Материал: Ответы экзамен горения и взрыва

Ответы экзамен горения и взрыва

1.  Актуальность изучения вопросов теории горения и взрыва

для защиты окружающей среды.

          Пожары и взрывы причиняют значительный материальный ущерб, в ряде случаев вызывают тяжелые травмы и гибель людей. Ущерб от пожаров и взрывов в промышленно развитых странах превышает 1% национального дохода и имеет тенденцию постоянного роста. В России также происходит ежегодное увеличение количества пожаров и убытков от них, а количество людей, погибающих на пожарах, превышает 12 тысяч в год.

Наибольшие убытки от пожаров и взрывов отмечаются в энергетике, в нефтегазодобыче и переработке. Колоссальные материальные убытки и экологический ущерб приносят лесные пожары.

С каждым годом увеличиваются объемы обращающихся на объек­тах экономики горючих веществ и материалов. Знание свойств этих ве­ществ и материалов, влияющих на их пожарную и взрывную опасность, является одним из условий, необходимых для прогнозирования разви­тия пожара и его опасных факторов, а в конечном итоге позволяет пла­нировать противопожарные меры.

2.  Понятия горение (10) и горючая система

 Горение , сложное, быстро протекающее химическое превращение, сопровождающееся выделением значительного количества тепла  и  обычно ярким свечением (пламенем). В большинстве случаев основу Г. составляют экзотермические окислительные реакции вещества, способного к Г. ( горючего ), с окислителем. Современная физико-химическая теория  горения  относит к  горению  все химические процессы, связанные с быстрым превращением  и  тепловым или диффузионным их ускорением, в том числе разложение взрывчатых веществ, озона,  и  др.; соединение ряда веществ с хлором, фтором  и  т. д.; взаимодействие многих металлов с хлором, окисей натрия  и  бария с двуокисью углерода  и  т. д. Химическая реакция  горения  в большинстве случаев является сложной, т. е. состоит из большого числа элементарных химических процессов. Кроме того, химическое превращение при  горении  тесно связано с рядом физических процессов — переносом тепла  и  масс  и  характеризуется соответствующими гидро-  и  газодинамическими закономерностями.

В большинстве случаев при пожаре окисление горючих веществ происходит кислородом воздуха.Горючее вещество и кислород являются реагирующими веществами и составляют горючую систему, а источник зажигания вызывает в ней реакцию горения. Источником зажигания может быть горящее пли накаленное тело, а также электрический разряд, обладающий запасом энергии, достаточным для возникновения горения и др.

Горючие системы подразделяются на однородные и неоднородные. Однородными являются системы, в которых горючее вещество и воздух равномерно перемешаны друг с другом (смеси горючих газов, паров с воздухом). Горение таких систем называют горением кинетическим. Скорость его определяется скоростью химической реакции, значительной при высокой температуре. При определенных условиях такое горение может носить характер взрыва или детонации. Неоднородными являются системы, в которых горючее вещество и воздух не перемешаны друг с другом и имеют поверхности раздела (твердые горючие материалы и нераспыленные жидкости). В процессе горения неоднородных горючих систем кислород воздуха проникает (диффундирует) сквозь продукты горения к горючему веществу и вступает с ним в реакцию. Такое горение называют диффузионным горением, так как его скорость определяется главным образом сравнительно медленно протекающим процессом-диффузией.

3.  Виды реакций горения.

Горение  подразделяется на тепловое и цепное. В основе теплового  горения  лежит химическая  реакция , способная протекать с прогрессирующим самоускорением вследствие накопления выделяющегося тепла. Цепное  горение  встречается в случаях некоторых газофазных  реакций  при низких давлениях.

По агрегатному состоянию  горючего   и  окислителя различают: 1) гомогенное  горение  —  горение  газов  и  парообразных  горючих  в среде газообразного окислителя (большей частью кислорода воздуха); 2)  горение  взрывчатых веществ  и  порохов; 3) гетерогенное  горение  —  горение  жидких  и  твёрдых  горючих  в среде газообразного окислителя;  горение  в  системе  жидкая  горючая  смесь — жидкий окислитель (например, кислота).

