Документ. 1 История возникновения и достижения науки в области изучения огня
 Скачать 340.84 Kb.
|
|
Qф = ε σ (T ф4 -Tж4) где ε - степень черноты, σ - постоянная Стефана - Больцмана, = 2079 10-7 кдж/(м2 ч К4) T ф , T ж - t факела и поверхности жидкости, К Это тепло расходуется на испарение (q1) и прогрев (q11 ) жидкости в глубину. Верхний слой жидкости нагревается до более высокой температуры, чем нижние. Температура у стенок выше, чем в середине резервуара. Таким образом, скорость распространения пламени по жидкости, т. е. путь, пройденный пламенем в единицу времени, определяется скоростью прогрева поверхности жидкости, под воздействием лучистого теплового потока от пламени, т. е. скоростью образования горючей паровоздушной смеси над зеркалом жидкости.Характер распределения температур зависит от рода жидкости и условий горения. Для жидкостей, у которых скорость выгорания меньше скорости прогрева (нефть, бензин, мазут), примерно через 10 минут формируется изотермический слой, толщина которого со временем постепенно увеличивается до определённой величины.
 32. Характеричтики факторов влияющие на скорость выгорания жидкостей Влияние природы жидкости. На скорость выгорания оказывают влияние интенсивность теплового потока, поступающего от пламени к зеркалу жидкости и теплофизические параметры горючего: температура кипения, теплоемкость и теплота испарения. Отношение скоростей выгорания наиболее быстрокипящих жидкостей к наиболее медленно горящим относительно невелико и составляет 3,0-4,5. Влияние диаметра резервуара.Зависимость скорости выгорания от диаметра резервуара для всех горючих жидкостей одинакова. При увеличении диаметра скорость выгорания вначале быстро снижается, затем скорость снижения уменьшается. Далее наблюдается возрастание скорости выгорания с увеличением диаметра резервуара и последующее приближение скорости выгорания к предельному значению. Этот предел достигается при диаметрах порядка 1,2-1,3 м Влияние начальной температуры. С увеличением Т0 скорость выгорания возрастает, поскольку снижаются затраты тепла на прогрев жидкости до температуры кипения. Влияние уровня жидкости в резервуаре.С понижением уровня жидкости происходит снижение скорости выгорания вплоть до прекращения горения. Поскольку подвод воздуха, необходимого для горения, за счет диффузии из окружающей среды непосредственно вовнутрь резервуара невозможен, то при понижении уровня жидкости происходит удаление зоны пламени от поверхности горения. Величина лучистого потока к зеркалу жидкости снижается, а следовательно, уменьшается и скорость выгорания вплоть до затухания. При горении жидкостей в резервуарах большого диаметра предельная глубина, при которой происходит затухание горения, очень большая. Так, для резервуара с диаметром 5 м она составляет 11 м,а с диаметром 5 м – около 35 м. Влияниевлажности жидкости. Содержание влаги понижает скорость выгорания жидкости, во-первых, вследствие дополнительных затрат тепла на ее испарение; во-вторых, в результате флегматизирующего влияния паров воды в газовой зоне. Последнее приводит к снижению температуры пламени, а следовательно, уменьшается и его излучательная способность. Строго говоря, скорость выгорания влажной жидкости не постоянная, она увеличивается или уменьшается в процессе горения в зависимости от величины температуры кипения жидкости. Влажное горючее может быть представлено как смесь двух жидкостей (горючее + вода), в процессе горения которых происходит их фракционная разгонка. Если температура кипения горючей жидкости меньше температуры кипения воды (100 0С), то происходит преимущественное выгорание горючего, смесь обогащается водой, скорость выгорания снижается и, наконец, горение прекращается. Если температура кипения жидкости больше 100 0С, напротив, вначале преимущественно испаряется влага, концентрация ее снижается и скорость выгорания жидкости возрастает, вплоть до скорости горения чистого продукта. Влияние скорости ветра.