Искровой разряд. Открытый огонь, раскаленные продукты горения и нагретые ими поверхности Тепловые проявления электрической энергии

В производственных условиях пожароопасное повышение температуры тел в результате превращения механической энергии в тепловую наблюдается при ударах твердых тел (с образованием или без образования искр); при поверхностном трении тел во время их взаимного перемещения; при механической обработке твердых материалов режущими инструментами, а также при сжатии газов и прессовании пластмасс. Степень разогрева тел и возможность появления при этом источников зажигания зависит от условий перехода механической энергии в тепловую.

Рис- 5-9. Турбинно-вихревой искрогаситель: / - корпус; 2 - неподвижная турбина; 3 - траектория движения твердых частиц

Рис. 5.10. Зависимость температуры стальной искры от усилия и соударяющегося материала (по данным МИХМ): 1 - с абразивным диском; 2 - с металлическим диском. Линейная скорость соударения 5,2 м/с

Искры, образующиеся при ударах твердых тел. При достаточно» сильном соударении некоторых твердых тел высекаются искры (искры удара и трения). Искра в этом случае представляет собой раскаленную до свечения частицу металла или камня. Размеры искр удара и трения зависят от свойств материалов и энергетических характеристик удара, но обычно не превышают 0,1...0,5 мм. Температура искры, кроме того, зависит от процесса взаимодействия (химического и теплового) частицы металла с окружающей средой. Так, при ударе и истирании металлов в среде, не содержащей кислорода или другого окислителя, видимых искр не образуется. Дополнительный разогрев металлических искр удара при полете в окружающей среде происходит обычно в результате окисления их кислородом воздуха. Температура искр нелегированной малоуглеродистой стали может достигать температуры плавления металла (около 1550° С). Она будет возрастать с увеличением в стали содержания углерода, уменьшаться с увеличением легирующих добавок. Зависимость температуры искры от материала соударяющихся тел и прилагаемой удельной нагрузки показана на рис. 5.10. Согласно графикам, температура искры возрастает линейно с увеличением нагрузки, и более высокую температуру имеют искры, образующиеся при ударе стали о корунд, чем при ударе стали о сталь.

В производственных условиях от искр удара воспламеняются ацетилен, этилен, водород, окись углерода, сероуглерод. Искры удара (в определенных условиях) способны воспламенить метано-воздушные смеси. Поджигающая способность искр удара пропорциональна содержанию кислорода в смеси, которую эти искры могут поджечь. Это и понятно: чем больше в смеси кислорода, тем интенсивнее искра горит, тем выше горючесть смеси.

Воспламеняющая способность искр удара устанавливается экспериментально - в зависимости от энергии удара.

Летящая искра непосредственно не воспламеняет пылевоздушные смеси, но, попав на осевшую пыль или на волокнистые материалы, вызывает появление очагов тления. Этим, видимо, объясняется большое количество вспышек и загораний от механических искр в машинах, где имеются волокнистые материалы или отложения мелкой горючей пыли. Так, в размольных цехах мельниц и крупозаводов, в сортировочно-разрыхлительных и угарных цехах текстильных фабрик, а также на хлопкоочистительных заводах более 50% всех загораний и пожаров возникает от искр, высекаемых при ударах твердых тел.

Образуются искры при ударах алюминиевых тел о стальную окисленную поверхность. В этом случае между разогретой алюминиевой частицей и окислами железа происходит химическое взаимодействие с выделением значительного количества тепла:

2А1 + Fe 2 O 3 = А1 2 О 3 + 2Fe + Q.

За счет тепла этой реакции увеличиваются теплосодержание и температура искры.

Искры, образующиеся при работе ударными инструментами (молотками, зубилами, ломами и т. п.), часто вызывают пожаро-взрывоопасные ситуации. Известны случаи вспышек и взрывов в насосных и компрессорных станциях, а также в производственных помещениях при падении инструмента, ударах ключей в момент подтягивания гаек. Поэтому при производстве работ в местах, где возможно образование взрывоопасной смеси паров или газов с воздухом, не следует использовать ударные инструменты из искрообразующих материалов. Искробезопасными считают инструменты, выполненные из бронзы, фосфористой бронзы, латуни, бериллия, алюминиего сплава АКМ-5-2, дюралей с ограниченным (до 1,2... 1,8%) содержанием,магния..(сплав Д-16 и др.) и даже инструменты из высоколегированных сталей.. Использование омедненного инструмента не достигает цели, ибо мягкий слой меди быстро истирается. При пользовании стальными инструментами следует оберегать их от падения и по возможности заменять ударные операции) безударными (например, рубку металла зубилом заменить распиловкой и т. п.), а для рассеивания горючих паров или газов у мест производства работ применять передвижные вентиляционные агрегаты.

Искры, образующиеся при попадании в машины металла или камней. В аппараты с мешалками для растворения или химической обработки твердых веществ в растворителях (например, целлулоидной массы в спирте, ацетилцеллюлозы в ацетоне, каучука в бензине, нитроклетчатки в спирто-эфирной смеси и т. п.), в машины ударно-центробежного действия для измельчения, разрыхления и смешивания твердых горючих веществ (молотковые и ударно-дисковые мельницы, дробилки кормов, хлопкоочистительные и трепальные машины и т. п.), в аппараты-смесители для перемешивания и составления порошковых композиций, в аппараты центробежного -действия для перемещения газов и паров (вентиляторы, газодувки, центробежные компрессоры) могут попасть вместе с обрабатываемыми продуктами куски металла или камни, в результате чего образуются искры. Поэтому обрабатываемые продукты следует просеивать, провеивать, промывать либо использовать магнитные, гравитационные или инерционные улавливатели.

Рис. 5.11. Камнеуловитель: / - пневматический трубопровод; 2 - бункер; 3 - наклонные поверхности; 4 - разгрузочный люк

Особенно трудно очистить волокнистые материалы, так как твердые примеси запутываются в волокнах. Так, для очистки хлопка-сырца от камней перед поступлением его в машины устанавливают гравитационные или инерционные камнеуловители (рис. 5.11).

Металлические примеси в сыпучих и волокнистых материалах улавливают также магнитными уловителями (сепараторами). На рис. 5.12 изображен магнитный уловитель, наиболее широко применяемый в мукомольном и крупяном производстве, а также на комбикормовых заводах. На рис. 5.13 показан разрез электромагнитного сепаратора с вращающимся барабаном.

Следует отметить, что эффективность работы уловителей зависит от их расположения, скорости движения, равномерности и толщины слоя продукта, характера примесей. Устанавливают их, как правило, в начале технологической линии, перед машинами ударного действия. Сепараторы обычно предохраняют машины и от механических повреждений. Их установка диктуется также санитарно-гигиеническими требованиями.

Рис. 5.12. Магнитный сепаратор с постоянными магнитами: / - корпус; 2 - постоянные магниты; 3 - сыпучий материал

Рис. 5.13. Электромагнитный сепаратор с вращающимся барабаном: / - корпус; 2 -неподвижный электромагнит; 3 - поток продукта; 4 - регулировочный винт; 5 - вращающийся барабан из не

магнитного материала; 6 - труба для очищенного продукта; 7 - труба для уловленных примесей

Если есть опасность попадания в машину твердых немагнитных примесей, осуществляют, во-первых, тщательную сортировку сырья, во-вторых, внутреннюю поверхность машин, о которую эти примеси могут удариться, футеруют мягким металлом, резиной или пластмассой.

Искры, образующиеся при ударах подвижных механизмов машин об их неподвижные части . В практике нередко бывает так, что ротор центробежного вентилятора соприкасается со стенками кожуха или быстровращающиеся пильчатые и ножевые барабаны волок но отделительных и трепальных машин ударяются о неподвижные стальные решетки. В таких случаях наблюдается искрообразование. Оно возможно и при неправильной регулировке зазоров, при деформации и вибрации валов, изнашивании подшипников, перекосах, недостаточном креплении на валах режущего инструмента и т. п. В таких случаях возможно не только искрообразование, но и поломка отдельных частей машин. Поломка узла машины, в свою очередь, может быть причиной образования искр, так как частицы металла попадают при этом в продукт.

Основные пожарно-профилактические мероприятия, направленные на предотвращение образования искр удара и трения, сводятся к тщательной регулировке и балансировке валов, правильному подбору подшипников, проверке величины зазоров между вращающимися и неподвижными частями машин, их надежному креплению, исключающему возможность продольных перемещений; предотвращению перегрузки машин.

