1.Interpretacja procesu spalania /definicje, czynniki wpływające na ten proces/ SPALANIE- jest to proces fizykochemiczny przebiegający pomiędzy materiałem palnym i powietrzem z wydzieleniem ciepła i powstaniem efektów świetlnych. PODZIAL: ze względu na stan skupienia: a) homogeniczne b) heterogeniczne; laczenie się z tlenem: a) dyfuzyjne b) kinetyczne; sposób przeplywu fazy lotnej w plomieniu: a) laminarny b) turbulentny-wszystkie pozary; sposób spalania:a)plomieniowe b)bezplomieniowe. Spalanie przebiega jako reakcja egzotermiczna i nie ma spalania bez utleniania. Procesy fizyczne przygotowują materiał palny do spalania, w przypadku gazu są to procesy dyfuzyjne, w przypadku cieczy- parowanie, ciał stałych- rozkład termiczny (dysocjacja termiczna, piroliza, rozkład termiczny). Kazdemu spalaniu musza towarzyszyc reakcje rozgalezienia lancucha. Gaz jest zawsze przygotowany do spalania, wchodzi od razu w reakcje z powietrzem dlatego do zaplonu potrzebuje malych energii cieplnych, ciecze musza wyparowac, a ciala stale musza ulec rozkladowi termicznemu. Warunkiem zaistnienia reakcji spalania jest obecnosc wszystkich elementow czworoscianu spalania tzn utleniacza (gazowe-O2, Cl2, F2; ciekle-Br2, HNO3; ciala stale-nadtlenki nieorganiczne Na2O2, K2O2), materialu palnego, zrodla ciepla i wolnych rodnikow 2.Typy spalania /dyfuzyjne, kinetyczne/. Co różnicuje ten proces i jak typ spalania wpływa na szybkość spalania A)Spalanie dyfuzyjne (wolne), np. pożar - szybkość spalania zależy od dyfuzji powietrza do środowiska pożarowego. Występuje tutaj rozdział substancji palnej i powietrza. Łączą się one dopiero w chwili zapoczątkowania reakcji spalania. Tym typem spalania rządzi zjawisko fizyczne (dyfuzja-przenikanie powietrza do srodowiska pozarowego), więc jest to spalanie wolne.np. wegiel kamienny , antracyt, koks, gaz w rurze B)Spalanie kinetyczne (szybkie), np. wybuch - szybkość spalania nie zależy od dyfuzji powietrza. Występuje tutaj mieszanina substancji palnej z powietrzem, której całkowity czas spalania uzależniony jest od kinetyki reakcji chemicznej, co oznacza, że jest to spalanie bardzo szybkie (wybuchowe), ponieważ reakcja chemiczna przebiega o wiele rzędów szybciej niż zjawisko fizyczne. Np. mieszaniny pylowe, gaz wymieszany z powietrzem, aerozole, pary benzyny 3.Podstawowa różnica między spalaniem, a pożarem w odniesieniu do warunków przebiegu procesów. SPALANIE: zachodzi w scisle okreslonej objetosci, mikroelement pozaru, cecha charakteryzujaca pozar, proces kontrolowany laczenia się materialu palnego z powietrzem; niezbedne jest paliwo czyli material zdolny do laczenia się z tlenem, utleniacz, cieplo; reakcja egzotermiczna; spalaniu musza towarzyszyc reakcje rozgalezienia lancuchowego POZAR efekt cieplny powstaly z roznych przemian chemicznych i zjawisk mechanicznych w danych warunkach wymiany gazowej w okreslonym ukladzie termodynamicznym powodujacy zmiane stanu rownowagi termodynamicznej tego ukladu; zachodzi jako spalanie dyfuzyjne przy turbulentnym przeplywie fazy lotnej w ukladzie heterogenicznym; niekontrolowana wymiana ciepla i masy; pozar zachodzi przy stalym cisnieniu , zmienia się objetosc i temperatura (lekka nadwyzka cisnienia wystepuje przy np. spalaniu paliwa lotnego na duzej przestrzeni ROZNICE: spalanie jest kontrolowanym w laczeniem się materialu palnego z powietrzem, a pozar niekontrolowanym; przy spalaniu może być przeplyw fazy lotnej turbulentny lub laminarny, przy pozarze tylko turbulentny; spalanie zachodzi w ukladzie homogenicznym lub heterogenicznym a pozar tyulko w heterogenicznym; spalanie rozpoczyna pozar 4.Termostabilność materiałów palnych /definicja, sposoby jej określania/. Jak termostabilność wpływa na palność materiałów. Termostabilnosc tworzyw oznacza ubytek masy w czasie ogrzewania w. W srodowisku pozarowym terminem tym okresla się zdolnosc do rozkladu termicznego danego tworzywa od czego uzalezniona jest szybkosc spalania. Termostabilnosc materialu jest istotna z tego powodu ze decyduje o szybkosci spalania się materialu w srodowisku pozarowym ponieważ powstale z rozkladu termicznego produkty decyduja o tym jak szybko nastapi zaplon czy samozaplon i ile energii cieplnej z plomienia zostanie zwrocone spalajacej się powierzchni. Ta zwrocona energia odgrywa istotna role w intensyfikacji spalania. Oznacza to ze im termostabilnosc wieksza tym szybkosc spalania mniejsza. Tworzywo o wiekszej termostabilnosci potrzebuje wyzszej temperatury do rozkladu termicznego. Aby okreslic czy dane tworzywo jest termostabilne czy nie okresla się temperatury okreslonych przemian. Najwazniejsze sa temperatury: poczatku rozkladu termicznego- decyduje o szybkosci tworzenia się zagrorzen toksycznych z tworzyw (cyjanowodor z rozkladu aniliny), temperatura max ubytku- decyduje o wielkosci temperatury samozaplonu danego tworzywa, temperatura przy ktorej polimer traci 50% masy w czasie 30 min. (szklo organiczne PMMA Th=280, polietylenPE Th=405). Czynnikiem wplywajacym na termostabilnosc jest budowa tworzywa- tworzywo o prostej budowie lancucha (polietylen, polipropylen, PCV, poliamidy) maja niskie temperatury max ubytku, tworzywa z weglowodorow aromatycznych (polistyren, poliweglany) maja wyzsze temperatury, tworzywa o budowie przestrzennej (usieciowanej) maja bardzo wysoka termostabilnosc- rozkladaja się dopiero w wysokich temperaturach. Wysoki ciezar wlasciwy wzmacnia termostabilnosc a obecnosc tlenu w strukturze polimeru oslabia. Tworzywa zweglajace się maja wieksza termostabilnosc. 5.Płomień /definicja, typy płomieni, wpływ różnych czynników na charakterystykę termiczną i spektralną płomienia, temperatura płomienia, kształt, szerokość, wysokość, intensywność promieniowania, własności dymu. Płomień jest to objętość gazowa, w której występuje spalanie się palnej fazy lotnej. Płomień dyfuzyjny charakteryzuje spalanie dyfuzyjne. Jest to płomień powstały w wyniku zapalenia tej części objętości, w której następuje mieszanie się paliwa z utleniaczem. Szybkość spalania w płomieniu dyfuzyjnym jest określona szybkością dyfuzji powietrza do strefy spalania płomienia. Szybkośc ta jest podstawą klasyfikacji płomieni na: a)laminarne - przy niskich szybkościach przepływu b)turbulentne - przy wysokich szybkościach przepływu. Przejscie od plomienia laminarnego do turbulentnego przebiega wewnatrz plomienia przy przeplywie Re>2000 a Re>10000 to już jest przeplyw turbulentny. Wysokosc plomienia -jest funkcja szybkosci przeplywu palnej fazy lotnej, powyzej pewnej szybkosci przeplywu Re>2000 zaczyna się w czesci wierzcholkowej plomienia turbulencja, wraz z dalszym wzrostem szybkosci wysokosc plomienia zmniejsza się az do osiagniecia pewnej stalej wysokosci z chwila wystapienia turbulencji w calym plomieniu. Zmniejszenie się wysokosci plomienia od max w obszarze laminarnym do stalej można wytlumaczyc zwiekszeniem się ilosci powietrza wciagnietego do plomienia, lepszym mieszaniem mieszaniny i skuteczniejszym spalaniem (rys). W plomieniu wyroznia się strefe palnej fazy lotnej i strefe spalania (rys) W strefie palnej fazy lotnej nastepuje przygotowanie paliwa do spalania tzn duze czasteczki paliwa ulegaja dysocjacji termicznej na niskoczasteczkowe fragmenty, które sa unoszone pradami konwekcyjnymi, lacza się z powietrzem w zewnetrznej strefie plomienia dajac produkty spalania. Ogrzewanie strefy palnej nastepuje w wyniku przekazywania ciepla na drodze promieniowania ze strefy spalania do powierzchnii paliwa. Plomieniem pala się paliwa dajaca faze lotna, spalanie plomieniowe nastepuje w jego strefie zewnetrznej. Ksztalt plomienia- nie jest staly. W przestrzeni niewentylowanej kiedy jest za malo powietrza plomien jest wezszy ale wyzszy. Temperatura plomienia jest funkcja ciepla spalania oraz zdolnosci zmian plomienia, jest odwrotnie proporcjonalna do ciepla wlasciwego gazow spalinowych. W srodowisku pozarowym temperatura plomienia waha się od 600-2000. Najwyzsza temperature plomienia daja paliwa gazowe (acetylen wodor) najnizsze wlokna syntetyczne, srednie materialy celulozopochodne. Temperatura plomienia zalezy od wysokosci na ktorej mierzymy najnizsza bezposrednio nad paliwem a najwyrzsza na 1/3 wysokosci, spowodowane jest to ze w miare wzrostu wysokosci plomienia maleje jego kalorycznosc ze względu na to ze duza czesc objetosci plomienia zawiera gazy spalinowe i sadze w miejsce powietrza obniza to wiec ilosc wydzielanego ciepla. Wraz ze zmiana temperatury plomienia zmienia się jego charakterystyka spektralna tzn plomien emituje promieniowanie roznego typu, charakterystyka ta jest uzalezniona od ilosci wegla, jeśli jest ona wieksza od 50% plomien silnie swiecacy kopcacy o duzej gestosci dymu, jeśli bardzo mala zawartosc wegla to plomien może stac się niewidzialny 6.Różnica między temperaturą płomienia, a temperaturą pożaru. Co jest najistotniejszą wielkością, która różni obie wyżej wymienione temperatury. Temperatura pożaru to średnia temperatura gazów spalinowych, które tworzą się w środowisku pożarowym. Temperatura płomienia jest funkcją ciepła spalania, odwrotnie proporcjonalną do ciepła właściwego (entalpii) gazów spalinowych. Im wyższe ciepło spalania tym wyższa temperatura płomienia. Roznica polega na tym ze temperatura plomienia jest odwrotnie proporcjonalna do ciepla wlasciwego i entalpii gazow spalinowych, a temperatura pozaru jest srednia temperatura tych gazow (jest wprost proporcjonalna). Temperatura plomienia jest to najwyższa temperatura strefy spalania płomienia osiągana w następujących warunkach: objętość powietrza, zużywana do spalania paliwa równa jest ilości powietrza teoretycznie wyliczonej z reakcji, czyli współczynnik nadmiaru powietrza  W wyniku spalania otrzymuje się produkty całkowitego spalania. Rzeczywista temperatura jest zawsze niższa od temp. teoretycznej ponieważ spalanie zachodzi w nadmiarze powietrza ( >). Spalanie jest niecałkowite i część ciepła spalania wypromieniowana jest do otaczającego środowiska. Najwyższą temperaturę płomienia dają paliwa gazowe (acetylen, wodór), zawierające dużo węgla, najniższe- włókna syntetyczne (elana, nylon), średnie temp. płomienia dają między innymi materiały celulozopochodne. temperatura spalania - uśredniona wielkość temperatury spalania produktów spalania. Temperatura spalania zależy od: kaloryczności układu, rodzaju materiału spalanego, współczynnika nadmiaru powietrza α, wysokości na której mierzymy te temperaturę spalania, budowy struktury, budowy paliwa. Temperatura spalania jest funkcją ciepła spalania. Temperatura spalania materiałów stałych oscyluje w granicach 1000^oC. 7.Co to znaczy własność palna materiału? Podać przykłady własności palnych materiałów o różnych stanach skupienia. Własność palna- jest to taka własność materiału, która wyznaczana jest w warunkach laboratoryjnych, w warunkach niskoenergetycznych. Zalicza się tutaj temperaturę zapłonu, samozapłonu, samozapalenia. Samozapalenie jest funkcją bilansu cieplnego. Temperatura samozapłonu jest funkcją masy. Temp. zapłonu 1.Pyłów (ciał stałych) - najniższa temp. ziarna(ogrzewanej powierzchni), przy której produkty rozkładu termicznego tego ziarna zapalą się od płomieniowego źródła ciepła(punktowego bodźca energetycznego). 2.Cieczy- najniższa temp. cieczy ogrzewanej w ściśle określony sposób, w której to pary cieczy tworzą mieszaninę z powietrzem- mieszaninę zapalającą się przy zbliżeniu płomienia. Ciecze palne to ciecze, które mają temperaturę zapłonu poniżej 100°C.Ciecze niebezpieczne pożarowo to te, które mają temperaturę zapłonu poniżej 55°C. I kl. niebezpieczeństwa pożarowego < 21°C II kl. niebezpieczeństwa pożarowego 21-55°C III kl. niebezpieczeństwa pożarowego 55-100°C Gazy nie są charakteryzowane przy pomocy temperatury zapłonu. Gazy nie mają temperatury zapłonu, ponieważ od płomienia zapalają się w każdej temperaturze powyżej ich temp. skroplenia. Temp. samozapłonu 1.Pyłów - najniższa temp. ziaren pyłu, w której ulega on samorzutnemu zapaleniu się płomieniem. Przy samozapłonie dostarczmy tylko strumień ciepła ( bez płomienia). -gazów 400-600°C.(Wyjątki: C₂H₂ czysty 305, C₂H₂ techniczny 140, PH₃ 100, P₂ H₄ 80, H₂ S 240) Gazy mają wysoką temp. samozapłonu, bo są termoprzepuszczalne - przepuszczają promieniowanie cieplne. - cieczy: 300- 500 °C. (Wyjątki: benzyna lotnicza 260, eter dwuetylowy 180, dwusiarczek węgla 112, aldehyd octowy 140) Jako ciecze mają szerokie granice wybuchowości. -ciał stałych: 200-400°C. (Wyjątki: koks, antracyt) Mają wyższe temperatury samozapłonu z powodu nieporowatości i małego λ. Temperatura Zapalenia: Cieczy-nazywamy najniższą temperaturę ścianek naczynia, w której w danych warunkach i dla danej mieszaniny następuje samorzutne zapalenie cieczy w całej masie bez udziału tzw. zewnętrznego bodźca energetycznego. 8.Spalanie gazów (układów homogenicznych). Mechanizm reakcji łańcuchowej. Zasadnicze elementy łańcucha interpretacja tych elementów w procesie spalania. Omówienie na dowolnym gazie (wodór, tlenek węgla, metan itd.) Spalanie gazów to spalanie homogeniczne. Jest to taki typ spalania, w którym mat. palny i utleniacz się w tym samym stanie skupienia. W takim spalaniu nie ma granicy rozdziału faz, ponieważ istnieje tylko jedna faza lotna. Spalanie gazów może być: 1)dyfuzyjne-(wolne), np. pożar- szybkość spalania zależy od dyfuzji powietrza do środowiska pożarowego. Występuje tutaj rozdział powietrza od gazu, mieszanina powstaje dopiero w strefie spalania. 2)kinetyczne-(szybkie)- wybuch, tzn. szybkość spalania nie zależy od dyfuzji powietrza, lecz od czynników cieplnych i hydrodynamicznych. Występuje tutaj mieszanina gazów, której szybkość spalania zależy od szybkości reakcji chemicznej. Mechanizm reakcji łańcuchowej na przykładzie metanu CH₄ : CH₄+H = CH₃^*+H^*+M, CH₄+OH^*=CH₃^*+H₂O, CH₄+H^*= CH₃^*+H₂ , CH₄+O^*= CH₃^*+OH^*---etap inicjacji reakcji spalania O₂+H^*=O^*+OH^*, CH₃^*+O₂=CH₂O+OH^*, CH₂O+O^*=CHO^*+OH^*, CH₂O+OH^*=CHO^*+H₂O, CH₂O+H^*=CHO^*+H₂ , H₂+O^*=H^*+OH^*, H₂+OH^*=H^*+H₂O, CHO^*+O^*=CO+OH^*--- Etap rozgałęzienia łańcucha CHO^*+OH^*=CO+H₂O, CHO^*+H^*=CO+H₂, CO+OH^*=CO₂+H^*--- Zakończenie reakcji łańcuchowej H^*+OH^*+M=H₂O+M_, H^*+H^*+M=H₂+M, H^*+O₂+M=H₂O+M----Zakończenie reakcji Jeżeli z jednej cząsteczki powstaje jeden rodnik - reakcja łańcuchowa prosta. Jeżeli powstają dwa rodniki - reakcja łańcuchowa rozgałęziona. Obecność wolnej wartościowości w rodnikach powoduje, iż szybko łączą się one z paliwem w płomieniu wg pokazanego schematu łańcuchowego. Aby powstał rodnik cząsteczka metanu musi zderzyć się z cząsteczką obojętną np. powierzchnią naczynia. W wyniku zderzenia rozpocznie się proces inicjacji reakcji, tzn. paliwo zużywa się wg zapisu a-d. Na reakcji d kończy się etap inicjacji, ponieważ z jednego rodnika przed reakcją powstają dwa rodniki po reakcji, taką reakcję nazywamy reakcją łańcuchową rozgałęzioną, a rozpoczynający się etap- etapem rozgałęzienia łańcucha. W reakcji f powstaje bardzo istotny pośredni produkt reakcji spalania w płomieniu wszystkich materiałów palnych lotnych, tzn. formaldehyd ( CH₂O ). Jest on bardzo ważnym etapem pośrednim w reakcji spalania paliw gazowych. Aldehyd łączy się następnie z poszczególnymi rodnikami. Powstały wodór (i) jest materiałem palnym. Występuje jednak w tej reakcji w postaci cząsteczkowej, czyli niereaktywnej, dlatego musi ulec rozbiciu na rodniki. Reakcje e-l są to tzw. reakcje podstawowe rozgałęzienia łańcucha. Z chwilą powstania tlenku węgla zaczyna się tzw. terminacja, czyli zakończenie reakcji łańcuchowej. Polega to na dezaktywacji wolnych rodników poprzez przekształcenie ich w cząsteczki. W reakcji m-o powstały związki obojętne plus rodnik H^* , wchodzi on następnie w reakcję wg schematu p-s. W ten sposób przebiega każda reakcja spalania paliwa gazowego. 9.Utlenianie -promotory, inhibitory, srodki ognioochronne Utlenianie polega na egzotermicznej reakcji chemicznej materialu z tlenem, może zachodzic w roznych temperaturach z rozna szybkoscia (jest to ilosc substancji utlenionej w jednostce czasu). W warunkach normalnych proces utleniania zachodzi z niewielka szybkoscia (np. rdzewieniw metali, schniecie farby, butwienie zwiazkow organicznych). W wyzszych temperaturach szybkosc ta bardzo wzrasta. Proces utleniania tlumaczy się przylaczeniem tlenu co zwiazane jest z podwyzszeniem stopnia utleniania pierwiastka. Utlenianie stanowi każdy proces chemiczny podwyzszajacy wartosciowosc pierwiastka. Proces utleniania może nastapic nie tylko przez dzialanie samego tlenu ale tez zwiazkow bogatych w tlen, zdolnych do oddawania go, zwiazki te to utleniacze np. KMnO4, KClO3, Na2O2, HNO3. Inhibitory to zwiazki opozniajace szybkosc spalania. Inhibitory opozniajace szybkosc tlenia- chlorki, wodorotlenki 1 i 3 grupy UK (AlCl3, CaCl3, HgCl2*6H2O). Srodki ognioochronne- ich zadaniem jest opoznianie spalania i zwiekszenie ognioodpornosci materialow polimerowych lub modyfikowanie ich zachowan w plomieniach w okreslonych warunkach uzytkowych przy minimum pogorszenia jego wlasnosci uzytkowych np. antypireny halogenowe i polimerowe (zwiazki alifatyczne, cykloalifatyczne, aromatyczne, zwiazki Cl Br, organiczne zwiazki F, wodorotlenek Al), nieorganiczne zwiazki ognioochronne- wypelniacze, plastyfikatory ;; halogeny- zwiazki antymonu (przyspieszaja dehydratacje i odwodnienie co prowadzi do tworzenia warstwy zweglonej i zaniku spalania;; zwiazki fosforowe. Promotory tlenia- sole 1 grupy ukladu okresowego (sod , lit) ktσre powoduja ze wegiel przechodzi w sztywna strukture (chlorek litowy, sodowy, wodorotlenek litowy, sodowy, azotan sodu, siarczan chlorek zelaza). Podczas spalania duza role odgrywaja wolne rodniki, im wieksze stezenie tych rodnikow tym szybciej zachodzi reakcja spalania. Rodniki te sa promotorami reakcji spalania. Inhibitorami reakcji spalania sa atomy roznych pierwiastkow, ktσre obnizaja stezenie rodnikow w plomieniu, powodujac tym samym zmniejszenie szybkosci spalnania az do calkowitego jej przerwania. 