zapłon- polega na zapaleniu mieszaniny palnej pilotowym bodźcem energetycznym tylko w bardzo ograniczonej przestrzeni, wokół której powstaje czoło płomienia przemieszczające się następnie już samoczynnie na całą pozostałość mieszaniny palnej.
Zapłon - sposób zainicjowania reakcji spalania od punktowego bodźca energetycznego, np. iskry spawalniczej, elektrycznej.
Temperatura zapłonu cieczy jest to najniższa temperatura cieczy, w której wytwarza ona pary wystarczające do zapłonu od zewnętrznego pilotowego bodźca energetycznego.
Badania literaturowe wykazały, że płomień w chwili powstania sam zgaśnie jeśli jego straty ciepła są większe niż 30% wartości tworzonego ciepła spalania.
Spalanie ustalone (stałe) cieczy jest osiągnięte gdy temperatura powierzchni cieczy osiągnie wartość bliską temp. wrzenia i występuje stały gradient (profil) temp. poniżej temp. powierzchni cieczy.
Wartość temperatury zapłonu maleje
• im mniejszy ciężar cząsteczkowy cieczy np. szeregi homologiczne węglowodorów
• im mniejszy ciężar właściwy cieczy
• im mniejsza temperatura wrzenia cieczy
• im większa prężność pary
• prosta budowa łańcuchowa
• mała lepkość
Samozapłon - sposób zainicjowania reakcji spalania, zachodzący w rezultacie samonagrzewania substancji wstępnie ogrzanych (przez ciągły bodziec energetyczny) do stanu, w którym szybkość wydzielania się ciepła z reakcji utleniania przewyższa szybkość odprowadzania ciepła Samozapłon cieplny następuje samorzutnie po osiągnięciu przez mieszaninę par lub gazów z powietrzem temperatury samozapłonu.
Temperatura samozapłonu cieczy nie jest wielkością jednoznaczną dla określonej mieszaniny, lecz zależy od wielu czynników. Istotny wpływ na wartość temperatury zapalenia ma bilans cieplny, który. zależy od objętości i kształtu substancji palnej, od jej ilości w objętości powietrza, ciśnienia itp.
-wielkości powierzchni właściwej odprowadzającej ciepło,
• ciśnienia mieszaniny palnej.
• stężenia składnika palnego w mieszaninie.
• składu utleniacza (powietrza).
• rodzaju materiału, z jakiego jest zrobione naczynie pomiarowe.
domieszki antydetonatorów. Podnoszą wart. temperatury zpalenia,
Temperaturą samozapłonu cieczy nazywamy najniższą temperaturę ścianek naczynia, w której w danych warunkach i dla danej mieszaniny następuje samorzutnie zapalenie cieczy w całej masie w wyniku oddziaływania bodźca energetycznego ciągłego
Samozapalenie - zainicjowanie reakcji spalania bez konieczności dostarczenia bodźca energetycznego z zewnątrz. Samozapalenie może być w wyniku:
procesów biologicznych,
reakcji chemicznych,
procesów fizycznych.
Energia aktywacji jest to minimalna energia kinetyczna cząstki, przy której następuje zderzenie efektywne Jest to energia potrzebna do pokonania wzajemnego odpychania cząstek i utworzenia kompleksu aktywnego.
Zderzenie efektywne jest to zderzenie cząstek prowadzące do zmian chemicznej natury cząstek. Nie każde zderzenie cząstek musi być efektywne. Liczba efektywnych zderzeń, przypadająca na jednostkę czasu, determinuje szybkość reakcji chemicznej.
Kompleks aktywny jest to nietrwały zespół cząstek (twór) powstały w wyniku zderzeń efektywnych, o energii większej od energii substratów o wartość energii aktywacji Kompleks ten ulega natychmiastowemu rozpadowi i przechodzi w trwalsze produkty reakcji.
(DGW) - jest to najniższe stężenie składnika palnego w mieszaninie z powietrzem lub innym gazem utleniającym, przy którym zapłon jest już możliwy.
