Combustion cinétique et diffusionnelle des gaz. Combustion par diffusion de liquide Fondements de la théorie de la diffusion et de la combustion cinétique

Si la durée de la réaction chimique et l'étape physique du processus de combustion sont proportionnées, alors la combustion se déroule de la manière dite zone intermédiaire, dans lequel la vitesse de combustion est influencée par des facteurs à la fois chimiques et physiques.

La combustion de tout matériau se produit en phase gazeuse ou vapeur. Les matériaux combustibles liquides et solides, lorsqu'ils sont chauffés, se transforment en un autre état - gaz ou vapeur, après quoi ils s'enflamment. Lors d'une combustion régulière, la zone de réaction agit comme une source d'inflammation pour le reste du matériau combustible.

La région d'un milieu gazeux dans laquelle une réaction chimique intense provoque une luminescence et une génération de chaleur est appelée flamme. Une flamme est une manifestation externe de réactions d'oxydation intenses d'une substance. Lors de la combustion de solides, la présence d’une flamme n’est pas nécessaire. L'un des types de combustion des solides est fumant(combustion sans flamme), dans laquelle des réactions chimiques se produisent à faible vitesse, une lueur rouge et une faible génération de chaleur prédominent. La combustion par flamme de tous types de matériaux et substances inflammables dans l'air est possible lorsque la teneur en oxygène dans la zone d'incendie est d'au moins 14 % en volume, et la combustion lente des matériaux solides inflammables se poursuit jusqu'à ce que la teneur en oxygène soit d'environ 6 %.

La combustion est donc un processus physique et chimique complexe.

La théorie moderne de la combustion repose sur les principes suivants. L'essence de la combustion est le transfert d'électrons de valence vers la substance oxydante par la substance oxydante. À la suite du transfert d’électrons, la structure du niveau électronique externe (de valence) de l’atome change. Chaque atome passe alors dans l’état le plus stable dans les conditions données. Dans les processus chimiques, les électrons peuvent être complètement transférés de la couche électronique d’atomes d’un type à la couche d’atomes d’un autre type. Pour avoir une idée de ce processus, regardons quelques exemples.

Ainsi, lorsque le sodium brûle dans le chlore, les atomes de sodium cèdent un électron aux atomes de chlore. Dans ce cas, le niveau électronique externe de l'atome de sodium possède huit électrons (structure stable) et l'atome qui a perdu un électron se transforme en ion positif. Un atome de chlore qui gagne un électron remplit son niveau externe de huit électrons et l'atome devient un ion négatif. Sous l’action de forces électrostatiques, des ions de charges opposées se rassemblent et une molécule de chlorure de sodium se forme (liaison ionique).

Na + + C1 - → Na + C1 -

Dans d’autres processus, les électrons des enveloppes externes de deux atomes différents semblent être « d’usage commun », rassemblant ainsi les atomes en molécules (liaison covalente).

H ∙ + · C1 : → H : C1 :

Les atomes peuvent donner un ou plusieurs électrons pour un « usage commun ».

À titre d'exemple, la figure 2 montre un diagramme de la formation d'une molécule de méthane à partir d'un atome de carbone et de quatre atomes d'hydrogène. Quatre électrons des atomes d’hydrogène et quatre électrons du niveau électronique externe de l’atome de carbone sont partagés, et les atomes sont « rassemblés » pour former une molécule.

Fig.2. Schéma de formation d'une molécule de méthane

La doctrine de la combustion a sa propre histoire. Parmi les scientifiques qui ont étudié les processus de combustion, il faut noter A.N. Bach et K.O. Engler, qui a développé la théorie de l'oxydation du peroxyde, selon laquelle, lorsqu'un système combustible est chauffé, une molécule d'oxygène est activée en rompant une liaison entre les atomes.

molécule molécule active

La molécule d'oxygène actif se combine facilement avec une substance inflammable et forme un composé du type R-O-O-R (peroxyde) et R-O-O-H (hydroperoxyde) ; ici R est le symbole radical. Les radicaux sont des particules (atomes ou groupes atomiques) qui ont des électrons non appariés, par exemple , , etc. Un exemple d'une telle réaction :

CH 4 + -O-O- → -O-O-

hydroperoxyde de méthyle

L'énergie de rupture de la liaison -О-О- dans les peroxydes et les hydroperoxydes est beaucoup plus faible que dans la molécule d'oxygène O2, ils sont donc très réactifs. Lorsqu'ils sont chauffés, ils se décomposent facilement pour former de nouvelles substances ou radicaux. Cela génère de la chaleur.

Le développement ultérieur de la théorie de la combustion est associé aux travaux de N.N. Semenov, qui a créé théorie des réactions en chaîne de combustion, ce qui a permis d'approfondir la physique du phénomène et d'expliquer différents modes de combustion, dont l'auto-inflammation, la combustion déflagrante et la combustion conduisant à une explosion. De plus, la différence entre la compréhension moderne du mécanisme de combustion et la théorie du peroxyde est que la phase initiale du processus n'est pas l'activation des molécules d'oxygène, mais l'activation des molécules de la substance oxydante.