10. Źródło ciepła - definicje, typy, przykłady źródeł ciepła ich kaloryczność, moc,temp. Symulatory pozaru. Źródło ciepła (bodziec energetyczny)-dowolny impuls cieplny, mający niezbędny (wystarczający w danych warunkach ) zapas energii cieplnej do zapoczątkowania reakcji spalania. Podzial źródeł ciepla ze względu na obszar i sposób oddziaływania inicjatora: 1.Punktowe(Q+ światło), są to takie bodźce, które oddziałują na ściśle określoną powierzchnie lub objętość (temp.pow.400ºC), zaliczamy do nich: a)płomień- przestrzen w której spala się faza gazowa z emisja swiatla. Czesc ciepla generowana z plomienia przenoszona jest do materialu a czesc odprowadzana do otoczenia (płomień zapalki-800, płomień papierosa- 700) b)żarzący się element np. drucik z zarowki c)iskra np. elektryczna- rozgrzane od 600- 2000 kelwinow cialo w stanie gazowym oddziałujące na mieszanine palna 2.Ciagle każdy impuls cieplny który oddzialywuje cieplnie przez jakis okres czasu niepunktowo na wieksza powierzchnie, przy czym ma on tylko taki zapas energii (ciepla) który nie powoduje swiecenia tego bodzca np. powierzchnie grzejne instalacji przemysłowych jak piec, kaloryfer. Podzial źródeł ciepla ze względu na ilość ciepła dostarczona przez źródło do układu palnego w stosunku do wartości ciepła spalania jednostki masy paliwa. -niskoenergetyczne małe Q-kilka do kilkunastu kJ, -wysokoenergetyczne -duże Q- duża moc strumienia ciepła kJ, MJ.Źródłem ciepła jest nawet najmniejszy impuls ciepła lecz nie każdy impuls wystarczy, by on świecił, musi on być wystarczająco duży. Oprocz źródeł ciepla powodujących reakcje spalania istnieja tez źródła ciepla symulujące warunki cieplne w I fazie pozaru. Symulatory pozaru: a)jednorodne (o dzialaniu lokalnym- oddziaływujące przez bezpośrednie zetkniecie się materialu ze źródłem, lokalne efekty- pozar fotela stosy drewna, duza ntensywnosc pozaru (140-170 KW/m2)- stosowane przy badaniu palności materiałów mających zastosowanie w lotnictwie i w podziemnych obiektach transportowych), b)kombinowane (łączone) to taki typ symulatorów pożarowych, które oddziałują na materiał palny jednocześnie płomieniem i warstwą tlącą lub żarzącą się (powierzchnie nie rozłożone). Temperatura źródła ciepła ma maksymalną wartość w obszarze działania źródła ( płomień). 11.Iskra elektryczna. ISKRA- krotkotrwale zjawisko cieplne i świetlne zachodzące w mikroobszarze przestrzeni sporadycznie z częstotliwością nieuporzadkowana Iskra elektr.- zjonizowany gaz ogrzany do temp. od 6000-20000 K. Temp. zależy od parametrów obwodu elektrycznego. Problem zaplonu od niej polega na tym ze musi ona posiadac pewna energie (MEZ) która jest wystarczajaca do ogrzania mieszaniny palnej do jej temperatury zaplonu. Mechanizm zapłonu od iskry elektr. polega na wytworzeniu się w mieszaninie odpowiedniego bilansu cieplnego. Po stronie dochodów ciepła jest ciepło, które dostarcza iskra oraz ciepło utleniania się tej mieszaniny zwane ciepłem reakcji. Po stronie strat jest ciepło wypromieniowane z mieszaniny do otoczenia. Jeśli straty ciepła przewyższą akumulację ciepła wtedy iskra nie ma wystarczającej zdolności zapłonowej, aby zapalić mieszaninę. W chwili, kiedy mieszanina palna osiągnie temp. samozapłonu wtedy straty ciepła są równoważone ciepłem reakcji. Taka temp. odpowiada krtytycznej wartości promienia mieszaniny palnej zapalonej przez iskrę. Problem zapłonu polega na tym, że iskra musi mieć pełną energię (MEZ), która jest wystarczająca do ogrzania mieszaniny do jej temp. samozapłonu.Aby zaistniały te warunki musi być odpowiedni stan cieplny mieszaniny. Stan cieplny mieszaniny zależy od objętości mieszaniny, która przyjmuje ciepło od iskry, od ilości ciepła, którą przekazuje iskra oraz od sposobu dystybucji tej energii cieplnej w przestrzeni międzyelektrodowej. Im mniejszej objętości mieszaniny jest oddawane ciepło. tym szybciej się ona zapala i ma wyższą temperaturę. Zakładamy, że mamy stechiometryczną mieszaninę metanu z powietrzem, tzn. 8,8% CH₄ a reszta powietrze. Temp. samozapłonu CH₄ wynosi 620⁰C, temp. spalania tej mieszaniny wynosi 1300⁰C. Jeśli ciepło iskry jest przekazywane np. objętości 1,24 mm³, to aby ją ogrzać do temp.700⁰C musimy dać strumień ciepła 3,7 kJ w czasie 3,4 ms, natomiast jeżeli w tych samych warunkach ten sam strumień ciepła będzie ogrzewał 0,98 mm³, to wzrost temp. do 1300⁰C nastąpi po 2 ms. Czyli promień mieszaniny decyduje o transmisji ciepła i jego rozprzestrzenianiu się. Warunkiem zapłonu mieszaniny od iskry elektrycznej jest relacja między temperaturą spalania tej mieszaniny, a jej temp. samozapłonu. Jeśli iskra przeskakuje przez mieszaninę -oddaje część ciepła, czyli ochładza się, a mieszanina nagrzewa. Warunkiem powstania zapłonu jest zrównoważenie bilansu cieplnego w objętości mieszaniny. Wówczas temp. iskry osiąga (wewnątrz mieszaniny) temp. zapłonu tej mieszaniny, straty ciepła są równoważone ciepłem redukcji(spalania). Warunkiem aby mieszanina w całej objętości nagrzała się do temp. samozapłonu jest, aby promień mieszaniny był równy lub większy od: r ≥ 2 √δ_m gdzie δ_m - grubość czoła płomienia ( cienka, zewn. warstewka płomienia mająca najwyższą temp. w płomieniu). Warunek ten jest spełniony jeżeli promień krytyczny mieszaniny jest dużo większy od 10-cio krotnej grubości czoła płomienia: r_kr >> 10 δ_m 12Minimalna 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 mJ, Ciecze 0,01 mJ 0- 0,1 mJ (zależy od ciepła parowania), Pyły 1 mJ - kilkuset mJ. Najbardziej niebezpieczne ciecze: dwusiarczek wegla, eter dwuetylowy- MEZ=0,01mJ, ropa naftowa 0,1mJ; Plyty polistyrenowe np. winylobenzen MEZ=kilkaset mJ. Dla pylow osiadłych MEZ od 1 do 10, a dla aerozoli w powietrzu od 10 do 100. 13. Co to jest materiał palny i materiał niepalny. Materiał palny -jest to taki materiał, który utlenia się w warunkach normalnych lub po podgrzaniu ulega rozkładowi termicznemu, którego produkty są palne (np. drewno, produkty celulozowe.) Materiał niepalny - jest to taki materiał, który nie utlenia się w warunkach normalnych lub nie ulega rozkładowi termicznemu lub też ulega rozkładowi termicznemu dając niepalne produkty rozkładu. (np. wszystkie węglany, krzemiany, marmury, cegły, żelbet, beton) 14. Co to znaczy bezwładność cieplna materiałów i jak wpływa ona na zapalność materiałów. Bezwładność cieplna - jest to iloczyn gęstości, ciepła właściwego oraz współczynnika przewodnictwa ciepła. Im bezwładność cieplna materiałów jest mniejsza tym materiały mają większą podatność do zapoczątkowania reakcji spalania i odwrotnie. Przy dużych wartościach bezwładności substancja jest trudnozapalna lub nie pali się w ogóle. 15.spalanie mieszanin gazowych. Granice zapalności, wpływ na nie roznych czynnikow, wykorzystanie tych granic w PSP Gazy mogą spalac się zarówno dyfuzyjnie jak i kinetycznie. Największe zagrozenie jest wtedy gdy gaz spala się kinetycznie gdyz paliwo gazowe i powietrze jest przed zaplonem wstępnie zmieszane. SPALANIE KINETYCZNE: zaplon- bez wzrostu ciśnienia, przewodnictwo, promieniowanie; wyfukniecie- wzrost ciśnienia do 15kPa, przewodnictwo promieniowanie; wybuch- wzrost ciśnienia do 100kPa, przewodnictwo promieniowanie; detonacja- wzrost ciśnienia powyżej 100, adiabatycznie. W celu zapoczątkowania reakcji spalania w mieszaninie palnej niezbędne jest dostarczenie energii cieplnej w postaci iskry elektrycznej. W wyniku zaplonu mieszaniny powstaje czolo plomienia przemieszczającego się już samoczynnie przez cala pozostałość mieszaniny. W takich warunkach spalanie przebiega z dużymi szybkościami. Mieszanina palnych par i gazow może ulec zaplonowi tylko wtedy gdy stężenie składnika palnego zawiera się w określonych granicach (DGW, GGW). DGW- najniższe stężenie składnika palnego w mieszaninie mieszaninie powietrzem lub innym gazem utleniającym przy której zaplon jest już możliwy. Przy DGW jest duzy nadmiar powietrza, uzyskane temperatury są zbyt niskie do ogrzania nastepnej warstwy mieszaniny powyżej temperatury samozapłonu. GGW- najwyższe stężenie składnika palnego w mieszanie przy której zaplon jest jeszcze możliwy. Im wiekszy jest zakres wybuchowości tym bardziej niebezpieczne są substancje. Wpływ na DGW i GGW maja: a)temperatura- wraz z jej wzrostem zakres wybuchowości zwieksza się z wyjątkiem CO b)ciśnienie- obniżenie poniżej atmosferycznego wpływa na powolne zwężenie granic az do całkowitego zaniku. Podwyższenie ciśnienia ponad atmosferyczne wpływa rozszezajaco na granice wybuchowości a wszczegolnosci podnosi gorna wyjatek CO zwiekszenie ciśnienia powoduje obniżenie GGW c)domieszka gazow obojętnych- dodatek tych gazow powoduje zmniejszenie zakresu, jeżeli domieszka wynosi 20-40% obszar wybuchowości zanika d)energia źródła zaplonu- jej wzrost powoduje rozszerzenie zakresu e)kierunek propagacji plomienia- najszerszy zakres wybuchowości uzyskuje się przy rozprzestrzenianiu plomienia ku gorze, a najmniejszy ku dolowi. Zastosowanie w przepisach PSP- oznaczenie granic wybuchowości gazow i par pozwala na ocene zagrozenia wybuchem pomieszczen oraz przestrzeni zewnętrznych i w konsekwencji wyznaczenia stref zagrozenia wybuchem. Klasyfikacja stref zagrozenia wybuchem Z0- strefa w której mieszanina wybuchowa gazow, par może występować stale lub długotrwale w normalnych warunkach pracy Z1- strefa w której mieszanina wybuchowa może występować w normalnych warunkach pracy Z2- strefa w której istnieje niewielkie prawdopodobieństwo wystapienia mieszaniny wybuchowej gazow, par przy czym mieszanina ta może występować tylko krotkotrwale. 16.Wybuch deflagracyjny jest to taki wybuch chemiczny podczas którego powstala energia cieplna zgromadzona w produktach spalania przekazywana jest od warstwy spalajacej się do warstwy nieobjętej spalaniem na drodze przewodnictwa i promieniowania. Deflagracja charakteryzuje się tym ze szybkość rozprzestrzeniania się czola plomienia w mieszaninie jest stala i zalezna od ilości ciepla przekazywanego do mieszaniny od gazow. Spalanie deflagracyjene nazywane jest wolnym spalaniem i przebiega z prędkością poddzwiekowa. Mechanizm rozprzestrzeniania się wybuchu opiera się na transferze ciepla (na drodze przewodnictwa i promieniowania w cialach stalych, na drodze przewodnictwa, promieniowania i konwekcji w gazach). Typowa szybkość wybuchu może zmieniac się od niskich wartości cm/s do szybkości poddźwiękowych ok. 300m/s. deflagracja pylow i gazow w powietrzu przebiega zwykle w temperaturach 1500-3000K. Wybuch, który przebiega przy początkowym normalnym ciśnieniu atmosferycznym rozwija ciśnienie absolutne 7-10bar. Wybuch deflagracyjny może mieć rozna sile. Do jej oceny uzywa się zwykle wielkości: -maksymalna szybkość wzrostu ciśnienia,-maksymalne ciśnienie,-czas trwania wybuchu,-czas indukcji-od momentu zapalenia do początku wybuchu. Ponieważ czas trwania wybuchu jest bardzo krotki to maksymalne ciśnienie maleje w czasie az osiągnie wartość ciśnienia normalnego ( wykres ) .Najwiekszy przyrost ciśnienia otrzymuje się w układach jednofazowych a najmniejszy w mieszaninach wielofazowych .( dla acetylenu pmax=10 kG/cm2). Od czego zalezy wybuch deflagracyjny: a)zdolność do tworzenia mieszanin wybuchowych, określony jest współczynnik dyfuzji który zalezy od gęstości substancji palnej im lżejszy gaz tym współczynnik wiekszy b)zdolność do dyssypacji- ciezkie gazy nie maja tej zdolności zawieszaja się w powietrzutworzac mieszanine wybuchowa c)możliwość wystepowania przenośnych źródeł ciepla d)odpowiednia ilość materialu eksplodującego. Ocena własności wybuchowych mieszaniny: -DGW, GGW,-temperatura zaplonu,-stezenie tlenu przy którym spalanie zostaje przerwane (jeżeli material nie ma w sobie tlenu to nie pali się gdy jest 18% tlenu w powietrzu, a kiedy zawiera w sobie 50% to pali się bez dostępu tlenu), MEZ, temperatura samozapłonu, samoogrzewanie się, podatność do zapalenia w wyniku ddzialywania fali uderzeniowej lub tarcia, tendencja do detonacji. ZASIEG można określić ze wzoru L=(E/Po) do 0,33) E-energia wydzielajaca się podczas spalania się gazow i pary. L i E zalezy od substancji która wybucha.17.Definicja detonacji. Różnica między detonacją a deflagracją. Detonacja - samoistna, samorozprzestrzeniająca się fala uderzeniowa sprzężona z chemiczną reakcją spalania. Detonacja polega na tym ze w wyniku zaplonu mieszanki pylowopowietrznej powstaje płomień laminarny który generuje fale ciśnieniowe. Wytworzonych za fala przeplyw turbulizuje płomień zwieksza jego prędkość prędkość intensyfikuje generacje fal ciśnienia. Fale te ograniczając się tworza silna fale uderzeniowaktora powoduje samozapłon mieszaniny i powstanie fali detonacyjnej. Detonacja przebiega z bardzo duza i stala prędkością liniowa rozprzestrzeniania wynoszaca dla pylow nawet do kilku tys m/s.W strefie przemiany powstaje wysoka temperatura 1800-2000C. Fala uderzeniowa poprzedzajaca fale detonacyjna jakby podpala czynnik powodując nagla zmiane stanu skupienia i nagly wzrost ciśnienia rzedu kilku MPa. Porównanie niebezpieczeństwa detonacji i deflagracji: a)gazy ciśnienie max detonacji Pmax>Pmax deflagracji b)ciecze i c stale Pmax detonacji>>Pmax deflagracji c)we wszystkich stanach skupienia max szybkość wzrostu ciśnienia dla detonacji>>>od tej szybkości dla deflagracji. Za to deflagracja jest najbardziej niszczącym typem wybuchu i może przejść w detonacje. Aby zaszla detonacja nie może być układ otwarty gdyz cieplo ulega dyssypacji i nie ma warunkow do zagęszczania się mieszaniny. ROZNICE MIEDZY DETONACJA A DEFLAGRACJA: O ile falę uderzeniową można zdefiniować jako bardzo małą objętość, w której następuje skokowy wzrost ciśnienia powstały w wyniku nakładania się cząstkowych fal ciśnieniowych, o tyle fala detonacyjna jest to fala uderzeniowa zasilana przez reakcję spalania. W przypadku deflagracji mechanizm rozprzestrzeniania się wybuchu opiera się na transferze ciepła natomiast mechanizm rozprzestrzeniania się detonacji nie jest oparty na przenoszeniu ciepła, ale na bardzo szybkim i ostrym sprężaniu przebiegającym w fali uderzeniowej. Granice wybuchu deflagracyjnego są stosunkowo szerokie (szczególnie dla gazów) natomiast granice wybuchu detonacyjnego są bardzo wąskie (z wyjątkiem acetylenu i wodoru). Przy deflagracji jest znacznie większe prawdopodobieństwo trafienia stężenia pomiędzy DGW a GGW niż w przypadku granic detonacyjnych ( z wyjątkiem acetylenu i wodoru ). Minimalne energie zapłonowe (MEZy) dla deflagracji są bardzo niskie a da detonacji bardzo wysokie. Charakterystyczną cechą jest prędkość rozprzestrzeniania się wybuchu- w przypadku wybuchu deflagracyjnego max. 100 m/s natomiast wybuchu detonacyjnego od 800 m/s (pary cieczy) do kilku km/s (gazy- acetylen, wodór ok.3 km/s). Fale ciśnienia przy deflagracji są ciagle i słyszalne, a fala uderzeniowa jest nieciagla i nie ma efektow dźwiękowych. Przy deflagracji fala ciśnienia i płomień są oddzielone (fala poprzedza front plomienia), a fala uderzeniowa i wybuch przy detonacji przebiegaja razem. 18.Temperatura samozapłonu gazow jest to najnizsza temperatura do jakiej należy ogrzac substancje aby ulegla ona samorzutnemu zapaleniu bez udzialu punktowego bodzca energetycznego. Temperatury samozapłonu gazow mieszcza się w zakresie 400-600C np. metan-700, amoniak-540, etylen-455, etan-470, wodor-530. przyczyna tak wysokich temperatur samozapłonu gazow jest to ze nie akumuluja ciepla dlatego trzeba dostarczyc wiecej ciepla aby dany gaz ulegl samozapłonowi. Temperatura ta jest uwarunkowana tym ze gazy przemysłowe to gazy diatermiczne, szczególnie dotyczy to gazow o symetrycznej budowie czasteczek, stad tez ich temperatury powyżej 500C, wyjątkiem jest acetylen (czysty C2H2-305C, techniczny w butlach, zanieczyszczony H2S i fosforowodoran PH3-140C) 19.Iskra mechaniczna. Mamy 3 definicje pojęcia „iskra mechaniczna”. Iskry mechaniczne są to cząstki masy oderwane od podłoża wskutek oddziaływania mechanicznego (tarcia lub uderzenia), ogrzane do takiej temperatury, że świecą i przemieszczające się w środowisku z określoną prędkością. Iskra mechan. jest to iskra, która powstaje w wyniku tarcia, uderzenia, spawania albo stałych powierzchni jedna o drugą, albo też powierzchni rozdrobnionych o powierzchnie starte, albo pow. stałych rozdrobnionych o pow. rozdrobnione. Iskra mechan. jest ot oddzielona od podłoża cząstka masy, rozżarzona do temperatury, w której zachodzą zjawiska świetlne; przemieszczająca się w środowisku z określoną prędkością. Iskry mechaniczne możemy podzielić na: tarciowe (powstają w przypadku tarcia 2 ciał metalicznych) i udarowe (powstają podczas zderzenia 2 ciał metalicznych lub ciała metalicznego z niemetalicznym. Uderzenie polega na dynamicznym kontakcie ciał poruszających się ukośnie względem siebie. W czasie uderzenia energia kinetyczna ciała zostaje zamieniona na energię odkształcenia sprężystego, plastycznego oraz ciepło. W czasie uderzenia w warstwie powierzchniowej w czasie 10^-4÷10^-3 s tworzy się bardzo wysoka temp. (ponad 1000^οC). Ta oderwana cząstka ogrzana do wysokiej temp. nazywa się iskrą udarową. Ze względu na własności chemiczne iskry mechan. dzielimy na: 1.Iskry mechaniczne aktywne (czynne)- w miare wzrostu odległości od miejsca powstania traci mase a wzrasta jej temperatura, reagujące z otaczającym je środowiskiem, powstaje w czasie reakcji termitowej i jest najbardziej niebezpieczna gdyz jej temperatura ok. 2000C przewyzsza temperatury samozaplonu wszystkich cial palnych. 