Процессы горения и расчет пожарных категорий



Учитывая что расчет пожарных категорий основывается на химии горения, специалистам в этой области не может быть не интересен один из первых учебников по процессам горения.

Начало этого учебника можно прочитать по ссылке.

 

 

 

ГЛАВА I

ГОРЕНИЕ

1.      ХИМИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ГОРЕНИЯ

Горением называется всякий химический экзотермический процесс, сопровождающийся столь энергичным выделением тепла, что при этом процессе появляется свечение.

В большинстве случаев горение сопровождается также появлением пламени, которое представляет собой светящиеся пары и газы. Экзотермический процесс, протекающий без излучения, или излучение, возникающее не под влиянием химического процесса, нельзя назвать горением.

Разберем в качестве примера то свечение, которое наблюдается в гейслеровых трубках. Несмотря на излучение, процесс, происходящий в трубках, нельзя отнести к явлениям горения, так как излучение не вызвано протекающей химической реакцией. В трубках происходит электрический разряд. Под влиянием этого разряда электроны атомов помещенных в трубки элементов переходят на более высокие уровни энергии, и, перескакивая с дальнего уровня на более близкий, излучают квантами лучистую энергию. Здесь нет химического процесса, здесь нет горения.

Излучение в процессах горения тоже связано с электронами, но возбуждение последних (т. е. переход их на более высокие уровни энергии) происходит не за счет электрической, а за счет выделяющейся при реакции химической энергии.

Таким образом, продукты горения имеют меньший запас энергии, нежели исходные вещества, и по тепловому эффекту экзотермической реакции можно судить о степени интенсивности происходящего процесса горения. Приведем теплоты образования некоторых соединений, получающихся при явлениях горения.

Теплоты образования окислов в ккал.:

 

 

CO + 26,2 [29,7]	H2O + 57,9(пар)	SO2 + 69,4
CO2 + 94,3 [96,7]	H2O +  68,3(жидк.)	SO3+ 91,9
MgO + 144	Al2O3 + 380	P2O3+ 369,9

Теплоты образования галогенидов:

 

 

NaCl + 97,7	PCl3+ 76,6	SbCl3+ 91,4
CuCl2+ 51,6	PCl5+ 91,4	SbCl5+ 104,9
AlI3+ 77

Теплоты образования сульфидов:

 

 

ZnS + 45,2 (201)	MgS+ 79,4
FeS+ 22,3 (201)	CdS+ 34,5 (201)

////////////////////////////////////////////////////

Комментарий – в данном отрывке говориться о ключевой физической величине, используемой при расчете пожарных категорий – теплоте сгорания.

///////////////////////////////////////////////////

 

 

Во время пожара обычно горят органические соединения (дерево, уголь, нефть, бензин и т. п.), состоящие главным образом из атомов углерода и водорода.

Если рассмотреть те явления, которые происходят при взрывах горючих и взрывчатых веществ, то оказывается, что и эти явления относятся к экзотермическим реакциям, а так как они обычно сопровождаются выделением тепла и света, то их также следует отнести к явлениям горения.

В большинстве случаев выделяющаяся при реакции химическая энергия распределяется между всеми молекулами, содержащимися в горючей смеси, согласно законам статистического равновесия, т.е. превращается в тепло. В таких случаях горение называется тепловым. Излучение, наблюдаемое при процессах теплового горения, связано с развивающейся при этих процессах высокой температурой.

Значительно реже встречаются явления, когда выделяющаяся при реакции химическая энергия непосредственно переходит в энергию электронного возбуждения, и излучение пламени никак не связано с его температурой (холодные пламена).

Главным фактором в процессах теплового горения является тепловой эффект.

Если начался процесс горения и выделяющаяся теплота химической реакции является достаточной для того, чтобы нагреть соседние части горючего вещества до температуры, при которой скорость реакции достаточно велика, то они начнут сгорать в свою очередь. Их горение, сопровождающееся также тепловым эффектом, вызывает нагревание последующих слоев до температуры воспламенения, и т.д. Горючее вещество будет гореть все дальше и дальше.

Таким образом, обычное явление горения распространяется вследствие теплопроводности. Скорость горения поэтому небольшая и измеряется сантиметрами или метрами в секунду (м/сек.).

