WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |

Глава 1. Основные факторы, влияющие на возникновение и распространение торфяных пожаров

Общие сведения о горении

Горение представляет собой сложное быстропротекающее химическое превращение, сопровождающееся выделением значительного количества тепла и ярким свечением. В большинстве случаев основу горения составляют экзотермические окислительные реакции вещества, способного к горению, с окислителем (кислородом). Горение возникает при условии, если горючее вещество и кислород воздуха находятся между собой в определенном количественном соотношении и нагреты до определенной температуры. Большинство горючих веществ при нагревании до определенной температуры переходит в пары или газы, которые, соприкасаясь с воздухом, образуют горючие смеси. Последние могут образовываться и при непосредственном смешивании воздуха с твердыми или жидкими горючими веществами, находящимися в распыленном виде.

Горение газов и горючих парообразных веществ в среде газообразного окисления называется гомогенным. Горение жидких и твердых горючих веществ в среде газообразного окислителя называется гетерогенным.

Горение при достаточном и избыточном содержании кислорода бывает полным, а при недостатке кислорода неполным. Продуктами полного горения являются двуокись углерода, вода, азот, сернистый ангидрид и т.п. При неполном горении образуются едкие, ядовитые, горючие и взрывоопасные продукты (окись углерода, альдегиды и кетоны, спирты, кислоты, твердые остатки).

Образование горючих смесей может происходить либо до начала горения веществ, либо в процессе горения.

Горение протекает с определенной скоростью, под которой понимается количество горючего вещества, выгорающего в единицу времени на единице площади.

Горючие смеси из газов, паров, размельченных твердых или жидких веществ, образованные до воспламенения, горят с очень большой скоростью. Такое горение принять называть кинетическим.

Горючие смеси, образующиеся в процессе горения в результате диффузии, сгорают медленно. Скорость горения зависит также от концентрации кислорода в воздухе, удельной поверхности, состава горючего вещества и состояния смеси. Образование горючих смесей и газов и измельченных твердых или жидких веществ может происходить при любой температуре, а из неразмельченных твердых и жидких горючих – только при нагревании до определенной температуры. Наибольшая скорость горения наблюдается в чистом кислороде, наименьшая – в воздушной среде с содержанием кислорода 1415 %. Для некоторых горючих (Н2, С2Н2, С2Н4 и др.) горение возможно при содержании кислорода в воздухе 10 % и менее. Скорость горения веществ возрастает при увеличении удельной поверхности и тщательном смешивании с окислителем. Например, если 500 г угля или торфа в виде кусков или плотно лежащей пыли (аэрогель) сгорают на воздухе в течение нескольких минут, то 500 г пыли торфа или угля, находящиеся во взвешенном состоянии (аэрозоль), могут сгореть со скоростью взрыва, т.е. в доли секунды.

Смеси горючего и воздуха могут загораться и гореть только в определенном интервале концентраций, которые называются пределами горения или пределами взрыва.

Наименьшая концентрация горючих паров, газов или органической пыли в воздухе, при которой уже возможен взрыв, называется нижним пределом взрыва. Для торфяной пыли с влажностью 16,5 % и зольностью 7,8 % нижний предел составляет 17,6 г/м3, фрезерного торфа влажностью 20% и зольностью5,4 % 20,2 г/м3. Наибольшая концентрация паров или газов в воздухе, при которой еще возможен взрыв, называется верхним пределом взрыва. Концентрация смеси в интервале между нижним и верхним пределами взрыва называются промежутками взрыва.

С повышением температуры нижний предел уменьшается, а верхний – увеличивается, и, таким образом, промежуток взрыва расширяется. При взрыве давление и тепло передаются по веществу от слоя к слою горючей смеси, вызывая дальнейшее разложение их.

Тепло, выделяющееся в зоне горения, расходуется на нагревание продуктов сгорания и избыточного воздуха, а также на излучение.

