Самовозгорание -- это явление резкого увеличения скорости экзотермических реакций, приводящее к горению вещества, материала или смеси в отсутствие источника зажигания. Оно может быть тепловое, химическое и микробиологическое. От экзотермических реакций могут самовозгораться ядохимикаты органического происхождения в контакте с кислотами, хлоратом магния, селитрой, а также промасленная ветошь. От биотермических процессов самовозгорается зерно, сенная мука, сено и солома при повышенной влажности (выше 14... 18 %); силос, перемешанный с соломой и сенаж при нарушении сроков закладки в траншеи (больше 5 дней) и плохой трамбовке, а также в неукрытом виде, где создается хорошие условия для жизнедеятельности бактерий гниения и брожения, выделяющих тепло.
Самовозгораться могут также: навоз на фермах и в малых буртах, торф, уголь каменный в складах при намокании и др..
Самовоспламенение от внешнего тепла или солнечных лучей (без открытого источника зажигания) представляет самовозгорание, сопровождающееся появлением пламени. Характеризуется температурой самовоспламенения нагрева до воспламенения. Низкую температуру самовоспламенения имеют: сероуглерод, применяется для чистки пятен - 112…150°С, лидерин - 130°С целлулоид - 141 °С, их нельзя хранить возле нагревательных приборов. Нефтепродукты нельзя хранить возле нагревательных приборов. Нефтепродукты самовоспламеняются при 250...300°С, древесные материалы - 350…400°С.
Необходимо понимать различие между процессами возгорания (воспламенения) и самовозгорания (самовоспламенения). Для того чтобы возникло воспламенение, необходимо внести в горючую систему тепловой импульс, имеющий температуру, превышающую температуру самовоспламенения вещества. Возникновение же горения при температурах ниже температуры самовоспламенения относят к процессу самовозгорания (самовоспламенения).
Горение при этом возникает без внесения источника зажигания - за счет теплового или микробиологического самовозгорания.
Тепловое самовозгорание вещества возникает в результате самонагревания под воздействием скрытого или внешнего источника нагрева. Самовоспламенение возможно только в том случае, если количество тепла, выделяемого в процессе самоокисления, будет превышать отдачу тепла в окружающую среду.
Микробиологическое самовозгорание возникает в результате самонагревания под воздействием жизнедеятельности микроорганизмов в массе вещества (материала, смеси). Температура самовоспламенения является важной характеристикой горючего вещества.
Температура самовоспламенения - это самая низкая температура вещества, при которой происходит резкое увеличение скорости экзотермических реакций, заканчивающееся возникновением пламенного горения.
Помимо температуры самовоспламенения, горючие вещества характеризуются периодом индукции или временем запаздывания самовоспламенения. Периодом индукции называют промежуток времени, в течение которого происходит саморазогревание до воспламенения. Период индукции для одного и того же горючего вещества неодинаков и находится в зависимости от состава смеси, начальных температуры и давления.
Период индукции имеет практическое значение при действии на горючее вещество маломощных источников воспламенения (искры). Искра, попадая в горючую смесь паров или газов с воздухом, нагревает некоторый объем смеси, и в то же время происходит охлаждение искры. Воспламенение смеси зависит от соотношения периода индукции смеси и времени охлаждения искры. При этом, если период индукции больше времени охлаждения искры, то воспламенения смеси не произойдет.
Период индукции принят в основу классификации газовых смесей по степени их опасности в отношении воспламенения. Период индукции пылевых смесей зависит от размера пылинок, количества летучих веществ, влажности и других факторов.
Некоторые вещества могут самовозгораться, находясь при обычной температуре. Это в основном твердые пористые вещества большей частью органического происхождения (опилки, торф, ископаемый уголь и др.). Склонны к самовозгоранию и масла, распределенные тонким слоем по большой поверхности. Этим обусловлена возможность самовозгорания промасленной ветоши. Причиной самовозгорания промасленных волокнистых материалов является распределение жировых веществ тонким слоем на их поверхности и поглощение кислорода из воздуха. Окисление масла кислородом воздуха сопровождается выделением тепла. В случае, когда количество образующегося тепла превышает теплопотери в окружающую среду, возможно возникновение пожара.
Пожарная опасность веществ, склонных к самовозгоранию, очень велика, поскольку они могут загораться без всякого подвода тепла при температуре окружающей среды ниже температуры самовоспламенения веществ, а период индукции самовозгорающихся веществ может составлять несколько часов, дней и даже месяцев. Начавшийся процесс ускорения окисления (разогревания вещества) можно остановить лишь при обнаружении опасного нарастания температуры, что указывает на большое значение пожарно-профилактических мероприятий .
