Причинами процесса самовозгорания могут быть. Пирокинез. Случаи. Причины самовозгорания. Причины торфяных пожаров

САМОВОЗГОРАНИЕ , возникновение горения в результате самонагревания горючих твердых материалов, вызванного самоускорением в них экзотермич. р-ций. Самовозгорание происходит из-за того, что тепловыделение в ходе р-ций больше тепло-отвода в окружающую среду .

Начало самовозгорания характеризуется т-рой самонагревания (T сн), представляющей собой минимальную в условиях опыта т-ру, при к-рой обнаруживается тепловыделение.

При достижении в процессе самонагревания определенной т-ры, наз. т-рой самовозгорания (T своз), возникает горение материала, проявляющееся либо тлением, либо пламенным горением . В последнем случае T своз адекватна т-ре самовоспламенения (T св), под к-рым в пожарном деле понимают возникновение горения газов и жидкостей при нагр. до нек-рой критич. т-ры. (см. Воспламенение в пожарном деле). В принципе самовозгорание и самовоспламенение по физ. сущности сходны и различаются лишь видом горения , самовоспламенение возникает только в виде пламенного горения .

В случае самовоспламенения самонагревание (предвзрыв-ной разогрев; см. Воспламенение) развивается в пределах всего неск. градусов и поэтому не учитывается при оценке пожаровзрывоопасности газов и жидкостей . При самовозгорании область самонагревания может достигать неск. сотен градусов (напр., для торфа от 70 до 225 °С). Вследствие этого явление самонагревания всегда учитывается при определении склонности твердых в-в к самовозгоранию.

С амовозгорание изучают путем термостатирования исследуемого материала при заданной т-ре и установления зависимости между т-рой, при к-рой возникает горение , размерами образца и временем его нагрева в термостате .

Процессы, происходящие при самовозгорании образцов горючего материала, изображены на рисунке. При т-рах до T сн (напр., T 1) материал нагревается без изменений (тепловыделение отсутствует). При достижении T сн в материале происходят экзотермич. р-ции. Последние в зависимости от условий накопления теплоты (масса материала, плотность упаковки его атомов и молекул , продолжительность процесса и т. д.) могут после периода небольшого самонагревания по исчерпании способных саморазогреваться компонентов материала завершиться охлаждением образца до начальной т-ры термостата (кривая 1) либо продолжать самонагреваться вплоть до T своз (кривая 2). Область между Т сн и T своз потенциально пожароопасна, ниже T сн -безопасна.

Изменение т-ры Т во временя т в термостатированных образцах горючего материала.

Возможность самовозгорания материала, находящегося в потенциально пожароопасной области, устанавливают с помощью ур-ний:

где T окр -т-ра окружающей среды , °С; l-определяющий размер (обычно толщина) материала; т-время, в течение к-рого может произойти самовозгорание; A 1 , n 1 и А 2 , n 2 -коэф., определяемые для каждого материала по опытным данным (см. табл.).

По ур-нию (1) при заданном l находят T окр, при к-рой может возникнуть самовозгорание данного материала, по ур-нию (2)-при известной Т окр величину т. При т-ре, ниже вычисленной T окр, или при т, меньшем, чем время, рассчитанное по ур-нию (2), самовозгорание не произойдет.

В зависимости от природы первоначального процесса, вызвавшего самонагревание материала, и значений T сн различают хим., микробиол. и тепловое самовозгорание.

К химическому самовозгоранию относятся экзотермич. взаимод. в-в (напр., при попадании конц. HN О 3 на бумагу , древесные опилки и др.). Наиб. типичный и распространенный пример такого процесса-самовозгорание промасленной ветоши или иных волокнистых материалов с развитой пов-стью. Особенно опасны масла , содержащие соед. с ненасыщ. хим. связями и характеризующиеся высоким йодным числом (хлопковое, подсолнечное, джутовое и т.д.).

К явлениям химического самовозгорания относится также загорание ряда в-в (напр., мелкораздробл. А1 и Fe, гидриды Si, В и нек-рых металлов , металлоорг. соед.-алюминийорганичес-кие и др.) при контакте их с воздухом в отсутствие нагрева. Способность в-в к самовозгоранию в таких условиях наз. пирофорностью. Особенность пирофорных в-в заключается в том, что их T своз (или T св) ниже комнатной т-ры: - 200°С для SiH 4 , - 80 °С для А1(С 2 Н 5) 3 . Для предупреждения химического самовозгорания порядок совместного хранения горючих в-в и материалов строго регламентирован.

Склонностью к микробиологическому самовозгоранию обладают горючие материалы, особенно увлажненные, служащие пи-тат. средой для микроорганизмов , жизнедеятельность к-рых связана с выделением теплоты (торф , древесные опилки и др.). По этой причине большое число пожаров и взрывов происходит при хранении сельскохозяйств. продуктов (напр., силос, увлажненное сено) в элеваторах. Для микробиологического и химического самовозгорания характерно то, что T сн не превышает-обычных значений Т окр и м.б. отрицательной. Материалы, имеющие T сн выше комнатной т-ры, способны к тепловому самовозгоранию.

