Самовозгорание – это самопроизвольное возникновение горения твердых горючих веществ и материалов в условиях аккумуляции энергии, выделяемой в результате экзотермической реакции их окисления. Как правило, самовозгорание происходит при скоплении указанных материалов в дисперсном состоянии. Оно может проявляться в виде тления и пламенного горения.
В процессе самовозгорания веществ (материалов) в результате термоокислительной и (или) термической деструкции органических соединений происходит выделение газов, в том числе горючих: водород, метан, окись углерода. Образование взрывоопасных газовоздушных смесей в закрытых объемах (например, в силосах и бункерах элеваторов, комбикормовых заводов, хлебоприемных пунктов) при наличии очага горения (тления) вещества (материала), вызванного самовозгоранием является причиной взрывов на предприятиях хлебопродуктов.
Самовозгорание вещества
Виды
В зависимости от механизма, который запускает процесс самовозгорания, выделяют три его вида:
- тепловое;
- химическое;
- микробиологическое.
Тепловое
Тепловое самовозгорание возникает при нагревании вещества каким-либо внешним теплом до температуры, обеспечивающей его термическое разложение и дальнейший процесс спонтанного самонагревания за счет тепла экзотермических реакций в объеме. При этом большую роль играют реакции окисления продуктов термического разложения. Горение в глубине объема твердого дисперсного вещества протекает в форме тления, которое со временем и при доступе воздуха переходит в пламенное горение.
Разновидностью теплового самовозгорания является так называемое «очаговое самовозгорание». Понятие «очаговое самовозгорание» используется для случаев с предварительным прогревом массы материала до температур, существенно превышающих температуру окружающей среды. В производственных условиях вещество может подвергаться температурной обработке (например, сушке), после чего нагретый материал засыпается в бункер, либо формируется в кучу, штабель. На практике отмечаются случаи самовозгорания при превышении штабелем (насыпью) критических величин характеристического размера.
Химическое
Химическое самовозгорание возникает при контакте химически активных веществ, реагирующих с выделением большого количества тепла. В этом случае самовозгорание обычно начинается на поверхности материала, а затем распространяется вглубь. При перемешивании химических веществ самовозгорание может начаться в глубине объема. И, скорее всего, именно там и начнется, т.к. именно там имеются наилучшие условия для аккумуляции тепла, его накопления и постепенного развития реакции.
В ряде случаев разделение понятий химического и теплового самовозгорания является достаточно четким. Так, в случае, если первичный нагрев возник в результате экзотермической реакции окисления и окислитель – не кислород воздуха, а например, перманганат калия или концентрированная серная кислота, безусловно, это химическое самовозгорание. Если же окислителем является кислород воздуха, классификация вида самовозгорания может быть не такой однозначной. Тут надо учитывать интенсивность тепловыделения в зоне реакции, скорость развития процесса и т.д.
Микробиологическое
Микробиологическое самовозгорание характерно для органических дисперсных и волокнистых материалов, внутри массива которых возможна жизнедеятельность микроорганизмов. Первичное самонагревание массы материала происходит за счет тепла, выделяемого микроорганизмами. Повышение температуры в объеме способствует ускорению экзотермических реакций окисления и возникает процесс самонагревания материала [6]. На определенном этапе бактерии гибнут, а процесс продолжает развиваться уже по механизму теплового самовозгорания.
Особенностью самовозгорания является то, что оно не требует внешнего импульса, инициирующего горение, а возникает за счет реакции гетерогенного окисления в больших объемах вещества при относительно низких температурах окружающей среды. Из-за плохой теплопроводности массы мелкодисперсного продукта происходит накопление тепла в его объеме, возрастает температура, соответственно – скорость химической реакции, и, в конечном счете, материал воспламеняется.
В зарубежной, американской в частности, литературе, процесс самовозгорания называют спонтанным горением или «спонтанной химической причиной». Указывается, что:
…последний термин более точен, так как вещество, вместо того, чтобы зажигаться в какой то одной точке, или с какой то одной стороны, зажигается во всей своей массе примерно в такое же время, и тепло поступает не из какого-нибудь внешнего источника, а выделяется в результате химических процессов, происходящих внутри этого вещества. Единственная движущая сила в данном случае – это экзотермическая реакция, при которой выделяется тепло и если это тепло не удаляется сразу, оно может поднять температуру топлива. Так как скорость реакции удваивается с каждым подъемом температуры на 10 °С, можно видеть, что реакция сама себя ускоряет, постоянно увеличивая скорость выделения тепла. При недостаточном выведении тепла, температура может подняться до точки зажигания всей реагирующей массы.
Чем отличается самовоспламенение от самовозгорания
Иногда эксперты путают самовозгорание с самовоспламенением. Например, тепловое самовозгорание с загоранием вещества (материала) при контакте с горячей поверхностью. Еще раз объясним, в чем принципиальное различие этих двух процессов. При тепловом самовозгорании предварительный нагрев является только толчком (исходным импульсом) к разогреву, а основной разогрев, приводящий, в конечном счете, к возникновению пламенного горения, идет в массе вещества непосредственно за счет его окисления кислородом воздуха и выделения при этом тепла. Нагретая же поверхность, чтобы обеспечить самовоспламенение вещества, должна нагреть его «до конца», т.е. до критической температуры (температуры самовоспламенения), при которой произойдет резкая интенсификация процессов термического разложения вещества с возникновением пламенного горения. Чтобы осуществить первый процесс, вещество нужно прогреть до значительно меньших температур, чем чтобы осуществить второй. Так, например, у сосновой древесины температура тления, которая инициирует самовозгорание древесных опилок, составляет по справочным данным 295 °С (а у пирофорной древесины может спускаться до 80 °С), в то время, как температура самовоспламенения составляет около 400 °С. Соответственно, первый процесс идет достаточно медленно (чтобы «добрать тепло» за счет гетерогенного окисления кислородом воздуха, нужно время), в то время, как до самовоспламенения процесс может дойти достаточно быстро, был бы источник тепла достаточно мощным.
Различие в механизмах указанных процессов, условиях их протекания и динамике обязательно нужно учитывать при экспертизе пожаров, в том числе, при отработке версий о причине пожара.
Источники:
- ГОСТ 12.1.044-89. ССБТ. Пожаровзрывоопасностъ веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения;
- Пожарная безопасность элеваторов. Вогман Л.П., Горшков В.И., Дегтярев А.Г. –М, 1993;
- Анализ экспертных версий возникновения пожара. Часть 1. Чешко И.Д., Плотников В.Г. –М.: ФГУ ВНИИПО МЧС России, 2010.