5. Последовательность проведения непрямого массажа сердца
1. Больной должен находиться на спине, на жесткой основе (земля, пол). Массаж на мягком основании неэффективен и опасен (можно повредить печень). Расстегивают поясной ремень или аналогичную часть одежды, стягивающую верхнюю часть живота, чтобы избежать травмы печени. Расстегивают на груди верхнюю одежду.
2. Зона приложения силы рук спасателя находится строго по средней линии на нижней трети грудины, на три-четыре поперечных пальца выше места прикрепления к грудине мечевидного отростка. Любое другое место приложения рук спасателя - слева от грудины, выше средней линии, на уровне мечевидного отростка - совершенно недопустимо. Надо нажимать на грудину, а не на область сердца.
3. Спасатель становится с любой стороны больного, кладет одну ладонь на другую и производит надавливание на грудину. Руки спасателя выпрямлены в локтевых суставах, давление производит только запястье, пальцы обеих рук приподняты и не касаются грудной клетки. Руки спасателя должны быть перпендикулярны по отношению к поверхности грудной клетки пострадавшего.
Компрессия грудной клетки производится за счет тяжести туловища спасателя.
Только при соблюдении этих условий можно добиться смещения грудины по направлению к позвоночнику на 4-5 см и вызвать сдавливание сердца.
4. Продолжительность одного сдавливания грудной клетки - 0,5 сек.
Интервал между сжатиями - 0,5-1 сек. Темп массажа - 60 массажных движений в 1 минуту.
В интервалах руки с грудины не снимают, пальцы остаются приподнятыми, руки полностью выпрямлены в локтевых суставах.
При проведении реанимации одним человеком после двух быстрых вдуваний воздуха в легкие пострадавшего приходится 10-12 надавливаний грудной клетки, т.е. соотношение вентиляции и массажа равняется 2:12. Если в реанимации участвуют два человека, то это соотношение составляет 1:5.
Детям до 10 лет массаж проводят одной рукой, а младенцам - двумя пальцами (2-ым и 3-им) с частотой 100-120 надавливаний в минуту.
При проведении непрямого массажа возможно осложнение в виде перелома ребер, что определяется по характерному хрусту во время надавливаний.
Это само по себе неприятное осложнение ни в коей мере не должно служить основанием для прекращения массажа.
Обязательным условием проведения массаж сердца является постоянный контроль за его эффективностью.
Критериями эффективности массажа следует считать:
1. Изменение цвета кожи, она начинает розоветь.
2. Появление пульсового толчка на сонной и бедренной артериях, иногда на лучевой артерии.
3. Сужение зрачков и появление реакции на свет.
4. Иногда - появление самостоятельных дыхательных движений.
Если в течение 25-30 минут признаки эффективности не появляются, то мероприятия по оживлению следует считать мало перспективными. И все же реанимацию лучше не прекращать до прихода врача. .
Взрывная способность горючих газов, паров и пыли в воздухе сохраняется в определенных интервалах их концентраций. Существуют нижние и верхние концентрационные и температурные пределы распространения пламени.
Нижний (верхний) концентрационный предел распространения пламени (НКПРП) − минимальное (максимальное) содержание горючего вещества в однородной смеси с окислительной средой, при которой возможно распространение пламени по смеси на любое расстояние от источника зажигания. Невозможность воспламенения горючей смеси при концентрации ниже НКПРП объясняется малым количеством горючего вещества и избытком воздуха. Чем меньше коэффициент избытка воздуха, тем больше скорость горения и выше давление паров при взрыве. Верхний концентрационный предел распространения пламени характеризуется избытком горючего и малым количеством воздуха. Чем ниже нижний концентрационный предел и больше концентрационная область распространения пламени, тем большую пожарную опасность представляют горючие вещества.
В первом случае взрыв не происходит из-за недостатка горючего вещества, во втором − из-за недостатка воздуха (кислорода), необходимого для окисления горючего вещества.
Самовозгорание присуще всем твердым горючим веществам и материалам.
Самовозгорание – это явление резкого увеличения скорости внутренних (экзотермических) реакций в веществе, приводящее к горению при отсутствии источника зажигания. Если при самовозгорании образуется пламя, то это явление называется самовоспламенением.
Самовозгорание происходит из-за того, что тепловыделение в ходе реакций больше теплоотвода в окружающую среду. Начало самовозгорания характеризуется температурой самонагревания (Т сн ), представляющей собой минимальную температуру, при которой обнаруживается тепловыделение.
При достижении в процессе самонагревания определённой температуры, называемой температурой самовозгорания (Т своз. ), возникает горение материала, проявляющееся либо тлением, либо пламенным горением. В последнем случае Т своз. адекватна температуре самовоспламенения (Т св. ), под которым понимают возникновение горения газов и жидкостей при нагревании до некоторой критической температуры. В принципе самовозгорание и самовоспламенение по физической сущности сходны и различаются лишь видом горения, самовоспламенение возникает только в виде пламенного горения.
