Самовозгорание. Причины возникновения и способы предотвращения.
Самовозгорание – это воспламенение горючих веществ, происходящее без внешнего источника зажигания. Здесь нагрев вещества до температуры самовоспламенения происходит в результате внутренних реакций в веществе.
Три основных причины самовозгорания :
окисление некоторых веществ кислородом воздуха (порошки алюминия, цинка, титана, белый фосфор, каменный уголь, пропитанный маслом хлопок);
различного рода химические реакции. Например, интенсивное выделение тепла происходит в реакции щелочных металлов и их карбидов с водой, марганцовокислого калия с глицерином.
микробиологические процессы в органических веществах (растительные масла, животные жиры, фрезерный торф и пр.).
Обязательное условие самовозгорания – вовлечение в реакции всей массы материала. Чем больше масса, тем легче в ней начинается процесс самонагревания и самовоспламенения.
Для предотвращения — регулярный контроль температуры и влажности, ограничение влажности и температуры.
Конструктивные меры в изделиях приборной техники для защиты от пожара.
Причины загорания в электронной схеме.
Сильное нагревание и излучение теплоты
Перегрузка по току
Основные требования пожарной безопасности:
Электронное изделие д.б. сконструировано и изготовлено таким образом, чтобы оно не представляло пожарной опасности в нормальных условиях эксплуатации и в аварийном режиме.
Электронное изделие д.б. сконструировано и изготовлено таким образом, чтобы вероятность возникновения пожара в каждом изделии <=10 -6 в год
При нормальной и аварийной работе ни один из элементов конструкции не должен иметь температуру выше допустимых значений
Защита от токов перегрузки и короткого замыкания
Воздушные зазоры и расстояния по изоляции ГОСТ 2757 0.0
Детали конструкции д.б. теплостойкими. ГОСТ 50377-95 (МЭК 950-86)
Резисторы >=2Вт должны располагаться над платой на расстоянии не менее радиуса резистора
Резисторы мощностью 2Вт при установке под платой класса возгораемости хуже V-1 должны располагаться от нее на расстоянии двух радиусов резистора и более
Классификация возгораемости материалов
Материал класса V…
Может воспламеняться или накаливаться, но гаснет в течении времени t
Раскаленные частицы или горящие капли при выбросе могут/не могут воспламенить хирургическую вату
Еще раз о самовозгорании
Самовозгорание – проблема реальная! Случаи спонтанного возгорания в химчистках и на строительных объектах встречаются всё чаще.
Материалы, которые могут внезапно воспламениться
- тряпки, губки и строительные отходы, пропитанные лакокрасочными веществами;
- химические соединения вроде нитрата целлюлозы;
- полотенца и постельное белье во время химической счистки и сушки;
- краскопульты и материалы, используемые для работы с краской;
- солома;
- уголь.
По сути, самовозгорание – это реакция, которая внезапно начинается при нагревании огнеопасного материала до определенной температуры. Происходит химический процесс, в котором участвуют все «необходимые» компоненты и воздух из окружающей среды.
При окислении горючих материалов вырабатывается достаточное для произвольного воспламенения количество тепла. Как правило, такое случается при небрежном хранении строительного мусора, когда на одной куче лежат различные горючие материалы. Если в помещении, используемом для складирования отходов, затруднен отвод тепла, вероятность самовоспламенения резко возрастает. Существует тонкая грань, которую можно считать идеальным совпадением условий для внезапного возникновения пламени.
Когда возможно самовозгорание
Чаще всего самовозгорание происходит в помещениях со слабой циркуляцией воздуха. Если кислород будет поступать в большом количестве, поверхности горючих материалов не смогут нагреться до той температуры, при которой возможно возгорание. При полном отсутствии циркуляции пламя не сможет вспыхнуть из-за нехватки кислорода – естественного катализатора процесса горения.