2.Iskry mechanicznie bierne- w czasie lotu nie wzrasta ich temperatura a energia w nich zawarta ulega rozproszeniu w atmosfere, nie reaguja z otoczeniem z powodu: natury chemicznej np. sama jest tlenkiem lub ulega pasywacji; natury termodynamicznej np. duza energia aktywacji reakcji utleniania. MECHANIZM ZAPLONU od iskry mechanicznej (czynnej) powstaje podczas spawania elektrycznego. Najczęściej elektrody spawalnicze składają się ze stali niskostopowej (tzn. zawierają 96% Fe i 4% C). Załóżmy, że odrywa się kawałek elektrody, np. o średnicy 2cm. Na skutek sił grawitacji kawałek ten leci na dół i ogrzewa się w wyniku 2 zjawisk: na skutek okopu powietrza (tarcie) i utleniania; podnosi się temperatura tego rozrzutu. Na skutek zmiany temp. powietrza istniejącego w otoczeniu tego rozrzutu w stos. do zimnego powietrza następuje zmiana przepływu powietrza w otoczeniu rozrzutu z laminarnego w turbulentny. Na skutek utleniania żelazo (Fe) przechodzi w Fe₂O₃, natomiast węgiel zawarty w stali utlenia się do CO i CO₂ tworząc zewnętrzną otoczkę gazową. Przy dalszym opadaniu rozrzutu (przy jego bardzo wysokiej temp.) wzrasta prężność otoczki zewnętrznej, co powoduje, że pęka ona rozpryskując materiał rozrzutu i tzw. żużla na różne odległości. W dalszym ciągu opadania tego rozrzutu zjawisko to postępuje coraz głębiej, co powoduje dalszy wzrost temp. i w pewnej odległości powstanie, z całej masy materiału stałego zawartego w żużlu, dużej ilości rozprysków spawalniczych. Zmiana temp. rozrzutu spawalniczego przy spadaniu pionowym rozrzutu w funkcji odległości od miejsca jego powstania przy spawaniu elektrycznym, w którym odpadająca elektroda leci pionowo w dół, na 1m² podłoża, na które ona spada może powstać kilkadziesiąt drobnych rozrzutów spawalniczych. Temperatura żużli spawalniczych w funkcji odległości od miejsca spawania (rozrzut poziomy). Iskra mech.- jest to oddzielona od podłoża cząstka masy, rozgrzana do takiej temp., że występują zjawiska świecenia i przemieszczająca się w środowisku z określoną prędkością. Dzielimy je na: 1. Iskry tarcicowe: powstają w przypadku tarcia dwóch ciał mechanicznych, głównie metali dobrze przewodzących ciepło 2.Iskry udarowe: powstają podczas zderzenia się dwóch ciał metalicznych lub ciała metalicznego z ciałem niemetalicznym np. beton. W chwili zderzenia Ekin zamieniana jest na energ. odkształcenia sprężystego lub plastycznego, a w miejscu uderzenia w warstwie powierzchniowej o grubości ułamka mm wytwarza się wysoka temp. rzędu 1200K. 20. Różnica między czynną i bierną iskrą mechaniczną. Sposób oceny zdolności zapłonowej iskry mechanicznej. Ze względu na własności chemiczne iskry mechan. dzielimy na aktywne (czynne) i bierne. Iskra mechaniczna czynna jest to taka iskra, która reaguje z otoczeniem. Do iskier takich zalicza się przede wszystkim rozrzut spawalniczy.Przykładem iskry aktywnej są wszystkie iskry tworzące się w wyniku tzw. reakcji termitowej. Reakcja ta przebiega wg następującego zapisu: 2Al+Fe₂O₃=2Fe+Al₂O₃+ciepło. Z 2gramo-atomów Al powstaje ok. 1000kJ ciepła, co powoduje, że cząstka ogrzana jest (ogrzewa się) do temp. ponad 2000°C. Jest to jedna z najbardziej niebezpiecznych iskier, ponieważ jej temp. przewyższa wszystkie temperatury samozapłonu wszystkich ciał palnych. Iskra ta w miare wzrostu odleglosci od miejsca powstania traci swoja mase a wzrasta jej temperatura. Iskry bierne są to takie iskry, które nie reagują z otoczeniem (np. blacha miedziana; nie utlenia się mimo, że po uderzeniu odrywa się cząstka-kawałek o wysokiej temp.) Do iskier biernych zaliczamy takie iskry, które: a) są metalami, które szybko ulegają pasywacji, tzn. pokrywają się swoim własnym tlenkiem, a więc nie może przebiegać dalszy proce ich utleniania, co powoduje, że w czasie lotu nie wzrasta ich temp., a wręcz przeciwnie-energia cieplna zawarta w takiej cząstce ulega rozproszeniu w atmosferze (np. miedź, brązy, beryle, stopy miedzi) b)są natury termodynamicznej, tzn. są to takie cząstki mechaniczne, które do utleniania i w konsekwencji do spalania potrzebują bardzo dużych energii.Temperatura iskry biernej jest największa w chwili oderwania się od podłoża, a później temp. ta maleje. 21. Produkty spalania, od czego zależy ich kaloryczność, jak oblicza się Temperatura Spalania. Produktami spalania - nazywamy produkty powstające w wyniku reakcji spalania. W warunkach pozarowych produkty o roznych stanach skupienia wspolistnieja ze soba w obszarze spalania i przemieszczania się ciepla czyli w kolumnie konwekcyjnej ognia. Produkty spalania ze względu na stan skupienia dzielimy na: gazowe (CO2, CO, H2), ciekle(woda), stale (pozostalosci popirolityczne). Produkty spalania można podzielic tez na: calkowitego spalania- produkty powstale podczas spalania nie majace zdolnosci do dalszego utleniania w warunkach w których były otrzymane (CO2, H2, SO2, F2O5); niecalkowitego spalania- produkty powstale podczas spalania przebiegajacego przy ograniczonym doplywie powietrza np. CO, F2O3. Kalorycznosc produktow spalania zalezy od: rodzaju materialu palnego, wspolczynnika nadmiaru powietrza α, wysokosci w ktorej mierzymy temperature. Produkty spalania charakteryzują reakcję spalania, umożliwiając wyliczenie różnych parametrów charakterystycznych dla tej reakcji, np. : temperatura spalania. Rozróżnia się wilgotne i suche produkty spalania. Wilgotnymi produktami spalania-nazywamy całkowitą objętość tworzących się w procesie spalania produktów łącznie z tworzącą się podczas spalania para wodną. Jeśli w objętości powstałych produktów spalania nie uwzględni się objętości pary wodnej, produkty te nazywają się suchymi produktami spalania. Skład produktów spalania wyraża się w procentach objętościowych lub m³ liczonych na kg substancji palnej. Temperaturę spalania oblicza się ze wzoru: T_sp= Q_sp/(ϑ'c'+ϑ”c”).[Q_sp- ciepło spalania T_sp- temperatura spalania ϑ'-teoretyczna objętość produktów spalania ϑ”-objętość nadmiaru powietrza c'- średnie ciepło właściwe produktów spalania c”- średnie ciepło właściwe powietrza w temperaturze od T do T_max] drugi sposσb 1)napisac reakcje spalania w ktorej cieplo jest dane 2)ustalic objetosc produktow spalania w molach 3)obliczyc entalpie dzielac cieplo spalania przez sume produktow (moli) 4)uwzgledniajac entalpie dla produktu ktσrego jest najwiecej zalozyc temperature T1 i obliczyc sume entalpii w tej temperaturze 5)temperature zakladamy tak dlugo az uzyskamy dwie wartosci sum entalpii jedna wieksza a druga mniejsza od naszego ciepla spalania 6)temperature spalania oznaczamy metoda interpolacji z wzoru (T1-Ts)/(T1-T2)=(Q1-Qs)/(Q1-Q2). Objetosc produktow spalania zalezy od: budowy chemicznej paliwa, wspolczynnika α, szybkosci rozkladu termicznego, wystepowania w produktach spalania cial stalych, temperatura spalania, cisnienia, stezenia O2 w atmosferze (powietrzu), ilosc materialu i jego podatnosc do przechodzenia w stan lotny (cieplo gazyfikacji) 23.Spalanie Cieczy. Co wpływa na ten proces, szczególnie na szybkość jego przebiegu. Spalanie cieczy zachodzi w ten sposób ,że nie pali się ciecz ale palą się jej pary. Każda ciecz przed zaistnieniem zjawiska spalania musi przejść w stan lotny co wiąże się z wykorzystaniem dostarczanej energii z zewnątrz. Pali się mieszanina par cieczy z powietrzem pod warunkiem że stężenie par mieści się w granicach wybuchowości. Aby powstala mieszanina par cieczy z powietrzem zapalila się ciecz musi osiagnac temperature zaplonu lub wyzsza a ilosc tlenu w mieszaaninie nie może być nizsza niż 12 %. Kiedy temp cieczy jest rowna lub wyzsza temp zaplonu, mieszanina par z powietrzem znajdujaca się nad ciecza ulega zaplonowi po wprowadzeniu do niej zrodla ciepla posiadajacego niezbedna enrgie do ogrzania tej mieszaniny do temperatury samozaplonu . Ciecze mogą zapoczatkowac reakcje spalania w różny sposób : a) od punktowego bodzca - zaplon ; b) od ciaglego bodzca - samozaplon ; C) mogą ulec samonagrzewaniu tzn. nie dostarczamy do cieczy ani punktowych ani ciaglych bodzcow tylko uklad sam musi je wytworzyc w wyniku zachodzacych reakcji chemicznych , zjawisk fizycznych i procesow biologicznych .Podczas spalania cieczy powstaje plomien w ktσrym ma miejsce energetyczne przygotowanie pary cieczy do spalania (ogrzanie, dysocjacja termiczna) a nastepnie mieszanie otrzymanych produktow z powietrzem, utlenianie i spalanie. Spalania mieszaniny przebiega w cienkiej warstwie strefy spalania. Do strefy spalania z powierzchi cieczy dyfunduja pary a z powietrza do plomienia tlen. Konieczne do parowania cieplo jest przekazywane droga promieniowania od strefy spalania plomienia do powierzchni cieczy. W ten sposób w procesie spalania cieczy ustala się rownowaga pomiedzy iloscia ciepla przekazywana droga promieniowania ze strefy spalania do powierzchni cieczy a iloscia ciepla zuzywana na powstanie par dyfundujacych z powierzchni cieczy do plomienia. Jeśli ta rownowaga zostanie naruszona proces spalania zostaje przerwany. Szybkosc spalania zalezy od: a)ilosc ciepla która dochodzi do powierzchni cieczy b)temperatury i obciazenia ogniowego c)ciepla parowania cieczy i jej entalpii d)skladu cieczy e)srednicy zbiornika f)ilosci cieczy w zbiorniku g)szybkkosci reakcji Na proces spalania cieczy wpływ ma prężność pary, dyssypacja (szybkość z jaką rozprzestrzenia się dana para w atmosferze), dyfuzja oraz szybkość parowania. Masowa szybkość spalania jest to ilość gramów cieczy, która spaliła się z jednostkowej powierzchni tej cieczy, w jednostce czasu. m_sp = (Q_F - Q_L)/L_V , jednostka [g/(m²_*s)] {Q_F - ciepło dostarczone z płomienia do substancji palnej [kW/m²] Q_L - straty ciepła z płomienia w czasie spalania [kW/m²] L_V - ciepło gazyfikacji [kJ/g] dla cieczy - ciepło parowania} Q_F jest zależne od ciepła spalania danej substancji. L_V jest funkcją temperatury wrzenia. 24. Jaka jest różnica między spalaniem się cieczy jednorodnych /jedna substacja/ i mieszanin cieczy. Jeśli w czasie pożaru spala się ciecz jednorodna (jeden rodzaj cieczy, np. aceton, spirytus), to wtedy tworząca się warstewka przegrzana, o temp. wyższej niż temp. wrzenia tej cieczy, w czasie spalania nie zmienia swojej grubości. Oznacza to, że w miarę spalania się cieczy w pożarze przesuwa się ona w dół razem z lustrem cieczy. Stala szybkosc spalania ustala się bardzo szybko po rozpoczeciu spalania. Gorna warstwa cieczy ogrzewa się do temperatury wrzenia i nie obserwuje się znacznego przegrzewania się warstwy cieczy polozonej glebiej w zbiorniku. Spalanie się cieczy niejednorodnych w dużych zbiornikach. Sposób spalania się mieszanin cieczy w czasie pożarów dużych zbiorników różni się od sposobu spalanie się cieczy jednorodnych. Wynika to z tego, że mieszanina stanowiąca ropę naftową zawiera składniki o różnej temp. wrzenia. Te składniki, które mają bardzo niskie temp. wrzenia ulegają destylacji frakcjonowanej (rozdział na części), natomiast te, które mają wyższe temp. wrzenia w czasie pożaru opadają w dół. Powoduje to mieszanie się poszczególnych frakcji w wyniku czego warstwa przegrzana powiększa swą grubość i systematycznie przesuwa się w dół. Takie zjawiska jak wykipienie i wyrzut są możliwe tylko podczas pożarów mieszanin cieszy palnych, w których skład wchodzi woda. W cieczach jednorodnych nie zajdzie takie zjawisko. 25.Mechanizm zapłonu cieczy. Zapłon jest to zapoczątkowanie procesu spalania od punktowego bodźca energetycznego (iskra, plomien, rozzarzony element). Miernikiem liczbowym okreslajacym podatnosc do zaplonu jets temperatura zaplonu- najnizsza temperatura cieczy palnej w ktorej wytwarza ona taka ilosc par ze jest zdolna do zaplonu od punktowego bodzca. Rozrozniamy zaplon: a)chwilowy- bodziec rozgrzewa mieszanine ktσra spala sie tylko przez czas kiedy bodziec jest w mieszaninie , taki zaplon nastepuje wtedy gdy podczas spalania tracone jest co najmniej 30% tworzacego się ciepla b)trwaly- bodziec musi ogrzac mieszanine do temperatury samozaplonu aby proces mogl rozprzestrzenic się na cala objetosc mieszaniny. Stężenie par cieczy zależy od prężności pary nasyconej cieczy w danej temp. To ile jest tych par zależy od rodzaju cieczy i temp. Ciecze posiadające wysoką prężność pary mają dużą szybkość parowania i na odwrót. Pary cieczy utleniają się, a nie ciecz. Warunkiem zaistnienia zapłonu jest wytworzenie takiej ilości ciepła w sferze oddziaływania bodźca punktowego energetycznego w fazie gazowej, że temp w tej sferze osiągnie wielkość temp samozapłonu cieczy. Jeżeli jest mało par cieczy to ciepło w wyniku utleniania jest zbyt małe, nie jest przekazywane na dalsze cząsteczki a całe ciepło idzie na straty. Jeżeli jest więcej par to nie całe ciepło idzie na straty ale ogrzewane są inne cząsteczki. Jest tyle ciepła że temp osiąga wartość temp samozapłonu. Płomień powstaje nad bodźcem, przesuwa się później po cieczy i gaśnie. W zbyt niskiej temp jest zbyt mało par, dopiero po podgrzaniu następuje wzrost stężenia par. Zapłon zachodzi szybciej niż samozapłon bo mamy już bodziec energetyczny. Stężenie przy którym zapłon jest już możliwy to DGW. Zapłon jest to stan równowagi bo podgrzewając ciecz ona paruje, a jednocześnie skrapla się. Jest to stan równowagi odwracalnej. Przy zapłonie nie cała mieszanina ulega zapłonowi ale tylko ta, która jest w okolicach bodźca. 26. Opisać mechanizm samozapłonu cieczy. Samozapłon może nastąpić od różnych powierzchni grzewczych <najczęstszy przypadek w przemyśle> do instalacji elektrycznej. Załóżmy że mamy temperaturę początkową T₀ cieczy 20⁰C w tej temp substancji nic się nie dzieje. Załóżmy że mamy T₁ 50⁰C wtedy substancja paruje, utlenia się ale ciepło utleniania jest zbyt niskie, aby ciecz samo nagrzewała się. Załóżmy że mamy T₂ 200⁰C niech to będzie np. benzyna <ciecz o niskiej temp samozapłonu> jeżeli T₂= 230⁰C ciecz ta ogrzeje się to pary w wyniku utleniania zaczną się grzać, że powstaje taka sytuacja, że nawet po odsunięciu tej cieczy od gazowej powierzchni ciecz ta będzie się samo nagrzewała. Wynika to z faktu że spadek temp w tej cieczy w przeliczeniu na jednostkę długości w stosunku do normalnej =0.(^dT/_dn)_n=0 =0 Oznacza to że ciecz nie traci ciepła i zaczyna się powolna akumulacja ciepła. Wystarczy teraz podgrzać tę powierzchnię i w konsekwencji ciecz o minimalną wartość aby bilans cieplny przechylił się. Ciecz ta zaczęła się samo nagrzewać i wystąpiła chemiluminescencja fazy lotnej czyli pojawił się płomień. 27.Wyjaśnić jakie związki wpływają na podniesienie temp samozapłonu cieczy. Temp samozapłonu jest to najniższa temp cieczy w której nad powierzchnią tej cieczy w warunkach jej ogrzewania ciągłymi bodźcami energetycznymi nastąpi samorzutne pojawienie się płomienia. Warunkiem zaistnienia samozapłonu jest to aby prosta strat cieplnych leżała poniżej krzywej wydzielania ciepła. W takich warunkach HRR jest zawsze większa od HLR. 1) Zastosowanie zbiorników ze ścianami żelaznymi <stalowymi> podwyższa temp samozapłonu w stosunku do zbiorników ze ścianami kwarcowymi np. eter dwuetylowy ze 120 do 140C, benzyna z 220 na 260, terpentyna 205 na 230. 2) Na podniesienie temperatury samozaplonu cieczy wplyw maja domieszki antydetonatorow np. dodanie 0,5g/l czteroetylku olowiu do benzyny samochodowej powoduje wzrost temperatury samozaplonu o 150C 3) Temperatury samozaplonu podnosza srodki ognioochronne zawarte w mieszaninie par cieczy z powietrzem- maja one dzialanie ochladzajace, wiaza się z rodnikami (inhibicja w fazie gazowej) np. zwiazki bromu, chloru, jodu, fluoru 4)domieszki gazow obojetnych (N2, CO2) w mieszaninie zwieksza straty ciepla co powoduje podwyzszenie temperatury samozaplonu. 28.Jakie związki wpływają na obniżenie temp samozapłonu cieczy Zastosowanie ścian kwarcowych i platynowych zamiast żelaznych dla eteru dwuetylowego obniża temp ze 140 do 120. Wplyw na temperature samozaplonu maja utleniacze, w tlenie temperatura nizsza niż w powietrzu (O2+N2) np. aldehyd octowy: powietrzu 175C, a w tlenie 159C, CO w powietrzu-609, tlen-587, wodor: powietrze-500, tlen-400. Wszystkie utleniacze dodane do mieszaniny par gazow z powietrzem obnizaja wartosc temperatury samozaplonu np. NO2- dodanie 2,5% utleniacza obnizenie o 205C, azotan izoamylowy C5H11ONO2 dodanie 2% utleniacza obnizenie o 68C. W miarę wzrostu stężenia tlenu w powietrzu i gdy mieszanina styka się z promotorem reakcji spalania - kwarcem i platyną. 