 Виды   горения 

Диффузионное горение Характеризуется раздельным подачей в зону горения горючего и окислителя. Перемешивание комонентов происходит в зоне горения. Пример: горение водорода и кислорода в ракетном двигателе, горение газа в бытовой газовой плите.

Горение предварительно смешанной среды (гомогенное горение) Как следует из названия, горение происходит в смеси, в которой одновременно присутствуют горючее и окислитель. Пример: горение в цилиндре двигателя внутреннего сгорания бензиново-воздушной смеси после инициализации процесса свечой зажигания.

Беспламенное  горение В отличие от обычного  горения , когда наблюдаются зоны окислительного пламени и восстановительного пламени, возможно создание условий для беспламенного  горения . Примером может служить каталитическое окисление органических веществ на поверхности подходящего катализатора, например, окисление этанола на платиновой черни.

Тление  Вид   горения , при котором пламя не образуется, а зона  горения  медленно распространяется по материалу. Тление обычно наблюдается у пористых или волокнистых материалов с высоким содержанием воздуха или пропитанных окислителями. Тление в определённых условиях приводит к самовозгоранию материалов.

Автогенное  горение Самоподдерживающиеся  горение . Термин используется в технологиях сжигания отходов. Возможность автогенного (самоподдерживающегося)  горения  отходов определяется предельным содержанием балластирующих компонент: влаги и золы. На основе многолетних исследований шведский ученый Таннер предложил для определения границ автогенного  горения  использовать треугольник-схему с предельными значениями: горючих более 25%, влаги менее 50%, золы менее 60%.^[1]

Горение  и взрыв В определённых условиях скорость  горения  может меняться, при этом можно наблюдать процессы перехода  горения  во взрыв. При высоких скоростях  горения  генерируются звуковые волны, например при сжигании смеси водорода с кислородом можно наблюдать изменение частоты звука  горения  в зависимости от соотношения концентраций.

4. Горение в техногенных устройствах и горение при техногенных пожарах

 Техногенная  опасность – состояние, внутренне присущее технической системе, промышленному или транспортному объекту, реализуемое в виде поражающих воздействий источника  техногенной  чрезвычайной ситуации на человека  и  окружающую среду при его возникновении, либо в виде прямого или косвенного ущерба для человека и окружающей среды в процессе нормальной эксплуатации этих объектов.

К  техногенным  относятся чрезвычайные ситуации, происхождение которых связано с производственно-хозяйственной деятельностью человека на объектах техносферы. Как правило,  техногенные  ЧС возникают вследствие аварий, сопровождающихся самопроизвольным выходом в окружающее пространство вещества  и  (или) энергии.

Наиболее распространенными источниками возникновения чрезвычайных ситуаций техногенного характера являются пожары и взрывы, которые происходят: - на промышленных объектах; - на объектах добычи, транспортировки,  хранения и переработки легковоспламеняющихся, горючих и взрывчатых веществ; - на транспорте; - в шахтах, горных выработках, метрополитенах; - в зданиях и сооружениях жилого, социально-бытового и культурного назначения, а также в лесных и торфяных массивов.
Виды   пожаров  – характеристики различных  пожаров  в зависимости от условий их возникновения и развития. В целях детального изучения  пожаров  и разработки тактики борьбы с ними все  пожары  классифицируются по группам, классам и  видам . По условиям газо- и теплообмена с окружающей средой  пожары  разделены на 2 большие группы – на открытом пространстве и в ограждениях.

Пожары  на открытом пространстве условно могут быть разделены на 3  вида :

распространяющиеся; нераспространяющиеся (локальные); массовые.

