Особливості горіння пиловидних матеріалів

У пожежному відношенні порошкові, волокнисті й сипучі матеріали характеризуються мінімальною енергією запалювання за наявності мінімального вмісту кисню. Пил деяких твердих матеріалів (алюміній, цинк) у суміші з повітрям може утворювати вибухопожежононебезпечні концентрації, хоч у монолітному стані вони не горять.

Коли йдеться про спалахування та вибух, то чим дрібніші частки пилу, тим більша у них площа поверхні і тим вони небезпечніші у пожежному відношенні. Так, 1кг вугілля горить годину, а у пиловидному стані спалахує за долю секунди.

Залежно від стану, пил однієї і тієї ж речовини має різні температури спалахування. Наприклад пил деревини в аерозольному стані має температуру спалахування 775?C, а в аерогельному – 275?С, у 2.8 разів меншу. Тому більш небезпечним у пожежному відношенні є осівший пил, оскільки він має значно нижчу температуру спалахування. Але загоряння осівшого пилу призводить до спалахування того пилу, що перебуває у аерозольному стані. В аерозольному стані горіння пилу відбувається у вигляді вибуху.

Вибухопожежонебезпечні властивості пилу характеризуються нижньою і верхньою межами спалахування (НМС і ВМС).

Нижня межа спалахування аерозолів твердих речовин – це найменша концентрація їх у повітрі, при якій суміш здатна до спалахування з наступним поширенням полум’я на весь об’єм суміші.

Для пилу переважно визначають НМС, бо у виробничих умовах ВМС практично недосяжна. Наприклад, ВМС для цукрового пилу становить13500 г/м3, а торф’яного – 2200 г/м3, а нижня відповідно 15 і 17,6 г/м3.

Залежно від НМС пил твердих речовин в аерозольному стані поділяється на такі групи:

• особливо вибухонебезпечні з НМС < 15 г/м3;
• вибухонебезпечний з НМС < 65 г/м3;
• пожежонебезпечний з НМС > 65 г/м3.

Значення НМС пилу залежить від його:

• дисперсності;
• вологості;
• вмісту летких фракцій;
• температури;
• потужності джерела запалювання і ін.

Високодисперсний пил дуже небезпечний у пожежному відношенні, бо має велику сумарну поверхню, що абсорбує кисень і створює підвищену хімічну активність. Наприклад, 1см3 монолітної речовини має поверхню 6 см2, а 1см3 її пилу дисперсністю в 1мм – 60000см2.

Збільшення вологості пилу й повітря зменшує інтенсивність вибуху. Щоб вибуху не сталося, необхідно не допускати накопичення пилу у виробничих приміщеннях.

Особливості горіння газів

Горючі гази за певних концентрацій можуть згоряти зі швидкістю вибуху, спричиняючи великі руйнації та нещасні випадки.

Вибух — це миттєве згоряння горючої речовини з виділенням великої кількості енергії і створенням вибухової хвилі, що має велику швидкість поширення.

Вибухонебезпечність суміші горючого газу з повітрям характеризується нижньою концентраційною межею вибуховості (НКМВ) і верхньою концентраційною межею вибуховості (ВКМВ). Для газів — це процентний вміст їх в об'ємі повітря.

НКМВ — це найменша кількість горючого газу в об'ємі повітря, за якої вже може статися вибух при наявності джерела вогню.

ВКМВ — це найбільша кількість горючого газу в об'ємі повітря вище якої вибух не відбудеться. При концентраціях, що перевищують верхню межу, суміш стає тільки пожежо, а не вибухонебезпечною.

Суміш, що відповідає НКМВ є бідною, вона має надлишок кисню, малу швидкість поширення полум'я і низький тиск вибуху. При збільшенні концентрації суміш стає багатою, вона має надлишок газу і нестачу окислювача. Така суміш здатна тільки горіти.

Для оцінки витрат повітря при горінні використовують поняття про стехіометричну суміш.

Стехіометрична суміш — це така горюча суміш, яка не має у надлишку а ні горючого компоненту, а ні окислювача.