La structure d'une flamme de diffusion au-dessus de la surface d'un liquide inflammable, le mécanisme et la vitesse de sa propagation.

La structure de la flamme diffusée au-dessus de la surface du liquide inflammable est à peu près la même. La seule différence est que les vapeurs inflammables provenant de la surface du liquide n'ont pas une réserve initiale d'énergie cinétique telle qu'un flux de gaz et, avant l'inflammation, elles se mélangent avec le milieu gazeux environnant, non pas à cause de l'énergie cinétique du gaz entrant. s'écouler, mais plus lentement grâce au mécanisme de diffusion convective et moléculaire. Mais si une source d'inflammation est connectée au mélange vapeur-air résultant, une torche à flamme apparaîtra, ce qui modifiera le rapport des flux de gaz et de chaleur au-dessus du miroir liquide : les produits de combustion chauds, comme les plus légers, se précipiteront vers le haut, et à leur place, de l'air frais et froid proviendra de l'espace environnant, ce qui entraînera une dilution des vapeurs de liquides inflammables. Un flux radiant d'énergie thermique circulera de la flamme vers le miroir liquide, qui ira chauffer les couches superficielles du liquide et, à mesure qu'elles se réchauffent, intensifiera le processus de son évaporation.

Si le liquide avant l'inflammation avait une température nettement supérieure à la température d'inflammation, alors la combustion du liquide au-dessus du réservoir ou du liquide déversé s'intensifiera et progressera, et la taille de la flamme augmentera. En conséquence, l'intensité du flux de chaleur radiante vers la surface du liquide augmente, le processus d'évaporation s'intensifie, l'intensité du flux de gaz convectif autour de la flamme augmente, il sera plus fortement pressé sur les côtés, prenant la forme d'un cône , augmentant en taille. Avec une combustion plus poussée, la flamme entre dans un mode de combustion turbulent et grandira jusqu'à ce qu'un régime d'équilibre thermique et dynamique des gaz soit établi. La température maximale de la flamme de diffusion turbulente de la plupart des liquides inflammables ne dépasse pas 1 250-1 350°C.

La propagation de la combustion à la surface du liquide dépend de la vitesse de formation du mélange combustible à travers les mécanismes de diffusion moléculaire et convective. Par conséquent, pour les liquides dont la température est inférieure à la température d'inflammation, cette vitesse est inférieure à 0,05 m/s, et pour les liquides chauffés au-dessus de la température d'inflammation, elle atteint 0,5 m/s ou plus.

Ainsi, la vitesse de propagation de la flamme à la surface d'un liquide inflammable dépend principalement de sa température.

Si la température du liquide est égale ou supérieure à la température d'inflammation, une combustion peut se produire. Initialement, une petite flamme s'établit au-dessus de la surface du liquide, qui augmente ensuite rapidement en hauteur et atteint après un court laps de temps sa valeur maximale. Cela suggère qu'un certain transfert de chaleur et de masse s'est établi entre la zone de combustion et la surface du liquide. La chaleur est transférée de la zone de combustion à la couche superficielle du liquide par rayonnement et conduction thermique à travers les parois du récipient. Il n’y a pas de flux convectif puisque le flux de vapeur dans le panache est dirigé vers le haut, c’est-à-dire vers le haut. d'une surface moins chauffée à une surface plus chauffée. La quantité de chaleur transférée au liquide depuis la zone de combustion n'est pas constante et dépend de la température de la torche, de la transparence de la flamme, de sa forme, etc.

Le liquide reçoit une partie de la chaleur des parois du réservoir. Cette partie de la chaleur peut être importante lorsque le niveau de liquide dans le réservoir est bas et également lorsque les flammes circulent autour de la paroi extérieure du réservoir. La chaleur perçue par le liquide est principalement dépensée pour son évaporation et son chauffage, et une partie de la chaleur est perdue par le liquide dans l'environnement :

Q = q 1 + q 2 + q 3

où Q est la quantité de chaleur reçue par le liquide provenant de la flamme, kJ/ (m 2 -s) ;

q 1 - la quantité de chaleur perdue par le liquide dans l'environnement, kJ/ (m 2 -s) ;

q 2 - quantité de chaleur dépensée pour la vaporisation du liquide, kJ/ (m 2 s) ;

qз - quantité de chaleur dépensée pour chauffer le liquide, kJ/ (m 2 -s).

Si le diamètre du réservoir est suffisamment grand, alors la valeur de q1 par rapport à q 2 et q 3 peut être négligée :

Q = q 2 + q 3 = rlс + cpс (T-T 0) u.

Où r est la chaleur d'évaporation du liquide, en kJ/kg ;

Ср - capacité calorifique du liquide, kJ/ (kg K) ;

p - densité du liquide, mg/m3 ;

T est la température à la surface du liquide, K ;

T 0 - température initiale du liquide K ;

u est le taux de croissance de la couche liquide chauffée, m/s ;

l est la vitesse linéaire de combustion du liquide, m/s.

