САМОВОСПЛАМЕНЕНИЕ

САМОВОСПЛАМЕНЕНИЕ – резкое увеличение скорости экзотермических объемных реакций, сопровождающихся резким увеличением температуры вещества на 50°С и выше (по отношению к температуре окружающей атмосферы), и/или пламенным горением (см. ГОРЕНИЕ), и/или взрывом (см. ВЗРЫВ) (рис. 1) [2].

Рис. 1. Самовоспламенение

Варианты термина из других источников:

Самовоспламенение – спонтанное зажигание (см. ЗАЖИГАНИЕ) в результате самонагревания (см. САМОНАГРЕВАНИЕ) [1].

Самовоспламенение возникает при сравнительно умеренном нагревании всей или части массы горючего вещества (см. ГОРЮЧИЕ ВЕЩЕСТВА И МАТЕРИАЛЫ) при отсутствии высокотемпературного внешнего источника зажигания (см. ИСТОЧНИК ЗАЖИГАНИЯ). Процесс самовоспламенения описан теорией теплового взрыва газовых смесей и общей количественной теорией цепных реакций, разработанными одним из основоположников химической физики Н.Н. Семеновым (1896-1986).

Согласно тепловой теории, возникновение процесса самовоспламенения происходит при условии, когда тепловыделение в результате экзотермической реакции превышает теплопотери из зоны реакции. Согласно цепной теории самовоспламенения обусловливается накоплением активных центров реакции – радикалов и атомарных частиц, обладающих высокой реакционной способностью. Возникновение самовоспламенения характеризуется одним показателем – температурой самовоспламенения. Для ее определения предусмотрены стандартные приборы. Температура, при которой наблюдается самовоспламенение, зависит от состава смеси и с повышением давления снижается.

Особую группу наиболее пожароопасных веществ, самовоспламенение которых происходит при контакте с воздухом без нагрева, составляют пирофоры. К ним относятся: из газообразных веществ – моносилан (SiН₄), диборан (В₂Н₆); из жидких – металлоорганические (алюминийорганические – триметилалюминий Аl(СН₃) и др.); гидриды бора (пентаборан); из твердых – некоторые металлы (эвтектика К и Na), гидриды металлов (АlН₃ и др.), белый фосфор, сульфид железа и ряд др. веществ [2].

ТЕМПЕРАТУРА САМОВОСПЛАМЕНЕНИЯ – наименьшая температура окружающей среды, при которой в условиях специальных испытаний наблюдается самовоспламенение вещества [2].

Температура самовоспламенения горючего вещества не является постоянной величиной. Эта температура зависит от скорости тепловыделения и скорости теплоотвода, которые в свою очередь зависят от объема горючего вещества, его концентрации, давления и других факторов.

Она изменяется не только с изменением объема горючего вещества, но и от формы сосуда (тары), в котором вещество находится. Объясняется это тем, что с изменением формы или размера сосуда изменяется удельная поверхность теплоотвода S/V. В одинаковых по форме сосудах она тем меньше, чем больше объем сосуда. Следовательно, с увеличением объема сосуда скорость теплоотвода уменьшается и в соответствии с этим температура самовоспламенения должна понижаться. При очень малом объеме удельная поверхность теплоотвода становится такой большой, что скорость выделения тепла за счет окисления горючей смеси даже при очень высоких температурах не может превысить скорость теплоотвода, и самовоспламенения не происходит. На этом принципе сконструированы и работают многие устройства, предназначенные для предотвращения распространения горения по газовым смесям (огнепреградители).

Простейшим огнепреградителем является защитная сетка, помещаемая в горючую газовую смесь, которая разбивается сеткой на мелкие объемы. При этом самовоспламенения произойти не может.

Температура самовоспламенения смесей горючих паров и газов с воздухом изменяется в зависимости от их состава. Самая низкая температура самовоспламенения у стехиометрической смеси или смеси, близкой к ней.

Температура самовоспламенения горючих смесей зависит от давления. Чем выше давление, тем ниже температура самовоспламенения.

Температура самовоспламенения горючей смеси уменьшается при повышении давления, что обусловлено увеличением скорости реакции.

Очень большое влияние на температуру самовоспламенения жидкостей и газов оказывают катализаторы. Каталитическими свойствами могут обладать даже стенки сосуда (тары и т.д.), в котором находится горючая смесь, или же нагретые поверхности твердого тела, являющегося источником воспламенения. Катализаторы могут быть также введены в само горючее вещество.

Температура самовоспламенения твердых веществ зависит от степени их измельчения. Чем больше измельчено твердое вещество, тем ниже температура его самовоспламенения.

Литература:

1. ИСО 13943:2017 от 03.08.2017 Пожарная безопасность. Словарь

2. ГОСТ 12.1.044-2018 от 01.05.2019 Система стандартов безопасности труда. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения.