ) - вещества, способные самостоятельно гореть после удаления источника зажигания и имеющие температуру вспышки выше 61° (в закрытом тигле ) или 66° С ( в открытом). К горючим жидкостям относятся следующие индивидуальные вещества: анилин, гексадекан, гексиловый спирт, глицерин, этиленгликоль, а также смеси и технические продукты, например, масла: трансформаторное, вазелиновое, касторовое.

Горючие пыли - твердые вещества, находящиеся в мелкодисперсном состоянии. Горючая пыль, находящаяся в воздухе ( аэрозоль), способна образовывать с ним взрывчатые смеси.

В соответствии с «Общесоюзными нормами технологического проектирования» (1995 г.) здания и сооружения, в которых размещаются производства, подразделяются на пять категорий (таблица 2).



Таблица 2

Категория А: цехи обработки и применения металлического натрия и калия, нефтеперерабатывающие и химические производства, склады бензина и баллонов для горючих газов, помещения стационарных кислотных и щелочных аккумуляторных установок, водородные станции и др.

Категория Б: цехи приготовления и транспортирования угольной пыли, древесной муки, сахарной пудры, обработки синтетического каучука, мазутное хозяйство электростанций и текстильной и бумажной промышленности, швейные и трикотажные фабрики, склады масла и масляное хозяйство электростанций, гаражи и др. Категория Г: литейные, плавильные, кузнечные и сварочные цехи, цехи горячей прокатки металла, котельные, главные корпуса электростанций и др. Категория Д: цехи холодной обработки металлов, пластмасс и т. д.



1.3 Расчетные методы определения группы горючести

Группу горючести вещества или материала можно определить, различными методами. Наиболее точным и надежным является метод оценки группы горючести по значению потенциала горючести. При отсутствии данных для вычисления потенциала горючести группу горючести можно ориентировочно оценить по теплоте сгорания или энергии Гиббса.

Оценки горючести по потенциалу горючести. Потенциалом горючести называется специальная термодинамическая величина, характеризующая разность между энергией, необходимой и достаточной для поддержания самостоятельного горения данного вещества в рассматриваемой окислительной среде при заданных параметрах состояния, и энергией, действительно выделяемой наиболее горючей смесью вещества при горении в данных условия.

Потенциал горючести веществ, горючих в данных условиях, является отрицательной величиной, негорючих и трудногорючих веществ положительной, а для веществ или смесей, предельных по горючести, он равен нулю.

Оценка пожароопасности по энергии Гиббса. Изменение энергии Гиббса С° выражает ту часть внутренней энергии системы, «угорая способна превращаться в полезную работу. Величина С° служит мерой реакционной способности реагирующих компонентов: все реакции с большой потерей энергии Гиббса протекают активно и до конца, приобретая тогда даже характер взрыва. Реакции, для протекания которых должна быть затрачена работа в системе, не способны идти самопроизвольно.

Значения энергии Гиббса образования различных веществ можно найти в справочниках, например в, либо рассчитать, используя руководства по химической термодинамике, например.

Энергия Гиббса реакции имеет знак минус, и значение ее велико, следовательно, реакция может протекать активно и даже со взрывом, что представляет серьезную пожарную опасность.

Оценка горючести по теплоте сгорания. Теплота сгорания является одной из важнейших термодинамических констант, характеризующих степень горючести вещества. Теплоту сгорания широко используют при оценке пожарной опасности для вычисления пределов воспламенения, температуры горения, удельной теплоты пожара, минимальной флегматизирующей и огнетушащей концентраций средств тушения и в других случаях.

Горючесть твердых веществ и материалов в значительной степени зависит от их состояния: при прочих равных условиях более плотные монолитные материалы менее горючи, чем пористые или мелкораздробленные (например, плотные кипы бумаги, даже в очаге пожара лишь незначительно обугливаются снаружи, в то время как отдельные листы бумаги легко воспламеняются от спички); вещества, выделяющие при нагревании летучие горючие компоненты, обычно более горючи, чем вещества, не выделяющие летучих. Тонкие пленки горючих веществ, нанесенных на негорючее массивное основание, например на бетонную или кирпичную стену, при достаточно малой толщине слоя могут становиться трудновоспламеняемыми и даже трудногорючими.

При прочих равных условиях менее горючим обычно является материал с более высокой влажностью.