Si un liquide individuel brûle, la composition de sa phase vapeur ne diffère pas de la composition de la phase liquide. Si un liquide de composition complexe (mélange) brûle, une distillation fractionnée se produit dans sa couche supérieure et la composition de la phase sphérique diffère de la composition de la phase liquide. Ces mélanges comprennent le pétrole et tous les produits pétroliers. Lorsqu'elles brûlent, la plupart des fractions à bas point d'ébullition s'évaporent, ce qui entraîne une modification de la composition de la phase liquide, ainsi que de la pression de vapeur, de la densité, de la viscosité et d'autres propriétés. Le tableau 3.1 montre l'évolution des propriétés du pétrole de Karachukhur dans la couche superficielle lorsqu'il brûle dans un réservoir d'un diamètre de 1,4 m.

Tableau 1.11.1

Modifications des propriétés de l'huile de Karachukhur lors de la combustion

Selon le tableau 1.11.1, en raison de l'épuisement des fractions à bas point d'ébullition, la densité du produit restant augmente. La même chose se produit avec la viscosité, le point d’éclair, la teneur en résine et le point d’ébullition. Seule la teneur en humidité diminue à mesure que l'huile brûle. L'intensité des modifications de ces propriétés lors de la combustion dans des réservoirs de diamètres différents n'est pas la même. Dans les réservoirs de grand diamètre, en raison d'une augmentation de la convection et de l'épaisseur de la couche liquide impliquée dans le mélange, le taux de modification de ces propriétés diminue. La modification de la composition fractionnée des produits pétroliers qui se produit dans la couche supérieure entraîne progressivement une modification de l'épaisseur de la couche du produit pétrolier chauffé.

Si vous utilisez la première loi de D.P. Konovalov, la conclusion sur la combustion de mélanges peut être formulée comme suit : un mélange de deux liquides est enrichi lors de la combustion avec les composants dont l'ajout au liquide abaisse la pression de vapeur au-dessus de lui (ou augmente le point d'ébullition). Cette conclusion est également vraie pour les mélanges dans lesquels le nombre de composants est supérieur à deux.

Lors de la combustion de mélanges de liquides inflammables et de certains liquides combustibles avec de l'eau à la suite d'une distillation fractionnée, le pourcentage d'eau dans la phase liquide augmente tout le temps, ce qui entraîne une augmentation de la densité du mélange en combustion. Ce phénomène est typique des mélanges dans lesquels le composant inflammable a un point d'ébullition inférieur au point d'ébullition de l'eau (alcool méthylique, éthylique, éther diéthylique, acétone, etc.). Lorsque de tels mélanges liquides brûlent pendant une longue période, en raison de l'augmentation de la quantité d'eau qu'ils contiennent, il arrive un moment où la combustion s'arrête, même si tout le mélange n'a pas encore brûlé.

Un mélange de liquides inflammables avec de l'eau, lorsque le point d'ébullition du liquide est supérieur au point d'ébullition de l'eau, se comporte quelque peu différemment pendant le processus de combustion. Le pourcentage d'eau dans la phase liquide n'augmente pas mais diminue. En conséquence, le mélange brûle complètement. C'est ainsi que brûle un mélange d'acide acétique et d'eau.

Lors de la combustion de produits pétroliers, leur point d'ébullition (voir tableau 1.11.1) augmente progressivement en raison de la distillation fractionnée qui se produit, et donc la température de la couche supérieure augmente également. La figure 1.11.1 montre l'évolution de la température à la surface

Figure 1.11.1

À basse température du liquide, le transfert de chaleur de la flamme au liquide joue un rôle important dans la propagation de la flamme. La flamme chauffe la surface du liquide qui lui est adjacente, la pression de vapeur au-dessus augmente, un mélange inflammable se forme qui brûle lorsqu'il est enflammé.

La flamme en mouvement chauffe la section suivante de la surface liquide, et ainsi de suite.

La dépendance de la vitesse de déplacement de la flamme à la surface du liquide en fonction de la température est représentée sur la Fig. 1.11.2.

Lorsque la température du liquide est inférieure au point d’éclair, la vitesse de déplacement de la flamme est faible.

Elle augmente à mesure que la température du liquide augmente et devient identique à la vitesse de propagation de la flamme à travers le mélange vapeur-air à une température du liquide supérieure au point d'éclair.

Figure 1.11.2 Modification de la vitesse de déplacement de la flamme à la surface des liquides en fonction de la température : 1-alcool isoamylique, 2 - alcool butylique, 3 - alcool éthylique, 4 - toluène

La combustion cinétique est la combustion d’un mélange pré-mélangé de carburant et de comburant.

Dans ce cas, la flamme traversant le mélange combustible se propagera dans toutes les directions. Le volume englouti par les flammes va augmenter. La flamme se propage toujours vers le mélange non brûlé.