 

//////////////////////////////////////////////////////////////

Комментарий: Как мы говорили ранее, большой ошибкой тех, кто проводит  расчет пожарных категорий является игнорирование такого процесса, как указанная выше скорость горения, важный показатель опасности процесса.

//////////////////////////////////////////////////////////////

 

2.      УСЛОВИЯ, НЕОБХОДИМЫЕ ДЛЯ ГОРЕНИЯ, И ПРОДУКТЫ СГОРАНИЯ

Явлением горения в обычном смысле этого слова обозначают тот химический процесс, происходящий с горючим веществом, при котором оно воспламеняется, причем начавшаяся химическая реакция продолжается дальше, сопровождаясь выделением тепла.

Следовательно, для возникновения горения и его продолжения необходимы следующие условия:

1. Наличие способной к горению системы, которая в большинстве случаев должна состоять из горючего вещества и воздуха.

2. Импульс, вызывающий химическую реакцию горения.

Обычно этим импульсом является теплота, которая должна нагреть вещество до температуры его воспламенения. Необходимое тепло дает горючему веществу открытый огонь, адиабатическое сжатие, начавшийся химический процесс самоокисления и т. п.

Если теплота, выделяющаяся при начавшемся процессе, не рассеивается тем или иным путем и является достаточной для того, чтобы соприкасающиеся с горящим веществом соседние его части нагрелись до температуры воспламенения, то горение продолжается дальше. Таким образом, чтобы прекратить горение, надо нарушить одно из условий, необходимых для продолжения горения.

При обильном поливании горючего вещества водой она понижает температуру всей системы, затрудняет доступ воздуха к горящему материалу, в случае же горения жидких веществ, смешиваясь с ними и образуя растворы, понижает упругость их паров.

Пена, покрывая поверхность горящего вещества, прекращает доступ к нему кислорода воздуха. Негорючие и не поддерживающие горение газы, пары негорючих жидкостей (ССl₄), попадая на поверхность горючего вещества, также нарушают состав системы, способной к горению, так как выключают из нее кислород воздуха.

Тушение горящего нефтяного фонтана взрывом основано на удалении на большое расстояние сгорающих паров нефти, благодаря этому фонтанирующая после взрыва нефть не будет иметь импульса для своего воспламенения.

Обратимся теперь к продуктам горения.

Состав их зависит как от тех  элементов, которые входят в состав горящего вещества, так и от условий его сгорания. Горючие вещества растительного и животного происхождения состоят, главным образом, из соединений углерода, водорода, кислорода и азота. Следовательно, обычными продуктами горения этих веществ будут: СО₂, СО, Н₂О и N₂. Другие горючие вещества, получаемые при технологических процессах, кроме перечисленных элементов содержат серу, фосфор и др. Сера при горении дает сернистый газ SO₂, фосфор - фосфорный ангидрид Р₂О₅ .

Металлы при горении также образуют окислы. Находясь в виде больших кусков, они загораются с трудом. Значительно легче идет процесс горения с распыленным металлом. В мелкораздробленном состоянии даже такие металлы, как железо, могут самовозгораться при соприкосновении с кислородом воздуха (пирофорическое железо).

Очень сильно влияют на состав продуктов сгорания те условия, при которых происходит процесс горения.

При недостаточном доступе воздуха получаются продукты неполного сгорания, которые образуют тот едкий, ядовитый дым, который часто наблюдается на пожарах. Продукты неполного сгорания могут быть чрезвычайно разнообразны и зависят, прежде всего, от состава и свойств горящего вещества, а затем и от условий его сгорания.

 

 

////////////////////////////////////////////////////////////////

Комментарий: совершенно непонятно и то, почему современный расчет пожарных категорий не учитывает состав продуктов горения, о котором пишут Борис Генрихович Тидеман и Дмитрий Борисович Сциборский. Этот фактор, напрямую влияющий на опасность помещения не учитывается ни в одной методике.