(GGW) jest to najwyższe stężenie składniki palnego w mieszaninie z powietrzem lub innym gazem utleniającym, przy którym zapłon jest jeszcze możliwy.
Granice wybuchowości nie są wielkościami stałymi i zależą od wielu parametrów:
• temperatura,
• ciśnienie,
• domieszka gazów obojętnych.
• energia źródła zapłonu,
• kierunek propagacji płomienia
Wybuchy homogeniczne - cieplne
Zachodzą w całej objętości mieszaniny palnej.
Powstają na skutek:
• braku wymiany wydzielającego się ciepła z otoczeniem
(na skutek utraty zdolności chłodzenia),
np.: polimeryzcja, dekompozycja, destylacja, mielenie
• cieplnej niestabilności reagentów lub produktów
Wybuch cieplny opisuje się poprzez:
• początkową temperaturę, przy której następuje inicjacja
nadkrytycznego bilansu cieplnego,
• określenie szybkości wydzielania ciepła,
• określenie maksymalnego ciśnienia wybuchu.
Właściwości fizyczne a wybuchowość pyłów: a)stopień rozdrobnienia substancji-dyspersja pyłuim pył drobniejszy tym DGW niższa-wzrost powierzchni właściwej.-łatwiejszy dostęp tlenu. b)wilgotność pyłu-wilgoć utrudnia zapalenie-duża ilość ciepła zużywana na odparowanie cieczy c)substancje lotne tworzące się podczas rozkładu termicznegoim więcej substancji lotnych wydziela się podczas rozkładu tym bardziej wybuchowy pył-do25%zawartości. d)cechy inicjatora wybuchu: temp, energia i czas działania żródła zapłonu e)skład i stan mieszaniny wybuchowej domieszka niepalnych gazów i par obniża wybuchowość
Wpływ właściwości cieplnych na wybuchowość pyłów:Minimalna temp. Zapłonu-im jest niższa tym bardziej niebezpieczny jest obłok pyłowy(w zależności od rodzaju zapalenia materiału), Min. Energia zapłonu- najmniejsza energia elektryczna, która w trakcie wyładowania jest w stanie zapalić najbardziej zapalną atmosfere w określonych warunkach. Czas nagrzewania pyłowej atmosfery wybuchowej.
Wybuchy heterogeniczne - wybuchy VCE (Vapour Cloud Explosion) - wybuch powstały
wskutek zapalenia się chmury palnych par lub gazów zmieszanych z powietrzem.
Deflagracja - rozprzestrzenianie reakcji chemicznej substancji, w której front reakcji przesuwa się gwałtownie w kierunku nieprzereagowanej substancji, jednak z prędkością mniejszą niż prędkość dźwięku w nie przereagowanej mieszaninie.
Detonacja - rozprzestrzenianie reakcji chemicznej substancji, w której front reakcji przesuwa się gwałtownie w kierunku nieprzereagowanej substancji z prędkością równą lub większą niż prędkość dźwięku w nieprzereagowanej mieszaninie.
WYBUCHY FIZYCZNE
Wybuchy w następstwie wystąpienia zjawisk fizycznych
BLEVE ( Boiling Liquid Expanding Vapour Explosion). Wybuch spowodowany wyzwoleniem energii związanym z gwałtownym odparowaniem cieczy palnej lub nie. W momencie jej nagłego uwolnienia ciecz znajduje się w stanie ciekłym. Tego typu wybuchy spowodowane są często oddziaływaniem środowiska pożarowego.
Polimery termoplastyczne
Są to polimery o strukturze liniowej lub rozgałęzionej. Ze względu na brak grup funkcyjnych zdolnych do sieciowania nie utwardzają się podczas ogrzewania, zachowując budowę liniową lub rozgałęzioną. Polimery termoplastyczne mogą być kształtowane wielokrotnie, a ich przerób w wysokich temperaturach (poniżej temperatury rozkładu polimeru) nie prowadzi w sposób wyraźny do zaniku plastyczności, ani możliwości do formowania się. Polimery te są rozpuszczalne w rozpuszczalnikach, topią się i płyną.