Как правило, с повышением скорости ветра скорость выгорания жидкости увеличивается. Ветер интенсифицирует процесс смешения горючего с окислителем, повышая температуру пламени и приближая пламя к поверхности горения. Все это повышает интенсивность теплового потока, поступающего на нагрев и испарение жидкости, следовательно, приводит к росту скорости выгорания. При большей скорости ветра пламя может срываться, что приведет к прекращению горения. Так, например, при горении тракторного керосина в резервуаре диаметром 3 м наступал срыв пламени при достижении скорости ветра 22 м/с. Влияние концентрации кислорода в атмосфере. Большинство жидкостей не способны к горению в атмосфере с содержанием кислорода менее 15 %. С повышением концентрации кислорода выше этого предела скорость выгорания возрастает. В атмосфере, обогащенной кислородом, горение жидкости протекает с выделением большого количества сажи в пламени и наблюдается интенсивное кипение жидкой фазы. Для многокомпонентных жидкостей (бензин, керосин и т. п.) температура поверхности с увеличением содержания кислорода в окружающей среде возрастает. Повышение скорости выгорания и температуры поверхности жидкости с ростом концентрации кислорода в атмосфере обусловлено увеличением излучающей способности пламени в результате роста температуры горения и высокого содержания сажи в нем. 33. 34. 35. . Горение пылевоздушных смесей Во многих технологических процессах, связанных с приготовлением, использованием, транспортированием измельчённых, порошкообразных или легко крошащихся материалов, возникает возможность образования взрыво- или пожароопасной ситуации. Взрывы промышленных пылей представляют большую опасность, т.к. часто влекут за собой не только большие материальные убытки, но и гибель людей. Пыль может находиться во взвешенном или в осевшем состоянии.Пыль - дисперсная система, состоящая из газообразной дисперсионной среды и твёрдой дисперсной фазы ( с размерами частичек до 850 мкм). Аэровзвесь, или аэрозоль - пыль, находящаяся во взвешенном состоянии.Аэрогель - пыль, осевшая на различные поверхности.По поведению при горении аэрозоль сходна с газовоздушными смесями, аэрогель - с твёрдыми веществами. Основными свойствами, влияющими на пожарную опасность пылей, являются: Дисперсность - степень измельчённости. Степенью дисперсности наз. Величину, обратно пропорциональную размеру (среднему диаметру) пылинок: N=1/d. Чем выше степень дисперсности, тем опаснее пыль. Химическая активность - способность вступать в химические реакции с другими веществами, в т.ч. в реакции окисления; зависит от природы вещества и степени дисперсности. Чем выше, тем опаснее. Адсорбционная способность, т.е. способность поглощать пары и газы поверхностью вещества, зависит от самого вещества, степени дисперсности. Процесс экзотермичен, а поэтому пожароопасен. (сажа способна поглотить воздуха в 19 раз больше, чем её объём). Склонность к электризации зависит от удельного электрического сопротивления материала, влажности, силы трения, скорости движения, степени дисперсности. Может происходить накопление зарядов статического электричества в несколько десятков кВ. Искра способна стать источником зажигания. Меры борьбы - увлажнение (выше 70% - не опасно), ионизация, заземление В зависимости от величины НКПР пыли классифицируют: (один из вариантов)
Ранее процесс горения аэрозольных систем считали аналогичным горению гомогенной газовой смеси и процесс перемещения фронта пламени объясняли передачей тепла из зоны пламени к свежей смеси посредством теплопроводности). Однако высокие скорости распространения пламени по органическим пылевоздушным смесям (свыше 10 м/с) не могли быть объяснены с позиций этих представлений.