Вероятность самовоспламенения существенно возрастет, если воздух будет сухим и теплым. Повышение температуры материалов станет толчком для реакции окисления, который в свою очередь приведет к возгоранию или, как минимум, ускорит этот процесс. Наиболее распространенный пример произвольного возникновения пламени, который можно считать классическим – возгорание тряпок и губок, пропитанных льняным маслом. Они используются для работы с паркетной доской.
Современные технологии позволяют отказаться от льняного масла. Несколько лет назад появилась строительная акриловая краска, которая во многом превосходит своего предшественника. С ней такой проблемы как самовозгорание не возникнет, но это вовсе не значит, что отныне строительный мусор можно хранить как попало.
В коммерческих химчистках также неоднократно фиксировались случаи произвольного возгорания. Хлопковые вещи, обработанные этим веществом, оставлялись в закрытом месте. Чтобы они не воспламенялись, оставляйте их в емкостях с водой.
Если тканевые изделия, пропитанные огнеопасными маслами, попадают в химчистку, это еще не значит, что оттуда они вернутся идеально чистыми. Частицы масел могут остаться и после этого. Если их высушить и оставить в помещении с плохой вентиляцией, температура повысится и произойдет самовозгорание.
Явление самовозгорания коварно и беспощадно, но, все-таки, его можно взять под контроль. Работники строительных объектов и химчисток должны придерживаться простых правил, и тогда опасности не будет. Материалы, которые представляют потенциальную опасность, должны храниться должным образом. Как уже говорилось ранее, проще всего поместить их в емкость с водой, и тогда уж точно ничего не загорится.
Для материалов, которым контакт с водой противопоказан, можно использовать металлические контейнеры. Кислорода в них мало, поэтому химическая реакция, проводящая к самовоспламенению, закончится так же быстро, как и начнется.
Самовозгорание веществ и материалов
Пожары представляют огромную опасность для экологии, жизни и имущества человека. Случается, что в возникновении воспламенения отсутствует источник зажигания. В таких ситуациях причиной самовозгорания является резкий подъем силы экзотермической реакции в некотором объеме вещества. В результате выделяется много тепла, а скорости теплоотведения в окружающую среду недостаточно. Произвольное горение довольно опасно, поэтому важно знать, какие материалы загораются под воздействием собственных химических свойств и некоторых факторов окружающей среды.
Особенности процесса
Это реакция, вызванная нагреванием огнеопасного вещества до температуры, запускающей сложную многоэтапную реакцию. В ней принимают участие содержащиеся в материале компоненты и воздух. Окисление кислородом приводит к тому, что произвольно выделяется большой объем тепла, который своевременно не отводится.
В качестве примера можно привести ситуацию, когда неправильно хранятся строительные отходы. В одну кучу сваливают различные материалы, в том числе опасные и горючие. Если в помещении затруднен отвод тепла и нарушена вентиляция, то риск спонтанного самовозгорания резко возрастает.
Важно! Внезапное возникновение пламени может привести к серьезному пожару, который нанесет ущерб имуществу, и может угрожать жизни человека.
Существуют условия, повышающие опасность самовозгорания. Большинство случаев отмечаются в помещениях, где нарушена циркуляция воздуха. Если приток свежих кислородных масс недостаточный, то от поверхности горючих веществ вырабатываемое ими тепло отводится неактивно, начинается перегревание и как следствие запускается процесс горения.
Опасность самопроизвольного самовозгорания веществ значительно повышается, если в комнате воздух теплый и сухой. Такие условия становятся толчком к началу окислительного процесса, который либо приводит к воспламенению, либо его ускоряет. Например, достаточно опасно оставлять в помещении ветошь, пропитанную льняным маслом, которое часто используется для обработки паркетных половых досок. Тряпка под воздействием внешних факторов легко может самовозгореться.
Самовозгорание материалов происходит спонтанно. Установив первичный импульс, который запустил механизм самонагревания, специалисты точно определяют, к какому типу относится процесс. Различают следующие виды самовозгорания.