Riz. 7.1. Schéma de propagation de la flamme à travers un mélange homogène pré-mélangé : 1 – mélange combustible initial ; 2 – front de flamme ; 3 - produits de combustion ; d f.p. – épaisseur du front de flamme

La bande étroite entre le mélange initial (1) et les produits de combustion (PG) (3) est la flamme (2). Pour la plupart des mélanges d'hydrocarbures avec l'air, l'épaisseur de cette bande est de 0,1 à 1,0 mm. C'est la zone de combustion ou front de flamme. Une réaction chimique s'y produit et toute la chaleur est libérée. La lueur est le résultat de la présence de radicaux CH, HCO, C2, etc.

Ainsi, le front de flamme est une zone lumineuse étroite séparant les GES et le mélange combustible d’origine.

Dans le front de flamme, à la suite d'une réaction chimique de combustion, la concentration des composants initiaux diminue fortement jusqu'à zéro et la température atteint sa valeur maximale. En raison de la conductivité thermique moléculaire, la température devant la zone de réaction augmente de manière monotone de la température initiale du mélange combustible à une température proche de la température de combustion, formant une zone de chauffage physique.

Comme l'épaisseur de la zone de flamme ne dépasse généralement pas quelques fractions de mm, le front de flamme est classiquement considéré comme un plan.

Si le front de flamme bouge, alors la flamme est appelée non stationnaire, si ça ne bouge pas – Stationnaire.

Les principales caractéristiques sont :

La vitesse normale de propagation de la flamme est la vitesse à laquelle le front de flamme se déplace par rapport au gaz imbrûlé dans une direction perpendiculaire à sa surface. La vitesse normale est fonction d'un certain nombre de propriétés physico-chimiques du mélange et de la vitesse de la réaction chimique à la température de combustion.

C'est l'une des caractéristiques de risque d'incendie des substances gazeuses. Puisqu’elle est déterminée par les propriétés physico-chimiques du mélange combustible, elle est aussi appelée fondamentale.

Taux d’épuisement professionnel. Il s'agit de la masse d'une substance brûlée par unité de temps à partir d'une unité de surface du front de flamme.

Il existe deux théories expliquant la nature de la propagation de la flamme à travers un mélange combustible.

Selon la théorie de la diffusion, le mouvement du front de flamme se produit en raison de la diffusion de particules actives formées dans la zone de combustion - les radicaux - dans un mélange frais, où elles déclenchent une réaction chimique.

Selon la théorie thermique, le mouvement du front de flamme s'effectue grâce au transfert de chaleur par conduction thermique dans le mélange frais, grâce auquel ce dernier est chauffé jusqu'à la température d'auto-inflammation, suivi d'une réaction chimique.

En fait, il existe des éléments des deux théories, car le processus est très complexe.

Facteurs affectant la vitesse normale :

Concentration et composition du mélange combustible.

Théoriquement, u n devrait être maximum en j st. Presque le maximum se produit dans un mélange contenant plus que le rapport stoechiométrique du carburant (a en< 1 – богатая смесь). u н для различных газов составляет ~ 0,3 – 1,6 м/с. Она редко превышает значение 2,5 м/с, а для углеводородно-воздушных смесей находится в пределах 0,4 – 0,8 м/с. Смеси, имеющие u н < 0,04 м/с, не способны к распространению пламени.

La présence de flegmatisants (N 2 , CO 2 , H 2 O (vapeur), Ar, etc.).

Un effet de dilution est observé, ce qui entraîne une diminution de la vitesse de réaction, du dégagement de chaleur et de l'u n. L'efficacité des gaz flegmatisants est déterminée par leurs propriétés thermophysiques.

Température (initiale) du mélange combustible. À mesure que T o augmente, la température du mélange combustible augmente : T g = T o + Q n /(ås p i V PG i)

Toutes les substances inflammables (combustibles) contiennent du carbone et de l'hydrogène, les principaux composants du mélange gaz-air impliqué dans la réaction de combustion. La température d’inflammation des substances et matériaux inflammables varie et ne dépasse pas 300°C pour la plupart.

La base physico-chimique de la combustion réside dans la décomposition thermique d'une substance ou d'un matériau en vapeurs et gaz d'hydrocarbures qui, sous l'influence de températures élevées, entrent en réaction chimique avec un agent oxydant (oxygène de l'air), se transformant lors de la combustion. se transforme en dioxyde de carbone (dioxyde de carbone), en monoxyde de carbone (monoxyde de carbone), en suie (carbone) et en eau, ce qui produit de la chaleur et un rayonnement lumineux.

L'inflammation est le processus de propagation d'une flamme à travers un mélange gaz-vapeur-air. Lorsque le débit de vapeurs et de gaz inflammables provenant de la surface d'une substance est égal à la vitesse de propagation des flammes le long de celles-ci, une combustion enflammée stable est observée. Si la vitesse de la flamme est supérieure au débit de vapeurs et de gaz, alors le mélange gaz-vapeur-air brûle et la flamme s'éteint d'elle-même, c'est-à-dire éclair.

En fonction de la vitesse d'écoulement des gaz et de la vitesse de propagation des flammes à travers ceux-ci, on peut observer :

• combustion à la surface d'un matériau, lorsque la vitesse de libération du mélange inflammable de la surface du matériau est égale à la vitesse de propagation du feu le long de celui-ci ;
• combustion avec séparation de la surface du matériau, lorsque la vitesse de libération du mélange inflammable est supérieure à la vitesse de propagation de la flamme le long de celui-ci.

La combustion d'un mélange gaz-vapeur-air est divisée en diffusion ou cinétique. La principale différence réside dans la teneur ou l'absence d'un comburant (oxygène de l'air) directement dans le mélange combustible vapeur-air.

La combustion cinétique est la combustion de gaz combustibles pré-mélangés et d'un comburant (oxygène de l'air). Ce type de combustion est extrêmement rare dans les incendies. On le retrouve cependant souvent dans les procédés technologiques : soudage au gaz, coupage, etc.

Lors de la combustion par diffusion, le comburant pénètre dans la zone de combustion par l'extérieur . Il vient généralement du dessous de la flamme en raison du vide qui se crée à sa base. Dans la partie supérieure de la flamme, la chaleur dégagée lors du processus de combustion crée une pression. La principale réaction de combustion (oxydation) se produit à la limite de la flamme, car les mélanges gazeux s'écoulant de la surface de la substance empêchent le comburant de pénétrer profondément dans la flamme (déplacer l'air). La majeure partie du mélange combustible au centre de la flamme, qui n'est pas entré dans une réaction d'oxydation avec l'oxygène, est constituée de produits de combustion incomplète (CO, CH 4, carbone, etc.).

La combustion par diffusion, quant à elle, peut être laminaire (discutable) et turbulente (inégale dans le temps et dans l’espace). La combustion laminaire est caractéristique lorsque le débit du mélange combustible à partir de la surface du matériau est égal au taux de propagation du flux le long de celui-ci. Une combustion turbulente se produit lorsque la vitesse de libération du mélange combustible dépasse largement la vitesse de propagation de la flamme. Dans ce cas, le contour de la flamme devient instable en raison de la forte diffusion de l'air dans la zone de combustion. L'instabilité se produit d'abord au sommet de la flamme, puis se déplace vers la base. Une telle combustion se produit lors d'incendies avec leur développement volumétrique (voir ci-dessous).

La combustion de substances et de matériaux n'est possible qu'avec une certaine qualité d'oxygène dans l'air. La teneur en oxygène, à laquelle la possibilité de combustion de diverses substances et matériaux est exclue, est établie expérimentalement. Ainsi, pour le carton et le coton, l'auto-extinction se produit à 14 % (vol.) d'oxygène, et pour la laine de polyester - à 16 % (vol.).

L'élimination de l'agent oxydant (oxygène de l'air) fait partie des mesures de prévention des incendies. Par conséquent, le stockage des liquides inflammables et combustibles, du carbure de calcium, des métaux alcalins et du phosphore doit être effectué dans des récipients bien fermés.

1.2.2. Sources d'allumage.

Les sources d'inflammation sont une condition nécessaire à l'inflammation d'un mélange combustible. Les sources d'inflammation sont divisées en feu ouvert, chaleur des éléments et appareils chauffants, énergie électrique, énergie des étincelles mécaniques, décharges d'électricité statique et de foudre, énergie des processus d'auto-échauffement des substances et des matériaux (combustion spontanée), etc. Une attention particulière doit être accordée à l'identification des sources d'inflammation disponibles en production.

Les paramètres caractéristiques des sources d'inflammation sont pris en fonction :

La température du canal de foudre est de 30 000°C avec un courant de 200 000 A et un temps d'action d'environ 100 μs. L'énergie d'une décharge d'étincelle résultant de l'impact secondaire de la foudre dépasse 250 mJ et est suffisante pour enflammer des matériaux combustibles avec une énergie d'inflammation minimale allant jusqu'à 0,25 J. L'énergie des décharges d'étincelles lorsqu'un potentiel élevé est transporté dans un bâtiment via des communications métalliques atteint des valeurs de 100 J ou plus, ce qui est suffisant pour enflammer tous les matériaux combustibles.

L'isolation en chlorure de polyvinyle d'un câble (fil) électrique s'enflamme lorsque le rapport du courant de court-circuit est supérieur à 2,5.

La température des particules de soudure et des particules de nickel des lampes à incandescence atteint 2 100 °C. La température des gouttelettes lors de la coupe du métal est de 1 500°C. La température de l'arc pendant le soudage et le coupage atteint 4000°C.

La zone de diffusion des particules lors d'un court-circuit à une hauteur de fil de 10 m varie de 5 (probabilité de heurter 92 %) à 9 (probabilité de heurter 6 %) m ; lorsque le fil est situé à une hauteur de 3 m - de 4 (96 %) à 8 m (1 %) ; lorsqu'il est situé à une hauteur de 1 m - de 3 (99 %) à 6 m (6 %).

La température maximale, °C, sur l'ampoule d'une ampoule à incandescence dépend de la puissance, W : 25 W - 100 °C ; 40 W - 150 °C ; 75 W - 250 °C ; 100 W - 300 °C ; 150 W - 340 °C ; 200 W - 320 °C ; 750W - 370°C.

