Температура электрической искры. Открытый огонь, раскаленные продукты горения и нагретые ими поверхности. Опасные тепловые проявления механической энергии

Электрические искры довольно часто являются причинами пожаров. Они способны воспламенить не только газы, жидкости, пыли, но и некоторые твердые вещества. В технике электрические - искры часто применяются в качестве источника воспламенения. Механизм воспламенения горючих веществ электрической искрой более сложен, чем воспламенение накаленным телом. При образовании искры в газовом объеме между электродами происходят возбуждение молекул и их ионизация, что влияет на характер протекания химических реакций. Одновременно с этим в объеме шскры происходит интенсивное повышение температуры. В связи с этим были выдвинуты две теории механизма воспламенения электрическими искрами: ионная и тепловая. В настоящее время этот вопрос в достаточной мере все еще не изучен. Исследования показывают, что в механизме воспламенения электрическими искрами участвуют как электрические, так и тепловые факторы. При этом в одних условиях преобладают электрические, в других - тепловые. Учитывая, что результаты исследований и выводы с точки зрения ионной теории не противоречат тепловой, при объяснении механизма воспламенения от электрических искр обычно при держиваются тепловой теории.
Искровой разряд. Электрическая искра возникает в том случае, если электрическое поле в газе достигает некоторой определенной величины Ек (критическая напряженность поля или напряженность пробоя), которая зависит от рода газа и его состояния.
Отражение звукового импульса электрической искры от плоской стенки. Фотография получена методом темного поля.| Прохождение звукового импульса через цилиндрическую стенку с отверстиями. Фотография получена методом темного поля. Электрическая искра дает чрезвычайно короткую вспышку; скорость же света неизмеримо больше скорости звука, о величине которой мы будем говорить ниже.
Электрические искры, которые могут появляться при коротком замыкании электропроводки, при проведении электросварочных работ, при искрении электрооборудования, при разрядах статического электричества. Размеры капель металла достигают 5 мм при электросварке и 3 мм при коротком замыкании электропроводки. Температура капель металла при электросварке близка к температуре плавления, а капель металла, образующихся при коротком замыкании электропроводки, выше температуры плавления, например для алюминия она достигает 2500 С. Температуру капли в конце ее полета от источника образования до поверхности горючего вещества принимают в расчетах равной 800 С.
Электрическая искра является наиболее распространенным тепловым импульсом воспламенения. Искра возникает в момент замыкания или размыкания электрической цепи и имеет температуру, значительно превышающую температуру воспламенения многих горючих веществ.
Электрическая искра между электродами получается в результате импульсных разрядов конденсатора С, создаваемых электрическим колебательным контуром. Если между инструментом 1 и деталью 2 в момент разряда будет присутствовать жидкость (керосин или масло), то эффективность обработки повышается вследствие того, что на инструменте не оседают частицы металла, вырванные с анода-детали.
Электрическая искра может рождаться вообще без всяких проводников и сетей.
Характеристики распространения пламени в переходном режиме при искровом зажигании (Олсен и др.. / - водород (успешное зажигание. 2 - пропан (успешное зажигание. 3 - пропан (отказ зажигания. Электрическая искра бывает двух типов, а именно, высокого и низкого напряжений. Высоковольтная искра, создаваемая каким-либо генератором высокого напряжения, пробивает искровой промежуток заранее фиксированного размера. Низковольтная искра проскакивает в точке разрыва электрической цепи, когда при прерывании тока возникает самоиндукция.
Электрические искры являются источниками небольшой энергии, но, как показывает опыт, зачастую могут становиться источниками возгорания. В нормальных рабочих условиях большинство электрических приборов не испускает искр, однако работа определенных устройств обычно сопровождается искрением.
Электрическая искра имеет вид ярко светящегося тонкого канала, соединяющего электроды: канал бывает сложным образом изогнут и разветвлен. В искровом канале перемещается лавина электронов, вызывая резкое повышение температуры и давления, а также характерный треск. В искровом вольтметре сближают шаровые электроды и измеряют расстояние, при котором между шарами проскакивает искра. Молния представляет собой гигантскую электрическую искру.
Принципиальная схема генератора активизированной дуги переменного тока.| Принципиальная схема генератора конденсированной искры.
Электрическая искра представляет собой разряд, создаваемый большой разностью потенциалов между электродами. Вещество электрода поступает в искровой аналитический промежуток в результате взрывообразных выбросов-факелов из электродов. Искровой разряд при большой плотности тока и большой температуре электродов может перейти в высоковольтный дуговой.
Искровой разряд. Электрическая искра возникает в том случае, если электрическое поле в газе достигает некоторой определенной величины Ек критическая напряженность поля или напряженность пробоя), которая зависит от рода газа и его состояния.
Электрическая искра разлагает NHs на составные элементы. При соприкосновении с каталитически активными веществами происходит его частичное разложение уже при сравнительно небольшом нагревании. На воздухе аммиак при обычных условиях не горит; однако существуют смеси аммиака с воздухом, которые при поджигании загораются. Он сгорает также, если его ввести в горящее на воздухе газовое пламя.
Электрическая искра разлагает ГШз на составные элементы. При соприкосновении с каталитически активными веществами происходит его частичное разложение уже при сравнительно небольшом нагревании. На воздухе аммиак при обычных условиях не горит; однако существуют смеси аммиака с воздухом, которые при поджигании загораются. Он сгорает также, если его ввести в горящее на воздухе газовое пламя.
Электрическая искра позволяет успешно производить всевозможные операции - разрезать металлы, делать в них отверстия любой формы и размеров, шлифовать, наносить покрытие, изменять структуру поверхности... Особенно выгодно ею обрабатывать детали весьма сложной конфигурации из металлокерамических твердых сплавов, карбидных композиций, магнитных материалов, высокопрочных жаропрочных сталей и сплавов и других труднообрабатываемых материалов.
Электрическая искра, возникающая между контактами при разрыве цепи, гасится не только путем ускорения разрыва; этому способствуют также газы, выделяемые фиброй, из которой сделаны прокладки 6, специально уложенные в одной плоскости с подвижным контактом.
Принципиальная схема системы зажигания.| Схема батарейной системы зажигания. Электрическая искра получается в результате подачи импульса тока высокого напряжения на электроды свечи. Прерыватель обеспечивает размыкание контактов в соответствии с последовательностью тактов, а распределитель 4 - подачу импульсов высокого напряжения в соответствии с порядком работы цилиндров.
Установка для ультразвуковой очистки стеклянных деталей с вакуумированием рабочей камеры. Электрическая искра снимает тонкий слой стекла с обрабатываемой поверхности. При продувании через эту дугу инертный газ (аргон) частично ионизируется и молекулы загрязнений разрушаются под действием ионной бомбардировки.
Электрические искры в ряде случаев могут привести к взрывам и пожарам. Поэтому рекомендуется те части установок или машин, на которых наблюдается накопление зарядов электростатического электричества, специально соединять металлической проволокой с землей, давая тем самым электрическим зарядам свободный проход от машины в землю.
Электрическая искра состоит из быстро распадающихся атомов воздуха или другого изолятора и поэтому представляет собою очень короткое время существующий хороший проводник. Кратковременность искрового разряда долго очень затрудняла его изучение, и лишь сравнительно недавно удалось установить главнейшие законы, которым он подчиняется.
Искровой разряд. Электрическая искра возникает в том случае, если электрическое поле в газе достигает некоторого определенного значения Ек (критическая напряженность поля, или напряженность пробоя), которая зависит от рода газа и его состояния.

