Инициирование горения и взрыва Лекция 13 по теории

Инициирование горения и взрыва Лекция 13 по теории горения и взрыва ДБЖ-09

Зажигание – это процесс инициирования начального очага горения в горючей смеси за счет ввода в смесь извне высокотемпературного источника тепловой энергии. Происхождение источника зажигания может быть различным, высокая температура может быть следствием нагрева (накаленное тело), химической реакции (пламя, тепловые жиры), электрического разряда (электрические и электростатические искры), механического трения (зажигание спички, искры при заточке инструмента) или соударения (кремень) твердых тел. Поджигание заключается в быстром локальном разогреве горючей смеси, который приводит к резкому протеканию реакции в разогретом объеме. Зажигание при контакте с накаленной поверхностью происходит, если температура этой поверхности превышает некоторое предельное значение, называемое температурой зажигания.

Рассмотрим схему теплового воспламенения по Вант-Гоффу: В инертной среде: в данном случае теплота просто отводится В горючей смеси, когда Т 4 >Тзажигання. Скорость реакции крайне быстро возрастает, самоускоряется и приводит к взрыву. в холодную инертную среду с температурой Т 0; В среде, способной к экзотермической реакции, но Т 2 недостаточна для возникновения прогрессивного процесса разогрева и самоускорения реакции, принесенная энергия меньше энергий активации В горючей смеси, когда Т 3 достаточна для самоускорения реакции и воспламенения, внесенная энергия равна энергии активации. При этих условиях формируется очаг горения Т 3 = Тзажипшия - предел определяющий область воспламенения от медленно затухающей реакции.

Температура зажигания горючей смеси всегда выше температуры самовоспламенения. Это обусловлено разными условиями теплоотвода из зоны реакции: при самовоспламенении смесь окружена высоконагретыми стенками, а при зажигании - холодными. Однако не всякий высокотемпературный источник вызывает в горючей смеси очаг пламени. Пламя появляется лишь в том случае, если энергия, выделяющаяся из источника, превышает некоторую величину, называемую минимальной энергией зажигания. Энергии зажигания должно быть достаточно для создания устойчивого горения, т. е. передачи тепла от горящих первых слоев горючей смеси исходным слоям, и повышение температуры до температуры горения Тг. При температуре горения создается стационарный самоподдерживающийся режим распространения пламени, процесс горения.

В теории взрывчатых систем выделяются три основных вида превращения: медленное химическое превращение, горение и детонация

Медленное химическое превращение – разложение или окисление компонентов взрывчатой системы, не сопровождающееся значительным увеличением температуры и давления в зоне реакции. Скорость химической реакции в этом случае приблизительно одинакова во всем объеме системы и прочих равных условиях определяется температурой системы. Особенностью систем, способных к экзотермической реакции, является возможность их самоускорения в результате повышения температуры и накопление выделяющейся теплоты. В конечном счете, саморазогрев системы может привести к ее самовоспламенению – самопроизвольному, без дополнительного внешнего источника воспламенению пламени. Эти процессы характерны для гомогенных (газовых или парогазовых) систем и для гетерогенных (взвесей или слоев дисперсных горючих материалов), а также взрывчатых веществ (смесей твердых и жидких горючих и окислителей).

Горение может возникнуть от внешнего импульса – источника зажигания. Такими источниками могут быть: открытое пламя, раскаленные предметы или частицы (например, искры, капли раскаленного металла при электросварке); искры, возникающие при соударении металлов или других искрообразующихся материалов; разряды статического электричества, электрическая искра или дуга, а также внешние механические воздействия (удар, трение), вызывающие локальный разогрев вещества до температуры воспламенения.

Детонация – высшая и наиболее опасная форма превращения взрывчатых систем, возникающая в результате ускорения горения и от внешнего источника – ударной волны. При образовании мощной воздушной ударной волны возможна детонация в соседних аппаратах, содержащих детонационноспособные вещества и смеси. Следует отметить, что разрушительные последствия превращения взрывчатых систем характерны не только для детонации, высокое давление развивается и при ускоренном (взрывном) горении, и при горении с небольшими скоростями (оно происходит в замкнутом объеме и сопровождается выделением и разогревом газообразных продуктов).

В металлургическом производстве к взрыву приводят превращения химической и тепловой энергии; взрывы с участием тепловой энергии сжатых газов или паров возникают при неправильной эксплуатации компрессоров, автоклавов, трубопроводов, баллонов и других видов оборудования, работающего под давлением. Применяемые в металлургическом производстве пожаровзрывоопасные материалы можно условно разделить на четыре группы: ¡ смеси горючих газов с кислородом, воздухом или другими окислителями; смеси паров легковоспламеняющихся (ЛВЖ) и горючих жидкостей (ГЖ) с воздухом или другими газообразными окислителями; ¡ аэровзвеси или взвеси в какой-либо окислительной среде дисперсных, горючих материалов; ¡ конденсированные (целиком жидкие или твердые) взрывчатые системы.