1. Микробиологическое
Наблюдается среди органических материалов, внутри тела которых возможно развитие деятельности микроорганизмов. Живые организмы выделяют тепло, которое приводит к разогреванию массы. Это стимулирует ускорение протекания экзотермической естественной реакции. При повышении градусов в среде их обитания бактерии уничтожаются, а горение продолжается уже по иному механизму.
Мелкодисперсионные продукты характеризуются малой теплопроводимостью массы. В их теле копится тепло в результате гетерогенного окисления. Это приводит к росту температуры, а затем и скорости легко объяснимой с научной стороны реакции. В итоге происходит стремительное возгорание.
Склонностью к микробиологическому возгоранию отличаются:
- овощи;
- зерно;
- солод;
- сухая трава – солома и сено;
- хлопок;
- фрезерный торф и прочее.
Это интересно! Скорость экзотермической реакции увеличивается вдвое с каждым скачком температуры на 10ºС.
2. Химическое
Происходит из-за химического взаимодействия компонентов. Запускается на поверхности материалов, а затем продвигается в глубинные слои. Когда химические элементы перемешиваются, в глубине объема аккумулируется тепло, которое накапливается и приводит к постепенному нагреванию.
Возгорание без источника нагрева под воздействием химической реакции четко определяется по обозначенным с научной точки зрения признакам. Если повышение температуры спровоцировано не окислением под воздействием кислорода, а попаданием серной кислоты или перманганата калия, то классификация однозначная. Кроме того, некоторые щелочные металлы начинают выделять тепловые излишки при соприкосновении с водой. К этой группе относятся:
- карбид кальция;
- натрий;
- промышленная ветошь;
- азотная кислота;
- рубидий;
- перекись бария;
- калий и другие.
Важно! Если количество металла больше спичечной головки, то выделяющийся водород горит совместно с ним.
3. Тепловое
Если материал нагревается до критической температуры, вызывающей его последующее активное разложение, то такой вид называется тепловым. В глубине твердого тела горение проявляется тлением, которое при появлении доступа воздуха переходит в пламя.
Часто источником самовозгорания становятся масла. К возгоранию без постороннего очага зажигания способны:
- отработанные минеральные масла, содержащие непредельные углеводороды;
- масла, в составе которых значительное количество глицеридов непредельных кислот;
- олифы;
- жиры;
- ископаемый уголь.
Обратите внимание! К непредельным кислотам относятся линоленовая, линолевая, олеиновая кислоты.
Условия для самостоятельного возгорания жирных масел
Чтобы предотвратить риск возникновения пожара из-за несоблюдения норм безопасности обращения с горючими веществами, нужно знать, что может спровоцировать аварийную ситуацию. Жиры и масляные составы самовозгораются при определенных условиях:
- подвергается окислению обширная поверхность, при этом теплоотдача минимальна;
- веществами пропитаны какие-либо горючие материалы;
- большая степень уплотненности промасленного предмета.
Интересно! Наименьшая температура, при которой уже наблюдаются случаи горения масел и жиров без внешнего воздействия, составляет всего +10 градусов. Срок – от нескольких часов до пары суток.
Нередко самовозгорается уголь. По способности к возгоранию материал делится на 2 категории:
- А – опасные – каменные и бурые;
- Б – устойчивые – донецкие, кузнецкие, антрацит.
Когда столбик термометра опускается, они быстро окисляются и впитывают газы и пары. Температура нарастает медленно и может быть приостановлена путем проветривания штабеля.
Для предотвращения риска необходимо:
- ограничивать высоту штабелей;
- достаточно уплотнять уголь в штабелях, чтобы исключить проникновение воздуха.
Что горит без источника нагрева
Температурой самовозгорания называют самую низкую Т объекта, при которой внутри его объема происходит самонагревание. Определено, что некоторые опасные элементы способны разогреваться до критической отметки даже при средней комнатной температуре. Например, алюминиевый порошок, соприкасаясь с воздухом, начинает окисляться и теплеть уже при +10º градусах. К столь же быстро самонагревающимся составам относятся:
- силаны;
- скипидар;
- фосфины;
- диэтиловый эфир;
- негашеная известь;
- бромацитилен.