При надлишку палива суміш багата, а при надлишку окислювача — бідна.

Межі вибуховості газоповітряних сумішей визначаються розрахунковим або експериментальним методом. Нижня межа вибуховості бензину становить 0,76%, верхня — 5,4%, для ацетону — 2,5 і 12,8%.

На пожежах при горінні газоповітряних сумішей температура не перевищує 1400?С, а при вибухах вона досягає 3000?С.

Гази, що мають щільність більшу за повітря, накопичуються переважно у нижніх зонах приміщення, у підвалах, колодязях, а ті, що мають меншу щільність — у верхніх зонах.

Профілактикою проти вибухів є запобігання утворення небезпечних концентрацій газоповітряних сумішей у виробничих умовах.

Умови самозаймання речовин

Деякі речовини органічного походження мають здатність самозайматися без наявності зовнішнього джерела запалювання.

Самозаймання — це процес горіння, який виникає внаслідок теплоти, що утворилася в речовині через самоініційовані екзотермічні процеси.

Самозаймання — це тривалий процес горіння, що відбувається за звичайних або трохи підвищених температур навколишнього середовища.

Матеріали здатні до самозаймання мають велику пожежну небезпеку через пористість, волокнистість, значну площу поверхні для окислення. Чим нижча температура за якої відбувається процес самозаймання речовин, тим більш вона небезпечна у пожежному відношенні.

Залежно від причин виникнення розрізняють три види самозаймання:

• теплове;
• хімічне;
• мікробіологічне.

Суть теплового самозаймання полягає у тому, що за певних умов у речовині відбуваються зміни, які викликають саморозігрівання речовини. Початок саморозігрівання пов'язаний зі збільшенням швидкості екзотермічних фізико-хімічних перетворень. Такі перетворення можуть спричинити або рівновагу між теплом, що утворилося в матеріалі, і тепловіддачею в навколишнє середовище, або досягнення такої кількості тепла, за якої зросте швидкість реакцій і почнеться процес горіння.

Хімічне самозаймання може виникати тоді, коли на речовину діє кисень повітря, вода або вони змішуються між собою.

Самозаймаються при стиканні з повітрям рослинні або тваринні жири, та продукти, виготовлені на їх основі. Самозаймаються промаслені ганчірки, пакля, вата і навіть металеві стружки. Найнебезпечніші у цьому відношенні натуральні лляні, конопляні та інші оліфи.

Багато речовин, що мають низьку температуру самозаймання, легко займаються на повітрі, це алюміній, цинк, білий, жовтий та червоний фосфор. Ці речовини активно окислюються киснем і за умов акумуляції теплоти відбувається їх саморозігрівання до температури самозаймання.

До речовин, що займаються під дією води, належать натрій, калій, карбід кальцію, лужні метали, негашене вапно і т.ін. Траплялися випадки виникнення пожеж внаслідок теплоти, що виділялася при реакції погашеного вапна з водою.

Самозаймання може відбуватися при змішуванні стисненого кисню та азотної кислоти настільки швидко, що його практично неможливо зупинити, бо реакція має характер вибуху.

Мікробіологічне самозаймання буває у середовищі, де бурхливо можуть розвиватися мікроорганізми, які за рахунок своєї життєдіяльності виділяють теплову енергію. Це природні органічні матеріали рослинного походження (торф, стружка, тирса та ін.).
Природні органічні матеріали є багатокомпонентними системами. З рослинних продуктів до мікробіологічного самозаймання здатне свіжозаскирдоване у сирому вигляді сіно, конюшина, кормові трави, солома, хміль, солод, силосна маса і т.ін.

Суттєвий вплив на процеси самозаймання органічних речовин має їх зволоження. Волога стимулює процеси бурхливого розвитку термофільних організмів. Вологий матеріал спонтанно нагрівається до температури близько 80?С, а потім починається процес самочинного охолодження або стрімкого самонагрівання з подальшим переходом до тління або стійкого горіння.