Обычная электрическая искра, проскакивая в приборе-генераторе, рождала, как и предполагал ученый, похожую искру в другом приборе, изолированном и удаленном от первого на несколько метров. Так впервые было обнаружено предсказанное. Максвеллом свободное электромагнитное поле, способное передавать сигналы без всяких проводов.
Вскоре электрическая искра воспламеняет спирт, фосфор и, наконец, порох. Опыт переходит в руки фокусников, становится гвоздем цирковых программ, повсеместно возбуждая жгучий интерес к таинственному агенту - электричеству.
Температуры пламен различных газовых смесей. Высоковольтная электрическая искра представляет собой электрический разряд в воздухе при нормальном давлении под действием высокого напряжения.
Электрической искрой называют также форму прохождения электрического тока через газ при высокочастотном разряде конденсатора через короткий разрядный промежуток и контур, содержащий самоиндукцию. В этом случае в течение значительной доли полупериода высокочастотного тока разряд представляет собой дуговой разряд переменного режима.
Пропуская электрические искры через атмосферный воздух, Кавендиш нашел, что азот окисляется кислородом воздуха в окись азота, которая может быть переведена в азотную кислоту. Следовав льно, решает Тимирязев, сжигая азот воздуха, можно получить азотнокислые соли, которые легко заменят на полях чилийскую селитру и повысят урожай: ерновых культур.
Пропуская электрические искры через атмосферный воздух, Кавендиш нашел, что азот окисляется кислородом воздуха в окись азота, которая может быть переведена в азотную кислоту. Следовательно, решает Тимирязев, сжигая азот воздуха, можно получить азотнокислые соли, которые легко заменят на полях чилийскую селитру и повысят урожай: ерновых культур.
От электрических искр в проводах возбуждаются высокочастотные токи. Они распространяются вдоль проводов и излучают в окружающее пространство электромагнитные волны, мешающие радиоприему. Эти помехи попадают в приемник различными путями: 1) через антенну приемника, 2) через провода осветительной сети, если приемник сетевой, 3) путем индукции от осветительных или каких-либо других проводов, по которым распространяются мешающие волны.
Действие электрической искры на горючие смеси очень сложно.
Получение электрической искры необходимой интенсивности при батарейном зажигании не ограничивается минимальным числом оборотов, а при зажигании от магнето без ускорительной муфты обеспечивается примерно при 100 об / мин.
Воспламенение электрической искрой по сравнению с другими способами требует минимальной энергии, так как малый объем газа на пути искры нагревается ею до высокой температуры за предельно короткое время. Минимальная энергия искры, необходимая для воспламенения взрывоопасной смеси при ее оптимальной концентрации, определяется экспериментально. Она приводится к нормальным атмосферным условиям - давлению 100 кПа и температуре 20 С. Обычно минимальная энергия, необходимая для воспламенения пылевоздушных взрывоопасных смесей, на один-два порядка выше энергии, необходимой для воспламенения газо - и паровоздушных взрывоопасных смесей.
Включатель зажигания. При пробое электрическая искра испаряет тонкий слой металла, нанесенного на бумагу, и вблизи места пробоя бумага очищается от металла, а отверстие пробоя заполняется маслом, что и восстанавливает работоспособность конденсатора.
Наиболее опасны электрические искры: почти всегда их время действия и энергия достаточны для воспламенения горючих смесей.