Вообще склонностью ко всем видам самовозгорания обладают мн. твердые материалы с развитой пов-стью (напр., волокнистые), а также нек-рые жидкие и плавящиеся в-ва, содержащие в своем составе непредельные соед., нанесенные на развитую (в т.ч. негорючую) пов-сть. Расчет критич. условий для хим., микробиол. и теплового самовозгорания осуществляется по ур-ниям (1) и (2). Методы эксперим. определения Т сн и T своз и условий самовозгорания изложены в спец. стандарте.

Лит.: Таубкин С. М., Баратов А. Н., Никитина Н. С., Справочник по жароопасности твердых веществ и материалов, М., 1961; Пожарная опасность строительных материалов, под ред. А.Н. Баратова, М., 1988; Пожаровзрыво-опасность веществ и материалов и средства их тушения. Справочник, под ред. А.Н. Баратова, А.Я. Королъченко, кн. 1-2, М., 1990. А.Н. Баратов.

Миф это или есть доказанные факты случаев самовозгорания человека и торфа? Существует много точек зрения на эти феномены. Мы рассмотрим наиболее интересные из существующих.

Самовозгорание - это явление, при котором человек воспламеняется без внешнего источника огня. Это паранормальное явление, недоказанное учеными. В некоторых источниках говорится, что после самовозгорания остается кучка пепла, другие утверждают, что остаются некоторые части тела и целая одежда. Очевидцы доказывают, что у человека буквально вырывается пламя изо рта, а туловище и голова в считанные минуты обугливаются дотла. Одни говорят, что пламя голубое, другие - что желтое.

У всех видов самовозгорания есть общий признак - возгорание без внешнего источника огня. Тело сгорает быстрее, чем при обычном сожжении. Статистика показывает, что феномен проявляется в закрытом помещении, а жертвами чаще становятся мужчины пожилого возраста. До сегодняшнего дня нет зарегистрированных случаев среди скопления людей и на открытой местности. Кроме того, самовозгорание не зафиксировано среди животных.

Первые самовозгорания

Самовозгорание человека известно с древних времен, но вносить в официальные документы это явление начали только в XVIII веке: истории считали достаточно достоверными, чтобы отражать в протоколах полиции.

Первое упоминание самовозгорания есть даже в средневековой литературе. Ученый Томас Бартолин в 1641 в своих трудах описывает подробности смерти рыцаря Полония Ворстия, погибшего в XVI веке, который выпил вина и умер от спонтанного самовозгорания.

"Божественное вмешательство"

Христиане считали спонтанное самовозгорание карой за нарушение сделки с дьяволом.

Интересно, что причиной смерти в 1725 году парижанки мадам Милле (запойной алкоголички) было указано «Божественное вмешательство». Она, находясь в постели со своим супругом, сгорела дотла, а матрас остался практически цел!

В те времена, основываясь на образе жизни погибших людей, причиной самовозгорания называли алкоголизм. Но единственный ли это признак?

Самовозгорание человека описывается во многих фильмах и литературе, но известность этому феномену дал Чарльз Диккенс, описав его в своем романе «Холодный дом».

Многие представители научного мира отрицают спонтанное самовозгорание человека, однако на данный момент насчитывают 120 официально зарегистрированных случаев самовозгорания.

Популярные теории

Существует несколько теорий возникновения самовозгорания.

Самые распространенные теории:

1. Алкоголизм. При очень большом количестве алкоголя в крови человек может воспламениться от обычной искры от сигареты, но многие умершие не были алкоголиками и не курили! В ходе экспериментов на мышах от этой теории отказались: мертвым мышам вводили 70% спирт и пытались сжечь, но ничего не вышло.
2. Эффект человеческой свечи. Согласно этой теории, в человеческом теле много жира, который выполняет функцию парафина и способствует процессу горения. Известно, что в основном сгорали худощавые люди, но эта теория тоже не является достоверной: мгновенного сгорания не существует, тело горит несколько часов. Эксперимент проводили на мертвых свиньях, одетых с шерстяную одежду.
3. Возгорание от статического электричества. Человеческое тело способно накапливать статическое электричество, и малые разряды до 3 тысяч вольт человек не замечает. При определенных атмосферных условиях в человеческом теле может накапливаться заряд большой величины, но чтобы произошло самовозгорание, электростатический разряд должен быть более 40 тысяч вольт! Кстати, чтобы человек сгорел до пепла, температура самовозгорания должна быть выше 1700 °С. Даже в крематории температура горения 1300 °С.
4. Ацетоновая гипотеза. При понижении глюкозы, основного источника энергии в организме человека, в крови начинаются биохимические процессы, способствующие производству ацетона - наиболее горючего вещества вырабатываемого нашим организмом.

Ученый Брайан Форд в ряде экспериментов подошел ближе всех к объяснению причин самовозгорания. Он одел замаринованную в ацетоне свинину в одежду и поджег ее. Туши сгорели меньше чем за полчаса, причем конечности и некоторые части одежды остались нетронутыми. Ученый объяснил, что в конечностях накапливается меньше ацетона, а причиной самовозгорания назвал статическое электричество от одежды!

Но все эти теории не объясняют причины самовозгорания!

Теория "Черных дыр"

Есть еще несколько теорий, объясняющих ССЧ (спонтанное самовозгорание человека).

Яков Зельдович, советский академик, в 1971 открыл природные микроскопические черные дыры и назвал их отонами. Черные дыры существуют в земных глубинах, не только в космосе, и выделяют колоссальное количество энергии. Некоторые ученые уверены, что именно отоны вызывают спонтанное самовозгорание человека, взаимодействуя с внутренними отонами при столкновении с человеческим телом. Это провоцирует тепловой взрыв, при котором энергия не выделяется, а поглощается, порождая высокую температуру горения. В результате тело сгорает мгновенно.

Теория времени, ядерная реакция и электрическая проходимость

Японский ученый Хирачи Иго считает, что причина самовозгорания - это изменение хода времени в организме человека.

При правильном функционировании человеческое тело излучает в пространство выработанное тепло. Если произойдет хронологический сбой во внутренних процессах, то тепло не успеет уйти в пространство и человек сгорит.

Еще некоторые ученые полагают, что термоядерная реакция - источник жизни живой клетки. При сбое работы клеток происходит неконтролируемая цепная реакция, выделяющая огромное количество энергии и испепеляющая человека буквально.

Как известно, человеческое сердце работает при помощи выработки импульсов, но у каждого разная электрическая проходимость: если кому-то разряд 220 вольт не нанесет никакого вреда, то для некоторых это верная смерть. Так что самовозгорание вполне возможно, говорят доктора. Например, если где-то поблизости ударила молния, то человек с повышенной электропроводимостью может сгореть дотла.

Из всего перечисленного делаем вывод, что самовозгорание - это недоказанные феномены, объяснения которым ученые до сих пор не нашли, но изыскания в этой области продолжаются. Надеемся, что в скором времени научные работники докопаются до истины и поведают миру причины этих явлений.

Образование торфа

Самовозгорание торфа объяснить легче.

Торф образуется в течение тысяч лет на болотистой местности из остатков биомассы: корней и веток кустарников, лишайников, травы, мха, коры, которые не разложились полностью из-за недоступности воздуха и высокой влажности. В разных регионах биохимические свойства торфа различаются. На скорость разложения влияют грибки, климат и среда территории, на которой происходил процесс распада растений.

Использование торфа

Торф - горючее полезное ископаемое, применяемое в разных сферах жизнедеятельности человека. Например, в производстве лекарственных препаратов, в качестве топлива (торф называют предшественником угля), в сельском хозяйстве для удобрения почвы и мульчирования, как подстилку для скота.

Существует несколько способов добычи торфа:

• гидравлический;
• кусковой;
• резной;
• фрезерный.

При гидравлическом способе слой торфа размывают струей воды под высоким давлением, очищают от древесных остатков и, после бассейна-аккумулятора, доставляют для просушки на специальные выровненные площадки.

Кусковой способ похож на фрезерный, но при нем торф прессуют под давлением в цилиндре, выдавливают через прямоугольные сопла и оставляют бруски сушиться на поле.

Резной способ - это ручная или механическая резка торфяных кирпичей.

Также одним из способов добычи торфа является фрейзерный способ, при котором навесным оборудованием трактора торф разрыхляется на глубину 2 метров и сохнет на поле. Его переворачивают для лучшей просушки, а затем сворачивают в валки, которые доставляют на специальную площадку, где формируют в бурты.

Считается, что наиболее склонен к возгоранию.

Условия самовозгорания торфа

Ученые выделяют несколько причин: генетические особенности, состав торфа, условия хранения, влажность, условия внешней среды, сроки хранения и воздухопроницаемость.

При повышении температуры внутри штабеля выше +50 °С происходит химическое разложение торфа, начинаются микробиологические процессы, и если внутрь попадет воздух, произойдет самовозгорание.

Исследователи утверждают, будто самопроизвольное возникновение горения торфа провоцирует нарушение условий складирования.

В связи с этим ученые пришли к выводу, что торфяное самовозгорание - это миф!

Причины торфяных пожаров

В других источниках сказано, что торфяное самовозгорание - это процесс, происходящий только в добытом и сложенном для просушки торфе или осушенном, выработанном болоте при перегреве его поверхности.

Торф может воспламениться из-за микроорганизмов: со временем накапливаются продукты их жизнедеятельности, которые приводят к перегреву торфа и повышению температуры до +65 °С. Если она будет повышаться, то торф превратиться в полукокс и воспламениться при взаимодействии с кислородом.

Причинами появления считаются разряды молнии, низовой лесной пожар, длительный период засухи или человеческий фактор: брошенные спички, поджог травы, искра от непотушенного костра.

Процесс горения происходит не открытым огнем, а тлением и простирается на многие сотни метров в нижних слоях. Торф тлеет годами, обнаружить очаги горения можно только по выделяющемуся дыму.

Итак, самовозгорание торфа - реальность или вымысел?

Несмотря на все предположения и теории, в последнее время мы все чаще слышим в прессе о частых и продолжительных торфяных пожарах в Центральной части России, Сибирском и Уральском федеральном округах. И это происходит в жаркие засушливые сезоны при непосредственном влиянии человеческого фактора.

Горение – сложный физико-химический процесс превращения компонентов горючей смеси в продукты сгорания с выделением теплового излучения, света и лучистой энергии. Приближенно можно описать природу горения как бурно идущее окисление.
Дозвуковое горение (дефлаграция) в отличие от взрыва и детонации протекает с низкими скоростями и не связано с образованием ударной волны. К дозвуковому горению относят нормальное ламинарное и турбулентное распространения пламени, к сверхзвуковому - детонацию.

Горение подразделяется на тепловое и цепное. В основе теплового горения лежит химическая реакция, способная протекать с прогрессирующим самоускорением вследствие накопления выделяющегося тепла. Цепное горение встречается в случаях некоторых газофазных реакций при низких давлениях.

Условия термического самоускорения могут быть обеспечены для всех реакций с достаточно большими тепловыми эффектами и энергиями активации.

Горение может начаться самопроизвольно в результате самовоспламенения либо быть инициированным зажиганием. При фиксированных внешних условиях непрерывное горение может протекать в стационарном режиме, когда основные характеристики процесса – скорость реакции, мощность тепловыделения, температура и состав продуктов – не изменяются во времени, либо в периодическом режиме, когда эти характеристики колеблются около своих средних значений. Вследствие сильной нелинейной зависимости скорости реакции от температуры, горение отличается высокой чувствительностью к внешним условиям. Это же свойство горения обусловливает существование нескольких стационарных режимов при одних и тех же условиях (гистерезисный эффект).

Различают следующие виды горения: самовоспламенение, самовозгорание, вспышка, воспламенение, взрыв.

Самовоспламенение – горение, возникающее от внешнего нагревания вещества до определенной температуры без не посредственного соприкосновения горючего вещества с пламенем внешнего источника горения.

Самовозгорание – горение твердых веществ, возникающее от нагревания их под влиянием процессов, происходящих внутри самого вещества. Происходящие физические или химические процессы внутри вещества связаны с образованием тёпла, которое ускоряет процесс окисления, переходящий в горение открытым огнем.

Вспышка – быстрое, но, сравнительно со взрывом, кратко временное сгорание смеси паров горючего вещества с воздухом или кислородом, возникающее от местного повышения темпера туры, которое может быть вызвано электрической искрой или прикосновением к смеси пламени или накаленного тела. Температура, при которой происходит вспышка, называется температурой вспышки. Явление вспышки схоже с явлением взрыва, но, в отличие от последнего, оно происходит без сильного звука и не оказывает разрушительного действия.

Воспламенение – стойкое возгорание смеси паров и газов горючего вещества от местного повышения температуры, которое может быть вызвано прикосновением пламени или накаленного тела. Воспламенение может длиться до тех пор, пока не сгорит весь запас горючего вещества, причем парообразование при этом происходит за счет тепла, выделяющегося при сгорании.

Воспламенение отличается от вспышки своей продолжительностью. Кроме того, при вспышке тепловыделение в каждом участке достаточно для поджигания смежного участка уже готовой горючей смеси, но недостаточно для пополнения ее путем испарения новых количеств горючего; поэтому, истратив запас горючих паров, пламя гаснет и вспышка на этом кончается, пока снова не накопятся горючие пары и не получат местного перегрева. При воспламенении же парообразующее вещество бывает доведено до такой температуры, что теплоты сгорания накопившихся паров оказывается достаточно для восстановления запаса горючей смеси.

Взрыв – мгновенное сгорание или разложение вещества, сопровождающееся выделением огромного количества газов, которые мгновенно расширяются и вызывают резкое повышение давления в окружающей среде. При соприкосновении с воздухом: газообразные продукты разложения некоторых веществ обладают способностью воспламеняться, что не только приводит к разрушениям от действия взрывной волны, но и вызывает большие пожары.
Так же выделяют самораспространяющийся высокотемпературный синтез (СВС), – химический процесс, протекающий с выделением тепла в автоволновом режиме типа горения и приводящий к образованию твердых продуктов. СВС представляет собой режим протекания экзотермической реакции, в котором тепловыделение локализовано в слое и передается от слоя к слою путем теплопередачи.

Чтобы произошло возгорание, необходимы три фактора:

1. тепло
2. кислород
3. горючее вещество (топливо)

Смысл вопроса в том, что только тогда, когда эти три составляющих налицо в надлежащей пропорции - может возникнуть пламя.

Существует так же беспламенное горение. В отличие от обычного горения, когда наблюдаются зоны окислительного пламени и восстановительного пламени, возможно создание условий для беспламенного горения. Примером может служить каталитическое окисление органических веществ на поверхности подходящего катализатора, например, окисление этанола на платиновой черни.

Пожар - это неконтролируемое горение вне специального очага.

1. Горючее вещество (топливо)
Горючие вещества (материалы) – вещества (материалы), способные к взаимодействию с окислителем (кислородом воздуха) в режиме горения. По горючести вещества (материалы) подразделяют на три группы:

негорючие вещества и материалы не способные к самостоятельному горению на воздухе;

трудногорючие вещества и материалы – способные гореть на воздухе при воздействии дополнительной энергии источника зажигания, но не способные самостоятельно гореть после его удаления;

горючие вещества и материалы – способные самостоятельно гореть после воспламенения или самовоспламенения самовозгорания.

Горючие вещества (материалы) – понятие условное, так как в режимах, отличных от стандартной методики, негорючие и трудногорючие вещества и материалы нередко становятся горючими.
Среди горючих веществ имеются вещества (материалы) в различных агрегатном состоянии: газы, пары, жидкости, твёрдые вещества (материалы), аэрозоли. Практически все органические химические вещества относятся к горючим веществам. Среди неорганических химических веществ также имеются горючие вещества (водород, аммиак, гидриды, сульфиды, азиды, фосфиды, аммиакаты различных элементов).
Горючие вещества (материалы) характеризуются показателями пожарной опасности. Введением в состав этих веществ (материалов) различных добавок (промоторов, антипиренов, ингибиторов) можно изменять в ту или иную сторону показатели их пожарной опасности.

2. Окислитель
Окислитель является второй стороной треугольника горения. Обычно в качестве окислителя при горении выступает кислород воздуха, однако могут быть и другие окислители - окислы азота и т.п.
Критическим показателем для кислорода воздуха как окислителя, является его концентрация в воздушной среде закрытого судового помещения в объемных пределах выше 12-14%. Ниже этой концентрации горение абсолютного большинства горючих веществ не происходит. Однако некоторые горючие вещества способны гореть и при более низких концентрациях кислорода в окружающей газовоздушной среде.

3. Температура возгорания (тепло)
Есть много понятий, применяемых к температурам, при которых возможно возгорание. Главнейшие из них:
Температура вспышки - наименьшая температура, при которой вещество выделяет достаточно горючих для воспламенения паров, при воздействии открытым пламенем, но горение не продолжается.
Температура воспламенения - наименьшая температура, при которой вещество дает достаточно горючих испарений для возгорания и продолжения горения при приложении открытого пламени.
Примечание. Можно заметить, что разница между температурой вспышки и температурой горения в том, что в первом случае происходит мгновенная вспышка, а во втором температура должна быть достаточно высока, чтобы производить достаточно горючих паров для горения, независимо от источника возгорания.
Самовоспламенение - это быстрое самоускорение экзотермической химической реакции, приводящее к появлению яркого свечения - пламени. Самовоспламенение происходит в результате того, что при окислении материала кислородом воздуха образуется тепла больше, чем успевает отводиться за пределы реагирующей системы. Для жидких и газообразных горючих веществ это возникает при критических параметрах температуры и давления.

Важно полностью представлять, как обычно развивается пожар. Если исключить взрывы и вспышки, то процесс горения можно разделить на четыре следующих периода:

1. период загорания
2. развития пожара
3. период горения
4. период затухания

В этой связи показательно, что обычно пожар распространяется вверх очень быстро, в сторону - с относительно малой скоростью, а вниз - очень медленно.

Это можно проиллюстрировать так: Если горение возникло (треугольник замкнулся), действия по тушению пожара должны быть направлены на то, чтобы вывести показатели треугольника (хотя бы один) за переделы критических величин - разорвать треугольник горения. Это и есть теоретическая основа горения и тушения.

В зависимости от агрегатного состояния горючих компонентов (окислителя или горючего) различают три вида горения.

Гомогенное горение – горение газов и парообразных горючих веществ в среде газообразного окислителя.

Гетерогенное горение – горение жидких и твердых топлив (горючих веществ) в среде газообразного окислителя. Разновидностью гетерогенного горения является горение жидких капель топлива.

Горение взрывчатых веществ и порохов .

По скорости распространения пламени горение подразделяется на дефлаграцию и детонацию. Дефлаграционное горение – это такой режим горения, при котором пламя распространяется с дозвуковой скоростью. При детонации пламя распространяется со сверхзвуковой скоростью, например, в воздухе – со скоростью более 300 м/с. Дозвуковое горение подразделяется на ламинарное и турбулентное. Скорость ламинарного горения зависит от состава смеси, начальных значений температуры и давления, а также от скорости химических превращений в пламени. Скорость распространения турбулентного пламени помимо указанных факторов зависит от скорости потока, степени и масштаба турбулентности.

Самовозгорание, возникновение горения в результате самонагревания горючих твердых материалов, вызванного самоускорением в них экзотермич. реакций. Самовозгорание происходит из-за того, что тепловыделение в ходе реакций больше теплоотвода в окружающую среду.

Начало самовозгорания характеризуется температурой самонагревания (Tсн), представляющей собой минимальную в условиях опыта температуру, при которой обнаруживается тепловыделение.

При достижении в процессе самонагревания определенной температуры, называемой температурой самовозгорания (Tсвоз), возникает горение материала, проявляющееся либо тлением, либо пламенным горением. В последнем случае Tсвоз адекватна температуре самовоспламенения (Tсв), под которым в пожарном деле понимают возникновение горения газов и жидкостей при нагревании до некоторой критической температуры. (см. Воспламенение в пожарном деле). 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 (предвзрывной разогрев) 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 всегда учитывается при определении склонности твердых веществ к самовозгоранию.

Самовозгорание изучают путем 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. При температурах до Tсн (напр., T1) материал нагревается без изменений (тепловыделение отсутствует). При достижении Tсн в материале происходят экзотермические реакции. Последние в зависимости от условий накопления теплоты (масса материала, плотность упаковки его атомов и молекул, продолжительность процесса и т. д.) могут после периода небольшого самонагревания по исчерпании способных саморазогреваться компонентов материала завершиться охлаждением образца до начальной температуры термостата (кривая 1) либо продолжать самонагреваться вплоть до Tсвоз (кривая 2). Область между Тсн и Tсвоз потенциально пожароопасна, ниже Tсн-безопасна.

Возможность самовозгорание материала, находящегося в потенциально пожароопасной области, устанавливают с помощью уравнений:

где Tокр-температура окружающей среды, °С; l-определяющий размер (обычно толщина) материала; т-время, в течение которого может произойти самовозгорание; A1, n1 и А2, n2-коэффициент, определяемые для каждого материала по опытным данным.

По уравнению (1) при заданном l находят Tокр, при которой может возникнуть самовозгорание данного материала, по уравнению (2)-при известной Токр величину т. При температуре, ниже вычисленной Tокр, или при т, меньшем, чем время, рассчитанное по уравнению (2), самовозгорание не произойдет.

В зависимости от природы первоначального процесса, вызвавшего самонагревание материала, и значений Tсн различают самовозгорание:

• химическое
• микробиологическое
• тепловое

К химическому самовозгоранию относятся экзотермическое взаимодействие веществ (например, при попадании концентрированной HNО3 на бумагу, древесные опилки и др.). Наиболее типичный и распространенный пример такого процесса - самовозгорание промасленной ветоши или иных волокнистых материалов с развитой поверхностью. Особенно опасны масла, содержащие соединения с ненасыщенными химическими связями и характеризующиеся высоким йодным числом (хлопковое, подсолнечное, джутовое и т.д.). К явлениям химического самовозгорания относится также загорание ряда веществ (например, мелкораздробленный Аl и Fe, гидриды Si, В и некоторых металлов, металлоорганических соединений - алюминийорганические и др.) при контакте их с воздухом в отсутствие нагрева. Способность веществ к самовозгоранию в таких условиях называют пирофорностью. Особенность пирофорных веществ заключается в том, что их Tсвоз (или Tсв) ниже комнатной температуры: - 200°С для SiH4, - 80 °С для А1(С2Н5)3. Для предупреждения химического самовозгорание порядок совместного хранения горючих веществ и материалов строго регламентирован.

Существует так же вид химических реакций веществ, который связан с взаимодействием с водой или влагой. 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 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.

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 Tсн не превышает обычных значений Токр и может быть отрицательной. Материалы, имеющие Tсн выше комнатной температуры, способны к тепловому самовозгоранию.

Вообще 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, нанесенные на развитую (в том числе негорючую) поверхность. Расчет критических условий для химического, микробиологического и теплового самовозгорания осуществляется по уравнениям (1) и (2).

Из-за притяжения Земли при горении возникает конвекция (движение воздуха): нагретый воздух становится легче и устремляется вверх, а холодный снизу приходит ему на смену. Этот поток воздуха приводит к значительному градиенту температуры вдоль пламени.

Схематическое изображение пламени свечи с указанием температуры в его различных точках при горении в нормальных условиях

Поэтому пламя свечи в невесомости выглядит несколько иначе:

Жёлто-оранжевый цвет верхушки пламени в обычных условиях обусловлен свечением частичек сажи, уносимых вверх поднимающимся потоком горячего воздуха. Сажа – это микрочастицы, содержащие углерод, не успевший сгореть, т.е. превратиться в СО2. В невесомости пламя свечи меньше по размеру и не такое горячее, как обычно, т.к. нет достаточного притока свежего воздуха, содержащего кислород. Поэтому сажи очень мало, т.к. она не образуется при температуре ниже 1000 °С. Но, даже если бы её и было достаточно, и тогда из-за низкой температуры она светилась бы в инфракрасном диапазоне, а значит, цвет у пламени в невесомости всегда голубоватый.

Так же цвет пламени зависит от того, какие элементы «сгорают» в нём. Высокая температура пламени даёт возможность атомам перескакивать на некоторое время в более высокие энергетические состояния, а потом, возвращаясь в исходное состояние, излучать свет определённой частоты, которая соответствует структуре электронных оболочек данного элемента. Например, газовая горелка горит голубым пламенем из-за наличия CO, угарного газа, а жёлто-оранжевое пламя спички объясняют наличием солей натрия в древесине.

Список базовой литературы по этой тематике:

Основная литература
1. Я.Б. Зельдович, Г.И., Г.И. Баренблатт, В.Б. Либрович, Г.М. Махвиладзе. Математическая теория горения и взрыва. М.: Наука, 1980 – 478 с.
2. В.В. Померанцев, К.М. Арефьев, Д.Б. Ахмедов и др. Основы практической теории горения. Л.: Энергоатомиздат, Ленингр. отд-ие, 1986 – 309 с.
3. Гришин А.М. Математическое моделирование лесных пожаров и новые способы борьбы с ними. – Новосибирск: Наука, Сиб. Отд-ие, 1992. – 408 с.

Дополнительная литература
1. Концепция развития горения и взрыва как области научно-технического прогресса. Черноголовка: Территория, 2001.
2. Алексеев Б.В., Гришин А.М. Курс лекций по аэротермохимии. Часть 1. Элементы кинетической теории, термодинамики и химической кинетики. Часть 2. Элементы строгой теории коэффициентов переноса, теория переноса энергии излучением и основная система уравнений аэротермохимии. Томск: Изд-во Том. ун-та. 1971.
3. Волокитина А.В., Софронов М.А. Классификация и картографирование растительных горючих материалов. Новосибирск: Изд-во Наука, Сиб. отд-е РАН, 2002 – 306 с.

Химическим называется самовозгорание, возникающее в результате химического взаимодействия веществ.

Вещества, самовозгорающиеся при контакте с водой. К этой группе материалов относятся калий, натрий, рубидий, цезий, карбид кальция и карбиды щелочных металлов, гидриды щелочных и щелочноземельных металлов, фосфиды кальция и натрия, силаны, негашеная известь, гидросульфид натрия и др.

Щелочные металлы — калий, натрий, рубидий и цезий – взаимодействуют с водой с выделением водорода и значительного количества тепла:

2Na + 2H 2 O = 2NaOH + H 2 2K + 2H 2 O = 2KOH + H 2 .

Выделяющийся водород самовоспламеняется и горит совместно с металлом только в том случае, если кусок металла по объему больше горошины. Взаимодействие указанных металлов с водой иногда сопровождается взрывом с разбрызгиванием расплавленного металла. Так же ведут себя гидриды щелочных и щелочноземельных металлов (КН, NaН, СаН 2) при взаимодействии с небольшим количеством воды:

NaН + Н 2 О = NaOH + H 2 .

При взаимодействии карбида кальция с небольшим количеством воды выделяется столько тепла, что в присутствии воздуха образующийся ацетилен самовозгорается. При большом количестве воды этого не происходит. Карбиды щелочных металлов (например, Na 2 С 2 , К 2 С 2) при соприкосновении с водой взрываются, причем металлы сгорают, а углерод выделяется в свободном состоянии:

2Na 2 С 2 + 2Н 2 О + О 2 = 4 NaOH + 4С.

Фосфид кальция Са 3 Р 2 при взаимодействии с водой образует фосфористый водород (фосфин):

Са 3 Р 2 + 6Н 2 О = 3Са(ОН) 2 + 2РН 3 .

Фосфин РН 3 является горючим газом, но самовозгораться не способен. Совместно с РН 3 выделяется некоторое количество жидкого Р 2 Н 4 , который способен самовозгораться на воздухе и может быть причиной воспламенения РН 3 .

Силаны, т.е. соединения кремния с различными металлами, например Mg 2 Si, Fe 2 Si, при действии воды выделяют водородистый кремний, самовозгорающийся на воздухе:

Mg 2 Si + 4Н 2 О = 2 Mg(ОН) 2 + SiН 4

SiН 4 + 2О 2 = SiО 2 + 4Н 2 О.

Перекись бария и перекись натрия хотя и взаимодействуют с водой, но горючих газов при этом не образуется. Горение может возникнуть, если перекиси смешаны или соприкасаются с горючими веществами.

Оксид кальция (негашеная известь), реагируя с небольшим количеством воды, разогревается до свечения и может поджечь соприкасающиеся с ней горючие материалы.

Гидросульфит натрия, являясь влажным, энергично окисляется с выделением тепла. В результате этого происходит самовозгорание серы, образующейся при распаде гидросульфита.

Вещества, самовозгорающиеся при контакте с окислителями. Многие вещества, в основном органические, при смешении или соприкосновении с окислителями способны самовозгораться. К окислителям, вызывающим самовозгорание таких веществ, относятся сжатый кислород, галогены, азотная кислота, перекись натрия и бария, перманганат калия, хромовый ангидрид, двуокись свинца, селитры, хлораты, перхлора

ты, хлорная известь и др. Некоторые из смесей окислителей с горючими веществами способны самовозгораться только при воздействии на них серной или азотной кислот или при ударе и слабом нагревании.

Сжатый кислород вызывает самовозгорание веществ (минерального масла), которые не самовозгораются в кислороде при нормальном давлении.

Хлор, бром, фтор и иод чрезвычайно активно соединяются с некоторыми горючими веществами, причем реакция сопровождается выделением большого количества тепла, и вещества самовозгораются. Так, ацетилен, водород, метан и этилен в смеси с хлором самовозгораются на свету или от света горящего магния. Если указанные газы присутствуют в момент выделения хлора из любого вещества, самовозгорание их происходит даже в темноте:

С 2 Н 2 + Сl 2 + 2HCl + 2C

CH 4 + 2Сl 2 = 4HCl + C и т.д.