Les étincelles d'électricité statique générées lorsque les personnes travaillent avec des matériaux diélectriques en mouvement atteignent des valeurs de 2,5 à 7,5 mJ.

Température de la flamme (couvante) et durée de combustion (couvante), "C (min), de certaines sources de chaleur à faible teneur en calories : cigarette couvante - 320-410 (2-2,5); cigarette couvante - 420-460 (26-30 ); allumette brûlante - 620-640 (0,33).

Pour les étincelles provenant des tuyaux de poêle, des chaufferies, des tuyaux des locomotives à vapeur et des locomotives diesel, ainsi que d'autres machines, incendies, il a été établi qu'une étincelle d'un diamètre de 2 mm présente un risque d'incendie si elle a une température d'environ 1000° C, d'un diamètre de 3 mm - 800°C, d'un diamètre de 5 mm - 600°C .

1.2.3. Combustion spontanée

La combustion spontanée est inhérente à de nombreuses substances et matériaux inflammables. C'est une caractéristique distinctive de ce groupe de matériaux.

La combustion spontanée peut être des types suivants : thermique, chimique, microbiologique.

La combustion spontanée thermique s'exprime par l'accumulation de chaleur par le matériau, au cours de laquelle se produit un auto-échauffement du matériau. La température d'auto-échauffement d'une substance ou d'un matériau est un indicateur de son risque d'incendie™. Pour la plupart des matériaux inflammables, cet indicateur varie de 80 à 150°C : papier - 100°C ; feutre de construction - 80°C ; similicuir - 40°C ; bois : pin - 80, chêne - 100, épicéa - 120°C ; coton brut - 60°C.

Une combustion lente prolongée avant le début d'une combustion flamboyante est une caractéristique distinctive des processus de combustion spontanée thermique. Ces processus sont détectés par l'odeur persistante et persistante de matériaux en combustion.

La combustion chimique spontanée se manifeste immédiatement par une combustion enflammée. Pour les substances organiques, ce type de combustion spontanée se produit au contact d'acides (nitriques, sulfuriques), d'huiles végétales et industrielles. Les huiles et les graisses, à leur tour, sont capables de s’enflammer spontanément dans un environnement oxygéné. Les substances inorganiques peuvent s'enflammer spontanément au contact de l'eau (par exemple, l'hydrosulfite de sodium). Les alcools s'enflamment spontanément au contact du permanganate de potassium. Le nitrate d'ammonium s'enflamme spontanément au contact du superphosphate, etc.

La combustion spontanée microbiologique est associée à la libération d'énergie thermique par les micro-organismes au cours de leur activité vitale dans un milieu nutritif qui leur est destiné (foin, tourbe, sciure de bois, etc.).

Dans la pratique, des processus combinés de combustion spontanée se produisent le plus souvent : thermiques et chimiques.

2. Indicateurs de risque d'incendie et d'explosion.

L'étude des propriétés de risque d'incendie et d'explosion des substances et matériaux circulant au cours du processus de production est l'une des tâches principales de la prévention des incendies, visant à éliminer l'environnement inflammable du système d'incendie.

Conformément à GOST 12.1.044 Selon leur état d'agrégation, les substances et matériaux sont divisés en :

GAZ - substances dont la pression de vapeur saturée à une température de 25°C et une pression de 101,3 kPa (1 atm) dépasse 101,3 kPa (1 atm).

LIQUIDES - les mêmes, mais à une pression inférieure à 101,3 kPa (1 atm). Les liquides comprennent également les substances solides fondantes dont le point de fusion ou de goutte est inférieur à 50°C.

SOLIDE - substances individuelles et leurs mélanges avec un point de fusion ou de goutte supérieur à 50°C (par exemple, vasiline - 54°C), ainsi que des substances qui n'ont pas de point de fusion (par exemple, bois, tissus, etc.) .
POUSSIÈRES - solides et matériaux dispersés (broyés) dont la taille des particules est inférieure à 850 microns (0,85 mm).

La nomenclature des indicateurs et leur applicabilité pour caractériser le risque d'incendie et d'explosion des substances et matériaux sont données dans le tableau 1.
Les valeurs de ces indicateurs doivent être incluses dans les normes et spécifications techniques des substances, et également indiquées dans les passeports produits.

Tableau 1

(Le signe « + » indique l'applicabilité, le signe « - » indique la non-applicabilité de l'indicateur)

POINT D'ÉCLAIR (Tfsp) - uniquement pour les liquides - la température la plus basse d'une substance condensée à laquelle, dans des conditions de test spéciales, des vapeurs se forment au-dessus de sa surface et peuvent éclater dans l'air à partir d'une source d'inflammation ; Dans ce cas, une combustion stable ne se produit pas.

TEMPÉRATURE D'INFLAMMATION (Tv,) - à l'exception des gaz - la température la plus basse d'une substance à laquelle la substance émet des vapeurs et des gaz inflammables à une vitesse telle que lorsqu'elle est exposée à une source d'inflammation, une inflammation est observée.

