SAGOREVANJE I USLOVI SAGOREVANJA - core-ns.org I USLOVI SAGOREVANJA.pdf · dovoljne količine...
Transcript of SAGOREVANJE I USLOVI SAGOREVANJA - core-ns.org I USLOVI SAGOREVANJA.pdf · dovoljne količine...
SAGOREVANJE I USLOVI SAGOREVANJA
Da bi smo bili u mogućnosti da se pravilno zaštitimo od opasnosti, potrebno je da se upoznamo
sa procesoom njenog nastajanja. I zaštiti od požara i eksplozija se mora prići na isti način, jer su
uslovi za njihovo nastajanje složeni i zavise od velikog broja faktora.
Gorenje, odnosno sagorevanje je složen fizičko – hemijski proces, koji se bazira na reakcijama
oksidacije uz izdvajanje znatne količine toplote i pojavom svetlosti. Uopšteno to se može
prikazati na sledeći način:
M+O2 ═ MO2 + Q
Reakcija je znači egzotermna. Količina izdvojene toplote je specifična za svaku materiju i varira
u prilično širokim granicama.
U osnovi svakog požara i eksplozija je proces gorenja. Kod velikog broja požara i eksplozija
osnovne reakcije gorenja su reakcije sjedinjavanja gorive materije sa oksidatorom (najčešće
kiseonikom iz vazduha), a u slučajevima kad gore materijali koji u svom sastavu imaju kiseonik
(eksplozivi, pirotehnički materijali, i slično)sagorevanje se odvija pomoću kiseonika koji je
sadržan u tim materijalima.
Poznato je da ima materija, kao što je sabijen acetilen, azotni hloridi i dr. koji mogu da
sagorevaju čak i eksplozivno, bez prisustva oksidatora, sa pojavom toplote i svetlosti, npr
vodonik i mnogi metali mogu da gore u atmosferi hlora, bakar u prahu sumpora itd.
Međutim, najveći broj požara se odvija preko reakcija oksidacije, a osnovni uslovi da bi došlo do
sagorevanja (spajanje gorućeg materijala sa kiseonikom) su:
prisustvo gorive materije
prisustvo oksidatora
prisustvo odgovarajućeg izvora paljenja
Ovo može da se prikaže tzv.“trouglom požara“:
Slika 1. Grafički prikaz trougla požara
U osnovi princip preventivne zaštite se bazira na isključenju nekog od ovih uslova – uglavnom
izvora paljenja i na taj način je u najvećem broju slučajeva zadovoljen osnovni uslov
(zahtev)preventivne zaštite od požara i eksplozije.
U svakodnevnom životu čovek je uvek okružen prisustvom dva od tri uslova za nastanak požara
čije se prisustvo ne može eliminisati, a to su vazduh i manje ili više zapaljive materije. Ipak,
prisustvo dva uslova ne mora nužno dovesti do nastanka požara, takođe je neophodno prisustvo
dovoljne količine energije koja može pokidati hemijske veze. Poslednji činilac požarnog trougla
jeste izvor te energije odnosno varnica koja će inicirati smešu goriva materija - vazduh. Kada se
formira trougao veoma je velika verovatnoća da će doći do formiranja požara. Sve ovo ukazuje
na činjenicu da se osnovni princip preventivne zaštite mora bazirati na isključenju prisustva
izvora paljenja. Veoma je važno prepoznati moguće izvore paljenja. Najčešće, požari nastaju
usled toga što ljudi ne znaju šta to može predstavljati opasnost, ili su nepažljivi prilikom
rukovanja sa zapaljivim materijama u blizini mogućih izvora paljenja. Izvori paljenja mogu biti:
otvoreni plamen šibice, raznih vrsta gorionika, ložišta, cigareta, radovi
zavarivanja i sečenja metala
materija Oksidator
Toplota
Goriva
zagrejane površine - pegla, šporet, grejna tela
hemijske reakcije – dobijanje acetilena iz CaC2, gašenje kreča, reakcija
conc. kiseline sa vodom ( skladišta, transportna sredstva)
sagorevanje gorive materije i pri tome se oslobaĎa toplota – sagorevanje
eksploziva i pirotehničkih materijala, eksplozivno sagorevanje smeša
zapaljivog gasa, para zapaljivih tečnosti i prašina
procesi samozagrevanja i samopaljenja
električna energija – električni ureĎaji i vodovi ( pregrevanje, opterećenje)
pražnjenje elektriciteta u atmosferi (grom, munja)
statički elektricitet
Gorive materije
Da bi došlo do sagorevanja, odnosno požara, jedan od neophodnih uslova je da je prisutna
materija koja može goreti. U principu, se materije u pogledu sagorivosti mogu podeliti u dve
grupe:
1. nesagorive materije
2. sagorive (zapaljive) materije
Sagorive su one koje se pod normalnim uslovima mogu zapaliti i goreti do potpunog sagorevanja,
a nesagorive, koje se pod normalnim uslovima ne mogu zapaliti.