Polimery termoutwardzalne - To tworzywa, w których pod wpływem podwyższonej temperatury następuje nieodwracalny proces powstawania struktury przestrzennie usieciowanej. Struktura ta może być kształtowana tylko jednokrotnie Polimery te są nierozpuszczalne i nietopliwe po utwardzeniu oraz znacznie mniej elastyczne, bardziej wytrzymałe mechanicznie i odporniejsze na działanie czynników agresywnych chemicznie od polimerów termoplastycznych.
Spalanie tworzyw sztucznych to proces, który obejmuje wiele przemian fizycznych i
chemicznych.
Wyróżnia się trzy podstawowe etapy spalania. Pod wpływem ciepła następuje:
a. ogrzewanie materiału,
b. rozkład termiczny - piroliza,
c. zapalenie
Spalanie tworzyw termoplastycznych
W czasie rozkładu w wyniku przemian fizycznych (parowanie) oraz chemicznych (destrukcja) tworzywa termoplastyczne wytwarzają mieszaninę gazową. Powstała faza lotna może ulec zapaleniu lub zapłonowi i w rezultacie spalać się płomieniowo. Mechanizm spalania tego rodzaju tworzyw można porównać ze spalaniem cieczy. W taki sposób pali się polimetastyren.
Spalanie tworzyw termoutwardzalnych
Tworzywo termoutwardzalne rozkłada się pod wpływem ciepła z wytworzeniem związków nisko cząsteczkowych o różnych stanach skupienia. W chwili zapalenia lub zapłonu palna faza lotna zapala się płomieniem, a pozostałość popirolityczna (koksowa) zaczyna spalać się bezpłomieniowo, (czyli tlić) na granicy rozdziału fazy stałej i lotnej (powietrze). W taki sposób spalają się np. poliestry termoutwardzalne.
Temperatura zapalenia tworzyw sztucznych jest to najniższa temperatura powierzchni grzejnej, przy której gazowe produkty rozkładu termicznego ciała stałego zapalają się płomieniem od punktowego bodźca termicznego, np. płomienia.
Temperatura zapalenia jest wielkością stałą dla danego tworzywa i w danych określonych warunkach badania. Jej wartość zależy od:
- sposobu i szybkości ogrzewania,
- stopnia rozdrobnienia tworzywa,
- źródła zapłonu,
- czasu oddziaływania.
Wskaźnik tlenowy jest to najmniejsza wyrażona w procentach objętościowych zawartość tlenu w mieszaninie tlenu i azotu, która w warunkach metody badań podtrzymuje stałe palenie się badanej próbki tworzywa.
WT= VO2/ (VO2 + VN2)*100%
WT - wskaźnik tlenowy [%],
Vo2 - objętościowy przepływ tlenu [cm3 /s]
VN2 - objętościowy przepływ azotu [cm3/s]
Na wartość wskaźnika tlenowego mają wpływ następujące czynniki:
budowa chemiczna tworzywa, wymiary próbki, sposób ustawienia spalanej próbki i sposób zainicjowania spalania, ciśnienie, temperatura, szybkość przepływu gazów
SPALANIE1. fizykochemiczny proces łączenia się (utleniania) materiału z utleniaczem (powietrzem), któremu towarzyszy wydzielanie ciepła oraz produktów spalania 2. egzotermiczna reakcja palnego materiału z utleniaczem zwykle z towarzyszeniem płomieni, i/lub żarzenia i/lub dymu
SPALANIE-TYPY1. Ze względu na mechanizm spalania homogeniczne - materiał palny i utleniacz są w tej samej fazie heterogeniczne - materiał palny i utleniacz są w różnych fazach 2. Ze względu na szybkość spalania dyfuzyjne - szybkość zależy od dyfuzji powietrza do środowiska pożarowego kinetyczne - szybkość zależy od szybkości przebiegu reakcji chemicznej 3. Ze względu na sposób przepływu fazy lotnej laminarne - stała szybkość spalania, turbulentne - zmienna szybkość spalania4. Ze względu na cechy spalania płomieniowe, bezpłomieniowe