Перед пуском в работу машина, в которой возможно соударение вращающихся частей о неподвижные, должна проверяться (в неподвижном состоянии, а затем на холостом ходу) на отсутствие перекосов и вибраций, прочность крепления вращающихся частей, наличие необходимых зазоров. В процессе работы при появлении постороннего шума, ударов и сотрясений надо остановить машину для устранения неполадок.

Повышенные требования по искробезопасности предъявляются к производственным помещениям с наличием ацетилена, этилена, окиси углерода, паров сероуглерода, нитросоединений и подобных им легковоспламеняющихся или нестойких веществ, полы и площадки в которых делают из материала, не образующего искр, или выстилают резиновыми ковриками, дорожками и т. п. Пол помещений, где обрабатывается нитроклетчатка, кроме того, поддерживают в увлажненном состоянии. Тележки и вагонетки должны иметь на колесах ободы из мягкого металла или резины.

Q тр = Q охл + Q окр.

Нарушение этого равенства, то есть увеличение тепловыделения или уменьшение теплоотвода и теплопотерь, ведет к повышению температуры трущихся тел. По этой причине происходят загорания горючей среды или материалов от перегрева подшипников машин, сильно затянутых сальников, барабанов и транспортерных лент, шкивов и приводных ремней, волокнистых материалов при наматывании их на вращающиеся валы инструмента и механически обрабатываемых твердых горючих материалов.

Рис. 5.14. Схема подшипника скольжения: / - шип вала; 2 - корпус подшипника; 3 - станина

Загорание от перегрева подшипников машин и аппаратов. Наиболее пожароопасны подшипники скольжения сильно нагруженныхи высокооборотистых валов. Плохое качество смазки рабочих поверхностей, их загрязнение, перекосы валов, перегрузка машины и чрезмерная затяжка подшипников - все это может явиться причиной перегрева подшипников. Очень часто корпус подшипника загрязняется отложениями горючей пыли (древесной, мучной, хлопковой). Это также создает условия для их перегрева Примерную величину температуры подшипника скольжения (см. рис. 5.14) можно определить расчетным путем. Температура поверхности подшипника при нарушении режима его работы изменяется во времени. Для отрезка времени dx можно написать следующее уравнение теплового баланса:

d Q t р = dQ нагр+ dQ oxл+ dQ 0 K p, (5.7)

где dQ T p - количество тепла, выделяющегося при работе подшипника;

dQ нагр - количество тепла, идущего на нагревание подшипника; dQoxл - количество тепла, отводимого принудительной системой охлаждения; d Q 0 K p - потери тепла поверхностью подшипника в окружающую среду.

Количество тепла, выделяющегося при трении поверхностей, определяется по формуле

Q тр =f тр Nl ,

где f тр - коэффициент трения; N - нагрузка; / - относительное перемещение поверхностей.

Тогда применительно к подшипнику (для вращательного движения) работа сил трения определяется выражением

dQ т p =f Tp Nd III /2πndτ = πf ТР Nd III ndτ, (5.8)

где п - частота вращения вала (1/с); d - диаметр шипа вала. Предполагая коэффициент трения величиной постоянной и обозначив произведение постоянных величин а, будем иметь:

dQ Tp = adτ. (5.9)

Количество тепла, затрачиваемого на нагревание подшипника dQ нагр при повышении температуры на dT, будет равно:

dQ narp = mcdT, (5.10)

где т - масса нагреваемых деталей подшипника; с - средняя удельная теплоемкость материала подшипника.

Количество тепла dQ 0 XJI , отводимого принудительной системой охлаждения, можно принять равным нулю, что соответствует наиболее опасному режиму работы подшипника.

Количество тепла dQoup, теряемого поверхностью подшипника в окружающую среду, будет равно:

dQ окр = α(T п-T B)Fdτ, (5.11)

где α - коэффициент теплоотдачи поверхностью подшипника и средой; Т п и Т в - температура поверхности подшипника и воздуха; F - поверхность теплообмена (поверхность подшипника, омываемая окружающим воздухом).

Подставляя найденные значения dQ Tp , dQ narv и dQ 0 Kp в уравнение.(5.7), получим уравнение

adτ = mcdT+a(T n -T B)Fdτ, (5.12)

решение которого при начальных условиях аварии (Т П = Т В) дает:

Коэффициент а определяют из условий теплоотдачи от поверхности цилиндра в окружающую среду при свободной конвекции воздуха.

Полученное уравнение (5.13) дает возможность определить температуру подшипника в любой момент времени аварийного режима его работы или определить продолжительность аварийного режима, в течение которого температура поверхности подшипника достигает опасной величины.

Максимальную температуру подшипника (при τ = ∞) можно определить по формуле

Чтобы избежать пожаровзрывоопасной ситуации, в данном случае вместо подшипников скольжения применяют подшипники качения, систематически их смазывают, контролируют температуру.

В сложных машинах (турбинах, центрифугах, компрессорах) контроль температуры подшипников осуществляют с помощью систем КИПиА.

Визуальный контроль температуры подшипников осуществляют нанесением термочувствительных красок, изменяющих свой цвет при нагревании, на корпуса подшипников. Предотвратить перегрев подшипников позволяют системы принудительной смазки, устройство которых должно обеспечивать контроль наличия масла, замену отработанного масла свежим (с заданными рабочими характеристиками), быстрое и легкое удаление подтеков масла с частей машины.

В качестве примера можно привести модернизацию системы смазки подшипников сушильных цилиндров и сукноведущих валиков бумаго- и картоноделательных машин на целлюлозно-бумаж ном комбинате в Архангельской области. В результате этой модернизации пожары и загорания в соответствующих системах практически прекратились.

Первоначально для визуального контроля за поступлением масла в подшипники были предусмотрены капельницы. Помещены они были под кожухами машин, в зоне высоких температур, что практически исключало возможность систематического контроля. По (предложению объектовой пожарной части и пожарно-технической комиссии предприятия капельницы заменили ротаметрами, вынесенными за пределы машины. Это позволило визуально контролировать поступление масла, уменьшить количество разъемных соединений в маслосистеме, тем самым сократив масляные подтеки на станинах и узлах подшипников.

Кроме того, по первоначальному проекту масло в подшипниках заменяли только при планово-предупредительных ремонтах или планово-техническом обслуживании. Контролировать наличие смазки при эксплуатации машины было трудно. Исправность подшипников проверяли «на слух». При реконструкции машин была смонтирована централизованная система смазки: из емкости (10 м 3), установленной в отдельном помещении, шестеренчатым насосом отфильтрованное масло стали подавать в напорные трубопроводы и через ответвления - к ротаметрам, от ротаметров - к подшипникам. Пройдя через подшипник, масло попадало в отстойник и фильтр, где очищалось от механических примесей, охлаждалось и снова поступало в рабочую емкость. Давление, температура и уровень масла в баке контролировались автоматически. При остановке маслонасосов и падении давления в напорной линии срабатывала звуковая и световая сигнализация, включались резервные насосы.

Для очистки машин от подтеков масла и оседающей на них пыли оказалось эффективным применение 2%-ного раствора технического моющего средства ТМС-31 (при 50...70° С). По всей длине машины устроена стационарная система для мойки агрегатов и механизмов. Внедрение системы очистки позволило ежесменно, не останавливая машины, смывать подтеки масла и пыль. Кроме того, из производства изъято 10 т керосина, значительно улучшены условия труда работающих.

Перегревы и воспламенения транспортерных лент и приводных ремней наступают в основном в результате длительного проскальзывания ремня или ленты относительно шкива. Такое проскальзывание, называемое буксованием, возникает в силу несоответствия между передаваемым усилием и натяжением ветвей ремня (ленты). При буксовании вся энергия расходуется на трение ремня о шкив, в результате чего выделяется значительное количество тепла. Наиболее часто буксование транспортерных лент, лент элеваторов и ременных передач возникает из-за перегрузки или слабого натяжения ремня. У элеваторов причиной буксования чаще всего является завал башмака, то есть такое состояние, когда ковш элеватора не может пройти сквозь толщу транспортируемого вещества. К перегрузке и буксованию могут привести защемление ленты, перекосы и т. п.

Максимальную температуру барабана или шкива при длительной пробуксовке ленты или ремня можно определить по формуле (5.14).