2.Расчетная часть

2.1 Расчет объема воздуха, необходимого для полного сгорания 1 кг горючего вещества

а) Уравнение реакции горения

б) Определение массы 1 Кмоля горючего вещества

кг

в) Определение объема воздуха для горения 1 м³ этилацетата при нормальных условиях:

м³

г) Определяем реальный расход воздуха с учетом заданных условий и избытка воздуха

м³



2.2 Расчет объема и процентного состава продуктов горения 1 кг этилацетата

а) Определение объема продуктов горения

б) Определение процентного состава продуктов горения

2.3 Расчет теплоты сгорания по формуле Менделеева

а) Определение массового процентного содержания элементов горючих веществ этилацетата:



б) Определение теплоты сгорания

2.4 Расчет плотности паров этилацетата по отношению к плотности воздуха

2.5 Расчет концентрации насыщенных паров этилацетата

а) Определение давления насыщенных паров по формуле Антуана

Па

б) Определение концентрации паров в процентах по объему



в) Концентрация насыщенных паров в г/м³

г/м³

2.6 Расчет стехиометрической концентрации паров этилацетата в смеси с воздухом

а) Определение стехиометрических концентраций в процентах по объему

б) Стехиометрические концентрации в г/м³

г/м³

2.7 Расчет концентрационных пределов распространения пламени паров этилацетата

а) Определение концентрационных пределов в процентах по объему



б) Концентрационные пределы в г/м³

г/м³

г/м³

2.8 Расчет времени образования минимальной взрывоопасной концентрации паров этилацетата

а) Взрывоопасная концентрация паров образуется при достижении

НКПР=89.86г/м³

б) Определение массы жидкости, которую нужно испарить, чтобы образовался НКПР

г

в) Определение времени испарения из формулы массовой скорости испарения



смин

2.9 Расчет температуры горения

а) Определение теплосодержания продуктов горения

б) Определение температурного промежутка, в который попадает значение теплоты сгорания

в) Определение температуры горения интерполяцией

2.10 Расчет температурных пределов распространения пламени этилацетата

а) Определение давления пара на нижнем и верхнем пределах распространения пламени



Па

б) Определение ТПР этилацетата:

0С 380С

2.11 Расчет температуры вспышки

а) По таблице определяем температуру кипения этилацетата:

t_кип=77?

б) Определяем коэффициент горючести, зависящий от содержащихся в молекуле атомов:

k=4Ч"C”+4Ч\"S\"+\"" H"+\"N\"-2Ч\"" O"-2Ч\"" Cl"-3ЧF"-5Ч"Br"

k=4Ч4+8-2Ч2=20

в) Определяем температуру вспышки по формуле Элея: ?



Выводы

горение пожарный газ

Определены показатели пожарной опасности этилацетата

Расход воздуха на горение V_в=20.37 м^3

Объем и процентный состав продуктов горения

Низкая теплота сгорания

Q_н=23923.97 кДж/кг

Плотность паров по воздуху d=3.03, т.е пары этилацетата в 3,03 раза тяжелее воздуха

Давление и концентрация насыщенных паров

P_нас=9681 Па

ц_нас=8.09%

С_нас=349.49 г/м^3

Стехиометрическая концентрация паров ( в % по объему и в г/м3)

ц_ст=4.03%, C_ст=174.09 г/м^3

Концентрационные пределы распространения пламени

ц_н (НКПР)=2.08%,ц_в (ВКПР)=12.03%,С_н=89.86г/м^3 ,С_в=519.71 г/м^3

Время образования взрывоопасной концентрации паров

ф=6739.5 минут

Температурные пределы распространения пламени

t_н (НТПР)=-18.03 ,t_В (НТПР)=18.38

Температуры вспышки t_вс=77 ?

Температура горения t_гор=1750?

Максимальное давление взрыва P_вз=892576.79 Па



Список использованной литературы

горение пожарный газ

1.Теория горения и взрыва: методические указания к выполнению курсовой работы. Ростов-н/д: Издательский центр ДГТ, 20011.-23с.

2.Горение. Физические и химические аспекты, моделирование, эксперименты, образование загрязняющих веществ. Ю. Барнатс, У. Маас, Диббл.

3.Расчет параметров горения и взрыва: учебн. метод. пособие. Ю.В. Коваленко, В. В. Романов, А. И. Озерский - Ростов-на-Дону, Издательский центр ДГТУ, 2012-48с.

4.Процессы горения и взрыва А.Я. Корольченко. Москва, издательство «ПОЖНАУКА» 2007г.

Размещено на Allbest.ru

...