Samonagrzewanie poprzedza samozapalenie i charakteryzuje się tym, że temperatura układu palnego podwyższa się niezależnie od dopływu strumienia ciepła z zewnątrz Czas od momentu ogrzewania się substancji do pojawienia się płomienia to okres indukcji. materiały samonagrzewające się pod wpływem reakcji chemicznych można podzielić na: materiały, które ulegają samonagrzewaniu pod wpływem powietrza, np. oleje roślinne, materiały, które ulegają samonagrzewaniu pod wpływem wilgoci, •materiały, które ulegają samonagrzewaniu w mieszaninach między sobą. Mieszaniny samozapalające otrzymuje się w wyniku zmieszania silnego utleniacza z materiałem palnym. Do parametrów charakteryzujących materiał palny oraz jego zdolności do ulegania procesom samonagrzewania zaliczyć należy: Podstawowe własności fizykochemiczne: jak np. ciepło molowe • im materiał ma większe ciepło molowe tym jego zdolność do samonagrzewania jest większa. Własności fizyczne materiału np. •gęstość - mała gęstość mniejszy współczynnik przewodnictwa cieplnego sprzyja samonagrzewaniu, Masa materiału palnego stwierdzono, że istnieje dla każdej próbki minimalna masa dla której może wystąpić proces samonagrzewania, 4. Budowa chemiczna, jej skład, obecność katalizatorów i inhibitorów
Płomień - powstaje w tych warunkach, w których materiał daje podczas rozkładu palną fazę lotną. Płomień jest to ściśle określona objętość, w której zachodzi chemiczna reakcja spalania fazy lotnej. Płomień emituje promieniowanie elektromagnetyczne (głównie podczerwone i widzialne) Płomień tworzący się warunkach pożaru może być:• laminarny,• turbulentny.strefa palnej fazy lotnej (strefą rozkładu). Następuje w nim rozkład cząsteczek paliwa (substancji spalanej) na atomy oraz wolne rodniki (następuje przygotowanie paliwa do spalania). Duże cząsteczki paliwa ulegają dysocjacji termicznej (rozpadają się na produkty niskocząsteczkowe). Unoszone prądami konwekcyjnymi ulegają spalaniu w strefie spalania Tworzy on niemal niewidoczną, świecącą słabym fioletowym światłem warstwę w dolnej części płomienia.strefa spalania. Jest to najsilniej świecąca warstwa (to od niej pochodzi żółte światło świecy). Następuje w niej rozżarzanie cząsteczek węgla, które wracając do stanu podstawowego emitują kwanty światła. W strefie tej z powodu niedoboru tlenu nie może dojść do całkowitego utlenienia spalanej substancji Rodzaj płomienia (wysokość, kształt) zależy od szybkości przepływu fazy lotnej w środowisku pożarowym.
Zmiana kształtu płomienia w warunkach pożarowych jest spowodowana wzrostem szybkości przepływu palnej fazy lotnejNa początku spalania kiedy szybkość przepływu fazy lotnej jest niewielka kształt płomienia jest regularny (boki są gładkie), widać poszczególne strefy płomienia. W miarę wzrostu szybkości przepływu fazy lotnej w górnej części płomienia zaczynają gromadzić się lotne produkty spalania oraz sadza, która jest w części unoszona do góry ze produktami spalania, w części opada. Powstają zawirowania w wierzchołku płomienia Ruch laminarny przechodzi w ruch turbulentny (chaotyczny).Na wysokość płomienia ma wpływ:•szybkość przepływu fazy lotnej,• stężenie tlenu w powietrzuTemperatura płomienia jest to max temperatura strefy spalania płomienia. zależy od:• rodzaju paliwa • współczynnika nadmiaru powietrza,• wysokości płomienia świecenie - jest funkcją składu paliwa. Im więcej jest pierwiastkowego węgla, tym płomień jest silniej dymiący, kopcący, świecący. Wszystkie związki, które mają ponad 50 % węgla dają płomień. Świecenie wszystkich