Во избежание перегревов и загораний транспортерных лент и приводных ремней нельзя допускать работу с перегрузкой; следует контролировать степень натяжения ленты, ремня, их состояние Нельзя допускать завалов башмаков элеваторов продукцией, перекосов лент и трения их о кожухи и другие рядом находящиеся предметы. В некоторых случаях (при использовании мощных высокопроизводительных транспортеров и элеваторов) применяют устройства и приспособления, автоматически сигнализирующие о работе передачи с перегрузкой и останавливающие движение ленты при завале башмака элеватора.

Иногда для уменьшения буксования ремень трансмиссии посыпают канифолью, но это дает лишь кратковременный эффект. Обработка же ремня канифолью способствует образованию зарядов статического электричества, что представляет определенную пожарную опасность. Лучше в этом случае использовать клиноременную передачу.

Загорание волокнистых материалов при наматывании их на валы наблюдается на прядильных фабриках, льнозаводах, а также в комбайнах при уборке зерновых культур. Волокнистые материалы и соломистые продукты наматываются на валы около подшипников. Наматывание сопровождается постепенным уплотнением массы, а затем сильным нагреванием ее при трении о стенки машины, обугливанием и, наконец, воспламенением. Иногда загорание происходит в результате наматывания волокнистых материалов на валы транспортеров, перемещающих отходы и готовую продукцию. На прядильных фабриках загорания часто возникают в результате обрыва шнура или тесьмы, с помощью которых приводятся во вращение веретена прядильных машин.

Наматыванию волокнистых материалов на вращающиеся валы машин способствует наличие увеличенного зазора между валом иподшипником (попадая в этот зазор, волокно заклинивается, защемляется, начинается процесс наматывания его на вал со все более сильным уплотнением слоев), наличие оголенных участков вала, с которыми соприкасаются волокнистые материалы, а также использование влажного и загрязненного сырья.

Для предотвращения наматывания волокнистых материалов на вращающиеся валы машин необходимо защитить валы от непосредственного соприкосновения с обрабатываемыми волокнистыми материалами путем использования втулок (рис. 5.15), цилиндрических и конических кожухов, кондукторов, направляющих планок, противонамоточных щитов и т. п. Кроме того, следует установить минимальные зазоры между цапфами вала и подшипниками, не допуская их увеличения; вести систематическое наблюдение за валами, где может быть наматывание, своевременно очищая их от волокон, защитить их специальными противонамоточными острыми ножами, разрезающими наматываемое волокно. Такую защиту имеют, например, трепальные машины на льнозаводах.

Рис. 5.15. Защита вала от наматывания волокнистых материалов: а - свободно насаженной прямой втулкой; б - неподвижной конусной втулкой; 1 - подшипник; 2 - вал; 3 - защитная втулка

Тепловое проявление механической энергии в условиях производства наблюдается при работе прессов и компрессорных установок. Пожарная опасность этих механизмов рассмотрена в главах 10 и 11 данного учебника.

§ 5.4. Тепловое проявление химических реакций -

Расчет параметров источников пожара (взрыва)

На этом этапе необходимо оценить возможность источников зажигания инициировать горючие вещества.

В расчете принято четыре источника зажигания:

а) вторичное действие молнии;

б) искры короткого замыкания;

в) искры электросварки;

г) колба лампы накаливания.

д) горящую изоляцию электрокабеля (провода)

Вторичное воздействие молнии

Опасность вторичного воздействия молнии заключается в искровых разрядах, возникающих в результате индукционного и электромагнитного воздействия атмосферного электричества на производственное оборудование, трубопроводы и строительные конструкции. Энергия искрового разряда превышает 250 мДж и достаточна для воспламенения горючих веществ с минимальной энергией зажигания до 0,25 Дж.

Вторичное действие удара молнии опасно для газа, который заполнил весь объём помещения.

Термическое действие токов короткого действия

Ясно, что при коротком замыкании, когда отказывает аппарат защиты, появившиеся искры способны воспламенить ЛВЖ и взорвать газ (эта возможность оценивается ниже). Когда срабатывает защита, ток короткого замыкания длится короткое время и способен только воспламенить поливинилхлоридную проводку.

Температура проводника t пр о С, нагреваемого током короткого замыкания, вычисляется по формуле

где t н - начальная температура проводника, о С;

I к.з. - ток короткого замыкания, А;

R - сопротивление (активное) проводника, Ом;

к.з. - продолжительность короткого замыкания, с;

С пр - теплоёмкость материала провода, Дж*кг -1 *К -1 ;

m пр - масса провода, кг.

Чтобы проводка воспламенилась необходимо, чтобы температура t пр была больше температуры воспламенения поливинилхлоридной проводки t вос.пр. =330 о С.

Начальную температуру проводника принимаем равной температуре окружающей среде 20 о С. Выше в главе 1.2.2 были рассчитаны активное сопротивление проводника (Ra=1,734 Ом) и ток короткого замыкания (I к.з. =131,07 А). Теплоёмкость меди С пр =400 Дж*кг -1 *К -1 . Масса провода есть произведение плотности на объём, а объём - произведение длины L на площадь сечения проводника S

m пр =*S*L (18)

По справочнику находим значение =8,96*10 3 кг/м 3 . В формулу (18) подставляем значение площади сечения второго провода, из табл. 11, самого короткого, то есть L=2 м и S=1*10 -6 м. Масса провода равна

m пр =8,96*10 3 *10 -6 *2=1,792*10 -2

При продолжительности короткого замыкания к.з. =30 мс, по табл.11, проводник нагреется до температуры

Данной температуры не хватит, чтобы воспламенить поливинилхлоридную проводку. А если отключит защита, то необходимо будет посчитать вероятность загорания поливинилхлоридной проводки.

Искры короткого замыкания

При коротком замыкании возникают искры, которые имеют начальную температуру 2100 о С и способны воспламенить ЛВЖ и взорвать газ.

Начальная температура медной капли 2100 о С . Высота, на которой происходит короткое замыкание, 1 м, а расстояние до лужи ЛВЖ 4 м. Диаметр капли d к =2,7 мм или d к =2,7*10 -3 .

Количество теплоты, которое капля металла способна отдать горючей среде при остывании до температуры её воспламенения, рассчитывается следующим образом: среднюю скорость полёта капли металла при свободном падении w ср, м/с, вычисляют по формуле

где g - ускорение свободного падения, 9,81 м/с 2 ;

Н - высота падения, 1 м.

Получаем, что средняя скорость полёта капли при свободном падении

Продолжительность падения капли может быть рассчитана по формуле

Затем вычисляют объём капли Vк по формуле

Масса капли m к, кг:

где - плотность металла в расплавленном состоянии, кг*м -3 .

Плотность меди в расплавленном состоянии (по данным преподавателя) равна 8,6*10 3 кг/м 3 , а масса капли по формуле (22)

m к =8,6*10 3 *10,3138*10 -9 =8,867*10 -5

Время полёта капли металла в расплавленном (жидком) состоянии р, с.:

где С р - удельная теплоёмкость расплава материала капли, для меди С р =513 Дж*кг -1 *К -1 ;

S к - площадь поверхности капли, м 2 , S к =0,785d к 2 =5,722*10 -6 ;

Т н, Т пл - температура капли в начале полёта и температура плавления металла, соответственно, Т н =2373 К, Т пл =1083 К ;

Т о - температура окружающего воздуха, Т о =293 К;

Коэффициент теплоотдачи, Вт*м -2 *К -1 .

Коэффициент теплоотдачи рассчитывается следующей последовательности:

1) сначала вычисляют число Рейнольдса

где v=1,51*10 -5 1/(м 2 *с) - коэффициент кинематической вязкости воздуха при температуре 293 К,

где =2,2*10 -2 Вт*м -1 *К -1 - коэффициент теплопроводности воздуха,

1*10 2 Вт*м -2 *К -1 .

Рассчитав коэффициент теплоотдачи найдем время полёта капли металла в расплавленном (жидком) состоянии по формуле (23)

Так как < р, то конечную температуру капли определяют по формуле

Температура самовоспламенения пропана 466 о С, а температура капли (искры) к моменту подлета её к луже ЛВЖ 2373 К или 2100 о С. При данной температуре изопрен возгорится и будет устойчиво гореть, а пропан взорвется ещё при возникновении искры короткого замыкания. Температура вспышки изопрена -48 0 С.

