Самозаймання речовин. Характеристика пожежонебезпечності речовин

План

1. Самозаймання речовин

2. Характеристика пожежонебезпечності речовин

Самозаймання речовин

Реакція окислення є екзотермічною (тобто відбувається з виділенням тепла) і за певних умов може самоприскорюватися. Цей процес самоприскорення реакції окислення з переходом її в горіння називається самозайманням.

Температура самозаймання горючих речовин дуже різна. В одних вона перевищує 500'С, а в інших приблизно дорівнює температурі навколишнього середовища, тобто температурі повітря, яку в середньому можна прийняти у межах 0...50єС.

Залежно від температури самозаймання усі горючі речовини умовно поділяють на дві групи: 1) речовини, температура самозаймання яких вища за температуру навколишнього середовища; 2) речовини, температура самозаймання яких нижча за температуру навколишнього середовища. Речовини першої групи здатні самозайматися тільки внаслідок нагрівання їх вище температури навколишнього середовища. Речовини другої групи можуть самозайматися без нагрівання, оскільки навколишнє середовище вже нагріло їх до температури самозаймання. Такі речовини становлять велику пожежну небезпеку і називаються самозаймистими, а процес їх самонагрівання до виникнення горіння - самозайманням.

Самозаймання залежно від причин, що до нього призводять, поділяють на хімічне, мікробіологічне, теплове.

Хімічне самозаймання виникає у результаті взаємодії речовин з киснем повітря, водою або одна з одною. Так, більшість рослинних олій та жирів, якщо вони нанесені тонким шаром на волокнисті або порошкоподібні матеріали, схильні до самозаймання у повітрі, оскільки містять у своєму складі ненасичені сполуки (такі, що мають подвійні зв'язки), які здатні окислюватися і полімеризуватися в повітрі з виділенням тепла при звичайній температурі. До самозаймання при звичайних температурних умовах внаслідок взаємодії з киснем повітря здатні також сульфіди заліза, білий фосфор, металоорганічні сполуки та інші речовини. Ось, наприклад, реакція самозаймання сульфіду заліза (IV):

До групи речовин, що викликають горіння при взаємодії з водою, належать лужні метали, карбіди кальцію та лужноземельних металів, гідриди лужних та лужноземельних металів, фосфористі кальцій та натрій, негашене вапно, гідросульфат натрію та ін.

Лужні метали при взаємодії з водою виділяють водень і значну кількість тепла, за рахунок чого водень самозаймається і горить разом з металом.

При взаємодії карбіду кальцію з невеликою кількістю води виділяється така кількість тепла, що при наявності повітря ацетилен, який утворюється, самозаймається. Якщо кількість води велика, цього не трапляється:

Оксид кальцію (негашене вапно), реагуючи з водою, самонагрівається. Якщо на негашене вапно потрапляє невелика кількість води, воно розігрівається до світіння і може підпалити матеріали, що стикаються з ним. До групи речовин, які самозаймаються при контакті одна з одною, належать газоподібні, рідкі й тверді окислювачі. Стиснутий кисень спричиняє самозаймання мінеральних масел, які не самозаймаються у кисні при нормальному тиску.

Сильними окислювачами є галогени (хлор, бром, фтор, йод); вони надзвичайно активно сполучаються з низкою речовин, при цьому виділяється велика кількість тепла, що й призводить до самозаймання речовин.

Ацетилен, водень, метан, етилен у суміші з хлором самозаймаються на денному світлі. Через це не можна зберігати хлор та інші галогени спільно з легкозаймистими рідинами. Відомо, що скипидар самозаймається у хлорі, якщо він розподілений у якій-небудь пористій речовині (папір, ганчірка, вата).

Азотна кислота, розкладаючись, виділяє кисень, тому вона є сильним окислювачем, здатним викликати самозаймання низки матеріалів (солома, льон, бавовна, тирса, стружка).

Сильними окислювачами є перекис натрію і хромовий ангідрид, які при стиканні з багатьма горючими рідинами викликають їх самозаймання.

Перманганат калію, якщо його змішати з гліцерином або етиленгліколем, викликає їх самозаймання через кілька секунд.

Мікробіологічне самозаймання характерне для рослинних продуктів - сіна, конюшини, соломи, солоду, хмелю, фрезерного торфу та ін. При відповідних вологості та температурі в рослинних продуктах (наприклад, у фрезерному торфі) активізується діяльність мікроорганізмів, яка супроводжується виділенням тепла, і хоча при досягненні 65-70°С мікроорганізми гинуть, процес окислення, що вже розпочався, інтенсифікується, самоприскорюється, що і призводить до самонагрівання та самоспалахування.

Теплове самозаймання є результатом самонагрівання матеріалу, що виникає внаслідок екзотермічних процесів окислення, розкладу, адсорбції тощо або від дії зовнішнього незначного джерела нагрівання. Наприклад, нітроцелюлозні матеріали (кіно-, фотоплівка, бездимний порох) при температурі 40-50вС розкладаються з підвищенням температури до самоспалахування.

Щодо сутності понять "самозаймання" та "самоспалахування", "займання" та "спалахування" важливо зазначити, що, по-перше, "самоспалахування" і "самозаймання" - одне й те саме явище; по-друге, фізична суть процесів самозаймання і самоспалахування однакова, оскільки механізм самоприскорення реакції окислення в них один і той самий. Головна відмінність між ними в тому, що процес самозаймання просторово обмежений частиною об'єму горючої речовини (решта маси горючої речовини залишається холодною), в той час як процес самоспалахування речовини відбувається у всьому її об'ємі. Крім того, після спалахування або самоспалахування має місце полум'яне горіння, тоді як займання та самозаймання означають початок будь-якого горіння, у тому числі й такого, що не супроводжується появою полум'я (наприклад жевріння).