ciał związane jest z pobudzaniem (drganiem) w nich atomów lub cząsteczek. Przejście w stan wzbudzony zachodzi pod wpływem energii dostarczonej do tych ciał. Jeśli wzbudzenie atomu zachodzi kosztem energii cieplnej, to promieniowanie nazywa się termicznym (cieplnym, temperaturowym).Promieniowanie atomu wzbudzonego w rezultacie działania energii chemicznej nazywa się chemiluminescencją. Intensywność termicznego promieniowania różnych ciał, zależy od zdolności pochłaniania (zaabsorbowania), odbijania światła, przezroczystości danego ciała. będący, poniżej 50 % płomień nie świecący
Parametry określające właściwości pożarowo- wybuchowe pyłów to:- steżenie pyłu palnego w mieszaninie np. z powietrzem (gdy bliskie stechiometrycznemu to wybuch największy)- obecność bodźca energetycznego o energii równej co najmniej energii zaplonu- stopień rozproszenia substancji palnej-(bardziej rozdrobnione aerozole stwarzają wieksze zagrożenie ponieważ zajmują większą objętość niż pyły mniej rozdrobnione)- wielkośc atmosfery wybuchowej (im wieksza objętość atmosfery wybuchowej tym wybuch jest silniejszy)
Tlenie - jest powolną, bezpłomieniową, heterogeniczną formą spalania, podtrzymywaną przez ciepło wyzwalane podczas utleniania. Spalaniu bezpłomieniowemu ulegają substancje, które pod wpływem ogrzewania wytwarzają w warstwie sztywną, porowatą węglistą strukturę. Jeżeli substancja pod wpływem ciepła wykazuje jakąkolwiek tendencję do mięknięcia, topienia, kurczenia lub sublimacji, to nie ma skłonności do tlenia. Spalanie płomieniowe i spalanie bezpłomieniowe w zależności mogą występować kolejno po sobie, jednocześnie lub jedno z nich może być przyczyną drugiego. Tlenie może pojawić się w początkowej fazie rozwoju pożaru, kiedy moc źródła zapalenia jest zbyt mała, aby w czasie pirolizy ciała stałego wydzieliła się dostateczna ilość fazy lotnej zdolnej do zapalenia się płomieniowego. Do materiałów ulegających reakcji tlenia zalicza się: wszystkie materiały celulozowe, porowate zwęglające się, tworzywa termoutwardzalne (żywice).Niebezpieczeństwo powstania pożaru, w którym materiał spala się bezpłomieniowo wynika z dwóch procesów; wywiązywania się toksycznych gazów z tlącego się materiału i szybkiego zniszczenia materiałów w następstwie przekształcenia się tlenia w spalanie płomieniowe.
SZYBKOŚĆ ROZCHODZENIA SIĘ FALI TLĄCEJ POZIOMEJ FALI TLĄCEJ strumień ciepła potrzebnego do rozkładu w strefie I, ciepło wydzielające się w wyniku reakcji utleniania, straty ciepła przekazane z układu badanego do otoczenia. PIONOWEJ FALI TLĄCEJ- wielkość cząstek - szybkość wzrasta nieznacznie jeśli średnica przeciętnej cząstki zmniejsza się od 0,5 do 1 mm; lepsza dyfuzja tlenu, przewodność cieplna, wilgotność - zmniejszenie wilgotności powoduje wzrost szybkości propagacji; wzrost pojemności cieplnej nie przereagowanego paliwa, grubość warstwy - w przypadku gruboziarnistych pyłów, głębokość warstwy nie wpływa na szybkość propagacji tlenia. Wzrost głębokości warstwy pyłów drobnoziarnistych powoduje zmniejszenie szybkości propagacji fali tlącej; ograniczony dostęp tlenu do strefy spalania, - wymuszony przepływ powietrza - wzrost szybkości propagacji zwłaszcza gdy przepływ jest w tym samym kierunku co kierunek rozchodzenia się fali tlącej oraz dotyczy pyłów gruboziarnistych; szybszy transport tlenu do strefy spalania. Przy przepływie powietrza w tym samym kierunku co fala tląca, większa ilość ciepła przekazywana do strefy I.