Искровой разряд возникает в тех случаях, когда напряженность электрического поля достигает пробивного для данного газа значения Значение зависит от давления газа; для воздуха при атмосферном давлении оно составляет около . С увеличением давления возрастает. Согласно экспериментальному закону Пашена отношение пробивной напряженности поля к давлению приблизительно постоянно:

Искровой разряд сопровождается образованием ярко светящегося извилистого, разветвленного канала, по которому проходит кратковременный импульс тока большой силы. Примером можт служить молния; длина ее бывает до 10 км, диаметр канала - до 40 см, сила тока может достигать 100 000 и более ампер, продолжительность импульса составляет около .

Каждая молния состоит из нескольких (до 50) импульсов, следующих по одному и тому же каналу; их общая длительность (вместе с промежутками между импульсами) может достигать нескольких секунд. Температура газа в искровом канале бывает до 10000 К. Быстрый сильный нагрев газа приводит к резкому повышению давления и возникновению ударных и звуковых волн. Поэтому искровой разряд сопровождается звуковыми явлениями - от слабого треска при искре малой мощности до раскатов грома, сопровождающих молнию.

Возникновению искры предшествует образование в газе сильно ионизированного канала, получившего название стримера. Этот канал получается путем перекрытия отдельных электронных лавин, возникающих на пути искры. Родоначальником каждой лавины служит электрон, образующийся путем фотоионизации. Схема развития стримера показана на рис. 87.1. Пусть напряженность поля такова, что электрон, вылетевший за счет какого-либо процесса из катода, приобретает на длине свободного пробега энергию, достаточную для ионизации.

Поэтому происходит размножение электронов - возникает лавина (образующиеся при этом положительные ионы не играют существенной роли вследствие гораздо меньшей подвижности; они лишь обусловливают пространственный заряд, вызывающий перераспределение потенциала). Коротковолновое излучение, испускаемое атомом, у которого при ионизации был вырван один из внутренних электронов (это излучение показано на схеме волнистыми линиями), вызывает фотоионизацию молекул, причем образовавшиеся электроны порождают все новые лавины. После перекрывания лавин образуется хорошо проводящий канал - стример, по которому устремляется от катода к аноду мощный поток электронов - происходит пробой.

Если электроды имеют форму, при которой поле в межэлектродном пространстве приблизительно однородно (например, представляет собой шары достаточно большого диаметра), то пробой возникает при вполне определенном напряжении значение которого зависит от расстояния между шарами . На этом основан искровой вольтметр, с помощью которого измеряют высокое напряжение . При измерениях определяется наибольшее расстояние при котором возникает искра. Умножив затем на получают значение измеряемого напряжения.

Если один из электродов (или оба) имеет очень большую кривизну (например, электродом служит тонкая проволока или острие) то при не слишком большом напряжении возникает так называемый коронный разряд. При увеличении напряжения этот разряд переходит в искровой или дуговой.

При коронном разряде ионизация и возбуждение молекул происходят не во всем межэлектродном пространстве, а лишь вблизи электрода с малым радиусом кривизны, где напряженность ноля достигает значений, равных или превышающих . В этой части разряда газ светится. Свечение имеет вид короны, окружающей электрод, чем и вызвано название этого вида разряда. Коронный разряд с острия имеет вид светящейся кисти, в связи с чем его иногда называют кистевым разрядом. В зависимости от знака коронирующего электрода говорят о положительной или отрицательной коронах. Между коронирующим слоем и некоронирующим электродом расположена внешняя область короны. Режим пробоя существует только в пределах коронирующего слоя. Поэтому можно сказать, что коронный разряд представляет собой неполный пробой газового промежутка.

В случае отрицательной короны явления на катоде сходны с явлениями на катоде тлеющего разряда. Ускоренные полем положительные ионы выбивают из катода электроны, которые вызывают ионизацию и возбуждение молекул в коронирующем слое. Во внешней области короны поле недостаточно для того, чтобы сообщить электронам энергию, необходимую для ионизации или возбуждения молекул.

Поэтому проникшие в эту область электроны дрейфуют под действием ноля к аноду. Часть электронов захватывается молекулами, вследствие чего образуются отрицательные ионы. Таким образом, ток во внешней области обусловливается только отрицательными носителями - электронами и отрицательными ионами. В этой области разряд имеет несамостоятельный характер.

В положительной короне электронные лавины зарождаются у внешней границы короны и устремляются к коронирующему электроду - аноду. Возникновение электронов, порождающих лавины, обусловлено фотоионизацией, вызванной излучением коронирующего слоя. Носителями тока во внешней области короны служат положительные ионы, которые дрейфуют под действием поля к катоду.

Если оба электрода имеют большую кривизну (два коронирующих электрода), вблизи каждого из них протекают процессы, присущие коронирующему электроду данного знака. Оба коронирующих слоя разделяются внешней областью, в которой движутся встречные потоки положительных и отрицательных носителей тока. Такая корона называется двуполярной.

Упоминавшийся в § 82 при рассмотрении счетчиков самостоятельный газовый разряд представляет собой коронный разряд.

Толщина коронирующего слоя и сила разрядного тока растут с увеличением напряжения. При небольшом напряжении размеры короны малы и ее свечение незаметно. Такая микроскопическая корона возникает вблизи острия, с которого стекает электрический ветер (см. § 24).

Корона, появляющаяся под действием атмосферного электричества на верхушках корабельных мачт, деревьев и т. п., получила в старину название огней святого Эльма.

В высоковольтных устройствах, в частности в линиях высоковольтных передач, коронный разряд приводит к вредным утечкам тока. Поэтому приходится принимать меры для его предотвращения. С этой целью, например, провода высоковольтных линий берут достаточно большого диаметра, тем большего, чем выше напряжение линии.

Полезное применение в технике коронный разряд нашел в электрофильтрах. Очищаемый газ движется в трубе, по оси которой расположен отрицательный коронирующий электрод. Отрицательные ионы, имеющиеся в большом количестве во внешней области короны, оседают на загрязняющих газ частицах или капельках и увлекаются вместе с ними к внешнему некоронирующему электроду. Достигнув этого электрода, частицы нейтрализуются и оседают на нем. Впоследствии при ударах по трубе осадок, образованный уловленными частицами, осыпается в сборник.

Искровой разряд

Искрово́й разря́д (искра электрическая) - нестационарная форма электрического разряда , происходящая в газах . Такой разряд возникает обычно при давлениях порядка атмосферного и сопровождается характерным звуковым эффектом - «треском» искры. Температура в главном канале искрового разряда может достигать 10 000 . В природе искровые разряды часто возникают в виде молний . Расстояние, «пробиваемое» искрой в воздухе, зависит от напряжения и считается равным 10 кВ на 1 сантиметр.

Условия

Искровой разряд обычно происходит, если мощность источника энергии недостаточна для поддержания стационарного дугового разряда или тлеющего разряда . В этом случае одновременно с резким возрастанием разрядного тока напряжение на разрядном промежутке в течение очень короткого времени (от несколько микросекунд до нескольких сотен микросекунд) падает ниже напряжения погасания искрового разряда, что приводит к прекращению разряда. Затем разность потенциалов между электродами вновь растет, достигает напряжения зажигания и процесс повторяется. В других случаях, когда мощность источника энергии достаточно велика, также наблюдается вся совокупность явлений, характерных для этого разряда, но они являются лишь переходным процессом, ведущим к установлению разряда другого типа - чаще всего дугового . Если источник тока не способен поддерживать самостоятельный электрический разряд в течение длительного времени, то наблюдается форма самостоятельного разряда, называемая искровым разрядом.

Природа

Искровой разряд представляет собой пучок ярких, быстро исчезающих или сменяющих друг друга нитевидных, часто сильно разветвленных полосок - искровых каналов. Эти каналы заполнены плазмой , в состав которой в мощном искровом разряде входят не только ионы исходного газа, но и ионы вещества электродов , интенсивно испаряющегося под действием разряда. Механизм формирования искровых каналов (и, следовательно, возникновения искрового разряда) объясняется стримерной теорией электрического пробоя газов. Согласно этой теории, из электронных лавин, возникающих в электрическом поле разрядного промежутка, при определенных условиях образуются стримеры - тускло светящиеся тонкие разветвленные каналы, которые содержат ионизированные атомы газа и отщепленные от них свободные электроны. Среди них можно выделить т. н. лидер - слабо светящийся разряд, «прокладывающий» путь для основного разряда. Он, двигаясь от одного электрода к другому, перекрывает разрядный промежуток и соединяет электроды непрерывным проводящим каналом. Затем в обратном направлении по проложенному пути проходит главный разряд, сопровождаемый резким возрастанием силы тока и количества энергии, выделяющегося в них. Каждый канал быстро расширяется, в результате чего на его границах возникает ударная волна. Совокупность ударных волн от расширяющихся искровых каналов порождает звук, воспринимаемый как «треск» искры (в случае молнии - гром).