Наконец, электрическая искра применяется для измерения больших разностей потенциалов с помощью шарово го разрядни-к а, электродами которого служат два металлических шара с полированной поверхностью. Шары раздвигают, и на них подается измеряемая разлоеть потенциалов. Затем шары сближают до тех пор, пока между ними не проскочит искра. Зная диаметр шаров, расстояние между ними, давление, температуру и влажность воздуха, находят разность потенциалов между шарами по специальным таблицам.
От действия электрической искры разлагается с увеличением объема. Хлористый метил - сильное реакционноспособ-ное органическое соединение; большая часть реакций с хлористым метилом состоит в замене атомов галоида на различные радикалы.
При пропускании электрических искр через жидкий воздух азотистый ангидрид образуется в виде голубого порошка.
Чтобы избежать электрической искры, необходимо разъединяемые части газопровода соединить перемычкой и установить заземление.
Изменение концентрационных пределов воспламенения от мощности искры. Увеличение мощности электрических искр ведет к расширению области воспламенения (взрыва) газовых смесей. Однако и здесь существует своя граница, когда дальнейшее изменение пределов воспламенения не происходит. Искры такой мощности принято называть насыщенными. Использование их в приборах по определению концентрационных и температурных пределов воспламенения, температуры вспышки и других величин дает результаты, не отличающиеся от воспламенения накаленными телами и пламенем.
При пропускании электрической искры через смесь фтористой серы и водорода образуются H2S и HF. Смеси S2F2 с сернистым газом образуют в тех же условиях фтористый тионил (SOF2), а смеси с кислородом-смесь фтористого тионила и сернистого газа.
При пропускании электрических искр через воздух в закрытом сосуде над водой происходит большее уменьшение объема газа, чем при сжигании в нем фосфора.
Величина энергии электрической искры, необходимая для инициирования взрывного разложения ацетилена, сильно зависит от давления, возрастая при его уменьшении. Согласно данным С. М. Когарко и Иванова35, взрывное разложение ацетилена возможно даже при абсолютном давлении 0 65 от, если энергия искры равна 1200 дж. Под атмосферным давлением энергия инициирующей искры составляет 250 дж.
В отсутствие электрической искры или таких легковозгорающихся примесей, как, например, жир, реакции обычно протекают заметно только при высоких температурах. Этфоран C2Fe медленно реагирует с разбавленным фтором при 300 , в то время как к-гептфоран реагирует бурно при зажигании смеси электрической искрой.
При пропускании электрических искр через кислород или воздух появляется характерный запах, причиной которого является образование нового вещества - озона. Озон можно получить из совершенно чистого ухого кислорода; отсюда следует, что он состоит только из кислорода и представляет собой его аллотропическое видоизменение.
Энергия такой электрической искры может оказаться достаточной для воспламенения горючей или взрывоопасной смеси. Искровой разряд при напряжении 3000 В может вызвать воспламенение почти всех паро - и газовоздушных смесей, а при 5000 В - воспламенение большей части горючих пылей и волокон. Таким образом, возникающие в производственных условиях электростатические заряды могут служить источником зажигания, способным при наличии горючих смесей вызвать пожар или взрыв.
Энергия такой электрической искры может оказаться достаточно большой для воспламенения горючей или взрывоопасной смеси.
При пропускании электрических искр через кислород образуется озон - газ, в состав которого входит один только элемент - кислород; озон обладает плотностью в 1 5 раза большей, чем кислород.
При проскакивании электрической искры в воздушном промежутке между двумя электродами возникает ударная волна. При воздействии этой волны на поверхность калибровочного блока или непосредственно на ПАЭ в последнем возбуждается упругий импульс длительностью порядка нескольких микросекунд.