29.Szybkość Spalania Cieczy i jak się ją definiuje dla różnych sposobów magazynowania? Szybkość spalania cieczy jest to ubytek masy cieczy w jednostce czasu. M_sp = (Q_f - Q_l)/L_v gdzie: Q_f - ciepło dostarczane z płomienia do danej substancji, Q_l - ciepło strat, L_v - ciepło gazyfikacji. W zależności od sposobu magazynowania rozróżniamy szybkość liniową <mm/min> i szybkość wagową <kg/ m²h>. Szybkość spalania zależy od ilości węgla w danej substancji np. benzen ma dużą szybkość spalania bo zawiera dużą ilość węgla w swoim składzie który podczas spalania bardzo się nagrzewa a potem emitując to promieniowanie nagrzewa lustro cieczy równie mocno co powoduje wyparowanie dużych ilości benzenu z reakcji spalania. 30.Mechanizm przegrzewania się cieczy i jakie skutki. jeśli szybkosc parowania cieczy jest niewielka to cieplo otrzymywane z plomienia zuzywane jest przedewszystkim na ogrzanie cieczy co powoduje w konsekwencji jej przegrzanie w glab. W czasie spalania szybkosc parowania cieczy jest rownoznaczna z szybkoscia spalania ze swobodnej powierzchni. W zwiazku z tym przegrzewanie się cieczy wglab jest tym wieksze im mniejsza szybkosc spalania. Zalozmy ze w zbiorniku o srednicy 15m spala się ciecz jednorodna. Gorna warstwa tej cieczy ogrzewa się do temperatury wrzenia i nie obserwuje się znacznego przegrzania się warstwy cieczy wglab. Ciecze takie maja wieksza szybkosc spalania niż szybkosc przegrzewania dlatego niewielka warstwa przegrzana pod powierzchnia ma stala grubosc i opada w dol Jest ona stała i nie ma wpływy na szybkość spalania cieczy w czasie pożaru. Jeżeli pożar będzie miał miejsce w dużym zbiorniku a ciecz będzie pochodną ropy lub węgla ( mieszanina różnych substancji ) wówczas ma miejsce inny sposób przegrzewania się cieczy w środowisku pożarowym , tzn podpowierzchniowa warstewka przegrzana w czasie spalania poszerza swoją grubość i w miare obniżania się lustra cieczy i spalania się jej może powodować różne zjawiska wtórne- wykipienia i wyrzut. 31. 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. Ponieważ woda rzutuje na temperature przegrzania i szybkosc przegrzewania się danej ropy w zbiorniku to im wieksza zawartosc wilgoci tym nizsza jest temperatura warstwy przegrzanej a wieksza szybkosc przegrzewania. 32. 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. Czesc produktow naftowych (oleje ropa) sa mieszanina zwiazkow chemicznych roznej gestosci, roznej lotnosci i zawartosci wody co powoduje ze tworza one warstwe wody na dnie paliwa. W czasie pozaru tuz pod powierzchnia paliwa tworzy się warstwa przegrzana tzw warstwa o temperaturze wyzszej niż temperatura wrzenia powierzchni cieczy. Ta warstwa przegrzana przesuwa się w dol zbiornika (oddestylowanie produktow lotnych z tej warstwy powoduje wzrost jej gestosci w stosunku do poczatkowej gestosci mieszaniny- przyczyna przesuwania w dol). 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, a to znacznie zwieksza powierzchnie pozaru. Stąd nazwa zjawiska wyrzutu. 33. Jak wielkość zbiornika wpływa na sposób spalania się cieczy? (Rysunek zbiornika) Spalanie się cieczy w zbiornikach w warunkach pożarowych jest funkcją: -wielkości zbiornika(wielkości powierzchni cieczy, -typu cieczy(rodzaju), -czasu spalania się tej cieczy. Aby określić zagrożenie pożarowe np. paliwa w zbiorniku, należy określić jego szybkość spalania. W odniesieniu do cieczy najczęściej określa się tzw. masową szybkość spalania. Masowa szybkość spalania jest to ilość gramów cieczy, która spaliła się z jednostki powierzchni tej cieczy[m²] w jednostce czasu[s]. Czyli mianem jest [g/m²*s] m_sp=(Q_F-Q_L)/L_V [Gdzie: Q_F- ciepło dostarczone z płomienia do substancji [kW/m²], Q_L- straty ciepła z płomienia w czasie spalania[kW/m²], L_V- ciepło gazyfikacji [kW/g] (dla cieczy ciepło parowania) - decyduje najbardziej o szybkości spalania.] W przypadku cieczy w dużych zbiornikach z cieczami, które zawierają paliwa ciekłe przy precyzyjnym określaniu szybkości spalania należy również uwzględnić przewodnictwo ciepła przez ściany zbiornika w czasie pożaru. Najbardziej nagrzewa się ta część ścian, która nie styka się bezpośrednio z cieczą. Powoduje to, że w czasie długotrwałego pożaru, ciepło to przekazywane jest głębiej położonym warstwom cieczy co wpływa w sposób znaczący na powstanie niebezpiecznych zjawisk jakimi są wykipienie i wyrzut. Sposób spalania się mieszanin cieczy w czasie pożaru dużych zbiorników różni się od sposobu spalania się cieczy jednorodnych w dużych zbiornikach. Wynika to z tego, że mieszania stanowiąca ropę naftową zawiera składniki o różnej temperaturze wrzenia. Te składniki, które mają bardzo niską temperaturę wrzenia ulegają destylacji frakcjonowalnej, natomiast te, które mają wyższe temperatury wrzenia w czasie pożaru opadają w dół. Powoduje to mieszanie się poszczególnych frakcji w wyniku czego warstwa przegrzana powiększa swą grubość i systematycznie w czasie pożaru przesuwa się w dół. 34.Zróżnicować opis charakterystyki spektralnej płomienia tworzącego się podczas spalania np.C2H5OH i C7H14 (benzyny). Charakterystyka spektralna płomienia, który tworzy się w czasie pożaru uzależniona jest od zawartości węgla pierwiastkowego w płomieniu. Jeśli zawartość węgla w paliwie jest ponad 50% to wtedy płomień jest silnie świecący, kopcący o dużej gęstości dymu. W paliwach o dużej zawartości tlenu lub braku w strukturze węgla rodzaj emisji zmienia się i płomień może stać się niewidzialny M C2H5OH = 2*12+16+6*1=24+16+6=46 C%=24/46*100%=52%. Zawartość węgla w C2H5OH wynosi 52%, płomień więc powstający podczas spalania etanolu będzie płomieniem jasno świecącym , słabo kopcącym. MC7H14= 7*12+1*14=84+14=98 %C=84/98*100%=85%. Zawartość węgla w C7H14 wynosi 85 % plomien wiec powstajacy jest plomieniem swiecacym ,silnie kopcacym , o duzej gestosci dymu o wiele wiekszej niż plomien C2H5OH. 35. Co różni granice zapalności par a granice zapalności gazów. DGW -najniższe stężenie składnika palnego w mieszaninie z powietrzem lub innym gazem utleniającym, przy którym zapłon jest już możliwy. GGW -najwyższe stężenie składnika palnego w mieszaninie z powietrzem lub innym gazem utleniającym, przy którym zapłon jest jeszcze możliwy. Granice zapalności są wielkościami stałymi, ale zależą od pewnych czynników. Jednym z nich jest temperatura (inne: ciśnienie, domieszka gazów obojętnych, energia źródła zapłonu, kierunek propagacji płomienia). Z wykresu zależności stężenia od temperatury widać wyraźnie, że stężenie par równe DGW w cieczy powstaje dokładnie w ich temperaturze zapłonu. Dlatego temperatura zapłonu i DGW par są ze sobą ściśle związane, Temperatura zapłonu wskazuje najniższą temperaturę cieczy przy której mieszanina par cieczy z powietrzem jest palna, DGW wskazuje stężenie par w tej mieszaninie. To stwierdzenie nie dotyczy gazów, bo gazy nie mają temperatury zapłonu. Gazy ulegają zapłonowi w każdej temperaturze powyżej temperatury wrzenia. Dlatego nie można powiedzieć, że temperatura zapłonu jest ściśle związana z DGW. 36.Mechanizm spalania się ropy naftowej. Niejednorodne i jednorodne. Podczas spalania się cieczy jednorodnch jak np. alkohol , gorna warstwa cieczy ogrzewa się do temperatury wrzenia i nie obserwuje się znacznego przegrzewania się warstwy cieczy polozonej glebiej w zbiorniku. Niewielka warstewka przegrzana znajdujaca się tuz pod powierzchnia nie ulega powiekszeniu i ma stala grubosc ( przegrzewanie cieczy w glab jest tym wieksze im im mniejsza szybkosc spalania ). Wszystkie latwozapalne ciecze jednorodne maja znacznie wieksza szybosc spalania niż przegrzewania , dlatego podczas ich spalania obserwuje się nieznaczna stala szybkosc przegrzewania w glab. Ropa naftowa jest natomiast ciecza nie jednorodna i sposób jej spalania rozni się od spalania się cieczy jednorodnych. Ropa zawiera skladniki o roznej temperaturze wrzenia. Skladniki o bardzo niskiej temperaturze wrzenia ulegaja destylacji frakcjonowanej (rozdzialowi na czesci). Skladniki o wyzszych temperaturach wrzenia w czasie pozaru opadaja w dol. Powoduje to mieszanie się poszczegolnych frakcji, w wyniku czego warstwa przegrzana powieksza swa grubosc i systematycznie w czasie pozaru przesuwa się w dol. Wzrost tej szerokosci zwieksza mozliwosc takich zjawisk jak wykipienie i wyrzut .Przyczyna tych zjawisk jest obecnosc wody która w produktach naftopochodnych jest zwiazana z wydobywaniem ropy . W czasie magazynowania i w poczatkowj fazie spalania woda jest mniej lub bardziej rownomiernie rozlozona w masie cieczy. W wyniku zmniejszania lepkosci gornej warstwy cieczy na skutek nagrzewania się , zawieszone krople wody stopniowo opadaja zatrzymujac się w glebszych warstwach cieczy o stosunkowo duzej lepkosci. Jednoczesnie krople nagrzewaja się i gdy osiagna odpowiednia temperature wyparowuja. Wytworzona para wodna powoduje spienienie cieczy. 37. Klasyfikacje cieczy obowiązujące w PSP. Rozporządzenie ministra gospodarki z dnia 20 września 2000r. w sprawie warunków technicznych jakim powinny odpowiadać bazy i stacje paliw płynnych, rurociągi dalekosiężne do transportu ropy naftowej i produktów naftowych i ich usytuowanie; §3. W rozumieniu niniejszego rozporządzenia ropę naftową i produkty naftowe, z wyjątkiem gazu płynnego, w zależności od temperatury zapłonu zalicza się:a) do I klasy-ropę naftową i produkty naftowe o temperaturze zapłonu do 296,15 K (23°C); b)do II klasy - produkty naftowe o temperaturze zapłonu wyższej od 296,15 K (23°C) do 334,15 K (61°C); c)do III klasy - produkty naftowe o temperaturze zapłonu wyższej od 334,15 K do 373,15 K (100°C). Ogolnie ciecze liasyfikuje się na 3 klasy niebiezpieczenstwa pozarowego : a)ciecze niebezpieczne pozarowe Tz<= 55C; b) ciecze palne 55C<Tz<=100; c) nie klasyfikowane >100C. 38. Mechanizm spalania się materiałów stałych (zanalizować wpływ termostabilności, ciepła gazyfikacji, ciepła dysocjacji na podatność do inicjacji reakcji spalania). Spalanie się palnych stałych materiałów organicznych ma pewną specyfikę, która różni się od spalania palnych nieorganicznych materiałów stałych. Stały palny materiał nieorganiczny: np.:siarka, aluminium (metale, niemetale) nie ulegaja rozkladowi termicznemu (musialaby zajsc reakcja termojadrowa). Siarka podczas ogrzewania topi się, aluminium się topi i nie ulega rozkładowi termicznemu! Aby proces spalania materiałów palnych organicznych zachodził w sposób ciągły, tak jak odbywa się to w środowisku pożarowym to pewna ilość energii z płomienia musi być zwrócona do powierzchni materiału palnego. Ponieważ w czasie spalania 70% ciepła jest wypromieniowywane jako strumień ciepła promieniowania a strumień ten rozchodzi się we wszystkich kierunkach, część tego strumienia- zwany energią zwróconą wraca z powrotem do powierzchni materiału palnego. Im wyższy ten strumień tym większa szybkość spalania. Rozkład termiczny ciał stałych jest to rozkład ciała stałego pod wpływem strumienia ciepła na produkty lotne i pozostałość zwęgloną (pozostałość może występować lub nie). Ciepło gazyfikacji jest to ilość ciepła, którą trzeba dostarczyć do jednostki masy paliwa aby otrzymać 1g produktów lotnych (kJ/g). Ciepło gazyfikacji Lv jest decydującym elementem w szybkości tworzenia się środowiska pożarowego, im jest ono mniejsze tym szybkość spalania materiałów stałych jest większa. Lv dla materiałów stałych jest większe niż dla cieczy. Dla paliw zwęglających się Lv jest inne niż dla nie zwęglających się, czyli m=Q_pł/Lv (intensywność spalania w środowisku pożarowym). Wszystkie tworzywa termoplastyczne mają z reguły niższe ciepła gazyfikacji, stąd też wyższą szybkość spalania a termoplastyczne mają wysokie ciepła gazyfikacji i wolniej tworzą środowisko pożarowe. Ciepło gazyfikacji dla cieczy jest tożsame z ciepłem parowania. O podatności do spalania ciał stałych decyduje szybkość rozkładu termicznego(pirolizy, dysocjacji termicznej)tzn. im niższa początkowa temperatura rozkładu, im niższa temperatura maksymalnego ubytku masy tym więcej się tworzy fazy lotnej i tym szybciej materiał palny zapala się. Materiał, który ma niskie temperatury rozkładu nazywa się nietermostabilnym a ten , który ma wysokie temperatury rozkładu-termostabilnym. Rozkład termiczny zależy od ciepeł gazyfikacji poszczególnych materiałów. Ciepło gazyfikacji jest funkcją (i zależy) od: stanu skupienia paliwa (najwyższe - ciała stałe), ciężaru cząsteczkowego; im cięższe paliwo tym wyższe ciepło gazyfikacji, struktury paliwa stałego, która decyduje o tym czy w środowisku pożaru paliwo zwęgla się, czy nie zwęgla się. Zwęglają się tworzywa termoutwardzalne, nie zwęglają się termoplastyczne. Ciepło gazyfikacji paliw zwęglających się jest duże, dużo większe od paliw nie zwęglających się. 41. Wytłumaczyć pojęcie bezwładności cieplnej materiału i związek tej wielkości z zapalnością. Bezwładność cieplna materiału - jest to ilość ciepła, które może pochłonąć materiał albo odparować. Jest to iloczyn λ*ρ*c_p gdzie: λ - współczynnik przewodnictwa cieplnego ( izolacji powłoki) wszystkich materiałów występujących w kablu najczęściej uwzględnia się tylko λ zewnętrznej powłoki. ρ - gęstość poszczególnych warstw kabla w obliczeniach przyjmuje się średnią gęstość liczoną ze wszystkich warstw. c_p - ciepło właściwe przewodnictwa cieplnego ( izolacji powłoki) ponieważ jest ono zbliżone dla różnych warstw przyjmuje się c_p powłoki. Związek bezwładności cieplnej materiału z zapalnością. Im większa bezwładność cieplna materiału tym zapalność mniejsza. 42.Sposób spalania się materialow celulozowych Sposób spalania się materialow celulozowych można okreslic na przykladzie drewna. Drewno jest polimerem naturalnym skladajacym się z: 1)weglowodanow typu wielocukrow np. celuloza C6H10O5 40-60%, hemiceluloza 18-35% 2)Lignina zawiera grupy metaksydowe -OCH3, karboksylowe -CO, wodorotlenowe -OH 26-30%. W drewnie można wyroznic: substancje szkieletowa zbudowana glownie z celulozy, lepiszczy (glownie lignina), substancje towarzyszace: zywice, barwniki, garbniki. Obok substancji organicznych wystepuja tez substancje mineralne, które po spaleniu daja popiol. Chemiczna budowa drewna: C-50%, O2-43%, H2-6,1%, N2 0,04-0,26%, skladniki mineralne 0,3-1,2%. Drewno spala się homogenicznie i heterogenicznie. Reakcje spalania drewna można zainicjowacprzez zaplon jak i samozaplon. Wyroznia się 4 glowne etapy spalania: I do 200C, II 200-280C, III 280-500C, IV powyzej 500C OPIS: W temperaturze 150-200C w produktach rozkladu i utleniania przewaza H2O i CO2, dlatego nie obserwuje się reakcji spalania. W temperaturze ok. 200C rozpoczyna się rozklad termiczny hemicelulozy (max szybkosc ubytku masy w temperaturze 260C). Poczatek rozkladu celulozy ma miejsce w temperaturze 240C, a max w temperaturze wiekszej od 280C. W wyniku ogrzewania drewno zmienia kolor i pojawiaja się pekniecia (pierwsze w temp 280C). W produktach rozkladu termicznego zaczynaja wystepowac niskoczasteczkowe weglowodany i wodor. W temperaturze 280C pekniecia poszerzaja się i ulatwiaja migracje lotnym produktom rozkaldu. Zaczyna rozkladac się lignina. W takich warunkach w produktach pirolizy przewazaja niskoczasteczkowe lotne weglowodany i wodor. Jeśli szybkosc emisji produktow lotnych jest wystarczajaca do utworzenia mieszaniny, w ktorej skladniki palne sa w granicach zapalnosci, wtedy może nastapic zainicjowanie reakcji spalania. Jest to tzw plomieniowa faza spalania drewna. Glowna masa gazowych produktow rozkladu udziela się w temperaturze 200-400C. Oprocz spalania plomieniowego jest tez spalanie bezplomieniowe bo w chwili ogrzewania drewna nastepuje stopniowe zweglanie się powierzchni. Temperatura, od ktorej natomiast nastepuje zweglanie zalezy od szybkosci ogrzewania (10C/min dla 200-250C, 2C/min dla 120). Warstwa zweglonej powierzchni przesuwa się w dol i zwegla nizsze warstwy. Warstwa zweglona zmniejsza szybkosc emisji gazow popirolitycznych az do calkowitego ustania emisji w temperaturze 500C. W takiej sytuacji do nierozlozonego drewna przez warstwe zweglona nie dociera cieplo. W temperaturze 400-450C wydziela się mniej niż 1% calkowitej ilosci substancji lotnych. Konsekwencja tych zmian jest zanik fazy spalania plomieniowego drewna i przejscie w I faze -spalanie bezplomieniowe (tlenie wegla drzewnego). Podczas pozaru w czasie spalania drewna 55-60% ciepla wydziela się w fazie spalania plomieniowego, a 40-45% w II fazie spalania (spalania bezplomieniowego). Im wieksza zawartosc ligniny tym wieksza odpornosc termiczna, bo lignina rozklada się w wyzszych temperaturach niż hemiceluloza. 