Самовозгорание

Самовозгорание:

1) резкое увеличение скорости экзотермических процессов в веществе, приводящее к возникновению очага пожара;
2) загорание без внешнего источника зажигания, происходящее в результате самоинициируемых экзотермических процессов.

Особенностью самовозгорания является то, что оно возникает в результате окисления при относительно низких температурах (см. Температура самовозгорания) в средах, представляющих собой мелкодисперсные вещества и материалы. Важнейшими условиями самовозгорания являются способность веществ к указанным процессам и аккумуляция выделяемой энергии, что наиболее свойственно сыпучим материалам при скопления в больших объёмах (см. Склонность к самовозгоранию). Процессу возникновения горения при самовозгорании предшествует медленная стадия самонагревания. Самовозгорание происходит там, где процесс самонагревания обеспечивает повышение температуры до определенной критической величины. Существенная разница в процессе загорания и самовозгорания заключается в различных периодах индукции: при загорании этот период исчисляется секундами и минутами, а при самовозгорании – часами и даже днями и месяцами.
В зависимости от источника самонагревания процессы самовозгорания подразделяются на микробиологические, тепловые и химические.

Микробиологическое самовозгорание характерно для органических дисперсных и волокнистых материалов, внутри которых возможна жизнедеятельность бактерий и микроорганизмов, сопровождающаяся экзотермическими проявлениями. Самовозгоранию способствуют: повышенная влажность материалов; масличность; засорённость посторонними включениями; пористость, обеспечивающая диффузию кислорода к скоплениям дисперсных веществ и материалов и большую сорбционную способность продуктов термического и термоокислительного распада, катализирующих процесс самонагревания и самовозгорания.
При изменении температуры в объёме материала обычно фиксируют 2 температурных максимума, отстоящих друг от друга промежутком времени. Первый максимум наступает в промежутке от одного дня до недели с момента зарождения очага и достигает температуры 40-45°С. В данном диапазоне температур выделение тепла происходит за счёт жизнедеятельности микрофлоры, неспособной существовать при температуре свыше 45°С. Второй максимум, достигающий 75-85°С, возникает за счёт развития термофильных бактерий. На процесс тепловыделения основное влияние оказывают 2 фактора – размер популяции микроорганизмов (размер очага самонагревания) и предельная температура, при которой они могут существовать. Дополнительным источником выделения тепла в материалах растительного происхождения является их дыхание (например, быстрый рост температуры в небольших кучах свежескошенной травы или при формировании стогов сена).
Дисперсные материалы имеют чёткую границу соприкосновения с окружающей средой. По этой границе воздух проникает между частицами внутрь массы материала, адсорбируется в порах частиц или волокон. Наличие развитой поверхности твёрдого материала с адсорбированным на ней кислородом воздуха – одно из условий теплового самовозгорания, к которому наиболее склонны материалы, обладающие большой пористостью и структурой, обеспечивающей проникновение кислорода в зону реакции. Склонность к самовозгоранию увеличивается при повышении адсорбционной способности материала.

Поскольку промежуточным продуктом при самовозгорании большинства органических материалов является уголь, закономерности его самовозгорания оказывают существенное влияние на процесс в целом. При этом значительную роль в самовозгорании угля играет его способность сорбировать пар и влагу на начальной стадии процесса, протекающего с экзотермическим эффектом. Чем больше объём дисперсного материала, тем лучше условия аккумуляции тепла в нём и выше вероятность его воспламенения. С увеличением пористости частиц и пористости слоя (начальной плотности) улучшается перенос кислорода к межфазной поверхности в зону реакции окисления. Это способствует более интенсивному самонагреванию материала, т.к. уменьшается теплопроводность смеси частиц с воздухом и увеличивается скорость нагрева за счет снижения теплоёмкости единицы объёма материала. Наоборот, уплотнение слоя частиц способствует отводу тепла из зоны реакции вследствие увеличения его теплопроводности. Важную роль в процессе самонагревания и самовозгорания веществ и материалов играет влага.

Тепловое самовозгорание характеризуется тем, что оно начинается при предварительном умеренном нагреве. Примером такого вида с. является самовозгорание древесноволокнистых плит и изоляционного материала из стекловолокна при складировании больших масс продукции после производственного процесса, связанного с повышенной температурой.
В основе химического самовозгорания лежат процессы химического взаимодействия веществ и материалов или их окисления, которые сопровождаются выделением большого количества тепла. Примерами химических реакций, вызывающих горение при самовозгорании, являются: действие на органические материалы концентрированных серной и азотной кислот; самопроизвольное загорание промасленной ветоши; возникновение горения пирофорных материалов: некоторых металлов, гидридов металлов, металлоорганических соединений и др. (см. Пирофорность).

Методы определения склонности веществ и материалов к самовозгоранию основаны на определении критических условий воспламенения вещества (материала), характеризующих кинетику этого процесса. Профилактика самовозгорания основана на применении методов и средств, уменьшающих химическую активность реагирующих веществ или обеспечивающих стационарные условия теплообмена между материалом и окружающей средой при температуре ниже температуры самовозгорания для заданных условий применения, хранения или транспортирования материалов. Выбор метода защиты определяется свойствами материала, особенностями технологического процесса и экономической целесообразностью.
Для обнаружения очага самовозгорания внутри массы хранящегося продукта устанавливают систему датчиков, реагирующих на повышение температуры. Эта система дистанционного контроля зачастую бывает малоэффективна в силу низкой теплопроводности и высокой теплоемкости дисперсного материала, вследствие чего очаг самонагревания и самовозгорание регистрируется с большим опозданием. Более оперативным способом обнаружения очага повышенной температурной активности, возникающего в силу различных причин в насыпи дисперсного материала, является способ, основанный на анализе продуктов термической и термо-окислительной деструкции (например, окись углерода, метан, водород), по номенклатуре и содержанию которых определяются стадии самонагревания и самовозгорание, а также местонахождение его очага. При несвоевременном обнаружении очага самовозгорания горючие газы, выделяющиеся в замкнутом пространстве, в смеси с воздухом и при наличии источника зажигания (например, очага самовозгорания) могут привести к взрыву.

Литература: ГОСТ 12.1.044-89. ССБТ. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения;

Кольцов К.С., Попов Б.Г. Самовозгорание твёрдых веществ и материалов и его профилактика. М., 1978;

Горшков В.И. Самовозгорание веществ и материалов. М., 2003.