Нельзя хранить галогены вместе с легковоспламеняющимися жидкостями.

С 2 Н 5 ОС 2 Н 5 + 4Сl 2 = Н 2 О + 8НCl + 4C.

Красный фосфор моментально самовозгорается при соприкосновении с хлором или бромом.

Не только галогены в свободном состоянии, но и их соединения энергично вступают в реакцию с некоторыми металлами. Так, взаимодействие четыреххлористого этана С 2 Н 2 Сl 4 с металлическим калием происходит со взрывом

С 2 Н 2 Сl 4 + 2К = 2КСl + 2НСl + 2С.

Смесь четыреххлористого углерода ССl 4 или четырехбромистого углерода со щелочными металлами при нагревании до 70 0 С взрывается.

Азотная кислота, разлагаясь, выделяет кислород, поэтому является сильным окислителем, способным вызвать самовозгорание ряда веществ.

4НNO 3 = 4NO 2 + O 2 + 2H 2 O.

При соприкосновении с азотной кислотой самовозгораются скипидар и этиловый спирт.

Растительные материалы (солома, лен, хлопок, древесные опилки и стружки) самовозгораются, если на них попадет концентрированная азотная кислота.

При соприкосновении с перекисью натрия способны самовозгораться следующие горючие и легковоспламеняющиеся жидкости: метиловый, этиловый, пропиловый, бутиловый, изоамиловый и бензиловый спирты, этиленгликоль, диэтиловый эфир, анилин, скипидар и уксусная кислота. Некоторые жидкости самовозгорались с перекисью натрия после введения в них небольшого количества воды. Так ведут себя уксусно-этиловый эфир (этилацетат), ацетон, глицерин и изобутиловый спирт. Началом реакции служит взаимодействие воды с перекисью натрия и выделение при этом атомарного кислорода и тепла:

2Na 2 О 2 + Н 2 О = 2NaОН + О.

Атомарный кислород в момент выделения окисляет горючую жидкость, и она самовозгорается. Порошок алюминия, опилки, уголь, сера и другие вещества в смеси с перекисью натрия моментально самовозгораются от попадания в них капли воды.

Сильным окислителем является перманганат калия КMnO 4 . Его смеси с твердыми горючими веществами крайне опасны. Они самовозгораются от действия концентрированных серной и азотной кислот, а также от удара и трения. Глицерин С 3 Н 5 (ОН) 3 и этиленгликоль С 2 Н 4 (ОН) 2 самовозгораются в смеси с перманганатом калия через несколько секунд после смешения.

Сильным окислителем является также хромовый ангидрид. При попадании на хромовый ангидрид самовозгораются следующие жидкости: метиловый, этиловый, бутиловый, изобутиловый и изоамиловый спирты; уксусный, масляный, бензойный, пропионовый альдегиды и паральдегид; диэтиловый эфир, этилацетат, амилацетат, метилдиоксан; уксусная, пеларгоновая, нитрилакриловая кислоты; ацетон.

Смеси селитр, хлоратов, перхлоратов способны самовозгораться при действии на них серной, а иногда азотной кислоты. Причиной самовозгорания является выделение кислорода под действием кислот. При действии серной кислоты на бертолетову соль происходит следующая реакция:

H 2 SO 4 + 2KClO 3 = K 2 SO 4 + 2HClO 3 .

Хлорноватая кислота малоустойчива и при образовании распадается с выделением кислорода:

2HClO 3 = 2HCl + 3O 2 .

Вопросы для самоконтроля

1. Какую температуру называют температурой самонагревания?

2. Запишите формулу для вычисления температуры самонагревания.

3. Какие вещества называют пирофорными?

4. Какое самовозгорание называют тепловым?

5. Какие вещества способны к тепловому самовозгоранию?

6. Какое самовозгорание называют микробиологическим?

7. Какие вещества способны к химическому самовозгоранию?

4. горение смесей газов и паров с воздухом

Самонагревание угля, возникающее в штабелях, происходит вначале по всему объему штабеля, исключая верхний слой (30 - 50 см). С повышением температуры процесс самонагревания приобретает гнездовой характер. До 60 °С температура растет очень медленно - интенсивное проветривание препятствует ее повышению. Однако начиная с 60 °С скорость самонагревания резко увеличивается. Эту температуру считают критической для угля.
Самовозгоранию углей способствует также повышение степени их измельчения и наличие примесей - пирита и влаги.
При химическом самовозгорании большое значение имеет увеличение скорости химической реакции с возрастанием температуры. Недостаточный теплоотвод способствует нагреву материала в результате протекания окислительных процессов и соответственно достижению критических условий возникновения горения или тления.
Самовозгорающиеся химические вещества можно разделить на три основные группы.

Еще по теме Самовозгорание:

1. 5.4. Стоимость воспроизводства и плата за природные ресурсы
2. 5.3. Сравнительная экономическая оценка природных ресурсов
3. 4.3. Основные направления научно-технического прогресса и их влияние на охрану окружающей среды и рациональное природопользование