В случае самовоспламенения самонагревание развивается в пределах всего нескольких градусов и поэтому не учитывается при оценке пожаровзрывоопасности газов и жидкостей. При самовозгорании область самонагревания может достигать нескольких сотен градусов (например, для торфа от 70 до 225 °С). Вследствие этого явление самонагревания должно учитываться при определении склонности твёрдых веществ к самовозгоранию.
Самовозгорание изучают путём термостатирования исследуемого материала при заданной температуре и установления зависимости между температурой, при которой возникает горение, размерами образца и временем его нагрева в термостате. Процессы, происходящие при самовозгорании образцов горючего материала, изображены на рисунке 3.1.
Рис. 3.1. Процессы самовозгорания
Возможность самовозгорания материала, находящегося в потенциально пожароопасной области, устанавливают с помощью уравнений:
lg T окр. = А 1 – n 1 lgℓ , (3.1)
lg T окр. = А 2 – n 2 lgτ , (3.2)
где Т окр. − температура окружающей среды, °С; ℓ − определяющий размер (обычно толщина) материала; τ − время, в течение которого может произойти самовозгорание; А 1 , п 1 и А 2 , п 2 − коэффициенты, определяемые для каждого материала по опытным данным (см. табл. 3.1).
По уравнению (3.1) при заданном ℓ находят Т окр. , при которой может возникнуть самовозгорание данного материала, по уравнению (3.2) при известной Т окр . − величину τ .
При температуре, ниже вычисленной Т окр . , или при τ , меньшем, чем время, рассчитанное по уравнению (3.2), происходит самовозгорание.
В зависимости от природы первоначального процесса, вызвавшего самонагревание материала, и значений Т сн . , различают химическое , микробиологическое и тепловое самовозгорание .
Тепло обыкновенного трубопровода горячей воды или пара (Т = 100÷150 ºС) может явиться тем источником тепла, которого достаточно для самовозгорания изделий из ткани, бумаги или древесины. Поэтому трубопроводы горячей воды или пара необходимо ограждать только экранами из негорючих материалов. В общественных зданиях допускаются декоративные решетки, но и в первом и во втором случаях расстояние от трубопроводов до экранов, а равно и до любого сгораемого материала (занавески, например) должно быть не менее 100 мм. В производственных условиях самовозгораются каменный уголь, торф, опилки, некоторые горючие жидкости, обычно в виде тонких пленок, получающихся при нанесении жидкости на ворсистые поверхности (хлопок, вата и т. п.). К этим жидкостям относятся растительные масла, скипидар. На предприятиях имеются случаи самовозгорания обтирочных материалов, промасленной спецодежды, поэтому спецодежду необходимо развешивать так, чтобы обеспечить доступ воздуха, для отвода тепла промасленные обтирочные материалы собираются в несгораемую тару с крышками и ежесменно удаляются, сжигаются или уничтожаются. Известны случаи тления и горения угля в кучах, торфа и хлопка, неоднократно отмечены случаи самовозгорания толи в рулонах, целлофана и целлулоида, бумаги, а также материалов.
Общее требование пожарной безопасности для случаев теплового самовозгорания формулируется довольно просто: безопасной температурой длительного нагрева вещества считается температура, не превышающая 90 % температуры самонагревания.
Химическое самовозгорание связано со способностью веществ и материалов вступать в химическую реакцию с воздухом или другими окислителями при нормальных условиях с выделением теплоты, достаточной для их возгорания (например, при попадании кондиционированной азотной кислоты на бумагу, древесные опилки и др.). Наиболее характерными примерами являются случаи самовозгорания промасленной ветоши или фосфора на воздухе, легковоспламеняющихся жидкостей при контакте с марганцовкой, древесных опилок с кислотами и пр. Особенно опасны масла, содержащие соединения с ненасыщенными химическими связями и характеризующиеся высоким йодным числом (хлопковое, подсолнечное, джутовое и т. д.).
Другой вид химических реакций веществ связан с взаимодействием воды или влаги. При этом также выделяется достаточная для самовозгорания веществ и материалов температура. Примерами могут служить такие вещества, как калий, натрий, карбид кальция, негашеная известь и др. Особенностью щелочно-земельных металлов является их способность гореть и без доступа кислорода. Необходимый для реакции кислород они добывают сами, расщепляя под действием высокой температуры влагу воздуха на водород и кислород. Вот почему тушение водой таких веществ приводит к взрыву образующегося водорода. Для предупреждения химического самовозгорания порядок совместного хранения горючих веществ и материалов строго регламентирован.