43. Jakie własności drewna decydują o podatności do zapalenia drewna (przykłady). O podatności do zapalenia drewna decyduje wlasnosc termiczna drewna. Sa to właściwości cieplne obejmujace zespol cech decydujacych o przebiegu i stopniu nasilenia zjawisk cieplnych wystepujacych w drewnie. Zaliczamy do nich: ciepło właściwe - ilość ciepła potrzebna do ogrzania jednostkowej masy o 1ºC [kJ/gºC] Wraz ze wzrostem ciepla wlasciwego rosnie tez czas do zapalenia i odwrotnie, przewodnictwo cieplne - zdolność danego ciała do przewodzenia ciepła. Wspolczynnik przewodnictwa cieplnego jest to miara zdolnosci przewodzenia ciepla przez dany material i oznacza ilosc ciepla przeplywajacego w ciagu 1h oraz przy roznicy wynoszacej 1C wyrazona w kJ/minC. Im wieksze przewodnictwo cieplne tym mniej ciepla jest akumulowanego i zdolnosci do zapalenia sa mniejsze, bo dluzszy czas do zapalenia np. wieksze zdolnosci do zapalenia ma sosna niż buk bo ma wiekszy λ (przyklady: buk,dab-gestosc 700-1000, wspol 1,47; sosna gestosc 480-700, wspol 1,26; plyta pilsniowa porowata <350, 0,17; plyta wiorowa prasowana 700, 0,5) Przewodnictwo cieplne zależy głównie od: budowy anatomicznej drewna - ogólnie gatunki iglaste (sosna, świerk) spalają się znacznie lepiej niż gat. liściaste (dąb, brzoza, lipa) gęstości drewna - jest to zależność liniowa, w miarę wzrostu gęstości rośnie proporcjonalnie przewodnictwo cieplne drewna. Dlatego też aby zapalić ciężkie drewno (np. grab, dąb, buk, jesion) musimy podziałać o wiele większym strumieniem ciepła niż w przypadku drewna lekkiego (np. lipa, topola, balsa, świerk, sosna). Przykład - temperatura samozapłonu balsy wynosi 120ºC, lipy, świerku i sosny 360ºC natomiast dębu 450ºC akacji 480ºC. kierunku przebiegu włókien - anizotropia przewodnictwa cieplnego polega na tym, że współczynnik przewodnictwa cieplnego jest wzdłuż włókien 1.8 razy większy niż w kierunku prostopadłym do przebiegu włókien. wilgotności - przyjmuje się, że w przedziale 5÷35% wilgotności wzrost wilgotności o 1% powoduje wzrost przewodnictwa cieplnego średnio o 1.25% temperatury drewna - w miarę wzrostu temperatury przewodność cieplna drewna rośnie tym bardziej im większa jest gęstość drewna, wypełnione powietrzem pory powodują obniżenie przewodności cieplnej. Istotną rolę odgrywa wilgotność drewna. Gdy drewno jest suche - wpływ temperatury jest niewielki. Inaczej w przypadku drewna wilgotnego. Do czynnikow zewnetrznych wplywajacych na inicjacje reakcji spalania drewna naleza: intensywnosc strumienia ciepla padajacego na drewno i jego zmiana w czasie ogrzewania, szybkosc ogrzewania, czas oddzialywania strumienia cieplnego, szybkosc przeplywu powietrza nad powierzchnia drewna, wielkosc powierzchni na ktσra oddzialywuje strumien. 44.Jakie własności drewna decydują o szybkości spalania drewna (przykłady), (dod inf 45). Szybkość zwęglania (spalania) drewna zależy od: gęstości drewna (ciężaru objętościowego)- Im drewno lzejsze (mniejsza gestosc) tym w jednostce objetosci zawiera wiecej porow czyli powietrza. Podczas ogrzewania cieplo jest akumulowane w porach i w niewielkim stopniu odprowadzane jest na zewnatrz, ponieważ im mniejsza gestosc , tym mniejsze przewodnictwo cieplne-λ. Akumulacja ciepla powoduje ze szybciej nastepuje rozklad termiczny drewna , szybciej wydzielaja się produkty lotne i szybciej spala się drewno. Jest to sluszne tylko wtedy gdy powierzchnia drewna nie ulega zwegleniu. Warstwa wegla pirolitycznego powoduje, ze w czasie spalania produkty lotne nie mogą wyjsc na zewnatrz przez co spalanie ulega przemianie (mniejsza gestosc→mniejsze przewodnictwo→wieksza akumulacja→wieksza szybkosc spalania) (przyklady: buk,dab-gestosc 700-1000, wspol 1,47; sosna gestosc 480-700, wspol 1,26; plyta pilsniowa porowata <350, 0,17; plyta wiorowa prasowana 700, 0,5). Szybkość spalania maleje wraz ze wzrostem gęstości, czyli drewno o dużej gęstości np. gwajak, dąb, heban spala się wolniej od drewna o mniejszym ciężarze objętościowym (balsa, lipa, topola). warunków cieplnych, w których się ją wyznacza - temperatura środowiska; budowy anatomicznej ogolnie gatunki iglaste pala się znacznie lepiej niż gatunki lisciaste (swierk lepiej niż dab) gatunki lisciaste dziela się na: rozpierzchlonaczyniowe-buk- sa zbudowane z otwartych rurek co powoduje, ze powietrze podczas spalania penetruje glebsze warstwy drewna przyspieszajac jego szybkosc spalania; pierscieniowonaczyniowe-dab- zbudowane z komor o ksztalcie zamknietych pierscieni co powoduje ze powietrze ma utrudniony dostep do glebszych warstw drewna i zmniejszona jest szybkosc spalania; wilgotności- jeżeli drewno ma w sobie ponad 60% wilgoci nie pali się wogole (8-10% suche drewno). Przyjmuje się ze w przedziale od 5-35% wilgotnosci jej wzrost o 1% powoduje wzrost przewodnictwa cieplnego o 0,7-1,8% srednio o 1,25%; sposobu ogrzewania (dopływ powietrza) drewno jest materialem anizotropowym, przewodnictwo cieplne jest lepsze wzdluz wlokien- λ jest (............... razy wieksza) niż wtedy gdy jest ogrzewana w poprzek wlokien np. dla sosny wzdluz λ=0,3 a w poprzek λ=0,15. Jeżeli drewno ogrzewane jest wzdluz wlokien szybciej odprowadza cieplo, wolniej ogrzewa i spala się, jeżeli w poprzek i na odwrot; powierzchni właściwej (stosunek powierzchni do objętości) - im mniejsza powierzchnia właściwa tym mniejsza szybkość spalania np. deska o wymiarach 1x1x100 spala się szybciej niż ta o wymiarach 4x4x100. (jeszcze szybciej spala się maczka drzewna i wior) OGOLNE ZALEZNOSCI DREWNA: a)czas do samozaplonu rosnie wraz ze wzrostem gestosci b)temperatura samozaplonu i zaplonu zalezy od gestosci drewna (lipa<brzoza<dab) c)HRR jest funkcja natezenia strumienia ciepla d)szybkosc ubytku masy jest funkcja gestosci e)wieksza szybkosc zweglania powoduje wieksza max HRR f)analiza krzywych HRR- z chwila zainicjowania reakcji spalania nastepuje wyrazny wzrost szybkosci wydzielania ciepla do wartosci HRR max (punkt na krzywej odpowiadajacy tej wartosci oznacza faze spalania plomieniowego) g)temperatura poczatkowa rozkladu drewna jest funkcja szybkosci ogrzewania, wzrasta wraz z jej wzrostem (nie zalezy od drewna); 45. Klasyfikacja palnosci drewna gatunki trudnozapalne - będą to gatunki drewna które mają durzą gęstość [kg/m3]; w związku z dużą gęstością mają one również duże λ wysokie ciepło właściwe, należą tu: (dąb= 800-1000, akacja= p1000, jesion, grab) gatunki średniozapalne - będą to gatunki drewna mające średnią gęstość [kg/m3]; a w związku z tym średnie λ - ciepło właściwe, zakwalifikujemy tu: (mahoń= 680, brzozę= 600, wiąz, klon) gatunki łatwozapalne - będą to gatunki drewna mające małą gęstość [kg/m²]; a zarazem małe λ - ciepło właściwe, należą tu: (balsa= 90, jodła, świerk= 250-300, sosna= 350, lipa= 280-300) Klasyfikacja ze względu na szybkość zwęglania: jednostką szybkości zwęglania jest [mm/min]- uzależniona jest ona od rodzaju drewna, jego budowy, gęstości; szybko zwęglające się - to zazwyczaj gatunki łatwozapalne i niektóre średniozapalne, np: lipa 0,89mm/min, swierk 0,79mm/min, sosna 0,73mm/min, balsa 0,7mm/min; wolno zwęglające sie - są to gatunki średniozapalne i trudnozapalne, np: brzoza 0,67mm/min, mahon 0,61mm/min, dab0,57mm/min, akacja 0,46 Klasyfikacja ze względu na odporność ogniową: odporność drewna na ogień określa się stosunkiem jego ciepła spalania do ilości ciepła, które należy dostarczyć do 1 kg drewna aby ogrzać ten kilogram do temperatury samozapłonu - bardzo wysoka odporność na ogień: (gwajak, arbutus) - wysoka odporność na ogień: (akacja, jesion, buk) - średnia odporność na ogień: (brzoza, modrzew, biały dąb, gatunki sosny) - mała odporność na ogień: (wiśnia, wiąz, orzech, świerk) - bardzo mała odporność na ogień: (olcha, topola, lipa, jodła) - wyjątkowo mała odporność na ogień: (olsza) 46.Co różnicuje palność drewna i materiałów drewnopochodnych (płyt wiórowych , paździerzowych, pilśniowych)? Palność materiałów drewnopochodnych np. płyt pilśniowych uzależniona jest nie tylko od rodzaju drewna(wiórów)ale również od: -gęstości płyt, -typu kleju, -wykończenia płyt(lepiszcza ,wypełniacze, zywice uzyte do powlekania). Palnosc drewna zalezy tylko od jednego z wymienionych czynnikow a mianowicie gestosci Istnieją różnice w zachowaniu się tych płyt w środowisku pożarowym w stosunku do drewna: -rozkładają się w niższych temperaturach, -wszystkie są silnie dymiące, -ich gęstość jest mniejsza od gęstości drewna, -kleje i wykończenia płyt są łatwozapalne co powoduje szybkie rozprzestrzenianie się ognia. Aby zmniejszyć zagrożenie pożarowe stwarzane przez materiały drewnopochodne pokrywa się je środkami ognioochronnymi, które zmieniają ich klasyfikację na średnio lub trudnozapalne, co w konsekwencji daje możliwość ich szerszego zastosowania w budownictwie. 47.Srodki ognioochronne drewna. Srodki ognioochronne- ich zadaniem jest opoznianie spalania (antypireny, inhibitory) pirolizy, obnizanie palnosci. Pod wplywem dzialania na drewno podwyzszona temperatura nastepuja procesy destylacyjne w wyniku których wydzielaja się palne gazy. Gazy te zapalaja się od plomienia lub zaru o temperaturze wiekszej od 200C. Konserwacja przeciwogniowa drewna polega na powlekaniu go i materialow drewnopochodnych srodkanmi ognioochronnymi. Wlasciwy ich dobor i odpowiednie wykorzystanie zapobiega naglemu rozprzestrzenianiu się plomienia. Obniza także stopien palnosci materialow. Obecnie dzieli się je na 3 grupy: srodki emulsyjne, preparaty lakierowe, srodki solne 48.Tworzywa sztuczne i syntetyczne-to wielkocząsteczkowe substancje org.-polimery stanowiące podstawowy składnik danego tworzywa. Obok polimerów w tw. szt. Mogą znajdować sie wypełniacze, plastyfikatory, barwniki, stabilizatory, antypireny i inne dodatki wprowadzone, np. w celu zwiększenia wytrzymałości mechanicznej, termicznej, względnie odporności na procesy starzenia lub opóźniające zapoczatkowanie spalania. Polimery-to inaczej zw.wielocz., których czasteczki zbudowane są z dużej liczby powtarzajacych sie grup zw. merami. Substancjami wyjsciowymi do otrzymywania polimerów sa zw. o małym cieżarze czasteczkowym zw. monomerami. O powstaniu makroczasteczki polimeru decyduje też funkcyjność monomeru(liczba posiadanych grup zdolnych do reakcji chem. Np:-OH,-COOH,-NH2,-SOH3 itd. Jesli zw. zawiera w cz. tylko jedna z tych grup, nazywany jest zw. Jednofunkcyjnym (kwas adypinowy HOC-(CH2)4-COOH, a gdy jest i ch wiecej -zw wielofunkcyjnym(gliceryna HOCH2-CH(OH)-CH2OH- zw. trσjf-cyjny przyklady-wiskoza,(celuloza i CS2). Tworzywa SYNTETYCZNE np. anilana, elana. -wszystkie skladniki sa sztuczne, otrzymywane w wyniku reakcji chemicznych. Tworzywo termoplastyczne- PE, PP, PS, PMMA. Tworzywa termoutwardzalne- nienasycone zywice poliestrowe 49.Klasyfikacje tworzyw mające wpływ na sposób ich spalania. I.Tworzywa (tworzywo = polimer) można podzielić ze względu na sposób ich spalania na: 1.Tworzywa naturalne (drewno (C₆H₁₀O₅)_n, polisacharydy ,wełna, len, bawełna, czysta celuloza). 2.Tworzywa sztuczne (włókna np:celuloza+CS₂ ­­­,włókno wiskozowe-jeden surowiec naturalny występujący w przyrodzie a drugi sztuczny nie występujący w przyrodzie a otrzymany w wyniku reakcji chemicznych). 3.Tworzywa syntetyczne (np.: anilana, elana). II.Ze względu na własności fizyczne takie jak: moduł sprężystości i stopień wydłużenia. 1.Elastomery (charakteryzują się bardzo dużą elastycznością, która jest odwracalna w temperaturze pokojowej, włókna celulozowe, poliestrowe, anilana) 2.Plastyki -mają tylko częściową odkształcalność i odwracalność własności fizycznych (termoplastyczne- ich deformacja w podwyższonej temperaturze jest odwracalna, łatwo zapalne, struktura łańcuchowa, łatwo ulegają rozkładowi termicznemu, polietylen, polipropylen, poliamid, poliwęglany; termoutwardzalne- zmiana struktury w podwyższonej temperaturze-nieodwracalna, żywice poliestrowe, żywice epoksydowe) 3.Włókna (bardzo duża wytrzymałość na rozciąganie, bardzo mała rozszerzalność). III.W zależności od składu chemicznego tworzywa dzielimy na: 1.Ze względu na typ łańcucha: (Homoatomowe- zawierające tylko węgiel w łańcuchu głównym: polietylen ­­-(CH₂-CH₂)_n­- , polipropylen -(CH₂(CH₃)CH₂)_n- , opakowania, powłoki, izolacje kablowe, instalacje wodne; Heteroatomowe- zawierające różne atomy w łańcuchu głównym); zawierające TLEN w łańcuchu głównym (polimetakrylan etylu PMMA, poliestry, poliwęglany, małe zdolności dymotwórcze, niska temperatura rozkładu polimeru); zawierające w łańcuchu głównym AZOT (nylony-(CO-NH)_n-, polimetany-(NH-COO)_n-, poliakrylonitryle,wełna,jedwab-naturalne poliamidy,obniżona palność polimerów,obniżenie termostabilności,toksyczność); zawierający w łańcuchu głównym CHLOR (winidur -(CH_2­-CHCl)_n-, obniżona odporność termiczna,obniżona palność polimerów,toksyczność); zawierające w łańcuchu głównym FLUOR (teflon-politetrafluoroetylen PTFE -(CF₂-CF­₂)- ,duża termostabilność,obniżenie palności); DIENY- występuje podwójne wiązanie w monomerze, najbardziej popularne: polibutadien - gumy, kauczuki, poliizopren; Zawierające POTROJNE wiązanie w monomerze (duża termostabilność). IV Podzial ze względu na zachowanie się podczas ogrzewania: termoplastyczne (PE-polietylen, PP-polipropylen, PCV, PMM- polimetakrylon metylu, PS-polistyren) termoutwardzalne (nienasycone zywice poliestrowe, zywice mocznikowe, zywice fenolowe, zywice alkilowe, zywice silikonowe). 50. Opisać dlaczego struktura tworzywa wpływa na ich własności palne. Spalaniu ulegaja proste produkty rozkładu termicznego polimerów takie jak węglowodory alifatyczne,cykliczne,aromatyczne,CO. Aby tworzywo mogło ulec rozkładowi musi być dostarczona odpowiednia ilość energii,która wystarczy do rozerwania wiązań pomiedzy poszczególnymi atomami z których jest zbudowane (reakcja endotermiczna, nieodwracalna). Wyróżnia się jednak w budowie polimerów różne struktury związane z przestrzenną budową łańcucha głównego. Wyróżniamy więc polimery o: budowie liniowej (brak rozgałęzień innego rodzaju jak grupy boczne monomerów), budowie rozgałęzionej, budowie usieciowanej. Stuktura przestrzenna polimerów ma duży wpływ na ich własności palne. Związane jest to głównie z charakterem zmian jakie towarzyszą wzrostowi temperatury,oraz rozkładu polimeru na związki. Polimery o strukturze liniowej lub rozgałęzionej to głównie polimery termoplastyczne. Nie mają one grup funkcyjnych zdolnych do usieciowania i nie ulegaja utwardzeniu podczas ogrzewania. W czasie rozkładu tworzywa te w wyniku przemian fizycznych (topnienie,parowanie) oraz chemicznych (destrukcja,depolimeryzacja) wytwarzaja mieszankę gazową. Mechanizm spalanie tego typu tworzyw można porównać ze spalaniem cieczy. Faza lotna spala się po zapłonie lub samozapłonie płomieniowo (tak spala się np.polimetastyren). Z kolei polimery termoutwardzalne to tworzywa w których pod wpływem podwyższonej temperatury nastepuje nieodwracalny proces powstawania struktury przestrzennie usieciowanej. Struktura ta może być kształtowana tylko jednokrotnie. Tworzywa te rozkładaja się pod wpływem ciepła z wytworzeniem związków niskoczasteczkowych o różnych stanach skupienia. W chwili samozapłonu lub zapłonu palna faza lotnazapala się płomieniem a pozostałość popirolityczna (koksowa) zaczyna się spalać bezpłomieniowo (czyli tlić) na granicy rozdziału fazy stałej i lotnej (w taki sposób spalają się np. poliestry termoutwardzalne). Widac ze struktura tworzywa (zdolnosc do sieciowania pod wplywem temperatury lub jej brak) wplywa na zachowanie się tych tworzyw w podwyzszonej i rownoczesnie na sposób ich spalania: a)topnienie- tworzywa termoplastczne- spalanie plomieniowe b)tworzenie warstwy zweglonej- tworzywa termoutwardzalne- spalanie plomieniowe i bezplomieniowe 51.Wyjaśnić które grupy tworzyw i włókien z nich otrzymanych są łatwopalne a które trudnozapalne. Od czego to zależy? TWORZYWA LATWOZAPALANE to te które: maja niskie temperatury rozkladu termicznego (poliolefiny-150, pianka polistyrenowa-100), niska tendencje do zweglania(zywica epoksydowa, poliestry), daja tylko podczas rozkladu produkty lotne, maja duza rzawartosc wegla, daja silnie kopcacy plomien (polistyren ponad 90% wegla) 1)poliolefiny- tworzywa termoplastyczne np. PE, PP. Poczatek pirolizy 300C, rozkladu termicznego 150C. Podczas rozkladu peka lancuch C-C i tworza się male, srednie i dlugie elementy lancucha: olefiny, parafiny, cykliczne weglowodory. Spalaja się do CO, CO2, H2O. Pala się niebieskim plomieniem pozniej zoltym, daja dym malokopcacy. Nie ma duzej roznicy pomiedzy temperatura zaplonu i samozaplonu np. PE temperatura zaplonu-340, samozaplonu-350, PP-330,370; PA (poliamid)-420,450; PCV-sztywny winidur-530,580; teflon-440,480; PW (poliweglan)-520, nie zapala się, 2)zywica epoksydowa- termoutwardzalne. Ma skomplikowana budowe. Charakteryzuje się maksymalna podatnoscia do spalenia, ponieważ ma niska tendencje do zweglania. Gestosc ok. 1,2 g/cm3- lekka. Termiczneie stabilna do 140C, potem rozklada się. Najwiekszy rozklad w temperaturae 240-350C w zaleznosci od budowy. Pala się zoltym plomieniem, daja bardzo duzo dymu, nie daja warstwy zweglonej 3)pianka poliuretanowa (tworzywa termoutwardzalne) wystepuja zarówno pianki sztywne jak i elastyczne. Sztywna- 30-35kg/m3, spala się jasnym plomieniem. Jest odporna do temperatury 120C. Rozklad nastepuje w temperaturze 220C dajac alkohole, CO, CO2, H2O, HCN. Jeśli ma budowe usieciowana jest bardziej stabilna. Elastyczna- gestosc 20-45kg/m3, stabilna do 100C, tylko czesciowo sieciowana mieknie 4)pianka polistyrenowa- pod wplywem plomienia styropian niszczy się, zaczyna stapiac się, spala się jakby cofajac się. Styropian jest odporny do 100C, w temperaturze 200C rozklada się calkowicie 5)poliestry np. PMMA- spala się zoltym plomieniem. Pod wplywem temperatury mieknie i ulega pirolizie dajac tylko substancje lotne bez pozostalosci zweglonej, gazy spalinowe pachna jak owoce, polimeryzuje w 90% do monomeru, który spala się w grupach estrowych powoduje calkowite spalenie produktow pirolizy i dlatego jest to tworzywo o niskiej zdolnosci dymienia, powleka się szyby SF6 co daje wlasnosci antyhalasowe, nie ulega zweglaniu, pod wplywem temperatury matowieje i splywa, 6)polistyreny PS, ABS, SAN- bardzo zolty dym silnie kopcacy, zawiera wiecej niż 90% wegla w czasteczce. Temperatura zaplonu 410C, samozaplonu 460C, charakterystyczny zapach palacej się gumy TWORZYWA TRUDNOZAPALNE to te które: podczas rozkladu termicznegodaja zwiazki utrudniajace zaplon lub inhibitujace spalanie (teflon- fluorowodor, poliamidy- CO2, H2O), zawieraja w swoim skladzie chlor- PCV, maja strukture usieciowana, tworza warstwe zweglona, maja wysoka temperature rozkladu termicznego (polimery fluoroweglowe ponad 500C). 