Напряжение зажигания искрового разряда, как правило, достаточно велико. Напряженность электрического поля в искре понижается от нескольких десятков киловольт на сантиметр (кв/см) в момент пробоя до ~100 вольт на сантиметр (в/см) спустя несколько микросекунд. Максимальная сила тока в мощном искровом разряде может достигать значений порядка нескольких сотен тысяч ампер.

Особый вид искрового разряда - скользящий искровой разряд , возникающий вдоль поверхности раздела газа и твёрдого диэлектрика, помещенного между электродами, при условии превышения напряженностью поля пробивной прочности воздуха. Области скользящего искрового разряда, в которых преобладают заряды какого-либо одного знака, индуцируют на поверхности диэлектрика заряды другого знака, вследствие чего искровые каналы стелются по поверхности диэлектрика, образуя при этом так называемые фигуры Лихтенберга . Процессы, близкие к происходящим при искровом разряде, свойственны также кистевому разряду, который является переходной стадией между коронным и искровым.

Поведение искрового разряда очень хорошо можно разглядеть на замедленной съёмке разрядов (Fимп.=500 Гц,U=400 кВ) , полученных с трансформатора Тесла. Средний ток и длительность импульсов недостаточна для зажигания дуги, но для образования яркого искрового канала вполне пригодна.

Примечания

Источники

А. А. Воробьев, Техника высоких напряжений. - Москва-Ленинград, ГосЭнергоИздат, 1945.
Физическая энциклопедия, т.2 - М.:Большая Российская Энциклопедия стр.218 .
Райзер Ю. П. Физика газового разряда. - 2-е изд. - М .: Наука, 1992. - 536 с. - ISBN 5-02014615-3

См. также

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое "Искровой разряд" в других словарях:

- (искра), неустановившийся электрич. разряд, возникающий в том случае, когда непосредственно после пробоя разрядного промежутка напряжение на нём падает в течение очень короткого времени (от неск. долей мкс до сотен мкс) ниже величины напряжения… … Физическая энциклопедия

искровой разряд - Электрический импульсный разряд в форме светящейся нити, происходящий при высоком давлении газа и характеризующийся большой интенсивностью спектральных линий ионизированных атомов или молекул. [ГОСТ 13820 77] искровой разряд Полный разряд в… … Справочник технического переводчика

- (искра электрическая) нестационарный электрический разряд в газе, возникающий в электрическом поле при давлении газа до нескольких атмосфер. Отличается извилистой разветвленной формой и быстрым развитием (ок. 10 7 с). Температура в главном канале … Большой Энциклопедический словарь

Kibirkštinis išlydis statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. spark discharge vok. Funkenentladung, f; Funkentladung, f rus. искровой разряд, m pranc. décharge par étincelles, f … Fizikos terminų žodynas

Искра, одна из форм электрического разряда в газах; возникает обычно при давлениях порядка атмосферного и сопровождается характерным звуковым эффектом «треском» искры. В природных условиях И. р. наиболее часто наблюдается в виде молнии… … Большая советская энциклопедия

Искра электрическая, нестационарный электрический разряд в газе, возникающий в электрич. поле при давлении газа до неск. сотен кПа. Отличается извилистой разветвлённой формой и быстрым развитием (ок. 10 7 с), сопровождается характерным звуковым… … Большой энциклопедический политехнический словарь

- (искра электрическая), нестационарный электрич. разряд в газе, возникающий в электрич. поле при давлении газа до неск. атм. Отличается извилистой разветвлённой формой и быстрым развитием (ок. 10 7с). Темп pa в гл. канале И. р. достигает 10 000 К … Естествознание. Энциклопедический словарь

Вопрос 1: Классификация источников зажигания;

ИСТОЧНИК ЗАЖИГАНИЯ - источник энергии, инициирующий загорание. Должен обладать достаточной энергией, температурой и длительностью воздействия.

Как уже было раньше отмечено, горение может возникнуть при влиянии на ГС разнообразных источников зажигания. По природе происхождения источники зажигания можно классифицировать:

открытый огонь, раскаленные продукты горения и нагретые ими поверхности;
тепловые проявления механической энергии;
тепловые проявления электрической энергии;
тепловые проявления химических реакций (из этой группы в самостоятельную группу выделены открытый огонь и продукты горения).

Открытый огонь, раскаленные продукты горения и нагретые ими поверхности

Для производственных целей широко используют огонь, огневые печи, реакторы, факелы для сжигания паров и газов. При проведении ремонтных работ часто используют пламя горелок и паяльных ламп, применяют факелы для отогревания замерзших труб, костры для прогрева грунта при сжигании отходов. Температура пламени, а также количество тепла, которое при этом выделяется, достаточны для зажигания почти всех горючих веществ.

Открытое пламя. Пожарная опасность пламени обусловленна температурой факела и временем его влияния на горючие вещества. Например, воспламенение возможно от таких “малокалорийных” ИЗ, как тлеющий окурок сигареты или папиросы, зажженной спички (табл 1).

Источники открытого огня - факелы - нередко используют для разогрева застывшего продукта, для освещения при осмотре аппаратов в темноте, например, при измерении уровня жидкостей, при разведении костра на территории объектов с наличием ЛВЖ и ГЖ.

Высоконагретые продукты горения - газообразные продукты горения, которые получаются при горении твердых, жидких и газообразных веществ и могут достигать температур 800-1200оС. Пожарную опасность представляет выход высоконагретых продуктов через неплотности в кладке топок, дымовых каналов.

Производственными источниками зажигания также являются искры, которые возникают при работе топок и двигателей. Они представляют собой твердые раскаленные частицы топлива или окалины в газовом потоке, которые получаются в результате неполного сгорания или механического выноса горючих веществ и продуктов коррозии. Температура такой твердой частицы достаточно высокая, но запас тепловой энергии (W) небольшой из-за маленькой массы искры. Искра способна зажечь только вещества, достаточно подготовленные к горению (газо-паровоздушные смеси, осевшая пыль, волокнистые материалы).

Топки “искрят” из-за конструктивных недостатков; из-за использования сорта топлива, на который топка не расcчитана; из-за усиленного дутья; из-за неполного сгорания топлива; из-за недостаточного распыления жидкого топлива, а также из-за не соблюдения сроков чистки печей.

Искры и нагар при работе ДВС образуются при неправильном регулировании системы подачи топлива, электрозажигания; при загрязнении топлива смазочными маслами и минеральными примесями; при продолжительной работе двигателя с перегрузками; при нарушении сроков очистки выхлопной системы от нагара.

Пожарная опасность искр котельных, труб паровозов и тепловозов, а также других машин, костра в значительной степени определяются их размером и температурой. Установлено, что искра d = 2 мм пожароопасна, если имеет t » 1000°С; d=3 мм - 800°С; d = 5 мм - 600°С.

Опасные тепловые проявления механической энергии

В производственных условиях пожароопасное повышение температуры тел в результате преобразования механической энергии в тепловую наблюдается:

при ударах твердых тел (с образованием или без образования искр);
при поверхностном трении тел во время их взаимного перемещения;
при механической обработке твердых материалов режущим инструментом;
при сжатии газов и прессовании пластмасс.

Степень разогрева тел и возможность появления при этом источника зажигания зависит от условий перехода механической энергии в тепловую.

Искры, которые получаются при ударах твердых тел.

Размеры искр удара и трения, которые представляют собой раскаленную до свечения частичку металла или камня, обычно не превышают 0,5 мм. Температура искр нелегированных малоугольных сталей может достигать температуры плавления металла (около 1550оС).

В производственных условиях от удара искр воспламеняются ацетилен, этилен, водород, оксид углерода, сероуглерод, метано-воздушная смесь и другие вещества.

Чем больше в смеси кислорода, тем интенсивнее горит искра, тем выше горючесть смеси. Искра, которая летит, непосредственно не воспламеняет пылевоздушной смеси, но, попав на осевшую пыль или на волокнистые материалы, вызовет появление очагов тления. Так на мукомольных, ткацких и хлопкопрядильных предприятиях около 50% всех пожаров возникает от искр, которые высекаются при ударах твердых тел.