По взрывчатым свойствам (условиям перехода горения в детонацию) и обусловленным ими областями применения взрывчатые вещества делят на: инициирующие взрывчатые вещества, бризантные взрывчатые вещества и пороха. ¡Инициирующие(первичные) взрывчатые вещества легко взрываются под действием простого начального импульса с выделением энергии, достаточной для возбуждения детонации вторичных (бризантных) взрывчатых веществ. Горение инициирующих взрывчатых веществ легко переходит в детонацию даже при атмосферном давлении и малых (доли грамма) зарядах. Важнейшие инициирующие взрывчатые вещества – гремучая ртуть, азид свинца (II), тринитрорезорцинат свинца (II), тетразен. Инициирующими свойствами обладают также некоторые органические азиды, например, циануртриазид, органические пероксиды, ацетилениды серебра и свинца, перхлораты арилдиазониев, производные тетразола. Инициирующие взрывчатые вещества бывают двух типов: первичные и вторичные. ¡Первичные – гремучая ртуть, ТНРС, азид свинца – детонируют в небольших массах от поджигания, удара и других механических или химических воздействий. ¡Вторичные – тетрил, гексоген, ТЭН – наиболее мощные, но менее чувствительные к механическим и тепловым воздействиям. Используются для передачи инициирующего импульса от первичных инициирующих к бризантным взрывчатым веществам в их зарядах устойчивой детонации. Их применяют в средствах инициирования – капсулах, детонаторах и электродетонаторах.

Взрывчатые вещества (индивидуальные вещества или их смеси) способны под влиянием какого-либо внешнего воздействия к быстрому самораспространяющемуся химическому превращению с выделением большого количества тепла и образованием газов. Большинство индивидуальных взрывчатых веществ относятся к нитросоединениям, а также хлораты, перхлораты, азиды и некоторые другие вещества. На практике чаще всего используют смеси индивидуальных взрывчатых веществ. Большинство смесей взрывчатый веществ содержат окислитель – нитраты металлов или аммония и горючие – дизельное топливо, алюминий, древесную муку и другие. Для уменьшения чувствительности к внешним воздействиям многие мощные взрывчатые вещества флегматизируют – смешивают с парафином, церезином или другими легкоплавкими веществами.

Основными характеристиками взрывчатых веществ являются: ¡стойкость (способность сохранять взрывчатые свойства при переработке и хранении); ¡чувствительность к внешним воздействиям (характеризуется величиной начального импульса, необходимого для возбуждения взрыва); ¡детонационная способность (условие устойчивого распространения процесса); ¡мощность (теплота взрывчатого превращения и объем газообразных продуктов взрыва). Инициирование взрыва тепловым импульсом: 1, 2 – происходит тепловой взрыв; 3 – температуры недостаточно для протекания взрыва.

Бризантные (вторичные) взрывчатые вещества менее чувствительны к внешним воздействиям, чем инициирующие. Их горение переходит в детонацию только в замкнутом объеме или при наличие большого количества вещества. На практике бризантные взрывчатые вещества – ароматические нитросоединения (2, 4, 6 – тринитротолуол), натромины (гексоген, октоген), нитроэфиры (тетранитропентаэритрит, нитроглицирин). В смесях бризантных взрывчатых веществ широко используются соли азотной кислоты. Основная масса промышленных бризантных веществ – аммониты и гранулиты, в меньших количествах – динамиты, аммотолы, водонаполненные взрывчатые вещества. Основной характеристикой бризантных веществ является бризантное (местное) и фугасное (общее) действие взрыва. Первое свойство определяет дробление или сильную пластическую деформацию в прилегающих к заряду; зависит от скорости детонации и плотности вещества; второе характеризует работоспособность взрывчатого вещества и определяется теплотой и объемом газообразующих продуктов взрыва. Предохранительные или антигризутные бризантные взрывчатые вещества применяются при взрывах в шахтах, опасных по газу и пыли; в военной технике для снаряжения боеприпасов применяют смеси: 2, 4, 6 тринитротолуола с гексогеном (составы ТГ) или 2, 4, 6 - тринитротолуола с тетранитропентаэритритом (пентолит).

Пероксиды Пероксид бензоила Гидропероксид изопропилбензола, Гипериз, Гидропероксид кумола Гексаметилен трипероксид диамин, ГМТД Перекись трициклоацетона, Пероксид ацетона Ацетонпероксид

Пероксид бензоила Некоторые физико-химические свойства пероксидов Гидропероксид изопропилбензола

Триацетонтрипероксид Стальная труба и пластина-свидетель после инициирования в ней ТАТП поджиганием

Гексаметилентрипероксиддиамин (ГМТД) Деформация жестяной пластины-свидетеля после детонации заряда ГМТД при насыпной плотности в стеклянной оболочке. Инициирование поджиганием. Фоторегистрограмма детонации заряда ГМТД в стальной трубе. Инициирование поджиганием. Плотность = 0. 38 г/см 3, скорость детонации D= 2. 82 км/с.

Промышленные смесевые взрывчатые вещества: 1. Порошкообразные Аммиачно-селитренные ВВ. 1. 1. динамоны, 1. 2. аммониты, 1. 3. аммоналы, 1. 4. порошкообразные нитроглицериновые ВВ. 2. Гранулированные составы, содержащие гранулированную селитру, пропитанную дизельным топливом, минеральными маслами или термоплавкими нефтепродуктами (парафином, битумами и т. п. ). 3. Жидкие смеси окислитель (С(NО 2)4, НNО 3) – горючее.