1)polimery fluoroweglowe- tworzywa termoplastyczne PTFE politereftalen etylu(teflon), czterofluoroetylen. Teflon jest jednym z bardziej stabilnych tworzyw, rozklada się tylko w obecnosci bardzo silnych plomieniowych zrodel ciepla lub pod wpywem silnego strumienia ciepla 70-80kW/m2. Mieknie i rozklada się w temperaturze ponad 500C. Przy rozkladzie wydziela się fluorowodor który calkiem eliminuje wolne rodniki (inhibituje proces spalania) 2)poliamidy- termoplastyczne nylon (wlokna), stylon. Mogą się zweglac, w wyniku siecowania tworza się w polimerze babelki a pozniej wegiel. Dym pachnie amoniakiem. Podczas ogrzewania poliamidy miekna, topia się i przechodza w stan lotny. Silny strumien ciepla rozklada poliamidy w ten sposób ze peka lancuch weglowy i tworza się zwiazki NH4, pochodne kwasu cyjanowodorowego oraz CO2 i H2O. Obecnosc CO2 i H2O w fazie gazowej powoduja ze tworzywa te sa trudnozapalne 3)poliweglany- pod wplywem ciepla ulegaja rozkladowi dajac tak zwana pianke weglanowa. W powstajacej na powierzchni warstwie piany znajduja się pecherzyki CO2, ich stezenie jest tak duze (obok H2O, ze powstale z rozkladu aldehydy i ketony jako zwiaski palne nie zapalaja się. Poliweglany o duzej przezroczystosci uwazane sa za jedne z trudniej zapalnych tworzyw 4)PCV- polichlorek winylu jest zwiazkiem trudnozapalnym ponieważ czysty zawiera 56,7% chloru. Mechanizm spalania PCV zawiera 3 elementy zmniejszania palnosci: a)przerywanie lancucha rodnikowego (w fazie gazowej) b)utrudnianie dostepu ciepla i tlenu poprzez tworzenie zwegliny (w fazie stalej) c)dzialanie fizyczne wydzielonego HCl rozciencza gazy palne i utrudnia dostep tlenu (HCl wchodzi w reakcje z rodnikami. Mechanizm rozkladu PCV: podgrzanie, 70-80C miekniecie (polimer niemodyfikowany), 200-300C piroliza, 340C temperatura zaplonu, 450C temperatura samozaplonu, niskie cieplo spalania 20000kJ/kg 5)zywice fenolowo-formaldehydowe (bakelit). Ulega rozkladowi w wyzszych temperaturach niż tworzywa termoplastyczne bo ma strukture usieciowana. Daje plomien bardzo jasny o malych zdolnosciach dymiacych. Do temperatury 450C wydziela się 15% substancji lotnych. Ok. 50% w temperaturze 1200C. Nienasycone zywice poliestrowe maja wieksza odpornosc termiczna niż nasycone zywice poliestrowe. OGOLNIE: a)tworzywa które w skladzie maja CO ulegaja rozladowi bardzo szybko i maja bardzo niskie parametry pozarowe (niskia temperature zaplonu np. szklo organiczne) b)O2 ulatwia spalanie materialow ktσre po rozkladzie daja palne produkty (np. PMMA daje CH4, C2H6, C3H8, CO, H2) c)wprowadzenie chlorowca powoduje duze zmniejszenie szybkosci spalania tworzywa, a praktycznie nie zmienia temperatury poczatkowej rozkladu termicznego (np. Cl, F- inhibitory) d)wprowadzenie azotu- sposσb przylaczenia N2 do czasteczki decyduje o jego palnosci: N2 polaczone bezposrednio z wodorem otrzymujemy tworzywo poliamidowe trudnozapalne; N2 polaczone bezposrednio z weglem otrzymujemy tworzywo poliaminowe (anilana jest najbardziej niebezpiecznym tworzywem pod względem zagrozenia pozarowego które stwarza). 52.Szybkość spalania tworzyw.Wyjaśnić poszczególe człony zależności. Szybkość spalania tworzyw opisana jest następującą zależnością: m=(Q_pł-Q­_l)/Lv Q_pł - ciepło docierające z płomienia do jednostki powierzchni spalania tworzywa w jednostce czasu(strumień ciepła kW/m²) Q_l - strumień ciepła tracony z płomienia (jednostki powierzchnii paliwa)(kW/m²)-do otoczenia. Lv-ciepło gazyfikacji-ilość ciepła , która musimy dostarczyc do jednostki masy paliwa aby otrzymac 1g produktu lotnego z 1 m2 w czasie 1s; m-ilosc substancji która spala się z jednostki powierzchnii w jednostce czasu(g/m²s). 53.Które tworzywa mają silne właściwości dymotwórcze i toksyczne - dlaczego. Przykłady. Podczas rozkładu polimerów w warunkach pożarowych (wysoka temperatura) wytwarzają się prostsze związki na skutek degradacji i depolimeryzacji. Spalają się one z wydzieleniem mniejszych lub większych ilości dymu. Silne właściwości dymotwórcze charakterystyczne są dla węglowodorów o dużym ciężarze cząsteczkowym. Obserwuje się ogólna zależność,że zdolności dymotwórcze wzrastają od n-alkanów przez izo-alkany, alkeny, alkiny, związki aromatyczne do kondensatów aromatycznych. Materiały lub związki chemiczne posiadające w swoim składzie tlen (np. alkohol etylowy C2H5OH, aceton CH3COCH3) wydzielają mniejsze ilości dymu niż węglowodory od których one pochodzą. Przykłady: a)dość niskie właściwości dymotwórcze ma polietylen i polipropylen (spalanie płomieniowe) - stosunkowo niski ciężar cząsteczkowy produktów rozkładu termicznego b)dużą dymotwórczością charakteryzuje się PCW. W wyniku rozkładu następuje cyklizacja struktury PCW i powstaje pierścień podobny do aromatycznego z tym,że istnieja w nim tylko pojedyncze wiązania.Pod wpływem dalszego ogrzewania pierścień ten pęka,rozpadają się grupy CH i tworzy się sadza czyli węgiel c)duża dymotwórczość jest również charakterystyczna dla poliuretanu d)duża dymotwórczość - także żywice epoksydowe. Intensywnosc powstawania dymu zalezy również od rodzaju dodatkow dodawanych do materialow organicznych np. wypelniaczy, plastyfikatorow, srodkow ognioochronnych. 54. Jakie własności palne i cechy pożarowe ma PCW, PE i PMMA. (dodatkowe inf sa przy pytaniu 51) PCW - polichlorek winylu może być termoplastyczny tzn. podczas ogrzewania ulega stopieniu a następnie podczas chłodzenia staje się ciałem stałym (popularny materiał powłokowy i izolacyjny kabli,ma dodatek zmiękczaczy organicznych tak zwanych plastyfikatorów)(poliwinid). Polichlorek twardy bez plastyfikatorów który nie ma własności termoplastycznych stosowany na osłony róznego typu domów antyhałasowe na autostradach (winidur). Wszystkie winiloplasty są znacznie bardziej palne w porównaniu nieuplastycznionymi PCW (wynika to z tego,że środkiem plastycznym dodawanym do polichlorku winylu są łatwo zapalne estry organiczne). Istnieje zasadnicza różnica w sposobie spalania się poliwinidu i winiduru.Podczas ogrzania poliwinidu następuje depolimeryzacja w wyniku czego odszczepia się chlorowiec - to podstawowa wada.W temperaturze 180stopni wydziela się 240l chlorowodoru w przeliczeniu na 1kg a natepnie ulega on zwęglaniu. Aczkolwiek PCW jest tworzywem termoplastycznym instalacje z tego materiału ulegają również zwęglaniu i po odszczepieniu H_­Cl nastepuje tak zwana cyklizacja PCW polegajaca na tym,że ze struktury liniowej,łańcuchowej tworzy się struktura cykliczna pierścieniowa.Struktura ta spalając się daje czarny gęsty dym.To w połączeniu z chlorowodorem tworzy najbardziej toksyczne i korozyjne środowisko pożarowe. PCW ma bardzo wysokie temperatury zapłonu i samozapłonu, ponieważ w fazie lotnej tworzy się chlorowodór, który wpływa na zmniejszenie szybkości spalania poprzez mechanizm łańcuchowo-rodnikowy (HCl - inhibitor reakcji spalania). PE-Polietylen - jedno z najbardziej popularnych tworzyw. Ma mało węgla,daje płomień jasny (niebieski a później staje się bardzo żółty).Tworzące się gazy i dymy pachną woskiem i parafinami. Podczas ogrzewania pęka łańcuch i tworzą się różne związki typu parafiny, oleiny i związki cykliczne. Sa to tworzywa niebezpieczne pożarowo i wybuchowo (pyły).Wynika to z faktu,że szybko rozkładając się ulegaja zapłonowi i samozapłonowi w niskich temperaturach a ponadto w fazie lotnej po spaleniu dają CO₂ i H₂O oraz CO (w warunkach niedoboru powietrza). Podczas spalania płomieniowego charakteryzują się niską dymotwórczością. Kinetyka generacji ciepła HRR od 3000 - 4000kW/m². PMMA - szkło organiczne spala się dając niewielkie ciepło spalania natomiast ma bardzo niskie parametry temperatur inicjacji spalania. Jest to spowodowane tym, że w cząsteczce posiada tlen co ułatwia reakcje spalania. W warunkach pożarowych w ogóle nie daje pozostałości zwęglnej, daje czysty żółty płomień. Ponieważ podczas pożaru najpierw stapia się, mętnieje aby, polepszyc jego właściwości dodaje się do niego SF₆­­­­­­, który powoduje, że w środowisku pożarowym kiedy szyba z PMMA ogrzeje się do temperatury 200-300C natychmiast z dużej płaszczyzny szklanej robi się kulka. HRR:2000kW/m². 55. Jakie własności palne ma anilana i elana. Podać różnice podstawowe w szybkości tworzenia się środowiska pożarowego. Jeżeli azot jest przyłączony do węgla dając grupę CN- to w wynkiu polimeryzacji otrzymuje się tworzywa poliakrylonitrylowe (anilany). Anilana jest najbardziej niebezpiecznym tworzywem pod względem zagrożenia pożarowego. Ma bardzo małe ciepło spalania, w wyniku czego daje najniższą temperaturę pożaru, pachnie migdałami. W czasie spalanie wydziela się cyjanowodór. Ciepło spalania anilany 2900 kcal/kg, temperatura spalania 600˚C. Otrzymuje się je z poliestrow, zawieraja w lancuchu glownym tlen 56.Sposoby spalania się tworzyw termoplastycznych i termoutwardzalnych. W czasie rozkładu w wyniku przemian fizycznych (parowanie) oraz chemicznych (destrukcja) tworzywa termoplastyczne wytwarzają mieszaninę gazową. Powstała faza lotna może ulec samozapłonowi lub zapłonowi i w rezultacie spalać się płomieniowo. Mechanizm spalania tego rodzaju tworzyw można porównać ze spalaniem cieczy. Tworzywa termoplastyczne przy przejściach międzyfazowych w wyniku stałej szybkości parowania charakteryzują się stałą szybkością spalania. W taki sposób pali się polimetastyren. Większość tworzyw termoplastycznych rozkłada się w niższych temperaturach i zapala się szybciej w porównaniu z tworzywami termoutwardzalnymi, które podczas ogrzewania zwęglają się. Tworzywo termoutwardzalne rozkłada się pod wpływem ciepła z wytworzeniem związków niskocząsteczkowych o różnych stanach skupienia. W chwili zapłonu lub samozapłonu palna faza lotna zapala się płomieniem, a pozostałość popirolityczna ( koksowa) zaczyna spalać się bezpłomieniowo (czyli tlić) na granicy fazy stałej i lotnej ( powietrze). Tworzywa termoutwardzalne ze względu na zmienną szybkość zwęglania charakteryzują się zmienną szybkością spalania. Szybkość spalania jest uzależniona od zdolności do rozkładu termicznego danego tworzywa. W taki sposób spalają się np. poliestry termoutwardzalne. 57.Załóżmy, że mamy w dwóch pomieszczeniach dwa różne tworzywa, w jednym PCW w drugim nie nasyconą żywicę poliestrowa. Opisać różnice w przebiegu pożaru i charakterystyce powstałego środowiska pożarowego. (dodatkowe inf w pyt 51 i 54) PCW jest tworzywem plastycznym. Czysty PCW zawiera 56,7 % chloru jest materiałem trudno zapalnym. Dodatek modyfikatorów może zwiększyć podatność materiału do zapalenia. Mechanizm rozkładu PCW: 1.podgrzewanie polimeru (doprowadzenie ciepła ze źródła zewnętrznego do strefy spalania) 2.mięknięcie (70-90°C) dla polimeru nie modyfikowanego lub niżej dla polimeru modyfikowanego 3.piroliza (200-300˚C) odszczepienie HCl z utworzeniem wiązań podwójnie sprzężonych, tworzy się pozostałość zwęglona z fragmentami aromatycznymi powstałymi przez cyklizację. Gazy powstałe podczas pirolizy po zmieszaniu z powietrzem są zdolne do zapalenia od zewnętrznego bodźca energetycznego. Temperatura zapłony nie modyfikowanego PCW 450˚C, modyfikowanego PCW 390˚C, ciepło spalania 20000 kJ/kg. Jeżeli w monomerze jest tlen to jest łatwiej zapalny, jeżeli jest azot to jest gorzej zapalny natomiast jest bardziej toksyczny. Mechanizm spalanie PCW zawiera 3 elementy zmniejszania palności: 1.przerywanie łańcucha rodnikowego (działanie w fazie gazowej) 2.utrudnianie dostępu ciepła i tlenu do polimeru przez tworzenie się zwęgliny (działanie fazy stałej), 3.działanie fizyczne wydzielanego chlorowodoru, który rozcieńcza gazy palne i utrudnia dostęp tlenu. Zagrożenia pożarowe jakie powoduje PCW: -wydzielanie szkodliwych substancji, -kontakt z metalami ciężkimi, -wydzielanie przy spalaniu toksycznych produktów, -korozyjność powstałych gazów, -wydzielanie dużych ilości gęstego i żrącego dymu. Nienasycona żywica poliestrowa ma większą odporność termiczną i chemiczną oraz elastyczność po utwardzeniu w porównaniu z nasyconymi żywicami poliestrowymi. 58. Spalanie bezpłomieniowe. Charakterystyka. Model Moussa. Obliczenie szybkości tlenia określonego materiału. Środowisko pożarowe obejmuje spalanie płomieniowe. Natomiast tlenie jest często przyczyna inicjacji reakcji spalania płomieniowego i w konsekwencji pożaru. Tleniu ulegają substancje które pod wplywem ogrzewania wytwarzaja w warstwie sztywna, porowata, weglista strukture: - wszystkie materiały celulozowe - materiały porowate zwęglające się ( styropian) - tworzywa termoutwardzalne (zywice). W modelu Moussa zakłada się, że podczas ogrzewania materiałów tworzy się tzw. fala tląca, czyli fala spalania bezpłomieniowego, czyli pewna grubość materiału ogrzana do takiej temperatury, że świeci ( powyżej 450ºC) i która powoduje, że tlenie rozprzestrzenia się. Moussa rozróżnia w materiale palnym trzy strefy podczas tlenia: I strefa pirolizy, obserwuje się szybki wzrost temperatury, następuje rozkład termiczny materiału, wydzielenie się substancji lotnych i w wyniku ich utleniania następuje wzrost temperatury w tej strefie. II strefa zwęglania, (strefa powstania weglistej substancji) w której temperatura osiąga maksimum, ustaje wydzielanie się produktów lotnych, co powoduje ,że węgiel zaczyna się powierzchniowo utleniać i w konsekwencji spalać bezpłomieniowo co objawia się świeceniem. III strefa porowatego węgla z przewagą popiołu który nie utlenia się bo nie ma takich zdolnosci, w wyniku tego temperatura spada rozpoczyna się zarzenie materialu. W przypadku modelu Moussa ciepło maksymalne wydziela się w strefie drugiej, gdzie następuje powierzchniowe utlenianie i spalanie węgla, gdzie temperatura może osiągnąć 700ºC. Aby następowały takie zmiany w materiale ulegającym tleniu temperatura strefy pirolizy musi przewyższać temperaturę 250-300ºC, ponieważ te temperatury są to najniższe temperatury rozkładu termicznego materiałów ulegających tleniu. Podczas rozkladu termicznego powstaja produkty o skomplikowanej budowie chemicznej tzn sa to na ogol pochodne weglowodorow aromatycznych dwu (naftalen) i troj(antracen) pierscieniowe typu benzopiryny. Zawieszaja się one w produktach lotnych w postaci cieklych smug aerozolowych, które charakteryzuja się bardzo wysoka temperatura wrzenia a ponadto maja bardzo silne zdolnosci dymotworcze. Dym tworzacy się podczas tlenia ma silne właściwości palne i wybuchowe. [v - szybkość rozprzestrzeniania się warstwy tlącej, można ją oszacować z następującej zależności: v=q/ς*h q - strumień ciepła rozprzestrzeniający się wraz z falą tlącą [W/m²] ς - gęstość [kg/m³] h - entalpia, ilość ciepła wymagana do tego aby nastąpił wzrost temperatury w materiale tlącym od temperatury początkowej do temperatury tlenia]. Oznaczmy przez T_o temperaturę początkową , T_sm temperaturę tlenia, wtedy h = c*( T_sm - T₀) c- ciepło właściwe przy stałym ciśnieniu. Jeżeli założyć, że ciepło jest przenoszone w materiale, który ulega tleniu przede wszystkim na drodze przewodnictwa to strumień ciepła przewodzony przez ten materiał określić można z uproszczonej postaci równania Fouriera q=λ*(T_sm-T₀)/x , gdzie λ - współczynnik przewodnictwa cieplnego, x- odcinek materiału, w którym rozprzestrzenia się fala tląca Po podstawieniu otrzymuje się następujące równanie: v = λ/ς* cp* x = α/x , gdzie α- dyfuzyjność cieplna [m²/s] , która oznacza następującą zależność α= λ/(ς*cp) Z równania tego widać, że szybkość rozprzestrzeniania się tlenia jest wprost proporcjonalna do dyfuzyjności cieplnej materiału. Dla typowego materiału celulozowego α= 10^-7 [m²/s] x jest zwykle szacowane w mm, co daje v=10^-2-10^-4, czyli od 20 do 40 cm na godz. Od czego zależy zmienna szybkość tlenia (20 czy 40 cm/godz.):od grubości materiału (grubość)² temperatury strefy tlącej ( im wyższa tym szybkość większa) w kierunku rozwoju fali tlącej (w pionie daje największe szybkości tlenia bo poza efektami cieplnymi wynikającymi ze zdolności do utleniania się i spalania produktów rozkładu termicznego i węgla istotną rolę odgrywa czynnik konwekcyjny intensyfikujący szybkość ogrzewania się materiałów). 