////////////////////////////////////////////////////////////////

 

 

При процессе горения сложных веществ всегда могут образоваться продукты сухой перегонки, которые при недостаточном доступе воздуха не успевают сгореть. Они, вместе с окисью углерода, и являются главными продуктами неполного сгорания. Продукты сухой перегонки чрезвычайно разнообразны и относятся к различным классам органических соединений. Так как чаще всего горит дерево, широко применяемое и в житейском быту и в строительном деле, то перечислим те органические соединения, (⁴⁸) которые выделены были из водянистой жидкости (древесный уксус) и из смолы, образующихся при сухой перегонке дерева. В условиях пожара пары этих соединений могут присутствовать в дыме, придавая ему ядовитые свойства.

Таблица 1.

                                                                                                                                          I.            В древесном уксусе

Муравьиная кислота	НСО2Н	Изоамиловый спирт	C5H11OH
Уксусная	НС2Н3О2	Метилкетопентаметилен	CH3C5H7O
Пропионовая	НС3Н5О2	Метиловый спирт	CH3OH
Масляная	НС4Н7О2	Аллиловый	C3H5OH
Валериановая	НС5Н9О2	Ацеталдегид	CH3HCO
Капроновая	НС6Н11О2	Фурфурол	C4H3OHCO
Кротоновая	НС4Н5О2	Метилфурфурол	CH3C4H2OHCO
Ангеликовая	НС5Н7О2	Ацетон	CH3COCH3
Пирослизевая	НС5Н3О3	Пироксантин	(C4H3OCH)2C5H4O
Метиламин	СН3NH2	Метилформиат	HCO2CH3
Метилпропилкетон	CH3COC3H7	Пиридин	C5H5N
Этилпропилкотон	C2H5COC3H7	Пирокатехин	C6H4(OH)2
Диметилацетон	(CH3)2CHCOCH2OH	Аммиак	NH3
Метилал (формаль)	CH2(OCH3)2	Изобутилалкоголь	C4H9OH
Валеролактон	C5H8O2	Кетопентаметилен	C5H8O
Метилацетат	CH3C2H3O2	метилперидин	CH3C5H4N

 

 

 

 

  II.            В легких маслах смолы с точкой кипения ниже 140 °С

 

 

Валериановый алдегид	С4Н9НСО	Метаксилол	(СН3)2С6Н4
Ацетон	CH3COCH3	Метилацетат	СН3С2Н3О2
Метилэтилкетон	CH3COC2H5	Метилпропионат	СН3С3Н5О2
Метилбутилкетон	CH3COC4H9	Метилбутират	СН3С4Н7О2
Адипинкетон	С5Н8О	Метилвалериат	СН3С5Н9О2
Циклопентанон	С5Н8О	Диэтилкетон	С2Н5СОС2Н5
Нитрилы	-	Триметилфуран	(СН3)3С4НО
Диметилфуран	(СН3)2С4Н2О	Толуол	СН3·С6Н5
		Некоторые ненасыщенные соединения

 

В последнее время на ряд продуктов неполного сгорания было обращено особое внимание, так как они требуются в большом количестве для промышленности или как уже готовый продукт, или как сырье. Окисление, главным образом, углеводородов проводят при различных температурах, при различных давлениях, с различным содержанием кислорода или воздуха в горючей смеси и обычно в присутствии подходящего катализатора. Из углеводородов удалось получать в качестве продуктов неполного сгорания, главным образом, спирты, алдегиды, кислоты, алдегидокислоты и другие соединения.

Так как продукты неполного сгорания образуются при нагревании горючей смеси ниже температуры воспламенения, то реакцию проводят при сравнительно невысоких температурах в 200-300°.

Наиболее неприятным моментом при этих процессах является возможность повышения температуры и переход медленно протекающей реакции горения в протекающую быстро, которая при наличии огнеопасной смеси углеводорода с воздухом или кислородом может перейти во взрыв. Это еще в 1908 г. отметили Сабатье и Майль. (⁴⁹)

Особенно много внимания уделяется окислению углеводородов, нааходящихся в нефти.

Большой материал по этому вопросу собран американским ученым Эллисом. (⁵⁰)

 

//////////////////////////////////////////////////////////////////

Как мы видим, нормотворцы разрабатывающие методику, по которой проводится расчет пожарных категорий, не приняли в расчет минимум два фактора опасности – образование токсичных продуктов горения и массовую скорость выгорания. Это очевидное пренебрежение трудами основоположников научного направления «Процессы горения» приводит к недостоверной оценке пожарной опасности!!

Администратор
03.02.2015