La température d'auto-inflammation (T sv) est la température ambiante la plus basse à laquelle l'auto-inflammation d'une substance est observée.

CONDITIONS DE COMBUSTION THERMIQUE SPONTANÉE - uniquement pour les solides et les poussières - une relation identifiée expérimentalement entre la température ambiante, la quantité de substance (matériau) et le temps jusqu'à sa combustion spontanée.

La température d'AUTO-CHAUFFAGE est la température la plus basse d'une substance à laquelle le processus spontané de son échauffement ne conduit pas à une combustion lente ou flamboyante.

Une température sûre pour le chauffage prolongé d'une substance est considérée comme une température ne dépassant pas 90 % de la température d'auto-échauffement.

LA CAPACITÉ D'EXPLOSER ET DE BRÛLER LORS DE L'INTERACTION AVEC L'EAU, L'OXYGÈNE DE L'AIR ET D'AUTRES SUBSTANCES (contact mutuel des substances) est un indicateur qualitatif caractérisant le risque d'incendie particulier de certaines substances.

COEFFICIENT DE FORMATION DE FUMÉE - uniquement pour les solides - un indicateur caractérisant la densité optique de la fumée formée lors d'une combustion flamboyante ou d'une destruction thermo-oxydante (combustion lente) d'une certaine quantité de substance solide (matériau) dans des conditions de test spéciales.

Il existe 3 groupes de matériaux :

Pour les matériaux ayant une capacité modérée de génération de fumée, la quantité de fumée lorsqu'une personne perd la capacité de naviguer est moindre

ou égale à la quantité de produits de combustion pouvant provoquer une intoxication mortelle. Par conséquent, la probabilité de perte de visibilité dans la fumée est plus élevée que la probabilité d'empoisonnement.

Exemples de capacité de génération de fumée des matériaux de construction pendant la combustion lente (combustion), m 3 /kg :

Fibre de bois (bouleau, tremble) - 62 (20)

Stratifié décoratif - 75 (6)

Contreplaqué de qualité FSF - 140 (30)

Panneaux de fibres doublés de plastique - 170 (25)

INDICATEUR DE TOXICITÉ DES PRODUITS DE COMBUSTION DE MATÉRIAUX POLYMÈRES - le rapport de la quantité de matériau par unité de volume d'un espace clos dans lequel les produits gazeux formés lors de la combustion du matériau provoquent la mort de 50 % des animaux de laboratoire.

L'essence de la méthode est de brûler le matériau étudié dans une chambre de combustion et d'identifier la dépendance de l'effet mortel des produits de combustion gazeux sur la masse du matériau (en grammes) par unité de volume (1 m 3) de la chambre d'exposition .

La classification des matériaux est donnée dans le tableau :

* Pour les matières extrêmement toxiques, la masse ne dépasse pas 25 grammes afin de créer une concentration létale dans un volume de 1 m 3 en 5 minutes. En conséquence, dans un délai de 15 minutes - jusqu'à 17 ; 30 minutes - jusqu'à 13 heures ; 60 minutes - jusqu'à 10 grammes.

Par exemple : pin Douglas - 21 ; tissu vinyle - 19 ; chlorure de polyvinyle - 16; mousse polyuréthane élastique - 18 (dure - 14) g/m 3 avec un temps de pose de 15 minutes.

LIMITES DE CONCENTRATION DE PROPAGATION DE LA FLAMME (ALLUMAGE) - sauf pour les solides.

Limites de concentration inférieures (supérieures) de propagation de la flamme (inflammation) - teneur minimale (maximale) d'une substance inflammable dans un mélange homogène avec un environnement oxydant, à laquelle il est possible qu'une flamme se propage à travers le mélange à n'importe quelle distance du source d’inflammation.

Exemples de limites de concentration inférieures et supérieures, % : acétylène - 2,2-81 ; hydrogène - 3,3-81,5; gaz naturel - 3,8-24,6 ; méthane - 4,8-16,7; propane - 2-9,5; butane - 1,5-8,5; vapeurs d'essence - 0,7-6; vapeur de kérosène - 1-1.3.

Température de combustion lente - pour les solides et les poussières - la température d'une substance à laquelle se produit une forte augmentation de la vitesse des réactions d'oxydation exothermiques, aboutissant à une combustion lente.

GROUPE D'INFLAMMABILITÉ - une classification caractéristique de la capacité de toute substance et matériau à brûler.

En fonction de l'inflammabilité, les substances et matériaux sont divisés en trois groupes : ininflammables, à combustion lente et inflammables.

NON COMBUSTABLE (incombustible) - substances et matériaux qui ne sont pas capables de brûler dans l'air. Les substances ininflammables peuvent être explosives (par exemple, des agents oxydants ou des substances qui libèrent des produits lorsqu'elles interagissent avec l'eau, l'oxygène atmosphérique ou entre elles).