Склонностью к микробиологическому самовозгоранию обладают горючие материалы, особенно увлажненные, служащие питательной средой для микроорганизмов, жизнедеятельность которых связана с выделением теплоты (торф, древесные опилки и др.). По этой причине большое число пожаров и взрывов происходит при хранении сельскохозяйственных продуктов (например, силос, увлажненное сено) в элеваторах. Для микробиологического и химического самовозгорания характерно то, что Т сн . не превышает обычных значений Т окр. и может быть отрицательной. Материалы, имеющие Т сн. выше комнатной температуры, способны к тепловому самовозгоранию.
Склонностью ко всем видам самовозгорания обладают многие твердые материалы с развитой поверхностью (например, волокнистые), а также некоторые жидкие и плавящиеся вещества, содержащие в своем составе непредельные соединения, нанесённые на развитую (в том числе негорючую) поверхность. Все виды самовозгорания имеют чисто условное деление и для большинства горючих веществ процесс самовозгорания представляет собой совокупность тепловой , химической и микробиологической реакции .
Мэри никто не поджигал
Биолог-экспериментатор Брайан Дж. Форд уверяет, что наконец-то нашел причину самовозгорания людей. О чем сначала он с коллегами сообщил в специализированном журнале The Microscope, а потом - в научно-популярном New Sientist.
Впервые о том, что люди могут воспламеняться сами по себе и сгорать за считанные минуты, я узнал лет 30 назад. На глаза тогда попалась статья об этом в каком-то иностранном журнале. И навсегда врезалась в память жуткая фотография из него - нога в черной туфле. Это все, что осталась от пожилой 79-килограммовой американки Мэри Ризер , сгоревшей 1 июля 1951 года в Санкт-Петербурге (штат Флорида). Ногу и кучку пепла утром нашел сын, приехавший в гости. Ручка двери, в комнату матери, которую он попытался открыть, была еще горячей…
Остановившиеся часы показали время, в которое произошло воспламенение - 4 часа 20 минут утра. Мэри дремала в кресле. Оно тоже сгорело - до пружин. А больше ничего огонь не тронул - даже газеты, лежавшие рядом. На стенах и потолке не нашли следов копоти, запах дыма еле ощущался.
Это самое удивительное зрелище из тех, что мне приходилось видеть, - признавался потом доктор Уилтон Крогман, судебно- медицинский эксперт медицинского факультета Пенсильванского университета, который участвовал в расследовании. - Невозможно понять, как интенсивное горение тела не вызвало обширного пожара. Огонь такой силы неминуемо должен был уничтожить помещение и всю обстановку в нем.
Ученые установили главное: женщину никто не поджигал.
Сгоревших в адском пламени мало, но они есть
Ныне случай с Мэри Ризер считается классическим появлением кошмарного феномена, получившего название спонтанное самовозгорание человека (Spontaneous Human Combustion - SHC).
В то, что он - феномен - существует верят большинство ученых. Еще в 1870 году в университете Абердина (Шотландия ) была выпущена брошюра. Ее авторы проанализировали отношение коллег к таинственному явлению - из числа тех, кто пробовал в нем разобраться. Лишь восемь из 35 считали его мистификацией, а в задокументированных случаях подозревали поджог. Остальные не сомневались, что люди способны возгореться и сами по себе.
Счет погибших от SHC не велик - порядка 120 случаев по всему миру за все время документированного учета. Что крайне мало. И это, кстати, дало основание утверждать, что в феномене повинно не менее редкое явление - шаровая молния. Мол, она-то и выжигает людей, каким-то образом проникая в тело. Но серьезных подтверждений эта гипотеза так и не получила.
Достоверно известно, что в России "прославился" лишь один человек - пастух Бисен Мамаев. 11 ноября 1990 года он сгорел в поле на границе Саратовской и Волгоградской областей. Его останки нашел брат. Огнем были выжжены внутренние органы пастуха, немного обуглилась кожа и обгорело нижнее белье. А верхняя одежда осталась почти нетронутой. Об этом таинственном происшествии мне рассказывал Вадим Чернобров, предводитель исследовательской группы "Космопоиск", побывавший на месте трагедии.
Алкоголики реабилитированы
Так от чего воспламеняются люди? Что горит в них?
Долгое время вполне серьезные исследователи полагали, что самовозгораются лишь алкоголики. И полыхает спирт, переполняющий их организмы. Однако первый ученый, который взялся проверить эту гипотезу экспериментально, убедился в ее несостоятельности. Немец Ястус фон Лейбиг выяснил: даже хорошо заспиртованные ткани не вспыхивают. Более того, он напрямую вкалывал 70-процентный спирт дохлым крысам - они не горели.