Температура продуктов горения, при которой выделяющееся тепло расходуется только на их нагревание, называется теоретической температурой горения tm. Она вычисляется по формуле:



где Q теплота сгорания, кДж; m – число грамммолей продуктов горения, образующихся при сгорании 1 кг вещества; с – средняя молярная теплоемкость продуктов горения, кДж/(кгoC); t0 – начальная температура воздуха, оС.

Действительная температура горения веществ вследствие потерь тепла в окружающую среду значительно ниже теоретической.

Необходимым условием возникновения процесса горения является нагрев горючей смеси до состояния, при котором скорость выделения тепла химической реакции окисления превышает скорость отдачи тепла в окружающую среду.

Реакция окисления в определенных условиях получает возможность самопроизвольно ускоряться и переходить в бурную реакцию горения. Процесс ускорения и перехода реакции окисления в горение называется самовоспламенением.

Температура горения смеси, при которой реакция окисления переходит в горение, называется температурой самовоспламенения. Температура воспламенения является переменной величиной, зависящей от состава горючей смеси, удельного объема горючего вещества, влажности, давления, содержания кислорода в воздухе и других факторов.

Твердые горючие вещества способны по своей поверхности абсорбировать газы, в том числе и воздух. При наличии сильно разветвленной поверхности с абсорбированным воздухом, например торфа, скорость окислительной реакции возрастает. Если при этом теплоотдача во внешнюю среду меньше тепловыделения, то накапливающееся тепло повышает температуру, и окислительные процессы ускоряются. Процесс саморазогревания вещества, заканчивающийся горением, называется саморазогреванием.

Значительное тепловыделение и саморазогревание веществ происходят в процессах экзотермических реакций, полимеризации и ряде физических и биологических процессов.

Процесс саморазогревания может начаться и при обычной температуре окружающей среды (10–20 оС) и заканчиваться горением. Чем ниже температура горючего вещества, при которой процесс саморазогревания переходит в горение, тем оно более пожароопасно.

Процесс горения начинается с возгорания смеси паров горючего вещества с воздухом. Наименьшая температура, при которой пары данного горючего вещества образуют над ним смесь с воздухом, называется температурой вспышки.

Твердые горючие вещества при нагревании меняют свое агрегатное состояние. Торф и древесина разлагаются с образованием газообразных продуктов, более устойчивых при данной температуре молекул. Торф, например, начинает разлагаться уже при температуре 150 оС. Более интенсивное разложение торфа начинается при температуре 150 0С. Разложение древесины возникает при температуре 130150 оС. Таким образом, при нагревании торф высушивается, затем происходит его пиролиз с образованием горючих газообразных компонентов и кокса и, если в зоне нагрева имеется окислитель, то воспламенение и последующее горение торфа.

Выход газообразных продуктов при нагревании твердых горючих веществ происходит в определенном интервале температур с переменной скоростью. При начальной температуре разложения скорость образования газообразных продуктов небольшая, с повышением температуры она увеличивается и, достигнув максимума, начинает понижаться. Состав газообразных продуктов разложения также изменяется с изменением температуры твердых веществ. Так как в результате разложения твердых веществ образуются различные по агрегатному состоянию вещества (газы и твердый остаток), горение их протекает в две стадии. Вначале горят газообразные продукты разложения, а затем твердые вещества – уголь. Основными горючими элементами у торфа являются углерод (5256 % от общей массы) и водород (56 % от общей массы), кроме того, в составе торфа имеется от 30 % до 40 % атомов кислорода, связанного в молекулах химических веществ, из которых состоит торф. Среднее значение величины теплотворной способности торфа равно 5500 ккал/кг.

Горение газообразных продуктов протекает с образованием пламени, величина которого зависит от скорости выделения газообразных продуктов и их смешивания с воздухом. При горении древесины и торфа около 60 % тепла выделяется в первой и 40 % во второй стадии горения.