Međutim ova podela je uslovna, pošto imamo materije koje pod određenim uslovima gore iako
spadaju u nesagorive npr. aluminijum u komadu ili manjim komadima je nesagoriv, a u obliku
praha se može zapaliti i sagorevati čak i eksplozivno.
Sadržaj vode ili drugih primesa znatno utiče na zapaljivost npr. etilalkohol je zapaljiva tečnost,
međutim kada se pomeša sa vodom tako da koncentracija opadne na ispod 40% u smeši sa
vodom onda je ova smeša nesagoriva (nezapaljiva).
Kod zapaljivih materija treba razlikovati lako i teško zapaljive. Za teško zapaljive je
karakteristika da gore dok na njih deluje plamen, a kada se on ukloni prestaje gorenje. U ovu
grupu spadaju uglavnom prirodna vlakna (vuna, dlake, kosa), kao i neki polimerni sintetički
materiji kao oni koji sadrže hlorna jedinjenja u svom sastavu, drvo impregnirano sredstvom
protiv paljenja.
Podela prema zapaljivosti, a na osnovu agregatnog stanja je na:
gasovite
tečne i
čvrste gorive materije
Kod gasovitih i tečnih je relativno lako odrediti sagorivost, jer ona najviše zavisi od temperature.
Kod čvrstih materija nije jednostavno odrediti grupu sagorivosti jer osim temperature na
sagorevanje utiče i fizičko - hemijsko stanje materije (npr. kod aluminijuma u komadu ne gori a
prah gori)
SAGOREVANJE GASOVA
Brzina reakcije, zatim tok procesa oksidacije kao i ostali parametri zavise u velikoj meri od
agregatnog stanja materije.
Gasno stanje čine slobodni molekuli ili atomi (plemeniti gasovi) koji su međusobno dosta
udaljeni tako da je međusoban uticaj neznatan, nalaze se u stalnom kretanju i ravnomerno
ispunjavaju zapreminu koja im je na raspolaganju. Usled stalnog kretanja molekula dolazi do
sudara istorodnih i raznorodnih molekula (gorivog gasa i oksidatora) čime se omogućava dodir
između gorive materije i oksidatora, što je jedan od osnovnih faktora za proces gorenja.
Sagorevanje gasovitih materija je relativno jednostavan proces u većini slučajeva molekuli
sagorivog gasa su izmešani sa molekulima kiseonika a usled stalnog kretanja molekula dolazi i
do velikog broja sudara.
Na običnim temperaturama u većini slučajeva neće doći do reakcije jer molekuli gasa nemaju
dovoljnu energiju da stupaju u reakciju sa kiseonikom, nego se mora delovati spoljašnjim
izvorom energije.