В зависимости от давления газа, конфигурации электродов и параметров внешней цепи существует четыре типа самостоятельных разрядов:

• тлеющий разряд;
• искровой разряд;
• дуговой разряд;
• коронный разряд.

1. Тлеющий разряд возникает при низких давлениях. Его можно наблюдать в стеклянной трубке с впаянными у концов плоскими металлическими электродами (рис. 8.5). Вблизи катода располагается тонкий светящийся слой, называемый катодной светящейся пленкой 2.

Между катодом и пленкой находится астоново темное пространство 1. Справа от светящейся пленки помещается слабо светящийся слой, называемый катодным темным пространством 3. Этот слой переходит в светящуюся область, которую называют тлеющим свечением 4, с тлеющим пространством граничит тёмный промежуток – фарадеево тёмное пространство 5. Все перечисленные слои образуют катодную часть тлеющего разряда. Вся остальная часть трубки заполнена святящимся газом. Эту часть называют положительным столбом 6.

При понижении давления катодная часть разряда и фарадеево тёмное пространство увеличивается, а положительный столб укорачивается.

Измерения показали, что почти все падения потенциала приходятся на первые три участка разряда (астоново темное пространство, катодная святящаяся плёнка и катодное тёмное пятно). Эту часть напряжения, приложенного к трубке, называют катодным падением потенциала .

В области тлеющего свечения потенциал не изменяется – здесь напряженность поля равна нулю. Наконец, в фарадеевом тёмном пространстве и положительном столбе потенциал медленно растёт.

Такое распределение потенциала вызвано образованием в катодном темном пространстве положительного пространственного заряда, обусловленного повышенной концентрацией положительных ионов.