Сюда же причислены сульфиды железа. Они даже при обычной Т, взаимодействуя с воздухом, стремительно выделяют много тепла. Не менее активно окисляется желтый фосфор. Процесс сопровождается интенсивным выделением белого дыма. Причиной возгорания может быть теплота трения, поэтому резку фосфора рекомендуют осуществлять под водой.
Отличие самовозгорания от самовоспламенения
Иногда даже сами эксперты путают эти два понятия, хотя их различия важно учитывать при экспертизе пожаров. Если речь идет о тепловом самовозгорании, то нагрев – лишь исходный импульс. Далее горение в массе начинается из-за воздействия поступающего кислорода, в результате окисления которым происходит выделение тепла. Для самовоспламенения важно, чтобы поверхность была разогрета до конца. Тогда запускается механизм термического разложения, сопровождающийся воспламенением
Как пример можно рассмотреть склонность к горению сосновых опилок. Сырье может начать гореть при 295ºC, а самовоспламениться сырье может лишь при 400ºС
Явление процесса самовозгорания – беспощаден и чрезвычайно опасен. Однако его можно взять под контроль. Работники строительных объектов, сотрудники магазинов с широким ассортиментом лакокрасочных материалов, химчисток и прочих организаций должны в обязательном порядке придерживаться правил техники безопасности при работе с самонагревающимися, пирофорными, горючими веществами. Представляющие потенциальную угрозу, они должны правильно храниться, использоваться по назначению и своевременно отправляться в пункты утилизации.
Самовозгорание
Самовозгорание – это самопроизвольное возникновение горения твердых горючих веществ и материалов в условиях аккумуляции энергии, выделяемой в результате экзотермической реакции их окисления. Как правило, самовозгорание происходит при скоплении указанных материалов в дисперсном состоянии. Оно может проявляться в виде тления и пламенного горения.
В процессе самовозгорания веществ (материалов) в результате термоокислительной и (или) термической деструкции органических соединений происходит выделение газов, в том числе горючих: водород, метан, окись углерода. Образование взрывоопасных газовоздушных смесей в закрытых объемах (например, в силосах и бункерах элеваторов, комбикормовых заводов, хлебоприемных пунктов) при наличии очага горения (тления) вещества (материала), вызванного самовозгоранием является причиной взрывов на предприятиях хлебопродуктов.
В зависимости от механизма, который запускает процесс самовозгорания, выделяют три его вида:
- тепловое;
- химическое;
- микробиологическое.
Тепловое
Тепловое самовозгорание возникает при нагревании вещества каким-либо внешним теплом до температуры, обеспечивающей его термическое разложение и дальнейший процесс спонтанного самонагревания за счет тепла экзотермических реакций в объеме. При этом большую роль играют реакции окисления продуктов термического разложения. Горение в глубине объема твердого дисперсного вещества протекает в форме тления, которое со временем и при доступе воздуха переходит в пламенное горение.
Разновидностью теплового самовозгорания является так называемое «очаговое самовозгорание». Понятие «очаговое самовозгорание» используется для случаев с предварительным прогревом массы материала до температур, существенно превышающих температуру окружающей среды. В производственных условиях вещество может подвергаться температурной обработке (например, сушке), после чего нагретый материал засыпается в бункер, либо формируется в кучу, штабель. На практике отмечаются случаи самовозгорания при превышении штабелем (насыпью) критических величин характеристического размера.
Химическое
Химическое самовозгорание возникает при контакте химически активных веществ, реагирующих с выделением большого количества тепла. В этом случае самовозгорание обычно начинается на поверхности материала, а затем распространяется вглубь. При перемешивании химических веществ самовозгорание может начаться в глубине объема. И, скорее всего, именно там и начнется, т.к. именно там имеются наилучшие условия для аккумуляции тепла, его накопления и постепенного развития реакции.
В ряде случаев разделение понятий химического и теплового самовозгорания является достаточно четким. Так, в случае, если первичный нагрев возник в результате экзотермической реакции окисления и окислитель – не кислород воздуха, а например, перманганат калия или концентрированная серная кислота, безусловно, это химическое самовозгорание. Если же окислителем является кислород воздуха, классификация вида самовозгорания может быть не такой однозначной. Тут надо учитывать интенсивность тепловыделения в зоне реакции, скорость развития процесса и т.д.
Микробиологическое
Микробиологическое самовозгорание характерно для органических дисперсных и волокнистых материалов, внутри массива которых возможна жизнедеятельность микроорганизмов. Первичное самонагревание массы материала происходит за счет тепла, выделяемого микроорганизмами. Повышение температуры в объеме способствует ускорению экзотермических реакций окисления и возникает процесс самонагревания материала [6]. На определенном этапе бактерии гибнут, а процесс продолжает развиваться уже по механизму теплового самовозгорания.
Особенностью самовозгорания является то, что оно не требует внешнего импульса, инициирующего горение, а возникает за счет реакции гетерогенного окисления в больших объемах вещества при относительно низких температурах окружающей среды. Из-за плохой теплопроводности массы мелкодисперсного продукта происходит накопление тепла в его объеме, возрастает температура, соответственно – скорость химической реакции, и, в конечном счете, материал воспламеняется.
В зарубежной, американской в частности, литературе, процесс самовозгорания называют спонтанным горением или «спонтанной химической причиной». Указывается, что:
…последний термин более точен, так как вещество, вместо того, чтобы зажигаться в какой то одной точке, или с какой то одной стороны, зажигается во всей своей массе примерно в такое же время, и тепло поступает не из какого-нибудь внешнего источника, а выделяется в результате химических процессов, происходящих внутри этого вещества. Единственная движущая сила в данном случае – это экзотермическая реакция, при которой выделяется тепло и если это тепло не удаляется сразу, оно может поднять температуру топлива. Так как скорость реакции удваивается с каждым подъемом температуры на 10 °С, можно видеть, что реакция сама себя ускоряет, постоянно увеличивая скорость выделения тепла. При недостаточном выведении тепла, температура может подняться до точки зажигания всей реагирующей массы.
Чем отличается самовоспламенение от самовозгорания
Иногда эксперты путают самовозгорание с самовоспламенением. Например, тепловое самовозгорание с загоранием вещества (материала) при контакте с горячей поверхностью. Еще раз объясним, в чем принципиальное различие этих двух процессов. При тепловом самовозгорании предварительный нагрев является только толчком (исходным импульсом) к разогреву, а основной разогрев, приводящий, в конечном счете, к возникновению пламенного горения, идет в массе вещества непосредственно за счет его окисления кислородом воздуха и выделения при этом тепла. Нагретая же поверхность, чтобы обеспечить самовоспламенение вещества, должна нагреть его «до конца», т.е. до критической температуры (температуры самовоспламенения), при которой произойдет резкая интенсификация процессов термического разложения вещества с возникновением пламенного горения. Чтобы осуществить первый процесс, вещество нужно прогреть до значительно меньших температур, чем чтобы осуществить второй. Так, например, у сосновой древесины температура тления, которая инициирует самовозгорание древесных опилок, составляет по справочным данным 295 °С (а у пирофорной древесины может спускаться до 80 °С), в то время, как температура самовоспламенения составляет около 400 °С. Соответственно, первый процесс идет достаточно медленно (чтобы «добрать тепло» за счет гетерогенного окисления кислородом воздуха, нужно время), в то время, как до самовоспламенения процесс может дойти достаточно быстро, был бы источник тепла достаточно мощным.
Различие в механизмах указанных процессов, условиях их протекания и динамике обязательно нужно учитывать при экспертизе пожаров, в том числе, при отработке версий о причине пожара.