HAUTEMENT inflammable (difficile à brûler) - substances et matériaux qui peuvent brûler dans l'air lorsqu'ils sont exposés à une source d'inflammation, mais qui ne sont pas capables de brûler indépendamment une fois retirés.

COMBUSTIBLE (combustible) - substances et matériaux capables de s'enflammer spontanément, de s'enflammer lorsqu'ils sont exposés à une source d'inflammation et de brûler indépendamment après son retrait.

Liquides inflammables (FL) avec Tvsp<61°С в закрытом тигле или 66°С в откры­том тигле относят к легковоспламеняющимся (ЛВЖ).

Les liquides inflammables particulièrement dangereux sont appelés liquides inflammables avec TVSP< 28°С.

Les GAZ sont considérés comme inflammables s'ils ont des limites de concentration inflammables (FLCL) ; difficilement inflammable - en l'absence de CPV et en présence de TSV ; ininflammable - en l'absence de CPV et TSV.

LES LIQUIDES sont considérés comme inflammables en présence de téléviseur ; difficilement inflammable - en l'absence de télévision et en présence de télévision ; ininflammable - en l'absence de Тв, Тсв, Твсп, limites de température et de concentration de propagation de la flamme (inflammation).

3. Catégories de locaux selon les risques d'explosion et d'incendie.

Selon les dispositions des normes de sécurité incendie NPB 105-03, les catégories de locaux et de bâtiments (ou parties de bâtiments entre murs coupe-feu - compartiments coupe-feu) sont établies en fonction des risques d'explosion et d'incendie, en fonction de la quantité et des propriétés explosives des les substances et matériaux qui s'y trouvent (circulant), en tenant compte des caractéristiques des processus technologiques des installations de production qui s'y trouvent.

Les locaux, compartiments, parties de bâtiment, bâtiments de classe font l'objet d'une catégorisation en fonction de leur appartenance à une classe particulière en termes de risque d'incendie fonctionnel. Bâtiments et parties de bâtiments - les locaux ou groupes de locaux fonctionnellement interconnectés sont divisés en classes selon le risque d'incendie fonctionnel en fonction de la méthode de leur utilisation et de la mesure dans laquelle la sécurité des personnes qui s'y trouvent en cas d'incendie est menacée, en tenant compte de leur âge, de leur condition physique, de leur capacité à rester endormi, du type de contingent fonctionnel principal et de sa quantité.

Les locaux, parties de bâtiments, bâtiments des classes F3.5., F4.3., F5.1., F5.2., F5.3., y compris les locaux de production et d'entrepôt, y compris les laboratoires, sont soumis à une catégorisation obligatoire selon les risques d'explosion et d'incendie. et les ateliers dans les bâtiments des classes F1, F2, F3 et F4, selon les dispositions de la clause 5.21* du SNiP 21-01-97* appartiennent à la classe F5.

La méthodologie donnée dans la NPB 105-03 devrait être utilisée dans l'élaboration de normes ministérielles de conception technologique relatives à la catégorisation des locaux et des bâtiments.

NPB 105-03 ne s'applique pas aux locaux et bâtiments de production et de stockage d'explosifs, aux moyens d'initiation d'explosifs, aux bâtiments et structures conçus selon des normes et règles particulières approuvées de la manière prescrite.

Les catégories de locaux et de bâtiments, définies conformément au PNB 105-03, doivent être utilisées pour établir des exigences réglementaires visant à garantir la sécurité contre les explosions et les incendies des locaux et bâtiments spécifiés en ce qui concerne la planification et la construction, le nombre d'étages, les surfaces, l'emplacement des locaux, solutions de conception, équipements d'ingénierie. Des mesures visant à assurer la sécurité des personnes doivent être prescrites en fonction des propriétés de risque d'incendie et des quantités de substances et de matériaux conformément à GOST 12.1.004-91 et GOST 12.3.047-98.

Les catégories de locaux et de bâtiments des entreprises et des institutions sont déterminées au stade de la conception des bâtiments et des ouvrages conformément à ces normes, aux normes départementales de conception technologique ou aux listes spéciales approuvées de la manière prescrite.

Selon le risque d'explosion et d'incendie, les locaux et les bâtiments sont répartis en catégories A, B, B1-B4, D et D. Les catégories de risque d'explosion et d'incendie des locaux et des bâtiments sont déterminées pour la période la plus défavorable par rapport à l'incendie ou à l'explosion, en fonction du type d'équipement et de locaux situés dans des substances et matériaux inflammables, de leur quantité et de leurs propriétés de risque d'incendie, des caractéristiques des processus technologiques.

Les propriétés de risque d'incendie des substances et des matériaux sont déterminées sur la base de résultats d'essais ou de calculs utilisant des méthodes standards, en tenant compte des paramètres d'état (pression, température, etc.).

Il est permis d'utiliser des données de référence publiées par des organismes de recherche de premier plan dans le domaine de la sécurité incendie ou émises par le State Standard Reference Data Service. Il est permis d'utiliser des indicateurs de risque d'incendie pour les mélanges de substances et de matériaux basés sur le composant le plus dangereux.