Положительные ионы, ускоренные катодным падением потенциала, бомбардируют катод и выбивают из него электроны. В астоновом темном пространстве эти электроны, пролетевшие без столкновений в область катодного тёмного пространства, имеют большую энергию, вследствие чего они чаще ионизируют молекулы, чем возбуждают. Т.е. интенсивность свечения газа уменьшается, но зато образуется много электронов и положительных ионов. Образовавшиеся ионы в начале имеют очень малую скорость и потому в катодном тёмном пространстве создаётся положительный пространственный заряд, что и приводит к перераспределению потенциала вдоль трубки и к возникновению катодного падения потенциала.

Электроны, возникшие в катодном тёмном пространстве, проникают в область тлеющего свечения, которая характеризуется высокой концентрацией электронов и положительных ионов коленарным пространственным зарядом, близким к нулю (плазма). Поэтому напряженность поля здесь очень мала. В области тлеющего свечения идёт интенсивный процесс рекомбинации, сопровождающийся излучением выделяющейся при этом энергии. Таким образом, тлеющее свечение есть, в основном, свечение рекомбинации.

Из области тлеющего свечения в фарадеево тёмное пространство электроны и ионы проникают за счёт диффузии. Вероятность рекомбинации здесь сильно падает, т.к. концентрация заряженных частиц невелика. Поэтому в фарадеевом тёмном пространстве имеется поле. Увлекаемые этим полем электроны накапливают энергию и часто в конце концов возникают условия, необходимые для существования плазмы. Положительный столб представляет собой газоразрядную плазму. Он выполняет роль проводника, соединяющего анод с катодными частями разряда. Свечение положительного столба вызвано, в основном, переходами возбужденных молекул в основное состояние.

2. Искровой разряд возникает в газе обычно при давлениях порядка атмосферного. Он характеризуется прерывистой формой. По внешнему виду искровой разряд представляет собой пучок ярких зигзагообразных разветвляющихся тонких полос, мгновенно пронизывающих разрядный промежуток, быстро гаснущих и постоянно сменяющих друг друга (рис. 8.6). Эти полоски называют искровыми каналами .

Т газа = 10 000 К ~ 40 см I = 100 кА t = 10 –4 c l ~ 10 км

После того, как разрядный промежуток «пробит» искровым каналом, сопротивление его становится малым, через канал проходит кратковременный импульс тока большой силы, в течение которого на разрядный промежуток приходится лишь незначительное напряжение. Если мощность источника не очень велика, то после этого импульса тока разряд прекращается. Напряжение между электродами начинает повышаться до прежнего значения, и пробой газа повторяется с образованием нового искрового канала.

В естественных природных условиях искровой разряд наблюдается в виде молнии. На рисунке 8.7 изображен пример искрового разряда – молния, продолжительностью 0,2 ÷ 0,3 с силой тока 10 4 – 10 5 А, длиной 20 км (рис. 8.7).



3. Дуговой разряд . Если после получения искрового разряда от мощного источника постепенно уменьшать расстояние между электродами, то разряд из прерывистого становится непрерывным, возникает новая форма газового разряда, называемая дуговым разрядом (рис. 8.8).

~ 10 3 А
Рис. 8.8

При этом ток резко увеличивается, достигая десятков и сотен ампер, а напряжение на разрядном промежутке падает до нескольких десятков вольт. Согласно В.Ф. Литкевичу (1872 – 1951), дуговой разряд поддерживается, главным образом, за счет термоэлектронной эмиссии с поверхности катода. На практике – это сварка, мощные дуговые печи.

4. Коронный разряд (рис. 8.9).возникает в сильном неоднородном электрическом поле при сравнительно высоких давлениях газа (порядка атмосферного). Такое поле можно получить между двумя электродами, поверхность одного из которых обладает большой кривизной (тонкая проволочка, острие).

Наличие второго электрода необязательна, но его роль могут играть ближайшие, окружающие заземленные металлические предметы. Когда электрическое поле вблизи электрода с большой кривизной достигает примерно 3∙10 6 В/м, вокруг него возникает свечение, имеющее вид оболочки или короны, откуда и произошло название заряда.

Страница 5 из 14

Удары твердых тел с образованием искр.

При определенной силе удара некоторых твердых тел друг о друга могут образовываться искры, которые называют искрами удара или трения.