Искры, которые получаются при ударах алюминиевых тел о стальную окисленную поверхность, приводят к химическому воздействию с выделением значительного количества тепла.

Искры, образующиеся при попадании в машины металла или камней.

В аппаратах с мешалками, дробилках, аппаратах-смесителях и других, в том случае, если вместе с обрабатываемыми продуктами попадают куски металла или камни, могут образовываются искры. Искры образуются также при ударах подвижных механизмов машин об их неподвижные части. В практике нередко бывает так, что ротор центробежного вентилятора сталкивается со стенками кожуха или игольчатыми и ножевыми барабанами волокноотделительных и трепальных машин, которые быстро вращаются, ударяются о неподвижные стальные решетки. В таких случаях наблюдается искрообразование. Оно возможно и при неправильном регулировании зазоров, при деформации и вибрации валов, изнашивании подшипников, перекосах, недостаточном креплении на валах режущего инструмента. В таких случаях возможно не только искрообразование, но и поломка отдельных частей машин. Поломка узла машины, в свою очередь, может быть причиной образования искр, так как частицы металла попадают при этом в продукт.

Зажигание горючей среды от перегрева при трении.

Всякое перемещение соприкасающихся друг с другом тел требует затраты энергии на преодоление работы сил трения. Эта энергия в основном превращается в теплоту. При нормальном состоянии и правильной эксплуатации частей, которые трутся, тепло, которое выделяется своевременно отводится специальной системой охлаждения, а также рассеивается в окружающая среде. Увеличение тепловыделения или уменьшение теплоотвода и теплопотерь, ведет к повышению температуры трущихся тел. По этой причине происходит воспламенение горючей среды или материалов от перегрева подшипников машин, сильно затянутых сальников, барабанов и транспортерных лент, шкивов и приводных ремней, волокнистых материалов при наматывании их на валы машин и апаратов, которые вращаются.

В этом отношении наиболее пожароопасными являются подшипники скольжения сильно нагруженных и высокооборотистых валов. Плохое качество смазки рабочих поверхностей, их загрязнение, перекос валов, перегрузка машин и черезмерное затягивание подшипников - все это может явиться причиной перегрузки. Очень часто корпус подшипников загрязняется отложениями горючей пыли. Это также создает условия для их перегрева.

На объектах, где применяются или обрабатываются волокнистые материалы происходит их загорание при наматывании на вращающиеся узлы (прядильные фабрики, льнозаводы, эксплуатация комбайнов). Волокнистые материалы и соломистые продукты наматываются на валы возле подшипников. Наматывания сопровождается постепенным уплотнением массы, а потом сильным нагреванием ее при трении, обугливанием и воспламенением.

Выделение тепла при сжатии газов.

Значительное количество тепла выделяется при сжатии газов в результате межмолекулярного движения. Неисправность или отсутствие системы охлаждения компрессоров может привести к их разрушению при взрыве.

Опасные тепловые проявления химических реакций

В условиях производства и хранения химических веществ встречается большое количество таких химических соединений, контакт которых с воздухом или водой, а также взаимный контакт друг с другом может быть причиной возникновения пожара.

1) Химические реакции, которые протекают с выделением значительного количества тепла, имеют потенциальную опасность возникновения пожара или взрыва, так как возможный неконтролируемый процес разогрева реагирующих, вновь образующихся или рядом находящихся горючих веществ.

2) Вещества, которые самовоспламеняются и самовозгораются при контакте с воздухом.

3) Нередко, по условиям технологического процеса, вещества, находящиеся в апаратах, могут быть нагретые до температуры, превышающей температуру их самовозгорания. Так, продукты пиролиза газа при получении этилена из нефтепродуктов имеют температуру самовоспламенения в границах 530 – 550оС, а выходят из печей пиролиза при температуре 850оС. Мазут с температурой самовоспламенения 380 – 420оС на установках термического крекинга нагревается до 500оС; бутан и бутилен, который имеют температуру самовоспламенения соответственно 420оС и 439оС, при получении бутадиена нагревается до 550 – 650оС и т. д. При выходе наружу этих веществ происходит их самовоспламенение.

4) Иногда вещества в технологических процесах имеют очень низкую температуру самовоспламенения:

Триэтилалюминий - Al (C2H5)3 (-68°С);

Диэтилалюминийхлорид - Al (C2H5)2Сl (-60°С);

Триизобутилалюминий (-40°С);

Фтористый водород, жидкий и белый фосфор - ниже комнатной.

5) Многие вещества при контакте с воздухом способны к самовозгоранию. Самовозгорание начинается при температуре окружающей среды или после некоторого преварительного их подогрева. К таким веществам следует отнести растительные масла и жиры, сернистые соединения железа, некоторые сорта сажи, порошковидные вещества (алюминий, цинк, титан, магний и т.п.), сено, зерно в силосах и т.п.

Контакт самовоспламеняющихся химических веществ с воздухом происходит обычно при повреждении тары, разливе жидкости, расфасовке веществ, при сушении, открытом хранении твердых измельченных, а также волокнистых материалов, при откачке жидкостей из резервуаров, когда внутри резервуаров есть самовоспламеняющиеся отложения.

Вещества, которые воспламеняются при взаимодействии с водой.

На промышленных объектах имеется значительное количество веществ, воспламеняющихся при взаимодействии с водой. Выделяющееся при этом тепло может вызвать воспламенение образующихся или примыкающих к зоне реакции горючих веществ. К веществам, воспламеняющимся или вызывающим горение при соприкосновении с водой, следует отнести щелочные металлы, карбид кальция, карбиды щелочных металлов, сернистый натрий и др. Многие из этих веществ при взаимодействии с водой образуют горючие газы, воспламеняющиеся от теплоты реакции:

2К +2Н2О=КОН+Н2+Q.

При взаимодействии небольшого количества (3...5 г) калия и натрия с водой температура поднимается выше 600...650оС. Если взаимодействуют в большом количестве, происходят взрывы с разбрызгиванием расплавленного металла. В дисперсном состоянии щелочные металлы загораются во влажном воздухе.

Некоторые вещества, например негашеная известь, являются негорючими, но теплота реакции их с водой может нагреть горючие материалы, которые находятся рядом, до температуры самовоспламенения. Так, при контакте воды с негашеной известью температура в зоне реакции может достичь 600оС:

Са + Н2О = Са(ВОН)2 + Q.

Известны случаи пожаров в птичниках, где в качестве подстилки применялось сено. Пожары возникали после обработки птицеводческих помещений негашеной известью.

Опасен контакт с водой алюминийорганических соединений, так как их взаимодействие с водой происходит со взрывом. Усиление пожара или взрыва, что начались, может произойти при попытках тушить подобные вещества водой или пеной.

Воспламенение химических веществ при взаимоконтакте происходят при действии окислителей на органические вещества. В качестве окислителей выступают хлор, бром, фтор, окислы азота, азотная кислота, кислород и много других веществ.

Окислители при взаимодействии с органическими веществами вызовут их загорание. Некоторые смеси окислителей и горючих веществ способны загоратся при действии на них серной или азотной кислотой или небольшим количеством влаги.

Реакции взаимодействия окислителя с горючим веществом содействует измельченность веществ, его повышенная начальная температура, а также наличие инициаторов химического процеса. В некоторых случаях реакции носят характер взрыва.

Вещества, которые воспламеняются или взрываются при нагревании или механическом воздействии.

Некоторые химические вещества нестойки по природе, способны разлагаться с течением времени под действием температуры, трения, удара и других факторов. Это, как правило, эндотермические соединения, и процесс их разложения связан с выделением большого или меньшего количества тепла. К ним относятся селитры, перекиси, гидроперекиси, карбиды некоторых металлов, ацетилениды, ацетилен и др.

Нарушения технологического регламента, использования или хранения таких веществ, влияние на них источника тепла может привести к взрывному их разложению.

Склонность к взрывному разложению под действием повышенной температуры и давления имеет ацетилен.

Тепловые проявления электрической энергии

При несоответствии электрооборудования характеру технологической среды, а также в случае несоблюдения правил эксплуатации этого электрооборудования может возникнуть пожаровзрывоопасная ситуация на производстве. Пожаровзрывоопасные ситуации возникают в технологических процесах производств при КЗ, при пробоях прослойки изоляции, при чрезмерном перегреве электродвигателей, при повреждениях отдельных участков электрических сетей, при искровых разрядах статического и атмосферного электричества и т.д.