До сих популярна и до конца не отвергнута "гипотеза фитиля". Или "живой свечи". Впервые ее выдвинул еще в 1961 году лондонский врач Гевин Турстон в журнале Medico-Legal Journal. Он считал, что фитилем становится человек в одежде. Человек горит. А растапливаемый в это время жир поддерживает пламя. Пока весь не выгорит.
Как полыхают "фитили" два раза показывали по телевизору в научно-популярных программах ВВС - в 1986 и 1998 годах. Демонстрировали на обернутых тканью свиных тушах. Туши горели. Но очень долго - до 12 часов. И "одежда" на них не сохранялась. А сами туши так и не превращались в кучки пепла, как это происходило со сгоравшими в адском пламени людьми.
"Одетая" свинья горела хорошо, но долго. И разгоралась с трудом
Осторожно, кетоз
Нет, "гипотеза фитиля" не годится, - считает Брайан Форд. - Она не объясняет всех особенностей феномена. И спирт, на который грешили раньше, к делу не относится. Хотя бы потому, что не накапливается. Наоборот, расщепляется в результате метаболизма.
И все же, как объясняет Форд, в организме может появиться очень горючее вещество. Которое к тому же способно накапливаться. Это ацетон.
Производство ацетона в процессе метаболизма начинается тогда, когда в крови понижается содержание глюкозы - основного источника энергии в человеческом организме. Дефицит приводит к тому, что включаются альтернативные механизмы. Начинают расщепляться жировые клетки. Цепочка биохимических реакций, за которые отвечает печень, приводит в итоге к тому, что в кровь поступают особые вещества - так называемые кетоны. Они и становятся источниками питания и носителями энергии вместо глюкозы.
Ацетон - одна из разновидностей кетонов. Его накоплению способствуют некоторые диеты, вызывающие так называемый кетоз. Приводят и заболевания вроде диабета.
Избыток горючего вещества в организме и вызывает самовозгорание, считает ученый. Он проверил это, "замариновав", в ацетоне куски свинины .
Из кусков Форд изготовил масштабные модели человеческих тел. Одел их. И поджег. Сгорели дотла менее, чем за полчаса. Одежда местами осталась нетронутой. Сохранились и конечности. Прямо, как на фото жертв самовозгорания.
Конечно, открытым остается вопрос, откуда все-таки берется та искра, из которой возгорается адское пламя? Тут у Форда нет четкого мнения. Он лишь полагает, что в поджоге человека может участвовать статическое электричество. Поэтому ученый не советует носить синтетическую одежду, которая часто сыплет искрами. Она особенно опасна для людей, подверженных кетозу.
ИСТОРИЧСКАЯ СПРАВКА
Более 500 лет на линии огня
Первое задокументированное свидетельство относится к 1470 году. Описано, как итальянский рыцарь Полоний Вортий, изрядно выпив вина, стал, на глазах у близких родственников, изрыгать пламя, потом вспыхнул и в считанные минуты сгорел дотла. Благодаря этому и некоторым другим случаям стали считать, что человека сжигал дьявольский огонь, испепелял сатана.
В 1763 году а француз Жан Дюпон опубликовал книгу с коллекцией случаев человеческого самовозгорания под названием «De Incendiis Corporis Humani Spontaneis». И рассказал про Николя Милле, с которого суд снял обвинение в убийстве жены, когда суд убедился, что она погибла в результате спонтанного самовозгорания.
От жены Милле, сильно пьющей парижанки, осталась только кучка пепла, череп и ноги. Соломенный матрац, на котором она лежала, остался цел.
В 1850 году немецкий химик Ястус фон Лейбиг провел первое научное исследование спонтанного самовозгорания человека. И доказал: господствовавшая в то время гипотеза не верна. Тогда не сомневались, что причина явления - спирт, которым "пропитаны" алкоголики. Мол, от него они и вспыхивают.
Последнее задокументированное свидетельство относится к 22 декабрю 2010 года - в Ирландии сгорел одинокий старик - 76-летний Майкл Фогерти. Эксперты, промучившись с расследованием целый год, в конце-концов записали, что причина смерти пенсионера самовозгорание.
С увеличением длинны углеводородной цепи в гомологических рядах температура самовоспламенения уменьшается.
В связи с этим, возникает проблема: с одной стороны температура самовоспламенения сильно зависит от множества факторов, с другой – необходимо все-таки как-то анализировать пожарную опасность процессов, аппаратов или технологий с обращением ГГ или ГЖ и предусматривать меры профилактики.
Чтобы исключить этот отрицательный момент, в нашей стране и за рубежом законодательным путем установлены одинаковые для всех лабораторий условия испытаний, зафиксированные в ГОСТе 12.1.044. Следует отметить, что методика эта универсальна и применяется для определения температуры самовоспламенения газов, жидкостей и твердых горючих веществ.