В последующем было выдвинуто и обосновано, предположение, что распространение пламени по пылевоздушным смесям происходит главным образом за счет прогрева холодной смеси лучистым тепловым потоком от фронта пламени. Твердые частицы, поглощая лучистый поток, нагреваются, разлагаются с выделением горючих продуктов, которые образуют горючие смеси с воздухом. Особенностью данного механизма распространения пламени является то, что глубина прогрева и разложения твердых частиц лучистым потоком достаточно велика, вследствие чего перед фронтом пламени образуется значительный слой парогазовоздушной смеси, прогретой до высокой температуры, соизмеримой с температурой разложения твердой фазы. Непосредственным подтверждением определяющей роли излучения от фронта пламени на процесс распространения горения по пылевоздушным смесям можно считать экспериментально установленную особенность горения достаточно высокодисперсных систем. Аэровзвесь, имеющая очень мелкие частицы, при воспламенении быстро сгорает в зоне воздействия источника зажигания, однако толщина зоны пламени настолько мала, что интенсивность его излучения оказывается недостаточной для разложения частиц, и стационарного распространения пламени по таким смесям не происходит.Отметим, что аэровзвесь, содержащая крупные частицы, также не способна к стационарному горению. Однако причина здесь несколько другая. Как известно, с увеличением размера (объема) частицы снижается удельная поверхность теплообмена и возрастает время ее прогрева до температуры разложения. Если время образования горючей парогазовоздушной смеси перед фронтом пламени за счет разложения частичек твердого материала будет меньше времени существования фронта пламени (отношение толщины фронта пламени к скорости его распространения), то горение происходить не будет. Так, пылевоздушная смесь, состоящая из угольных пылинок размером 0,1 ч-0,18мм, не способна к горению.С позиции данной теории аэрозоль перед фронтом пламени следует рассматривать как квазигомогенную систему с некоторой эффективной теплоемкостью дисперсной фазы сэ. Если принять, что лимитирующей стадией процесса горения является прогрев и разложение твердых частичек до температуры их самовоспламенения Тс, то выражение для скорости распространения пламени можно записать в виде Влияние концентрации пыли. Как и в случае горения гомогенной газовоздушной смеси, максимальная1 скорость распространения пламени имеет место для смесей несколько выше стехиомет-рического состава. Из рис. 8.17 следует, что наибольшая скорость наблюдается при содержании торфяной пыли в воздухе, равном 1-М,5кг/м3. Влияние зольности. При уменьшении содержания летучих про дуктов в составе пыли (повышение зольности) происходит сниже ние скорости горения и даже его прекращение, так как концентрация паровоздушной смеси перед фронтом пламени, образующаяся в результате разложения твердой фазы, может стать ниже нижнего предела ее воспламенения. Влияние содержания кислорода в окружающей среде. С уменьшением содержания кислорода скорость распространения пламени по пылевоздушным смесям снижается (рис. 8.17). При этом наблюдается характерная особенность: резкое снижение имеет место при горении бедных и близких к стехиометрическим системам. В области богатых систем скорость изменяется незначительно. Так, из рис. 8.17 видно, что при снижении концентрации кислорода с 21 до 18% максимальная скорость снизилась в 6 раз, скорость распространения пламени по пылевоздушным смесям с концентрацией дисперсной фазы, равной 13%, — лишь в 1,5 раза. Вследствие такого характера изменения скорости распространения пламени предельные концентрации кислорода в воздухе (минимальное содержание кислорода, при котором еще возможно горение) для обогащенных аэрозолей ниже, чем для стехиометрических и бедных. При снижении содержания кислорода в воздухе ниже 16% горение торфяной пыли становится невозможным. Другие виды пыли (мука, крахмал, сахар и т. д.) прекращают горение при снижении концентрации кислорода до 12%. Влияние флегматизаторов. При разбавлении пылевоздушных смесей флегматизатором или при введении химически активных ингибиторов скорость распространения пламени снижается. Так при добавлении в аэрозольную систему полистирол-воздух от 1 до 1,5% тетрафтордибромэтана распространения пламени не происходит. Меры профилактики начинаются уже на стадии проектирования: в зависимости от свойств применяемых материалов и возможностей образования п/о или в/о ситуации определяют категорию производства и выбирают соотв. степень защиты исполнения оборудования (чаще пыленепроницаемое), рассчитывают прочность строительных и др. конструкций, эл. цепей и их элементов, допустимые температуры. При работе действующих предприятий в зависимости от конкретных возможностей используются:Замена материалов на негорючие и трудногорючие.