Нераспространяющиеся (локальные) -  пожары , у которых размеры остаются неизменными. Локальный  пожар  представляет собой частный случай распространяющегося, когда возгорание окружающих  пожар  объектов от лучистой теплоты исключено. В этих условиях действуют метеорологические параметры. Так, например, из достаточно мощного очага  пожара  огонь может распространяться в результате переброса искр и головней в сторону негорящих объектов по направлению ветра. Такой механизм характерен для крупных  пожаров  лесоскладов, в сельской местности, на открытых складах различных материалов, в районах городской застройки с узкими улицами. На крупных складах нефти и нефтепродуктов  пожар  одного или группы резервуаров относится к  виду  нераспространяющихся. Однако при определенных условиях  пожары  на нефтескладах перерастают в распространяющиеся. Распространение горения на соседние резервуары может происходить при выбросах горящих нефтепродуктов и деформациях металлических резервуаров.

Классификация  пожаров  по признаку распространения тесно связана со временем их развития. Массовый  пожар  может возникнуть на больших площадях складов твёрдых и жидких горючих материалов, в лесных массивах, сельских населенных пунктах и рабочих поселках, застроенных зданиями с низкой сопротивляемостью воздействию  пожара .

 Пожары  в ограждениях различают двух  видов : открытые и закрытые. Открытым  пожарам  свойственно свободное выгорание горючих материалов без перехода во взрыв (вспышку). Эти  пожары  развиваются при полностью или частично открытых проёмах (ограниченная вентиляция). Они характеризуются высокой скоростью распространения горения с преобладающим направлением в сторону открытых проёмов и переброса через них факела пламени, вследствие чего создаётся угроза перехода огня в верхние этажи и на соседние здания (сооружения). При открытых  пожарах  скорость выгорания ма­териалов зависит от их физико-химических свойств, распределения в объёме помещения и условий газообмена.

Экспериментально установлено, что при закрытых  пожарах  (в помещениях) скорость выгорания наиболее распространённых горючих материалов не зависит от их физико-химических свойств, распределения в объёме помещения и полностью лимитируется расходом воздуха, поступающего через щели и неплотные соединения окон и дверей. Исключение составляют особо опасные кислородосодержащие горючие материалы (целлулоид, порох и др.), а также некоторые синтетические полимерные материалы, содержащие легколетучие компоненты. Скорость выгорания таких веществ и материалов очень высока и может протекать либо без доступа кислорода, либо при ограниченном доступе. Для закрытых  пожаров  характерны опасность перехода  пожара  во взрыв (вспышку) при увеличении поступления воздуха в помещение после периода протекания  пожара  в условиях ограниченного доступа воздуха, а также опасность разрушения строительных конструкции при превышении пределов их огнестойкости. Вместе с тем тушение  пожаров  в помещениях достигается легче в связи с возможностью применения высокоэффективного объёмного способа пожаротушения.

От  вида   пожара , определяемого свойствами горючих веществ и материалов, зависит выбор способов и средств тушения  пожара . Так, при горении металлов и металлосодержащих веществ наиболее приемлемыми средствами пожаротушения являются огнетушащие порошки, а при  пожарах  разливов ЛБЖ и ГЖ основным средством тушения является пена.

5. Горючие и окисляющие вещества.

Горючими называются вещества , способные  самостоятельно  гореть  после изъятия источника загорания.

По  степени  горючести  вещества  делятся  на:   горючие   (сгораемые), трудногорючие (трудносгораемые) и негорючие (несгораемые).

К  горючим  относятся  такие  вещества,   которые   при   воспламенении посторонним источником продолжают гореть и после его удаления.

К  трудногорючим  относятся  такие  вещества,   которые   не   способны распространять пламя и горят лишь в месте воздействия источника зажигания.

Негорючими являются вещества, не воспламеняющиеся даже при  воздействии достаточно мощных источников зажигания (импульсов).

Горючие вещества могут  быть  в  трех  агрегатных  состояниях:  жидком, твердом  и  газообразном (возможно и 4-ое состояние вещества – плазма)

Большинство   горючих   веществ   независимо   от агрегатного  состояния  при  нагревании  образует   газообразные   продукты,которые  при  смешении  с  воздухом,  содержащим   определенное   количество кислорода, образуют горючую среду.  Горючая  среда  может  образоваться  при тонкодисперсном распылении твердых и жидких веществ.Из горючих газов и пыли образуются горючие смеси при любой температуре, в то время как твердые вещества и жидкости могут  образовать  горючие  смеси только при определенных температурах.