Za otpočinjanje reakcije oksidacije potrebno je da veza između atoma ili grupe atoma u molekulu
se prvo razlabavi kako bi se mogle uspostaviti nove veze i u tu svrhu treba aktivirati molekule
(npr. dovođenjem toplotne energije i pri tom jedan broj molekula dobija dovoljnu količinu
energije da stupi u reakciju sa kiseonikom). Drugi način aktivacije je stvaranjem slobodnih atoma
ili radikala.
Na sagorevanje gasova i paljenje utiče više faktora i to pre svega koncentracija zapaljivog gasa u
smeši, temperatura smeše, sadržaj stranih primesa, pritisak itd.
Zapaljivi gasovi u smeši sa vazduhom mogu da sagorevaju, samo ako su koncentracije gasa u
smeši sa vazduhom (odnosno kiseonikom) u tačno određenom odnosu. Najmanja koncentracija
zapaljivog gasa u smeši sa vazduhom (odnosno kiseonikom) pri kome je moguće sagorevanje,
naziva se donja granica zapaljivosti, a najviša koncentracija pri kojoj je sagorevanje još uvek
moguće zove se gornja granica zapaljivosti.
Donja granica se karakteriše velikim viškom oksidatora a gornja velikim viškom gorive materije.
Interval između donje i gornje granice naziva se intervalom zapaljivosti
I = Cmax – Cmin
Bezopasno područje je područje ispod donje granice i područje iznad gornje granice.
Slika 2. Donja i gornja granica zapaljivosti i eksplozivnosti
SAGOREVANJE TEČNIH MATERIJA
Sagorevanje z a p a l j iv i h t e č n o s ti se u suštini svodi na sagorevanje gasova.U pracesu
sagorevanja gore pare tečnosti koje se obrazuju iznad njene površine. (to se vidi sa slike):
Slika . Sagorevanje sa slobodne površine tečnog goriva 1 - zona dogorevanja, 2 - front plamena, 3 - zona
para i produkata termičkog razlaganja, 4 - konvektivno kretanje, 5 - zone predgrevanja
Kada se stvaraju pare? Na sobnim temperaturama, kinetička energija molekula tečnosti je tolika
da se ovi kreću samo u tečnoj fazi. Povećanjem temperature povećava se energija kretanja
molekula i na nekoj određenoj temperaturi molekuli će imati dovoljno veliku energiju da se
otkinu i sa površine tečnosti preći će u prostor iznad nje i obrazovaće paru. Najintezivnije
isparenje na temperaturi ključanja (Tk) toplota koja je predata tečnosti tada se iaključivo troši na
njeno isparavanje to je TOPLOTA ISPARAVANJA ili LATENTNA TOPLOTA..
U požarnom smisli, ona tečnost koja lakše isparava (kao npr. etar, benzin, aceton) je opasnija, jer
se već na sobnim temperaturama mogu obrazovati opasne koncentracije para tečnosti u vazduhu.
Zapaljive smeše se mogu obrazovati i RASPRŠIVANJEM TEČNOSTI, i pri tome nastaju sitne čestice –
kapljice tečnosti sa vazduhom koje daju maglu (pri bojenju, lakiranju). Raspršivanjem tečnosti
na veliki broj čestica izaziva povećanje površine tečnost, što ubrzava isparavanje a time i
dostizanje donje granice zapaljivosti (eksplozivnosti).U ovom sličaju će lakše doći do zapaljenja
nego kada para nastaje isparavanjem tečnosti (lakše paljenje kod dizel motora, lož ulja).
MEHANIZAM GORENJA ČVRSTIH MATERIJA
Mehanizam sagorevanja čvrstih materija nije isti za sve čvrste materije, i zavisi od sastava
materije i njenih osobina. Mehanizme sagorevanje čvrstih materija možemo podeliti u tri grupe:
1. Direktno sagorevanje - na ovaj način sagorevaju hemijski elementi
2. Sagorevanje uz promenu agregatnog stanja - kod ovog načina sagorevanja čvrsto telo u
prvoj fazi zagrevanja prelazi u tečno stanje, a zatim u parno tako da se sagorevanje vrši u
parnoj fazi. Na taj način se sagorevanje čvrstog tela svodi na sagorevanje gasovitog tela.