59.Sposoby spalania się układów rozproszonych (pyłów). Mechanizm spalania się pyłów organicznych i nieorganicznych. Mechanizm wybuchow pylow. Pyły, które są zawieszone w powietrzu w sposób trwały, tzn. ich średnica ziaren jest mniejsza niż 60μm dają trwałe chmury pyłów w powietrzu, stwarzają zagrożenie wybuchowe. Natomiast gdy średnica ziaren jest powyżej 100μm, w wyniku oddziaływania siły ciężkości tworzą warstwę pyłu, która stwarza zagrożenie pożarowe. Stan dynamiczny pyłu rzadko występuje w przemyśle ze względów BHP, ale stan dynamiczny, czyli zagrożenie wybuchem powstaje najczęściej kiedy mamy ciąg powietrza. Aby ocenić własności pożarowe i wybuchowe pyłów należy je podzielić na dwie podstawowe grupy: - pyły nieorganiczne, np. pyły metali, siarki, pyły węglowe nie ulegają rozkładowi termicznemu w warunkach pożarowych, -organiczne rozkładają się w warunkach pożarowych. Pyły pochodzenia nieorganicznego podczas ogrzewania wydzielają bardzo duże ilości ciepła. to ciepło jest przejmowane przez powietrze i spełnia ono podczas wybuchu taką samą rolę jak produkty rozkładu termicznego pyłów organicznych. Powietrze spreza się i rozpreza dajac turbulizacje powietrza i fale cisnieniowa. Ze względu na dobre przewodnictwo cieplne pyły nieorganiczne wymagają silnych bodźców energetycznych do zainicjowania reakcji spalania. Pyły nieorganiczne nie mają temp. zapłonu, nie charakteryzuje się przez podanie temp. zapłonu ponieważ z definicji temp. zapłonu wynika, że zapłon pyłów dotyczy produktów rozkładu termicznego. Pyly metali charakteryzuje się przez podanie temperatury zarzenia. Pyły organiczne-cechy charakterystyczne. Wybuchają i zapalają się dlatego że podczas rozkładu dają palną fazę lotną, w przypadku pyłów organicznych własności fizyczne typu λ nie odgrywają dużej roli ponieważ wszystkie te pyły źle przewodzą ciepło (dobra akumulacja ciepla). Najważniejszą cechą z punktu widzenia stwarzanych zagrożeń pożarowych i wybuchowych jest wielkość tzw. współczynnika zmiany objętości. Jest to stosunek objętości fazy lotnej powstałej po rozkładzie po spaleniu w stosunku do objętości substancji wyjściowej. Im większy jest on tym wybuch jest większy. W przypadku pyłów organicznych o podatności do wybuchu decyduje zawartość wilgoci w pyle. Jeżeli pyl zawiera 60% wilgoci staje się nie wybuchowy. Mechanizm wybuchów pyłów: 1.. organicznych np. pył dekstryny: C₁₂H₂₂O₁₁+ 12 O₂ + 45 N₂ =12 CO₂ +11 H₂O + 45 N₂ V_substr. < V_produktów Pomijając objętość ciała stałego, która jest bardzo mała w stosunku do objętości gazów można zauważyć, że podczas takiej przemiany objętość produktów jest o 10 obj. większa w stosunku do obj. substratów, a więc jeśli wzięlibyśmy 1 kg pyłu węglowodanu i spalili w objętości zamkniętej np. w 10l naczyniu, to w tedy ze względu na objętość produktów spalania nastąpi duży wzrost ciśnienia w naczyniu. Taki jest mechanizm wybuchu pyłów pochodzenia organicznego, tzn. współczynnik zmiany objętości substratów jest tak duży i reakcja jest tak egzotermiczna, że następuje wzrost ciśnienia. 2.. nieorganicznych - pył węglowy węgle niskokaloryczne (zwykły węgiel) który zawiera maksymalnie 60% tzw. węgla pierwiastkowego resztę stanowią tlenki, kamień, piryt, siarka, produkty roślinne. Podczas ogrzewania masa węgla ulega rozkładowi dając palną fazę lotną. Najbardziej niebezpieczny jest pył węglowy, który daje 10-25% objętości fazy lotnej. Wtedy parametry wybuchów są najsilniejsze. Jeśli obj. produktów lotnych jest większa niż 25% nie wpływa to już na wzrost ciśnienia wybuchu. Węgle wysokokaloryczne ( antracyt, grafit)- ponad90% węgla pierwiastkowego. Podczas ogrzewania albo nie rozkłada się w ogóle( grafit) albo też dają bardzo małą fazę lotną która nie daje zjawiska wybuchu lecz spalanie płomieniowe. Ponieważ podczas spalania pyłu węglowego nie obserwuje się zmiany współczynnika zmiany objętości C+ O₂+ 3,76 N₂ = CO₂ + 3,76 N₂ w związku z tym wybuch pyłu węglowego nie należy do wybuchów bardzo silnych. Najniebezpieczniejsze w kopalniach są mieszaniny hybrydowe- mieszaniny metanu z pyłem węglowym. -siarka S +O₂ +3,76 N₂ = SO₂+ 3,76 N₂ współczynnik zmiany objętości =1 Siarka wybucha tylko w postaci dużego rozdrobnienia. Przechodzi pod wpływem ogrzewania przez wszystkie stany skupienia. Przemiany te są endotermiczne, co znaczy że stan cieplny nie powoduje szybkiego wzrostu ciśnienia i dużej szybkości narastania ciśnienia. 60.Od czego zależy wybuchowość pyłów węglowych. Hybrydy. W przypadku pyłów nieorganicznych węglowych o zagrożeniu pożarowym decydują czynniki: -zawartość węgla pierwiastkowego w węglu kamiennym (w węglach nisko energetycznych zawartość węgla wynosi maksymalnie 60% reszta to są domieszki typu kamień, tlenki żelazowe, torf, siarczki-piryt), antracyt (grafit) nie ulega wybuchowi bo zawiera tylko 4% domieszek; -zapalność i wybuchowość tego pyłu jest uzależniona od objętości tworzących się produktów lotnych w wyniku rozkładu termicznego (im wiecej fazy lotnej tym wieksze zagrozenie, 10-25% produktow lotnych- max zagrozenie, powyzej 25% brak wplywu na wzrost wybuchu). Mieszanina hybrydowa- gaz palny zmieszny z pylem i powietrzem. Mieszaniny te sa najczestrza przyczyna wybuchow w kopalniach. Sa to mieszaniny zawieszonego w powietrzu pylu weglowego i metanu. Najbardziej niebezpieczne wybuchowo sa te mieszaniny ktσre maja kilkunasto procetowa zawartosc metanu i slaby gatunkowo wegiel (taki ktry daje duze ilosci substancji palnych podczas spalania). Obecność nawet małej ilości gazu palnego w mieszninie (w stężeniach poniżej ich DGW) powodując intensyfikację wybuchu, w szczególności wzrasta szybkość narastania ciśnienia (dp/dt)max. 61. Współczynnik zmiany objętości- to stosunek objetosci fazy lotnej powstalej po rozkladzie i spaleniu do objetosci substancji wyjsciowej. Im wiekszy wspolczynnik tym wieksze zagrozenie wybuchem. Najbardziej groźny w skutkach jest ten wybuch, gdy objętość gazów spalinowych jest duzo większa niż objętość substratów biorących udział w trakcie zapoczątkowania reakcji utleniania. W przypadku gazów i par współczynnik zmiany objętości zmienia się bardzo mało lub w ogóle, dlatego nie decyduje on o wybuchu par i gazów lecz bardzo wysokie ciepło spalania. 62. Podstawowe różnice między parametrami wybuchu mieszanin- Zasadaniczo mieszaniny gazowo-powietrzne dają dużo mniejsze energie niż mieszaniny par z powietrzem, czy też pyłów z powietrzem. Drugą różnicą jest szybkość utleniania miesznin; największe szybkości osiągają mieszniny gazowo-powietrzne, np.: wodór utlenia się z v=3,2m/s, metan z v=0,37 m/s. Gazy dają prędkość rozprzestrzeniania się czoła wybuchu rzędu 1,5-3 km/s, znacznie wyższe parametry dają ciecze i ciała stałe. 63.który ze stanow statyczny, czy dynamiczny jest bardziej niebezpieczny pozarowo. Wyfukniecie. Bardziej niebezpieczny pozarowo jest stan statyczny (warstwa pylu), gdyz stan dynamiczny stwaza raczej zagrozenie wybuchem. Warstwa pylu która lezy przez dluzszy okres czasu samorzutnie wysusza się a nastepnie rozklada się i gazyfikuje. Warstwa glebiej polozonych pyl zaczyna nagrzewac się. Nastepuje zjawisko konwekcji- gorace powietrze unosi male ilosci pylu do gory. Jeżeli taka sytuacja miala miejsce wtedy gdy chociaz jedno ziarenko w warstwie pylu tlilo się to powstaly nad warstwa oblok ulegnie spaleniu. Taki typ reakcji spalania nazywamy wyfuknieciem. Wyfukniecie -reakcja spalania która nastepuje w krotkim czasie po zaistnieniu tlenia w warstwie pylu, a plomien przesuwa się z predkoscia kilkunastu m/s bez specjalnego podnoszenia cisnienia. Jest to zjawisko posrednie miedzy spalaniem a wybuchem. 64.jak warunki sedymentacji i aglomeracji zmieniaja zagrozenia pozarowe (wybuchowe mieszanin wybuchowo powietrznych) Sedymentacja i aglomeracja powoduje przejscie pylu ze stanu dynamicznego (chmura pylowa) w stan statyczny (warstwa pylu). To natomiast jest przyczyna wzrostu zagrozenia pozarowego, gdyz chmura pylowa stwarza zagrozenie wybuchem, a warstwa zagrozenie pozarowe.wieksze ziarna pylu maja zdolnosc do aglomeracji, czyli laczenia się i tworzenia aglomeratow. Aglomeraty tworza najczesciej stan statyczny ponieważ maja duza zdolnosc do sedymentacji, czyli opadania ziaren pylu pod wplywem sil ciezkosci. POJECIA: Sedymentacja- proces osadzania się ziaren pylu, w wyniku czego w mieszaninie zachodza nastepujace zmiany: zmiana rozkladu masy w okreslonej objetosci, zmiana predkosci opadania pylu, co prowadzi do zmiany stabilnosci, czyli trwalosci pylu. Aglomeracja (aglutynacja)- zdolnosc do laczenia się malych ziarenek w duze. Powstale w wyniku aglomeracji wieksze ziarna ulegaja szybszej sedymentacji, w wyniku czego chmura szybko przechodzi w warstwe pylu. 65. Pojęcie cechy pożarowej - jakie cechy pożarowe materiałów wykorzystane są w przepisach budowlanych dotyczących palności materiałów. Cecha pożarowa jest to własność palna materiału stałego wyznaczona w warunkach cieplnych symulująca pierwszą względnie drugą fazę pożaru.DO CECH POZAROWYCH zaliczamy: -kinetykę generacji ciepła (HRR) - jest to ilość ciepła, która wydziela się z jednostki powierzchni materiału w jednostce czasu [kW/m²] Są materiały o HRR niskiej (wartość do 100-120 kW/m ²), średniej (do 300kW/m²) i wysokiej (pow. 300 kW/m²). Materiały celulozo pochodne mają z reguły wysoką HRR. Tworzywa sztuczne nie modyfikowane przeciwogniowo prawie wszystkie mają bardzo wysoką HRR; -szybkość rozprzestrzeniania się płomienia - jest to zasięg rozprzestrzeniania się płomienia po powierzchni materiału stałego w czasie. Sa 4 klasy: I.do 7,6cm- bardzo mala szybkosc [polietyleny sieciowane], II.>7,6 do 17,5cm-mala [PCV ognioodporne] III. nie10,1(1min) oraz 22cm(3,1/4min)-srednia [PCV nieuognioodpornione, PE, PP, PS], IV. 10,1(1min)>22cm(3,1/4min)-wysoka [pianki PE, zywice]. W Polsce nie ma normatywnej metody badan tej predkosci. Jeśli material ma klase I lub II to może być stosowany we wszystkich lokalizacjach, a materialy w klasie III i IV maja ograniczony zakres stosowania szczególnie biorac pod uwage mozliwosc ewakuacji ludzi. Wszystkie tworzywa termoplastyczne niemodyfikowane za wyjątkiem schlorowanych weglowodorow zawierajacych 75-80% chlorowca naleza do III wzglednie IV klasy; -zapalność materiału - podatność do zapoczątkowania reakcji spalania oraz rozprzestrzeniania się płomienia po powierzchni materiału stałego. Materialy niezapalne to te które niezapalaja się w danych warunkach (pod wplywem strumienia ciepla o mocy 30kW/m2 nie zapala się w warunkach badan nie oznacza to ze mateial nie pali się w innych warunkach). Pod względem stopnia palnosci materialy klasyfikujemy na: a)palne- latwozapalne, trudnozapalne, niezapalne b)niepalne; -własności dymotwórcze (toksyczność) produktów rozkładu termicznego i spalania - jako cecha pożarowa jest określana w ten sposób, że wyznacza się współczynnik osłabienia kontrastu, a następnie klasyfikuje się materiał biorąc pod uwagę jego wielkość. Natomiast toksyczność wyznacz się tylko w odniesieniu do następujących gazów: CO_2, CO, H₂O, tlenku azotu i tlenku siarki. Istnieje norma która scisle okresla jakie stezenie gazow toksycznych może być w spalinach, aby zastosowac dany material do danej lokalizacji. Materialy silnie toksyczne nie mogą być stosowane w bydynkach uzytecznosci publicznej, szpitalach, szkolach, a także na drogach ewakuacyjnych. -korozyjność produktów rozkładu - oznacza stężenie związków toksycznych powstałych w produktach rozkładu termicznego i spalania w jednostce objętości spalin. 67. Spalanie się materiałów wielowarstwowych (kabli). Struktura Charakterystycznym przedstawiciele materiałów wielowarstwowych są kable, dlatego na przykładzie spalania kabli elektroenergetycznych przedstawiony zostanie problem spalania się materiałów wielowarstwowych. Kabel - to wyrób wielowarstwowy , który składa się w 70% z palnej , na ogół organicznej , części oraz w 30% z części niepalnej. Część niepalna kabla stanowi rdzeń kabla oraz niektóre włókniny niepalne stosowane w kablach optycznych. Część organiczną kabla stanowi powłoka (zew. część kabla ) ; izolacja oraz warstwy pośrednie np. papier lub czysta celuloza lub też innego typu włóknina. Ilość warstw zależy od przeznaczenia kabla ; kable siłowe mają najbardziej zróżnicowaną budowę. Pod względem struktury kable dzieli się na kable węglowe i silikonowe. Kable węglowe są to takie kable , których materiały izolacyjne oparte są na związkach węgla (węglowodory). Kable silikonowe są to takie kable , których struktura zw. organicznych oparta jest na krzemie. Spalanie się materiałów wielowarstwowych zależy przede wszystkim od rodzaju użytego tworzywa , oraz od grubości poszczególnych warstw i ich wzajemnego ułożenia. Rodzaj materiału użytego do budowy wierzchniej warstwy materiałów wielowarstwowych ma największy wpływ na ich spalanie , gdyż to od jego parametrów pożarowych zależy zachowanie się materiału w podwyższonej temperaturze. W przypadku kabli zależy głównie na ich bezpieczeństwie pożarowym , dlatego wierzchnie warstwy wykonywane są z tworzyw o podwyższonej odporności cieplnej. Na spalanie kabla największy wpływ ma materiał z jakiego została wykonana jego powłoka zewnętrzna. W Polsce najczęściej stosowane są kable w wykończeniu tradycyjnym tzn. powłoka czyli zewnętrzna warstwa kabla wykonana jest ze zwyczajnego PCV (słowo zwyczajny określa , że PCV nie jest modyfikowany przeciwogniowo ). Poza tym jako powłoki stosuje się również modyfikowany czyli uognioodporniony PCV , aby zmniejszyć własności palne powłok izolacyjnych. Podczas produkcji dodaje się do PCV substancje zmniejszające palność tzw. antypireny , są to Sb₂O₃ (trójtlenek antymonu) , Al₂O₃ (trójtlenek glinu). Do wyznaczenia odporności ogniowej powłoki zewnętrznej stosuje się pomiar temp max ubytku masy , w której kable najczęściej ulegają samozapłonowi. Dobry kabel z dobrą powłoką musi podczas ogrzewania do temp 1000⁰C max tracić masę 40% - 50%. Musi pozostać około 60% masy początkowej. Dobry kabel z PCV musi mieć temp max ubytku masy ponad 400⁰C. Obok PCV stosuje się również kable o znacznie większej termostabilności tzn. mające powłoki z polietylenu usieciowanego. PE usieciowane mają temp max ubytku masy ponad 400⁰C , a max ubytek masy około 50%-60%. 69. Sposoby obliczeń objętości powietrza, niezbędnej do spalania jednostki paliw. Do całkowitego spalania tych samych ilości różnych substancji palnych potrzebna jest niejednakowa ilość powietrza. Do całkowitego spalenia 1kg drewna potrzeba 4-5m³ powietrza. Do spalenia tej samej ilości węgla kamiennego zużywa się 8-9m³ powietrza. Podczas pożarów , gdzie spalanie przebiega z dużym nadmiarem powietrza w. wym. ilości wzrastają nawet dwukrotnie. Obliczenia ilości powietrza , koniecznego do spalenia różnych substancji , można przeprowadzić różnymi sposobami w zależności od składu i stanu skupienia substancji palnej. I Substancja palna jest związkiem chemicznym. Jeżeli substancja palna jest związkiem chemicznym , najprościej obliczyć ilość powietrza konieczną do spalenia na podstawie reakcji chemicznej. sposób postępowania: 1)Napisać równanie reakcji i dobrać współczynniki. 2)Z równania określić ile moli O₂ przypada na jeden mol spalanego związku. 3)Obliczyć jaką objętość zajmuje jeden mol gazu w określonych w zadaniu warunkach ciśnienia i temperatury, ze wzoru: Vt=(22,4*760(t+273))/273p 4)Na podstawie obliczeń z powyższego wzoru określić jaką objętość zajmuje ilość tlenu wyznaczona z równania reakcji. 5)Obliczoną objętość tlenu odnieść do masy jednego mola substancji palnej , a wynik podać w m³ tlenu przypadających na kilogram spalanego związku. II. Substancja palna jest mieszaniną różnych związków chemicznych. Takimi substancjami są : drewno , torf , węgiel kamienny , ropa naftowa i inne. W celu określenia ilości powietrza koniecznego do spalenia określonych ilości tych substancji , należy ustalić skład tych substancji , tzn. wymienić jakie pierwiastki i w jakich ilościach znajdują się w wyżej wymienionych związkach , a więc trzeba znać procent wagowy poszczególnych pierwiastków wchodzących w skład danego związku. Najczęściej substancje te składają się z następujących pierwiastków: C , H , O , S i N. Objętość powietrza potrzebnego do spalenia 1kg substancji oblicza się ze wzoru: Vpow=0,269(C/3+H+S/8-O/8) gdzie, C,H,S,O - ilość węgla ,wodoru, siarki, tlenu - wyrażone w % wagowych. III. Substancja palna jest mieszaniną gazów. Do grupy tych związków zalicza się : techniczne gazy palne np. gaz świetlny , wodny, generatorowy itp. Wszystkie te gazy zawierają w różnych ilościach CO, CH₄ ,H₂S, C₂H_4. Skład gazów technicznych zwykle podaje się w procentach objętościowych. Objętość powietrza potrzebnego do spalenia 1m³ mieszaniny gazowej oblicza się ze wzoru: Vpow=(2CH4+0,5H2+0,5CO+1,5H2S-O2)/21 gdzie, CO, CH₄ ,H₂S, O₂ - ilość tlenku węgla , metanu , siarkowodoru i tlenu w % objętościowych. Określona w wyżej podany sposób ilość powietrza , konieczna do spalenia określonej substancji palnej nazywa się ilością teoretyczną. raktycznie ilość powietrza zużywanego podczas spalania (podczas pożarów) jest znacznie większa . Różnica pomiędzy ilością powietrza zużywaną rzeczywiście podczas spalania a teoretycznie wyliczoną ilością , nazywa się nadmiarem powietrza. stosunek ilości powietrza biorącego udział rzeczywiście w spalaniu do ilości teoretycznej wyliczonej , nazywa się współczynnikiem nadmiaru powietrza i oznacza α. Współczynnik nadmiaru powietrza oblicza się ze wzoru: α=Vprakt/Vteoret gdzie Vprakt.- objętość powietrza w m³ , praktycznie zużywana podczas spalania V teoret. - objętość powietrza w m³, teoretycznie potrzebna do spalania. 