Снижение температуры теплоносителей.Предупреждение возможности появления потенциальных источников зажигания (тепловых и электрических искр, нагрева электрических лампочек, накопления статического заряда, недопущения курения и т.д.) Обеспыливание (гладкие поверхности оборудования, полов, стен в помещении, удаление скоплений пыли, увлажнение, пылеочистительные установки).Уменьшение перемещений материала.Установка оборудования, подавляющего взрыв.Снижение содержания воздуха при транспортировке (вакуум).Снижение содержания кислорода введением негорючих или флегматизирующих газов. Недопустимость совместного хранения и перевозки горючих веществ с окислителями. 36. . Состав и строение целлюлозосодержащих материалов, их поведение при горении. К целлюлозосодержащим материалам относятся: древесина, хлопок, солома, торф, х/б ткани, бумага и изделия из них. В химический состав древесины входят: С-42-46%; О-38-47%; Н-4-6%, а также влага и зола (до 8%). Эти материалы имеют пористое строение, поры (от 57% по объёму у дуба до 72% у ели) заполнены воздухом. Поэтому расход воздуха на их горение невелик, они имеют способность к тлению. Сгорание на открытом воздухе - как правило, полное. Из-за пористого строения древесина имеет низкую теплопроводность, поэтому достаточно быстро воспламеняется и медленно прогревается в глубину. При воздействии источника зажигания быстро нагревается тонкий поверхностный слой, в котором быстро испаряется влага и начинается разложение. В продуктах разложения до 250 оС содержатся в основном вода Н2О и углекислый газ СО2, выше - появляются оксид углерода СО, водород Н2, метан СН4, этилен С2Н4, пары уксусной кислоты СН3СООН, метилового спирта СН3ОН и др., которые способны гореть. Температура воспламенения древесины (зависит от вида и состояния древесины) примерно равна 230-260 оС. По мере разложения и выгорания древесины на её поверхности образуется слой древесного угля толщиной до 2,5 см, прогретого до 500-700 оС, древесина под ним нагревается до 300 оС и разлагается. Пары, проходя сквозь поры угля, продолжают гореть вместе с образующимся углем. Т.е. горение древесины состоит из двух фаз: гомогенное горение газообразных продуктов разложения и гетерогенного горения древесного угля. Особенно опасна первая фаза, т.к. она сопровождается выделением высоконагретых продуктов разложения и горения и интенсивным излучением от пламени. Примерно так же ведут себя при горении и другие целлюлозосодержащие материалы. Разложение целлюлозосодержащих материалов сопровождается выделением тепла, поэтому при малой скорости теплоотвода возможно их самонагревание вплоть до возникновения горения, поэтому надо следить, чтобы в больших массах (при плотной укладке) не происходил нагрев выше 100 оС. Несколько отличаются аналогичные показатели для хлопка и торфа. Торф начинает разлагаться уже при 100 - 105 оС, заметное разложение протекает при 150 оС, температуры: воспламенения - 210 оС, самовоспламенения - 407 оС; для хлопка-сырца температуры: самонагревания - 60 оС, тления - 205 оС. Хлопок и торф содержат наибольшее количество пор, в связи с чем очень легко воспламеняются от источников с очень малым запасом энергии (даже от искры, образованной при трении упаковочной проволоки), способны продолжать тлеть за счет кислорода, содержащегося в химическом составе и порах, поэтому тушение изолирующими средствами не даёт полной гарантии. При тушении приходится разбивать и растаскивать тюки, добавлять в воду смачиватели для большего эффекта проникновения воды вглубь. После ликвидации пламенного горения следует убедиться в полной невозможности возобновления горения из-за возможных очагов тления. Хлопок легко самовозгорается при контакте с сильными окислителями : азотной и серной кислота и др. Загрязнённый отходами, семенными коробочками, влажный хлопок способен самовозгораться на воздухе, высушенный и связанный в тюки (как при перевозке) - нет. Торф способен самовозгораться в местах залежей при длительно стоящей сухой и жаркой погоде, а также свежедобытый. 37. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||