Сущность метода определения температуры самовоспламенения заключается во введении определенной массы вещества в нагретый объем и оценке результатов испытания. Изменяя температуру испытания, находят ее минимальное значение, при котором происходит самовоспламенение вещества.
4. Механизм процесса теплового самовозгорания веществ
Всем известно, что большие проблемы доставляют пожары торфянников, взрывы в угольных шахтах и т.п. Сложность их предотвращения заключается в том, что часто возгорания происходят без внешних источников зажигания. Сюда же можно отнести возгорание стогов сена, зернохранилищ и многое - многое другое.
В некоторых случаях горение твердых горючих материалов может возникнуть за счет самонагревания, которое обусловлено происходящими в веществах физическими, химическими и биологическими процессами при низких (до 70 °С) температурах (окисление, разложение, адсорбция, конденсация, жизнедеятельность микроорганизмов и т.д.). Этот процесс называетсясамовозгоранием.
Самовозгорание -резкое увеличение скорости экзотермических процессов в веществе, приводящее к возникновению очага горения.
Самовозгорание веществ и материалов часто становится причиной пожара на промышленных объектах.
Выделение из всех горючих веществ, группы самовозгорающихся объясняется их повышенной опасностью по сравнению с другими горючими веществами и необходимостью проведения дополнительных профилактических мероприятий, в связи с чем уделяется особое внимание изучению этих процессов.
Все горючие вещества, находящиеся в соприкосновении с воздухом, при определенных температурах начинают окисляться. Этот процесс сопровождается выделением тепла. В некоторых случаях отвод выделяющегося тепла сильно ограничен, и при определенном соотношении скоростей выделения и отвода тепла, возможно самонагревание горючего материала.
Самонагревание некоторых веществ может происходить не только в результате окисления, но и от других экзотермических реакций (разложение), а также от ряда физических и биологических явлений.
Саморазогрев веществ может происходить по следующим причинам:
а) протекание химических экзотермических реакций
б) биологические процессы жизнедеятельности микроорганизмов (бактерии, растительные клетки и др.)
в) физические процессы с выделением тепла адсорбции и конденсация.
При определенных условиях, процесс самонагревания может привести к возникновению горения, аналогично как при явлении самовоспламенения.
Отличие самовозгорания от самовоспламенения заключается в следующем:
1. Самовозгорание происходит в твердых и конденсированных веществах, в то время как самовоспламенение в – газо- паро-воздушных системах.
2. Процессы самонагревания при самовозгорании начинаются при «низких» температурах (до 70°С), а самовоспламенение происходит при относительно высоких (более 150°С)
3. Самовозгорание проходит через стадию тления.
4. При самовозгорании период индукции может проходить очень длительное время, при самовоспламенении же - секунды
К самовозгоранию склонно большое количество веществ и материалов. Их делят на три группы:
1. вещества, самовозгорающиеся на воздухе. К этой группе относятся вещества: масла, жиры, белый фосфор, порошки металлов, сульфиды железа, ископаемое топливо, растительные продукты.
2. вещества, самовозгорающиеся при действии на них воды. К этой группе относятся вещества: щелочные металлы, гидриды щелочных металлов, карбиды щелочных металлов, карбид кальция, окись кальция, перекиси, силициды и гидросульфит натрия.
3. самовозгорающиеся смеси. В составе таких смесей обязательными компонентами являются окислитель и горючее вещество. Окислители: кислород сжатый, хлор, бром, фтор, азотная кислота, перекись натрия и бария, марганцево-кислый калий, хромовый ангидрид, селитры, хлораты, перхлораты и хлорная известь. Горючие вещества: сахар, сера, глицерин, спирты и др.
Современная теория теплового самовозгорания веществ и материалов базируется на представлении о блуждающих "горячих точках", которые формируются по определенным закономерностям. Представим дисперсную систему ограниченных размеров (кипы ваты, хлопка, мешки с рыбной мукой и т.п.). Система и окружающая среда имеют температуру Т о, а внутри ее образовалась небольшая зона, в которой начались окислительные процессы.
Схема возникновения "горячей точки"
В результате окисления стала выделяться теплота, которая распространяется во все стороны (конвекцию учитывать не будем). Температура в реакционной зоне будет постепенно расти и достигнет значений, при которых начнутся процессы термической деструкции твердого материала с выделением продуктов разложения. Последние будут конденсироваться и адсорбироваться на поверхности вещества. Обязательным условием такого процесса является наличие кислорода и развитой поверхности горючего вещества. Чем больше дисперсность материала, тем больше его удельная поверхность, а значит и выше скорость процессов окисления, разложения, конденсации и адсорбции, в результате которых выделяется и накапливается внутри материала теплота:
q + = q р + q дестр + q конд + q адс,
где q + - тепловой эффект реакций окисления;
q дестр - тепловой эффект реакций термической деструкции;
q конд - теплота конденсации продуктов разложения;
q ад c - теплота адсорбции продуктов реакций.