Время, в течение которого твердое вещество при соприкосновении с источником воспламенения нагревается до воспламенения, зависит от плотности, влажности, величины поверхности, воспринимающей тепло, и других факторов.





Распределение пламени при горении пылевоздушных смесей аналогично распространению пламени в газовых смесях. Скорость распространения пламени в аэровзвеси зависит от концентрации и дисперсности пыли и ее способности при нагревании выделять газообразные продукты, содержания кислорода в облаке пыли и т.п.

Наибольшая скорость распространения пламени различных образцов торфяной пыли при концентрации 13 кг/м3 колеблется в пределах 1622 м/с [3].

При взрыве некоторых видов пыли (в том числе торфяной) сгорают только газообразные продукты, выделившиеся при разложении горючего вещества, а оставшаяся углеродистая часть не успевает сгореть. Практически при взрыве сгорает примерно 2040 % горючего вещества пыли.

Классификация торфяных пожаров Под пожаром понимается неконтролируемое горение вне специаль­ной зоны, наносящее материальный, экологический, социальный и др. виды ущерба. Независимо от причин возникновения загораний различают три стадии развития торфяных пожаров:

первая характеризуется загоранием малой площади (l2 м) с малой скоростью горения и низкой температурой горения, а также незначительной запыленностью и задымленностью окружающей среды;

вторая характеризуется увеличением площади горения и высоты факела изза усиления процесса разложения и испарения горючих веществ. При этом происходит разбрасывание искр по направлению ветра до 50 м, что значительно увеличивает площадь горения. Одно­временно повышается температура окружающей среды и усиливается действие лучистой энергии, дым распространяется на большие расстояния;

третья характеризуется большой площадью горения (несколько сот гектаров высокой температурой в зоне горения и окружающей среды), сильными конвективными потоками и большой задымленностью и загазованностью прилегающей территории, которые значительно затрудняют тушение торфяного пожара и вызывают необходимость привлечения большого количества людей и техники.

Объектами пожарной опас­ности являются:

площади производственных полей добычи торфа;

складочные единицы (штабели) готовой продукции;

резервные участки торфяного месторождения, находящиеся в естественном состоянии в составе торфопредприятия;

резервные участки торфяного месторождения, находящиеся в частично осушенном состоянии;

выработанные производственные площади торфопредприятий;

торфяные месторождения, находящиеся в естественном состоянии;

осушенные торфяные месторождения, предназначенные для сельскохозяйственного использования.

Структура и количественная оценка торфяного фонда Тверской области представлены в табл. 1.1.

Каждый из перечисленных объектов характеризуется собственными признаками (атрибутами) пожарной опасности.

Пожары на торфяных полях подразделяются:

по месту горения наземные (поверхностные) и подземные (глубинные);

по силе пожара слабые, средние и сильные (последние иногда называют "стихийными пожарами").

Наземный (поверхностный) пожар характеризуется тем, что на полях добычи и сушки торфа горит верхний надпочвенный покров, состоящий из сухой торфяной крошки, очеса, кусков канавной выемки, древесных остатков, а также штабели и караваны сухого торфа, расположенные на полях.

Огонь во время пожара распространяется по направлению ветра и по мере продвижения вперед охватывает всё большую площадь.

Скорость движения огня зависит от влажности торфа, силы ветра и температуры воздуха.

В зависимости от метеорологических условий наземные (поверхностные) пожары бывают устойчивыми и беглыми.

Устойчивый пожар, для которого характерно сосредоточенное воздействие огня, опасен возможным распространением в глубину торфяной залежи. Беглый пожар представляет опасность изза скачкообразной переброски огня, что влечет за собой возникновение нескольких очагов пожара одновременно в разных местах, причем и при беглом характере пожара не исключена возможность проникновения огня в глубину залежи.

Таблица 1. Структура и количественная оценка торфяного фонда Тверской области Целевой фонд Торфяные месторождения Коли чество Площадь, тыс.га.

Запасы, млн.т.

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.