Mnoge organske čvrste materije sagorevaju na ovaj način: vosak, parafin, mast...
3 Sagorevanje uz raspadanje - najveći broj čvrstih materija sagoreva tako da se prethodno
raspadne uz stvaranje produkata raspadanja koji mogu biti gasoviti, tečni ili čvrsti.
Početak raspadanja pojedinih materija zavisi od osobina same materije. Brzina
obrazovanja produkata raspadanja menja se sa temperaturom i vremenom. U početku
raspadanja, na nižim temperaturama ova brzina je mala, daljim povećanjem temperature
se povećava da bi kasnije opet pala na neku minimalnu brzinu, bez obzira na povećanje
temperature. Sastav proizvoda raspadanja se takođe menja sa povećanjem temperature.
Kod nižih temperatura preovlađuju ugljen-monoksid i ugljen-dioksid uz stvaranje u
pojedinim slučajevima tečnih proizvoda u većim količinama. Na višim temperaturama se
pojavljuju metan, vodonik i drugi ugljovodonici, uz smanjenje količine tečnih proizvoda
raspadanja.
Sagorevanje čvrstih materija se u principu odigrava u dve faze. U prvoj fazi dolazi do
sagorevanja gasovitih proizvoda razgradnje čvrste materije, a u drugoj fazi sagoreva čvrsti
ostatak. Prva faza je obično praćena plamenom, čija veličina zavisi od brzine obrazovanja
gasovitih proizvoda. Druga faza obično nije praćena plamenom, ili je plamen veoma mali.
Paljenje čvrstih tela se u suštini svodi na paljenje gasovitih produkata raspadanja. Za
paljenje čvrstih tela potreban je izvor toplote većeg intenziteta i dužeg delovanja.
Eksplozivno sagorevanje čvrstih tela, granice eksplozivnosti
Pojedine sagorive materije, ukoliko se u vazduhu nalaze u obliku prašine, mogu pod određenim
uslovima eksplozivno sagorevati. Prašina je disperzni sistem u kojem disperznu fazu čine čestice
čvrste materije veličine od 0,001 do 1 mm, a disperzionu fazu vazduh ili drugi gas nosioc.
Disperzne sisteme čvrstih čestica možemo podeliti na dve grupe: prirodne prašine i tehničke
prašine.
U prirodne prašine spada kosmička prašina, zemaljska prašina neorganskog i organskog porekla.
Prirodna prašina ne predstavlja u principu opasnost od eksplozije, niti postoji verovatnoća da
može nastati smeša sa vazduhom koja bi mogla eksplodirati.
Tehničke prašine nastaju uglavnom kod prerade i obrade različitih čvrstih materijala, kao što je
napr. rezanje drveta, obrada duvana, obrada tekstilnih vlakana, itd. Znatne količine prašine mogu
se pojaviti u vazduhu prilikom proizvodnje praškastih materijala kao što su cement, gips, brašno,
mleko u prahu, itd. Prašina čije su čestice male, odnosno dim, nastaje sagorevanjem goriva i
može sadržavati sagorive čestice i time predstavljati veliku opasnost, naročito u industriji.
Disperzni sistemi čvrstih čestica u vazduhu mogu eksplodirati, pri čemu moraju da budu
ispunjeni sledeći uslovi: prašina mora biti sagoriva, kiseonik mora biti prisutan kao i izvor
paljenja. Eksplozivnost ovakvih sistema zavisi od veličine čestica, vlažnosti vazduha i čestica,
sadržaja gorivih materija u česticama, temperature paljenja čvrstih čestica.
PRODUKTI SAGOREVANJA
Sagorevanje može biti potpuno i nepotpuno.