К разрядам атмосферного электричества относятся:

Прямые удары молнии. Опасность прямого удара молнии состоит в контакте ГС с каналом молнии, температура в котором достигает 2000оС при времени действия около 100 мкс. От прямого удара молнии воспламеняются все горючие смеси.
Вторичные проявления молнии. Опасность вторичного проявления молнии состоит в искровых разрядах, которые возникают в результате индукционного и электромагнитного влияния атмосферного электричества на производственное оборудование, трубопроводы и строительные конструкции. Энергия искрового разряда превышает 250 мДж и достаточна для воспламенения горючих веществ из Wmin = 0,25 Дж.
Занос высокого потенциала. Занос высокого потенциала в здание происходит по металлическим коммуникациям не только при их прямом поражении молнией, но и при расположении комуникаций в непосредственной близости от молниеотвода. При несоблюдении безопасных расстояний между молниеотводом и коммуникациями, энергия возможных искровых разрядов достигает значений 100 Дж и больше. То есть достаточна для загорания практически всех горючих веществ.

Электрические искры (дуги):

Термическое действие токов КЗ. В результате КЗ происходит термическое действие на проводник, который нагревается до высоких температур и может являться ИЗ горючей среды.

Электрические искры (капли металла). Электрические искры образуются при КЗ электропроводки, электросварке и при плавлении электродов электрических ламп накаливания общего назначения.

Размер капель металла при КЗ электропроводки и плавлении нити накаливания электроламп достигает 3 мм, а при электросварке 5 мм. Температура дуги при электросварке достигает 4000 оС, поэтому дуга будет источником зажигания для всех горючих веществ.

Электрические лампы накаливания. Пожарная опасность светильников обусловлена возможностью контакта ГС с колбой электрической лампы накаливания, нагретой выше температуры самовоспламенения ГС. Температура нагревания колбы электрической лампочки зависит от ее мощности, размеров и расположения в пространстве.

Искры статического электричества. Разряды статического электричества могут образоваться при транспортировании жидкостей, газов и пыли, при ударах, измельчении, распылении и подобных процессах механического влияния на материалы и вещества, являющиеся диэлектриками.

Вывод: Для обеспечения безопасности технологических процессов, в которых возможен контакт горючих веществ с источниками зажигания, необходимо точно знать их природу для исключения воздействия на среду.

Вопрос 2: Профилактические мероприятия исключающие воздействия источников зажигания на горючую среду.;

Противопожарные мероприятия, которые исключают контакт горючей среды (ГС) с открытым пламенем и раскаленными продуктами горения.

Для обеспечения пожаровзрывобезопасности технологических процессов, процессов переработки, хранения и транспортирования веществ и материалов необходимы разработка и внедрение инженерно-технических мероприятий, которые предотвращают образование или внесение в ГС источника зажигания.

Как было отмечено раньше, не каждое нагретое тело может быть источником зажигания, а только те нагретые тела, которые способны нагреть некоторый объем горючей смеси до определенной температуры, когда скорость тепловыделения равняется либо превышает скорость теплоотвода из зоны реакции. В этом случае мощность и продолжительность теплового влияния источника должны быть такие, чтобы на протяжении определенного времени поддерживались критические условия, необходимые для формирования фронта пламени. Поэтому, зная эти условия (условия формирования ИЗ), можно создать такие условия ведения технологических процессов, которые исключали бы возможность образования источников зажигания. В тех случаях, когда условия безопасности не выполняются, внедряют инженерно-технические решения, которые разрешают исключить контакт ГС с источниками зажигания.

Основным инженерно-техническим решением, которое исключает контакт горючей среды с открытым пламенем, раскаленными продуктами сгорания, а также высоконагретыми поверхностями является изоляция их от возможного соприкосновения как при нормальной работе оборудования, так и при авариях.

При проектировании технологических процессов с наличием аппаратов “огневого” действия (трубчатые печи, реакторы, факелы) необходимо предусматривать изоляцию этих установок от возможного столкновения с ними горючих паров и газов. Это достигается:

размещением установок в закрытых помещениях, обособленных от других аппаратов;
размещением на открытых площадках между “огневыми” аппаратами и пожароопасными установками защитных преград. Например, размещения закрытых сооружений, которые выполняют роль преграды.
соблюдением пожаробезопасных регламентированных разрывов между аппаратами;
применением паровых завес в тех случаях, когда невозможно обеспечить пожаробезопасное расстояние;
обеспечением безопасного конструктивного выполнения факельных горелок устройствами беспрерывного сжигания, схема которого приведена на рис. 1.

Рисунок 1 - Факел для сжигания газов: 1 - линия подачи водяного пара; 2 - линия поджигания очередной горелки; 3 - линия подачи газа к очередной горелке; 4 - горелка; 5 - ствол факела; 6 - огнепреградитель; 7 - сепаратор; 8 - линия, по которой подводят газ на сжигание.

Поджигание газовой смеси в очередной горелке осуществляют с помощью так называемого пламени, которое бежит, (предварительно подготовленная горючая смесь поджигается электрозапалом и пламя, перемещаясь вверх, производит поджиг газа горелки). Чтобы уменьшить образование дыма и искр, к факельной горелке подводят водяной пар.

исключением образования “малокалорийных” ИЗ (на объектах курение разрешается только в специально оборудованных местах).
использованием горячей воды или водяного пара для отогревания замерзших участков технологического оборудования вместо факелов (оборудование открытых стоянок автомобилей системами подачи горячего воздуха) или индукционных грелок.
очисткой трубопроводов и вентиляционных систем от горючих отложений пожаробезопасным средством (пропарка и механическая очистка). В исключительных случаях допускается выжигание отходов после демонтажа трубопроводов на специально отведенных участках и постоянных местах проведения огневых работ.
контролем за состоянием кладки дымовых каналов при эксплуатации топок и ДВС, не допускать неплотности и прогаров выхлопных труб.
защитой высоконагретых поверхностей технологического оборудования (камеры ретурбентов) теплоизоляцией с защитными кожухами. Предельно допустимая температура поверхности не должна превышать 80% температуры самовоспламенения горючих веществ, которые обращаются в производстве.
предупреждением опасного проявления искр топок и двигателей. На практике данное направление защиты достигается предупреждением образования искр и использованием специальных устройств для улавливания и их тушения. Для предупреждения образования искр предусматривают: автоматическое поддержание оптимальной температуры подаваемой на сжигание горючей смеси; автоматическое регулирование оптимального соотношения между топливом и воздухом в горючей смеси; предупреждение продолжительной работы топок и двигателей в форсированном режиме, с перегрузкой; использование тех видов топлива, на которые рассчитаны топка и двигатель; систематическая очистка внутренних поверхностей топок, дымовых каналов от сажи и выпускных коллекторов двигателей от нагаромаслянных отложений и т.п.

Для улавливания и тушения искр, которые образуются при работе топок и двигателей, применяют искроулавливатели и искрогасители, работа которых основана на использовании гравитационных (осадочных камер), инерционных (камер с перегородками, сетками, насадками), центробежных сил (циклонные и турбинно-вихревые камеры).

Наибольшее распространение на практике получили искроулавливатели гравитационного, инерционного и центробежного типа. Ими оборудуют, например, дымовые каналы дымогазовых сушилок, системы выпуска выхлопных газов автомобилей и тракторов.

Для обеспечения глубокой очистки топочных газов от искр на практике часто применяют не один, а несколько разнообразных типов искроулавливателей и искрогасителей, которые соединяют между собою последовательно. Многоступенчатое искроулавливание и тушение надежно себя зарекомендовало, например, в технологических процессах сушки измельченных горючих материалов, где в качестве теплоносителя используются дымовые топочные газы в смеси с воздухом.

Противопожарные мероприятия, которые исключают опасные тепловые проявления механической энергии

Предотвращение образования источников зажигания от опасных тепловых влияний механической энергии является актуальной задачей на взрывопожароопасных объектах, а также на объектах, где применяются или перерабатываются пыль и волокна.

Для предотвращения образования искр при ударах, а также выделении тепла при трении применяются такие организационные и технические решения:

Применение искробезопасного инструмента. В местах возможного образования взрывоопасных смесей паров или газов необходимо применять взрывобезопасный инструмент. Искробезопасными считают инструменты, выполненные из бронзы, фосфористой бронзы, латуни, берилия и др.

Пример: 1. Искробезопасные башмаки торможения ж.д. цистерн.2. Латунный инструмент для открывания барабанов с карбидом кальция на ацетиленовых станциях.