Czynnikami, które wpływają na palność tworzyw polimerowych, są:- rodzaj, intensywność i czas działania energii zapłonu,- rodzaj tworzywa, jego postać, masa i powierzchnia właściwa,- usytuowanie źródła zapłonu w stosunku do tworzywa,- pierwotne właściwości termiczne tworzywa,- wentylacja podczas zapalania i spalania
Palność tworzyw sztucznych można zmniejszyć przez wprowadzanie do nich odpowiednich środków opóźniających palenie: inhibitorów i antypirenów. Są to związki zmniejszające palność, które możemy podzielić na środki o działaniu fizycznym, których mechanizm opóźniania oparty jest na zjawisku fizycznym (parowanie, topnienie, zwiększanie wilgoci). Działanie chemiczne polega na modyfikacji samego polimeru czyli na działaniu inhibicyjnym- chemiczne działanie antypirenów w fazie gazowej polega na wiązaniu rodników OH, H. Proces spalania jest wtedy hamowany i polega na dezaktywacji wolnych rodników. Fizyczne działanie antypirenów polega na wydzieleniu pary wodnej, odwodnieniu i zwęglaniu powierzchni materiału oraz hamowaniu dostępu tlenu do głębszych warstw materiału.
Minimalna energia zapłonu MEZ Jest to minimalna energia bodźca energet. mogąca spowodować zapłon. W przypadku mieszanin gazowych całe ciepło z bodźca energet. np. z iskry elektr. idzie na ogrzanie mieszaniny i jej utlenianie. W przypadku mieszaniny palnej wielofazowej całe ciepło iskry idzie na odparowanie (ciecze), utlenianie par cieczy, rozkład termiczny np. ziaren pyłu (endotermiczny), utlenianie części lotnych powstałych z rozkładu termicznego ziaren pyłu. Praktycznie aby określić zdolność zapalczą bodźca energet. takiego jak iskra elektr. nie podaje się jej temp. a podaje się jej minimalną energię zapłonu. Różnice MEZu dla mieszanin palnych o różnych stanach skupienia są bardzo duże:Gazy 0,001 mJ - 0,01 mJCiecze 0,01 mJ 0- 0,1 mJ (zależy od ciepła parowania)Pyły 1 mJ - kilkuset mJ
Zinterpretować bardzo dokładnie zjawisko wyrzutu. Wyrzut podobnie do wykipienia jest zjawiskiem wtórnym występującym podczas pożaru . Warunkiem powstania wyrzutu jest obecność wody w zbiorniku z cieczą palną ( ropą ) . Wyrzut powstaje wówczas gdy woda w zbiorniku znajduje się na dnie zbiornika tworząc poduszkę wodną . W takich warunkach po dojściu warstwy przegrzanej do wody . Woda natychmiast przechodzi w stan pary . Wzrasta ciśnienie gdyż z 1 litra wody powstaje 1700l pary wodnej i cała masa nad powierzchnią wody zostaje wyrzucona na zewnątrz . Stąd nazwa zjawiska wyrzutu .
Zinterpretować bardzo dokładnie zjawisko wykipienia .Jest to jedne ze zjawisk wtórnych występujących podczas pożaru . Podstawową rolę w możliwości zaistnienia tego zjawiska ma obecność wody i sposób jej występowania w ropie . Woda może występować w postaci zawiesiny wodnej lub tzw. poduszki wodnej czyli warstwy wody istniejącej na dnie zbiornika. Samo zjawisko wykipienia jest to jednoczesne przejście w parę wodną większej ilości wody ( zawiesiny wodnej ) znajdującej się w produkcie naftowym (ropie) , powstanie piany na powierzchni cieczy , która może przelewać się przez ściany zbiornika , rozprzestrzeniając spalanie na sąsiednie obiekty . Warunki do wystąpienia wykipienia : a) ciecz będąca mieszaniną - tworząca warstwę przegrzaną o różnej grubości; b) odpowiednia zawartość wilgoci w postaci emulsji wodnej.