Если скорость теплоотвода будет ниже скорости тепловыделения в зоне реакций, то начнется процесс самонагревания внутри объема вещества. С увеличением температуры данный процесс будет ускоряться за счет увеличения скорости реакций и интенсивности тепловыделения. Если кислорода в зоне реакций достаточно, а отвод теплоты в окружающую среду затруднен, то непрерывный процесс самонагревания может перейти в качественно новую стадию - самовозгорание. Процессы самонагревания и самовозгорания развиваются, как правило, в диффузионной области, и скорость их зависит от скорости поступления (диффузии) кислорода снаружи в зону реакции. Самовозгоранию подвержены легкоокисляющиеся пористые и волокнистые вещества и материалы, имеющие в себе большой запас молекулярного кислорода.
Структура горючих материалов по объему неоднородна: разная плотность упаковки, плотность, влажность и т.д. Это приводит к тому, что в большом объеме материала зона реакции будет перемещаться с разной скоростью, в разных направлениях. В той части, где теплоты отводится меньше, температура будет выше. Этот участок будет как бы подвижным тепловым центром реакционной зоны, ееблуждающей "горячей точкой". Максимальная температура будет наблюдаться в наиболее заглубленной части материала.
Первоначальный период самовозгорания часто бывает незаметен снаружи, так как продукты термоокислительной деструкции полностью адсорбируются внутри вещества. В объеме материала, как правило, возникают одновременно несколько "горячих точек", которые по мере развития процесса сливаются друг с другом с образованием глухих, не сообщающихся с поверхностью вещества прогаров.Обнаружение таких прогаров при исследовании пожара является однозначным признаком его возникновения в результате самовозгорания.
Причиной возникновения "горячих точек" в некоторых материалах растительного происхождения являютсямикробиологические процессы. В органических веществах, подобных зерну, шерсти, рыбной муке, сену, торфу и т.п.,вследствие жизнедеятельности микроорганизмов выделяется теплота, которая аккумулируется в объеме материала. При достижении температуры 60-70 °С микроорганизмы погибают. Однако к этому времени уже формируются блуждающие "горячие точки", и начинается процесс теплового самовозгорания.
Анализ приведенного выше выражения показывает, что условия самовозгорания зависят от химической природы материала, его формы и массы, начальных и граничных условий теплообмена с окружающей средой. Для каждого сыпучего или волокнистого материала существуют свои критические условия самовозгорания. Расчетные методы их определения отсутствуют, хотя и накоплен большой экспериментальный материал, на базе которого разрабатываются мероприятия по предотвращению пожаров от самовозгорания. Для этого, прежде всего, необходимы знания параметров пожарной опасности веществ и материалов в конкретных условиях их переработки, хранения и транспортировки. К этим параметрам относятся температура самонагревания, температура тления и условия теплового самовозгорания. Указанные параметры определяются по специальным экспериментальным методикам, изложенным в ГОСТе 12.1.044.
Температура самонагревания - это температура, начиная с которой в веществе или материале, находящемся в атмосфере воздуха, возникают практически различимые процессы окисления, разложения и т.п. Температура самонагревания является самой низкой температурой вещества, нагревание при которой может потенциально привести к самовозгоранию. Безопасной температурой длительного нагрева вещества считается температура не выше 90% от температуры самонагревания.
Температура тления при самовозгорании - это температура твердого вещества, при которой происходит резкое увеличение скорости экзотермических реакций окисления твердых продуктов разложения, приводящее к возникновению очага тления.
Условия теплового самовозгорания - это экспериментально выявленная зависимость между температурой окружающей среды, массой вещества и временем до момента его самовозгорания. Методика испытаний позволяет на малых образцах получить достаточно надежные и пригодные для практики аналитические выражения для критических условий теплового самовозгорания t c = f(S) и t c = f(r) (С.Н.Таубкин и В.Т.Монахов). Образец помещают в сетчатые корзиночки кубической формы с длиной ребра от 35 до 200 мм (всего шесть размеров), нагревают в воздушном термостате в изотермических условиях и для каждого размера определяют минимальную температуру, при которой образец самовозгорается. По результатам испытаний строят графики зависимости логарифма температуры самовозгорания от логарифма удельной поверхности корзиночки, а также от логарифма времени до самовозгорания (рис.2.2). Полученные на графиках прямые аппроксимируют в виде уравнений:
lg Т c = А р + n р ×lg S (1) условия теплового
lg Т c = A s + n s ×lg t (2) самовозгорания,
где А р, A s , n р, n s - коэффициенты, определяемые из графиков на рис.2.2. Эти уравнения позволяют легко рассчитать время и температуру самовозгорания для веществ, находящихся в таре, ссыпанных в кучи, сложенных в штабель и т.п.