70. Sposoby obliczeń objętości produktów spalania. Produktami spalania nazywamy produkty powstające w wyniku spalania. Produkty spalania charakteryzują reakcję spalania , umożliwiając wyliczenie różnych parametrów charakterystycznych dla tej reakcji . Rozróżnia się wilgotne i suche produkty spalania. Wilgotnymi produktami spalania nazywamy całkowitą objętość tworzących się w procesie spalania produktów łącznie z parą wodną. Jeśli w objętości powstałych produktów spalania nie uwzględnia się objętości powstałej pary wodnej , produkty te nazywa się suchymi produktami spalania. Skład produktów spalania wyraża się bądź w % objętościowych , lub w m3 liczonych na 1kg substancji palnej. Skład i ilość powstałych produktów spalania oblicza się w różny sposób w zależności od składu substancji palnej. I.Substancja palna jest związkiem chemicznym. Jeśli substancja palna jest związkiem chemicznym , obliczenie ilości i składu powstałych produktów spalania oblicza się na podstawie reakcji spalania. Sposób postępowania: 1.Piszemy równanie reakcji spalania i dobieramy współczynniki. 2.Na podstawie reakcji określamy ile i jakie otrzymaliśmy produkty spalania. Ilość poszczególnych produktów spalania wylicza się z proporcji , biorąc pod uwagę stechiometrię równania i zależność wynikającą z prawa Avogadro (1mol gazu w W.N. zajmuje 22,4dcm³ 3.Wyniki podać: -w %objętościowych wyliczając jaki procent sumy moli wszystkich produktów spalania stanowi liczba moli poszczególnych produktów wg. wzoru (np. CO₂) n_CO2 - liczba moli CO₂ wyznaczona z reakcji. Σn- suma wszystkich moli produktow spalania; -w m³ na 1 kg związku palnego korzystając ze wzoru: CO2%=Nco2*100%/Σn m_subst- masa substancji palnej (w kg) ilość moli w (kilomolach) II.Substancja palna jest mieszaniną różnych związków chemicznych Jeśli znany jest skład mieszaniny, to skład i ilość produktów spalania dla 1 kg substancji można określić na podstawie reakcji spalania poszczególnych pierwiastków wchodzącej w skład danej substancji złożonej. Uwzględniając pierwiastki palne najczęściej i w największych ilościach występujące w palnych związkach chemicznych /C,H,S/. Podczas spalania węgla, wodoru i siarki potrzebny do spalania tlen zawarty jest w powietrzu. Substancja palna w swoim składzie może również zawierać tlen , który jest wykorzystany podczas spalania. W tym przypadku ilość powietrza konieczna do spalenia tej substancji będzie mniejsza i odpowiednio w produktach spalania będzie mniej azotu. W składzie substancji palnej mogą znajdować się azot i wilgoć które w procesie spalania przechodzą do produktów spalania. IIISubstancja palna jest mieszaniną gazów. Dla mieszaniny gazów, ilość i skład produktów spalania określa się na podstawie reakcji spalania składników wchodzących w skład danej mieszaniny. W skład większości gazów technicznych wchodzą: metan, wodór, tlenek węgla, etan, i inne. Z równania reakcji łatwo obliczyć jaka objętość gazów spalinowych powstanie z 1m³ palnego gazu. 71.Wlasnosc palna. Jakie normatywne metody wykorzystywane sa do badan wlasnosci palnych : - jest to taka wlasnosc materialu która wyznaczana jest w warunkach laboratoryjnych , warunkach niskoenergetycnych . Roznica miedzy wlasnoscia palna a cecha pozarowa wyznacza się :a) w duzej skali ; b) w warunkach wysokoenergetycznych ; c) w wartosciach dynamicznych ktσre otwarzaja przeplyw powietrza w srodowisku pozarowym. Temperatura zaplonu - wlasnosc palna cial stalych ( tworzyw sztucznych ) oraz cieczy . Jest to najnizsza temperatura cieczy w ktorej ciecz ogrzana w normatywnych warunkach wydziela taka ilosc par (DGW) ze wytworza one mieszanine palna z powietrzem zdolna zapalic się od plomyka gazowego ( punktowego bodzca energetycznego). Temperatura zaplonu tworzyw sztucznych jest to najnizsza temperatura powierzchni grzejnej przy ktorej gazowe produkty rozkladu termicznego ciala stalego ulegaja zaplonowi od punktowego bodzca energetycznego . Temperatura samozaplonu- wlasnosc palna gazow , cieczy i cial stalych.jest to najnizsza temperatura do jakiej trzeba ogrzac substancje , aby ulegla ona samozapaleniu bez udzialu punktowego bodzca.Temperatura tlenia - jest to najnizsza temperatura powierzchni grzejnej na ktorej swobodnie osiadly pyl w warstwie 5mm ulega zatleniu w czasie do 2h. lub jest to najnizsza temperatura materialu przy ktorej nastepuje tlenie w okreslonych warunkach badania. Normatywne metody wykorzystywane do badan wlasnosci palnych :a)do oznaczania temperatury zaplonu cieczy palnych - w tyglu otwartym metoda Marcussona i metoda Clevelanda , w tyglu zamknieym metoda Martensa-Panskyego(PN 75/C-04009) i Abla-Panskyego b) temperatura zaplonu tworzyw sztucznych - wg PN- 69/C-89022- istota metody polega na ogrzaniu probki badanego tworzywa do temperatury 10 stopni nizszej od spodziewanej temp. rozkladu , i probie zapalenia wydzielajacych się gazow c) temperatura tlenia - nie ma jeszcze normatywnych oznaczen tej temperatury , stosowane sa rozne aparaty jednomiejscowe i wielomiejscowe .d) metody piecowa i dynamiczna oznaczania temperatury samozaplonu cieczy. 72. Czy metody badania eksperymentalnych temperatur samozapłonu cieczy , stosowane w Polsce są metodami, które w sposób obiektywny umożliwiają ocenę tej wielkości? W Polskich przepisach termin temperatura zapalenia używany jest zamiennie z określeniami: temperatura samozapalenia , samozapłonu i zapłonienia. W Polsce stosuje się dwie metody wyznaczania temperatury zapalenia są nimi: 1) Metoda dynamiczna pomiaru temperatury zapalenia cieczy pod ciśnieniem atmosferycznym (wg PN/C-04006). 2) Pomiar temperatury zapalenia cieczy metodą piecową. Pierwsza z wymienionych metod polega na ogrzewaniu naczynia do określonej temperatury ,a następnie na wkropleniu do niego badanej cieczy. Naczynko pomiarowe zaopatrzone jest w pokrywkę ,w której znajduje się dysza , przez którą wprowadzane jest powietrze z określonym przez PN wydatkiem. To obostrzenie dotyczące wydatku przepływającego powietrza stwarza określone warunki w jakich przeprowadzone zostaje badanie , a powtarzalność wyników możliwa jest tylko w obrębie danej metody. Dlatego trudno mówić o obiektywnym wyniku tej metody jeżeli z góry zostają założone warunki w jakich powinno odbyć się badanie. Okazuje się że najdokładniejszą metodą badania temperatury zapalenia cieczy jest metoda równomiernego jej ogrzewania w tyglu pod normalnym ciśnieniem i bezpośredniej rejestracji temperatury zapalenia w chwili pojawienia się płomienia. Charakteryzuje się ona dużą prostotą i dokładnością pomiarów. Do metody tej na pewno należy pomiar temperatury zapalenia cieczy metodą piecową. Wyniki tego pomiaru mogą być jak najbardziej odpowiadające rzeczywistym ,gdyż odbywają się w warunkach najbardziej zbliżonych do rzeczywistych. Dlatego wyniki uzyskane tą metodą mogą być najbardziej obiektywne ze wszystkich otrzymanych innymi metodami stosowanymi w naszym kraju. Jednakże PN zaleca do pomiaru temperatury zapalenia cieczy stosowanie pierwszej metody. 73.Opisac na przykladzie nitroksylenu C8H9NO2 co to znaczy bilans tlenowy. Niestabilnosc materialow wybuchowych okresla się za pomoca bilansu tlenowego. Najwiejksze prawdopodobienstwo wybuchu maja zwiazki o bilansie tlenowym BO=0. To znaczy w czasteczce materialu wybuchowego jest stezenie tlenu wystarczajace do utlenienia wszystkich atomow wegla i wodou zawartch w czasteczce materialu do calkowitego utlenienia CO2 i H2O. Zbyt malo tlenu w strukturze powoduje ze czesc wegla i wodoru nie spala się, obnizajac tym samym entalpie spalania materialu. Natomiast jeżeli jest nadmiar tlenu w materiale wybuchowym w stosunku do wodoru i wegla, wtedy czesc tlenu nie zostaje zuzyta i material wybuchowy staje się bardzo niebezpieczny. Substancja jest niestabilna gdy liczba atomow tlenu i azotu wzrasta w stosunku do liczby atomow wegla i wodoru w czasteczce , gdyz im wiecej tlenu w substancji tym wiecej wegla i wodoru spali się do produktow całkowitego spalania. Wystepujacy w materiale azot, który podczas wybuchu wydziela się w postaci N2 jest termostabilny i nie tworzy innych polaczen. Wzor BO= [100( masa atomowa )( z -2x -y/2)]/msw(masa czast. substancji wybuchowej) np. nitrogliceryna BO=3,5 C3H5O9N3, trotyl=--3,5 C7H5O6N3. Bardziej niebezpiczne sa materialy z BO dodatnim, ponieważ rozkladaja się na zwiazki proste. 74.Co to znaczy zdolność do samoistnej przemiany. Material zdolny do samoistnej przemiany to material nie stabilny latwo rozkładający się egzotermicznie tzn wydzielający cieplo podczas rozkładu. W ten sposób samoprzyspieszenie reakcji prowadzi stopniowo do coraz większej ilości ciepla w układzie i w konsekwencji do wybuchu. 75.Opisac wybuch spowodowany zetknieciem się wody ze stopionymi metalami. Metale oraz stal w stanie stopionym osiągają na ogol temperature 700-2000C . Gdy roztopiony metal o wysokiej temperaturze wlewa się do wody to przechodzi ona gwałtownie z fazy cieklej w faze lotna(pare) a to powoduje zjawisko silnej turbulencji. Sila tej przemiany jest zblizona do detonacji materialu kruszącego. Przyczyna zaistniałego wybuchu lezy w dzialaniu fizycznym( 1700-krotnie zwieksza objętość). Przykład: stal ogrzana do temperatury 1500C i woda 20C powstaje silny wybuch fizyczny spowodowany tym ze utlenianie powietrzem czasteczki stali zostaja gwałtownie wyrzucone po utworzeniu się pary. Podobne zjawisko wybuchu obserwuje się przy Al. Reakcje aluminium z woda jest reakcja wybitnie egzotermiczna. Wybuch powstaje w efekcie zmiany energii cieplnej zawartej w stali roztopionej na fale ciśnieniowe. Warunkiem zaistnienia wybuchu fizycznego przy zetknieciu wody z roztopionym metalem lub stala jest duza powierzchnia styku. Kiedy roztopiony metal zetknie się z woda powstala gwałtownie para rozbija roztopiona mase na bardzo male czasteczki, które mieszaja się bezpośrednio bezpośrednio woda , wskutek czego powstala duza powierzchnia zetkniecia , przez która nastepuje wymiana ciepla. 76.Podstawy fizyczne wybuchu BLEVE BLEVE- wybuch par wrzacych cieczy. Wybuch spowodowwany naglym wyciekiem latwozapalnej cieczy o temperaturzewyzszej niż jej temperatura wrzenia przy normalnym cisnieniu atmosferycznym, powstaly w wyniku duzego wielomiejscowego uszkodzenia zbiornika. Wybuch BLEVE nie jest typowym wybuchem fizycznym lecz kombinacja wybuchu fizycznego i chemicznego. Pierwotne zjawiska ktσre prowadza do BLEVE sa typu fizycznego- wzrost cisnienia na skutek przejscia miedzyfazowego ciecz-para. Powstaniu BLEVE towarzysza zwykle3 efekty: rozpryskiwanie spalajacej się cieczy, generowanie fali wybuchowej, powstanie zjawiska fireball. Żeby powstalo zjawisko BLEVE musza być spelnione warunki: material musi być gazem w stanie skroplonym, ciecz musi być magazynowana w bardzo szczelnie zamknietych zbiornikach, temperatura cieczy w zbiorniku musi być wyzsza niż temperatura wrzenia tej cieczy przy cisnieniu normalnym. Aby zaistnialo BLEVE spadek cisnienia do cisnienia normalnego musi spowodowac osiagniecie przez ciecz granicznej (max) temperatury przegrzania, która miesci się w zakresie Tp=0,89-0,9Twrz. Przegrzanie cieczy można otrzymac tylko wtedy, gdy w cieczy przy jej temperaturze wrzenia nie ma zarodkow banieczek pary. Jeśli w takim stanie ciecz będzie w dalszym ciagu ogrzewana, nie obserwuje się wrzenia tzn nie powstaja babelki pary choc temperatura jest wyzsza od temperatury wrzenia- ciecz osiaga stan przegrzania. W takiej temperaturze ciecz jest w rownowadze nietrwalej i wystarczy obecnosc zarodka (najczesciej banieczki powietrza), aby wywolac wrzenie wybuchowe (ponieważ tworza się babelki pary i wybuch). Kazda ciecz ma w danym cisnieniu swoja graniczna temperature wrzenia. PRZYKŁAD (Rys): Zalozmy, ze w cysternie pod cisnieniem znajduje się skrplony propan. Przyjmijmy , ze jest on ogrzewany od temperatury w punkcie A do temperatury w punkcie B. W wyniku awarii cysterny nastepuje spadek cisnienia do cisnienia normalnego i wyciek propanu. W takich warunkach ciecz nie osiagnie granicznej temperatury przegrzania C. Oznacza to, ze nie powstanie fala wybuchowa w wyniku blyskawicznej przemiany propanu w pare. Zalozmy przypadek. Propan ogrzewany jest do temperatury w punkcie D. Przy spadku cisnienia do cisnienia normalnego propan osiagnie graniczna temperature wrzenia i wybuchnie dajac BLEVE. Rozpatrzmy przykład: Przyjmujemy ze temperatura skroplonego gazu=38C przy normalnym cisnieniu atmosferycznym=101,4kPa, gdy cisnienie wzrasta do 207kPa to temperatura wrzenia wzrasta do 140C, przy temperaturze 100C i cisnieniu 207kPa ciecz ta nie wrze. Gdy cysterna ulega katastrofie to cisnienie w niej gwaltownie spada do 101,4kPa a temperatura nie zmienia się=100, ciecz natychmiast przechodzi w stan lotny dajac ogromna ilosc pary (wybuch fizyczny rozsadzajacy cysterne). Przy obecnych zrodlach zapalenia powstaje pozar, a dokladnie fireball. 77.Omowic mechanizm spalania chmur par w czasie fireball BLEVE-FIREBALL powstaje podczas stanow awaryjnych zbiornikow cisnieniowych. Na skutek uszkodzenia cysterny nastepuje: spadek cisnienia, wyciek cieczy, natychmiastowa zmiana cieczy w pare, powstanie chmury par cieczy palnej zmieszana z powietrzem. Spalanie chmury przebiega 3 etapowo: zapalenie się obrzezy chmury, rozcienczenie chmury przez powietrze, rozprzestrzenianie się plomienia poprzez chmure. W pierwszym etapie po awarii tworzy się chmura pary, która z powietrzem daje mieszanine bogata (duze stezenie skladnika palnego). W przypadku FIREBALL granice zapalnosci par cieczy sa waskie (1,5-9%). Paliwo nie spala się gdyz stezenie skladnika palnego w mieszaninie jest wieksze od 10% obj. Przy obrzezach chmura styka się z powietrzem i tam nastepuje rozcienczenie mieszaniny do stezen zawierajacych się w zakresie wybuchu skladnika palnego. Gdy ulega zapaleniu sapla się dajac produkty spalania. Gorace produkty spalania roznia się gestoscia od niezapalonej mieszaniny (powstanie sily wyporu) i powoduja pionowe przyspieszenie nie palacej się chmury i coraz szybsze wciaganie do niej powietrza. To powoduje rozcienczenie dalszych czesci mieszaniny i jej spalanie. Proces ten zapewnia ciaglosc spalania się chmury, gdyz im wiecej powietrza wciaganego jest do chmury, tym wiecej paliwa spala się. Jeżeli stezenie powietrza wciaganego do chmury jest wystarczajace do calkowitego spalenia chmury, plomien rozprzestrzeni się na cala objetosc chmury powodujac jej calkowite spalenie. Czynnikiem decydujacym o parametrach FIREBALL jest objetosc powstalych produktow spalania. O calkowitej mocy strumienia ciepla promieniowania tworzacego się podczas FIREBALL decyduja: wysokosc tworzacego się plomienia, czas calkowitego spalania, max srednica powstalego pozaru. 78.DYM to dyspersyjny układ aerozolowy, składający się z ośrodka gazowego (faza rozpraszająca, tzw. dyspersyjna), oraz fazy rozproszonej w stanie ciekłym lub stałym. Dym tworzący się podczas spalania płomieniowego składa się prawie całkowicie z cząstek stałych (sadzy). W warunkach oddziaływania płomienia jako wysokoenergetycznego strumienia ciepła mała część cząsteczek stałych oblepia ciekłe produkty spalania, dlatego też przy spalaniu płomieniowym powstaje znacznie mniej dymu niż przy bezpłomieniowym. Większość zaś tych cząstek jest tworzona w fazie gazowej w wyniku niecałkowitego spalenia, wysokiej temperatury i niskiej zawartości tlenu. Własności dymu zależą od rodzaju ośrodka gazowego, fazy dyspersyjnej, tzw. Stężenia liczbowego i masowego, rozmiarów cząsteczek, pierwotnego kształtu cząsteczek nie zaglomerowanych, stopnia ich agregacji, kształtu agregatów i ładunku elektrycznego cząsteczek. Własności dymu: stopień przezroczystości - jest to stosunek natężenia wiązki światła wchodzącego w dym I₀, do natężenia wiązki światła I po przebyciu przez nią w obłoku dymu drogi o długości l, przy założeniu że część strumienia świetlnego określonego różnicą natężenia I₀-I nie osiąga punktu detekcji. optyczna gęstość dymu:D= log I₀/I właściwa gęstość optyczna dymu - gęstość optyczna warstwy aerozolu dymu o grubości 1 m wytworzonego w obj. 1 m3 w czasie rozkładu term. lub spalania próbki badanego materiału o powierzchni 1 m2. D_s= D*V/A*l gdzie: V- obj. komory dymowej, A- powierzchnia próbki, l- grubość mierzonej warstwy dymu. masowa gęstość optyczna dymu- gęst. opt. Warstwy dymu o grubości 1 m wytworzonego w obj. 1m3 w czasie rozkładu term. i spalania 1 kg materiału: MOD= D_s*A/m gdzie m- ubytek masy próbki w wyniku spalania lub bezpłomieniowego rozkładu termicznego w komorze. ilość wydzielonego dymu: S=δV gdzie δwspółczynnik tłumienia. DYM jest nośnikiem ciepła a nie płomień. 79.FPJ-wskaznik rozprzestrzeniania się pozaru (fire propagation index) stosowany do klasyfikowania kabli. Wskaznik rzeczywisci odtwarza zagrozenie pozarowe, które może stworzyc dany kabel ponieważ laczy ze soba parametry pozaru, czyli temperature spalania kabla z wlasnosciami fizycznymi materialow, które okreslone sa poprzez bezwladnosc cieplna materialow szczególnie powloki oraz grubosc kabla okreslona jego zewnetrzna srednica I klasa- FPJ<10 najbardziej niebezpieczne pozarowo II 10<FPJ<20 III 20<FPJ. FPJ=[(0,4*q/ЛD)^1/3*1000]/∆T(kδCp)^1/2 {D-srednica zewnetrzna kabla (+powloka zew), q-HRRmax max kinetyka generacji ciepla, k-wspolczynnik przewodnictwa cieplnego, δ-gestosc przewodnictwa cieplnego, Cp-cieplo wlasciwe przewodnictwa cieplnego (bezwladnosc cieplna- ile ciepla może pochlonac i oddac, im mniejsze tym bardziej palny), ΔT=Tsp-Tp (roznica miedzy temperatura spalania kabla i temperatura poczatkowa)}

---