Применение магнитных, гравитационных или инерционных улавливателей. Так, для очистки хлопка-сырца от камней перед поступлением его в машины устанавливают гравитационные или инерционные камнеулавливатели. Металлические примеси в сыпучих и волокнистых материалах улавливают также магнитными сепараторами. Такие устройства широко применяются в мукомольном и крупяном производстве, а также на комбикормовых заводах.

Если есть опасность попадания в машину твердых немагнитных примесей, осуществляют, во-первых, тщательную сортировку сырья, во-вторых, внутреннюю поверхность машин, об которую эти примеси могут удариться, футеруют мягким металлом, резиной или пластмассой.

Предотвращение возникновения ударов подвижных механизмов машин об их неподвижные части. Основные пожарно-профилактические мероприятия, направленные на предотвращение образования искр удара и трения, сводятся к тщательному регулированию и балансированию валов, правильному отбору подшипников, проверке величины зазоров между подвижными и неподвижными частями машин, их надежному креплению, которое исключает возможность продольных перемещений; предотвращению перегрузки машин.

Выполнение во взрывопожароопасных помещениях полов, которые не искрят. Повышенные требования по искробезопасности выдвигаются к производственным помещениям с наличием ацетилена, этилена, окиси углерода, сероуглерода и др., полы и площадки которых выполняют из материала, который не образует искр, или выстилают резиновыми ковриками, дорожками и т.п.

Предотвращение загорания веществ в местах интенсивного тепловыделения при трении. С этой целью для предупреждения перегрева подшипников осуществляют замену подшипников скольжения на подшипники качения (там, где существует такая возможность). В других случаях осуществляется автоматический контроль температуры их нагревания. Визуальный контроль температуры осуществляется нанесением термовосприимчивых красок, которые изменяют свой цвет при нагревании корпуса подшипника.

Предупреждение перегрева подшипников также достигается: оборудованием автоматических систем охлаждения с применением в качестве хладоагента масел или воды; своевременным и качественным техническим обслуживанием (систематическая смазка, предупреждение чрезмерного затягивания, ликвидация перекосов, очищение поверхности от загрязнений).

Во избежание перегревов и загораний транспортерных лент и приводных ремней нельзя допускать работу с перегрузкой; следует контролировать степень натяжения ленты, ремня, их состояние. Нельзя допускать завалов башмаков элеваторов продукцией, перекосов лент и трение их об кожухи. При использовании мощных высокопроизводительных транспортеров и элеваторов могут применяться устройства и приспособления, которые автоматически сигнализируют о работе с перегрузкой и останавливают движение ленты при завале башмака элеватора.

Для предотвращения наматывания волокнистых материалов на вращающиеся валы машин необходимо их защищать от непосредственного столкновения с обрабатываемыми материалами путем использования втулок, цилиндрических и конических кожухов, кондукторов, направляющих планок, противонамоточных щитов и т.п. Кроме того, устанавливается минимальный зазор между цапфами вала и подшипниками; ведется систематическое наблюдение за валами, где могут быть наматывания, своевременная очистка их от волокон, защита их специальными противонамоточными острыми ножами, которые разрезают волокно, которое наматывается. Такую защиту имеют, например, трепальные машины на льнозаводах.

Предупреждение перегрева компрессоров при сжатии газов.

Предупреждение перегрева компрессоров обеспечивается делением процесса сжатия газов на несколько ступеней; устройством систем охлаждения газа на каждой ступени сжатия; установкой защитного клапана на нагнетательной линии за компрессором; автоматическим контролем и регулированием температуры сжимаемого газа путем изменения расхода охлаждающей жидкости, подаваемой в холодильники; автоматической системой блокирования, которая обеспечивает отключение компрессора в случае увеличения давления или температуры газа в нагнетательных линиях; очисткой теплообменной поверхности холодильников и внутренних поверхностей трубопроводов от нагаромасляных отложений.

Предотвращение образования источников зажигания при тепловых проявлениях химических реакций

Для предотвращения зажигания горючих веществ в результате химического взаимодействия при контакте с окислителем, водой необходимо знать, во-первых, причины, которые могут привести к такому взаимодействию, во-вторых, химию процессов самовоспламенения и самовозгорания. Знание причин и условий образования опасных тепловых проявлений химических реакций позволяет разрабатывать эффективные противопожарные мероприятия, которые исключают их появление. Поэтому основными противопожарными мероприятиями, которые предупреждают опасные тепловые проявления химических реакций являются:

Надежная герметичность аппаратов, которая исключает контакт веществ, нагретых выше температуры самовоспламенения, а также веществ с низкой температурой самовозгорания с воздухом;

Профилактика самовозгорания веществ путем снижения скорости протекания химических реакций и биологических процессов, а также устранение условий аккумуляции тепла;

Снижение скорости протекания химических реакций и биологических процессов осуществляют разнообразными методами: ограничением влажности при хранении веществ и материалов; снижение температуры хранения веществ и материалов (например зерна, комбикормов) путем искусственного охлаждения; хранение веществ в среде с пониженным содержанием кислорода; уменьшение удельной поверхности контакта самовоспламеняющихся веществ с воздухом (брикетирования, гранулирования порошковидных веществ); применение антиокислителей и консервантов (хранение комбикормов); устранение контакта с воздухом и химически активными веществами (перекисними соединениями, кислотами, щелочами и т.п.) путем раздельного хранения самовоспламеняющихся веществ в герметичной таре.

Зная геометрические размеры штабеля и начальную температуру вещества, можно определить безопасный период их хранения.

Устранение условий аккумуляции тепла осуществляется следующим способом:

ограничением размеров штабелей, караванов или куч хранимого вещества;
активным вентилированием воздуха (сена и других волокнистых растительных материалов);
периодическим перемешиванием веществ при их продолжительном хранении;
снижением интенсивности образования горючих отложений в технологическом оборудовании с помощью улавливающих устройств;
периодической очисткой технологического оборудования от самовоспламеняющихся горючих отложений;

предупреждение воспламенения веществ при взаимодействии с водой или влагой воздуха. С этой целью обеспечивают их защитой от контакта с водой и влажным воздухом путем изолированного хранения веществ этой группы от других горючих веществ и материалов; поддержкой избыточного количества воды (например, в аппаратах для получения ацетилена из карбида кальция).

Предупреждение воспламенения веществ при контакте друг с другом. Пожары от воспламенения веществ при контакте друг с другом предупреждают раздельным складированием, а также устранением причин их аварийного выхода из аппаратов и трубопроводов.

Исключение воспламенения веществ в результате саморазложения при нагревании или механическом воздействии. Предупреждение воспламенения веществ, предрасположенных к взрывному разложению, обеспечивают путем защиты от нагревания до критических температур, механических воздействий (ударов, трения, давления и т.п.).

Профилактика возникновения источников зажигания от тепловых проявлений электрической энергии

Предупреждение опасных тепловых проявлений электрической энергии обеспечивается:

правильным выбором уровня и вида взрывозащиты электродвигателей и аппаратов управления, другого электрического и вспомогательного оборудования в соответствии с классом пожаро- или взрывоопасности зоны, категории и группы взрывоопасной смеси;
периодическое проведение испытаний сопротивления изоляции электросетей и электрических машин в соответствии с графиком планово-предупредительного ремонта;
защита электрооборудования от токов короткого замыкания (КЗ) (применение быстродействующих предохранителей или автоматических выключателей);
предупреждение технологической перегрузки машин и аппаратов;
предупреждение больших переходных сопротивлений путем систематического обзора и ремонта контактной части электрооборудования;
исключение разрядов статического электричества путем заземления технологического оборудования, повышением влажности воздуха или применением антистатических примесей в наиболее вероятных местах генерирования зарядов, ионизация среды в аппаратах и ограничение скорости движения жидкостей, которые электризуются;
защита зданий, сооружений, отдельно стоящих аппаратов от прямых ударов молнии молниеотводами и защитой от вторичных ее воздействий.

Вывод по вопросу:

Не следует пренебрегать мерами пожарной пофилактики на предприятиях. Так как любые сэкономленные средства на противопожарной защите будут несоизмеримо малы в сравнении с убытками от пожара, возникшего по этой причине.

Вывод по занятию:

Исключение воздействия источника зажигания на вещества и материалы является одним из основных мероприятий исключающим возникновение пожара. На тех объектах где не удается исключить пожарную нагрузку, особое внимание уделяется исключению источника зажигания.