Графики зависимости температуры Т с от удельной
поверхности S и от времени t до самовозгорания образца
Самовозгорание присуще твердым горючим веществам и материалам. Самовозгорание имеет тепловую, химическую или микробиологическую природу. Самовозгорание, происходящее в процессе самонагревания материалов под действием постороннего источника нагревания, называется тепловым самовозгоранием.
Тепло обыкновенного трубопровода горячей воды или пара может явиться тем источником тепла, которого достаточно для самовозгорания изделий из ткани, бумаги или древесины.
Напомним, что температура горячей воды в системе отопления достигает 150оС, а пара 130оС. Поэтому в правилах пожарной безопасности записано, что трубопроводы горячей воды или пара необходимо ограждать только экранами из негорючих материалов. В общественных зданиях допускаются декоративные решетки, но и в первом и во втором случаях расстояние от трубопроводов до экранов, а равно и до любого сгораемого материала (шторы, например) должно быть не менее 100 мм.
Часто мы становимся свидетелями тления и горения угля в кучах, торфа, неоднократно отмечены случаи самовозгорания толи в рулонах, целлофана и целлулоида, бумаги, а также материалов, содержащих нитроцеллюлозную основу, при хранении в больших кипах и пакетах. Температура самонагревания торфа и бурого угля составляет 50-60оС, хлопка — 120оС, бумаги — 100оС, поливинилхлоридного линолеума — 80оС и т.д. Для большинства горючих веществ температура самонагревания не превышает 150оС.
Общее требование пожарной безопасности для случаев теплового самовозгорания формулируется довольно просто: безопасной температурой длительного нагрева вещества считается температура, не превышающая 90% температуры его самонагревания. Химическое самовозгорание связано со способностью веществ и материалов вступать в химическую реакцию с воздухом или другими окислителями при нормальных условиях с выделением теплоты, достаточной для их возгорания. Наиболее характерными примерами являются случаи самовозгорания промасленной ветоши, легковоспламеняющихся жидкостей при контакте с марганцовкой, древесных опилок с кислотами и пр. Поэтому хранение веществ и материалов должно всегда отвечать требованиям их совместимости.
Другой вид химических реакций веществ связан с взаимодействием воды или влаги.
При этом также выделяется достаточная для самовозгорания веществ и материалов температура. Примерами могут служить такие вещества, как калий, натрий, карбид кальция, негашеная известь и др. Особенностью щелочноземельных металлов является их способность разогреваться под действием влаги до больших температур и расщеплять влагу воздуха на водород и кислород. Вот почему тушение водой таких веществ приводит к взрыву образующегося водорода.
И, наконец, микробиологическое самовозгорание связано с деятельностью мельчайших насекомых, которые в больших количествах размножаются в спрессованных материалах, поедая все органическое, и там же умирают, вместе со своим разложением выделяя определенную температуру, которая накапливается внутри материала. Наиболее характерным примером является самовозгорание прошлогодних скирд сена.
Определить наличие процессов теплового самовозгорания можно по устойчивому запаху тлеющего материала в течение определенного времени, поскольку тепловое самовозгорание начинается с тления. Химическое самовозгорание сразу проявляет себя в виде пламенного горения.
Наиболее часто в квартирах самовозгорание связано с неправильным хранением веществ и материалов, которые складируются на балконах (лоджиях) без защиты от солнечных лучей, в неплотно закрытых емкостях, что обеспечивает их нагревание энергией солнца и окисление кислородом воздуха. Поэтому основным требованием правил пожарной безопасности является требование строгого соблюдения инструкций по хранению веществ и материалов, которые в обязательном порядке должны находиться на емкости с ними или прилагаться в виде паспорта на материал. Хранение веществ и материалов с неизвестными пожаровзрывоопасными характеристиками категорически запрещается.
Заканчивая главу, напомним, что Правилами пожарной безопасности в Российской Федерации допускается хранение ЛВЖ-ГЖ в жилых квартирах в количестве не более 10 л в закрытой таре. При этом, если количество горючих жидкостей превышает 3 л, они должны храниться в таре из негорючих и небьющихся материалов. Не допускается хранение баллонов с горючими газами, в том числе запасных, в индивидуальных жилых домах, квартирах и жилых комнатах, а также в кухне, на путях эвакуации, в цокольных этажах, в подвальных и чердачных помещениях, на балконах и лоджиях.