Характеристика пожежонебезпечності речовин

Особливості горіння різних речовин та матеріалів і вибір показників, що характеризують їх пожежну й вибухову небезпеку, багато в чому зумовлюються їх агрегатним станом.

Ступінь пожежної небезпечності горючих рідин залежить від групи горючості, температур спалаху, спалахування, самоспалахування, концентраційних та температурних меж поширення полум'я.

Нижня температурна межа (HTM) поширення полум'я (спалахування) рідини дорівнює її температурі спалаху, яка прийнята за основу класифікації рідин за ступенем їх пожежної небезпечності. Рідини, що мають температуру спалаху до 61'С, належать до легкозаймистих (ЛЗР), а з температурою спалаху вище 61єС - до горючих (ГР). Усі легкозаймисті рідини є вибухонебезпечними. Найбільш пожежонебезпечними вважаються рідини, що мають температуру спалаху нижче 15°С та велику зону спалахування. Наприклад, температура спалаху сірковуглецю становить - 50°С, зона його спалахування - від 1 до 50%.

Високою пожежонебезпечністю характеризуються також ЛЗР, у яких температура спалахування лише на кілька градусів перевищує температуру спалаху.

Вибухонебезпечні газо- та пароповітряні суміші. Особлива пожежонебезпечність горючих газів та парів ЛЗР зумовлена їх здатністю утворювати з повітрям вибухонебезпечні суміші. Відповідно до правил будови електроустановок (ПББ), правил виготовлення вибухозахисного та рудникового електрообладнання (ПВВРБ) вибухонебезпечними вважаються суміші з повітрям горючих газів і парів ЛЗР, що мають температуру спалаху 45°С та нижче, а також суміші горючих пилу та волокон з повітрям, які мають нижню межу спалахування не вище 65 г/м3.

В основу класифікації вибухонебезпечних сумішей покладена їх здатність передавати за певних умов вибух через фланцеві зазори ("щілинний захист") в оболонці електроустаткування. За довжиною критичного зазору, при якій із оболонки об'ємом 2,5 л частота передавання вибуху становить 50% від загальної кількості вибухів, встановлені 4 категорії вибухонебезпечних сумішей (табл. 5.2). Небезпечність суміші зростає від категорії І до категорії ІІС.

Залежно від температури самоспалахування вибухонебезпечні суміші поділяють на шість груп (табл. 5.3).

Здатність суміші передавати вибух через щілинний захист і температуру самоспалахування використовують для отримання початкових даних при виборі вибухозахисного електроустаткування.

Про здатність до займання газоповітряних сумішей судять також за концентраційними межами спалахування. Вибухонебезпечні властивості сумішей парів з повітрям не відрізняються від властивостей сумішей горючих газів з повітрям. Для перших у разі насичених сумішей можна концентраційні межі спалахування насичених парів виражати через температуру рідини, при якій вони утворюються (температурні межі спалахування).

Таблиця 5.2. Класифікація вибухонебезпечних сумішей залежно від довжини зазору між плоскими поверхнями фланців оболонки (ГОСТ 12.1.011-78*)

Категорія вибухонебезпечної суміші | І | ІІА | ІІB | ІІС

Довжина зазору, мм | Понад 1,0 | Понад 0,9...1,0 | 0,5...0,9 | Менше за 0,5

Таблиця 5.3.

Класифікація газо- та пароповітряних сумішей залежно від температури самоспалахування (ГОСТ 12.1.011-78*)

Група вибухонебезпечної суміші | Т1 | Т2 | Т3 | Т4 | Т5 | Т6

Температура самоспалахування, °С | Понад 450 | Понад 300…450 | Понад 200…300 | Понад 135…200 | Понад 100…135 | Понад 85…100

Для попередження вибухів газоповітряних сумішей при транспортуванні, зберіганні та застосуванні деяких газів необхідно враховувати їх несумісність внаслідок бурхливого взаємореагування. Наприклад, несумісними з хлором є водень, окис азоту, етилен, вуглеводні, оксид вуглецю; з аміаком - усі галогени, галогеноводні, окисли хлору, із сірководнем - окис сірки.

Пожежо- та вибухонебезпечний пил. Пил може бути у двох станах: завислий у повітрі (аерозоль) та такий, що осів на різних поверхнях (аерогель). Пожежо- та вибухонебезпечні властивості пилу оцінюють, головним чином, за температурою його самоспалахування і та нижніми концентраційними межами спалахування НКМС. Верхні межі спалахування аерозолів настільки великі, що практично недосяжні. Так, верхня концентраційна межа спалахування цукрового пилу дорівнює 13 500 г/м3.

Температура самоспалахування аерогелю є значно нижчою, ніж аерозолю, оскільки висока концентрація горючої речовини в аерогелі сприяє акумулюванню тепла, а наявність відстані між порошинками в аерозолях збільшує тепловіддачу, тому швидкість тепловиділення в останніх може перевищувати швидкість їх тепловіддачі тільки при дуже високій температурі.

Вибухонебезпечність пилу багато в чому залежить від його дисперсності. Чим вища дисперсність пилу, тим більша його поверхня контакту з повітрям і тим вища небезпека вибуху. Наявність великої поверхні пилу зумовлює його високі адсорбційні можливості.