Искры представляют собой нагретые до высокой температуры (раскаленные) частицы металла или камня (в зависимости от того, какие твердые тела участвуют в соударении) размером от 0,1 до 0,5 мм и более.

Температура искр удара из обычных конструкционных сталей достигает температуры плавления металла - 1550 °С.

Несмотря на высокую температуру искры ее воспламеняющая способность сравнительно невысока, т. к. из-за малых размеров (массы) запас тепловой энергии искры очень мал. Искры способны воспламенить парогазовоздушные смеси, имеющие малый период индукции, небольшую минимальную энергию зажигания. Наибольшую опасность в этой связи представляют ацетилен, водород, этилен, оксид углерода и сероуглерод.

Воспламеняющая способность искры, находящейся в покое, выше летящей, так как неподвижная искра медленнее охлаждается, она отдает тепло одному и тому же объему горючей среды и, следовательно, может его нагреть до более высокой температуры. Поэтому искры, находящиеся в покое, способны воспламенить даже твердые вещества в измельченном виде (волокна, пыли).

Искры в условиях производства образуются при работе с инструментом ударного действия (гаечными ключами, молотками, зубилами и т. п.), при попадании примесей металла и камней в машины с вращающимися механизмами (аппараты с мешалками, вентиляторы, газодувки и т. п.), а также при ударах подвижных механизмов машины о неподвижные (молотковые мельницы, вентиляторы, аппараты с откидными крышками, люками и т. п.).

Мероприятия по предупреждению опасного проявления искр от удара и трения:

1. Применение во взрывоопасных зонах (помещениях) применять искробезопасного инструмента.
2. Обдув чистым воздухом места производства ремонтных и др. работ.
3. Исключение попадания в машины металлических примесей и камней (магнитные уловители и камнеуловители).
4. Для предупреждения искр от ударов подвижных механизмов машин о неподвижные:
   1. тщательная регулировка и балансировка валов;
   2. проверка зазоров между этими механизмами;
   3. недопущение перегрузки машин.
5. Применять искробезопасные вентиляторы для транспортировки паро- и газовоздушных смесей, пылей и твердых горючих материалов.
6. В помещениях получения и хранения ацетилена, этилена и т.п. полы выполнять из неискрящего материала или застилать их резиновыми ковриками.

Поверхностное трение тел.

Перемещение относительно друг друга соприкасающихся тел требует затраты энергии на преодоление сил трения. Эта энергия почти целиком превращается в теплоту, которая, в свою очередь, зависит от вида трения, свойств трущихся поверхностей (их природы, степени загрязнения, шероховатости), от давления, размера поверхности и начальной температуры. При нормальных условиях выделяющееся тепло своевременно отводится, и этим обеспечивается нормальный температурный режим. Однако при определенных условиях температура трущихся поверхностей может повыситься до опасных значений, при которых они могут стать источником зажигания.

Причинами роста температуры трущихся тел в общем случае является увеличение количества тепла или уменьшение теплоотвода. По этим причинам в технологических процессах производств происходят опасные перегревы подшипников, транспортных лент и приводных ремней, волокнистых горючих материалов при наматывании их на вращающиеся валы, а также твердых горючих материалов при их механической обработке.

Мероприятия по предупреждению опасного проявления поверхностного трения тел:

1. Замена подшипников скольжения на подшипники качения.
2. Контроль за смазкой, температурой подшипников.
3. Контроль за степенью натяжения транспортерных лент, ремней, не допущение работы машин с перегрузкой.
4. Замена плоскоременных передач на клиноременные.
5. Для предупреждения наматывания волокнистых материалов на вращающиеся валы используют:
   1. применение свободнонасаженных втулок, кожухов и т.п. для защиты открытых участков валов от контакта с волокнистым материалом;
   2. предотвращение перегрузки;
   3. устройство специальных ножей для срезания наматывающихся волокнистых материалов;
   4. установка минимальных зазоров между валом и подшипником.
6. При механической обработке горючих материалов необходимо:
   1. соблюдать режим резания,
   2. своевременно затачивать инструмент,
   3. использовать локальное охлаждения места резания (эмульсии, масла, вода и т.п.).

В условиях производства источники воспламенения могут быть очень разнообразными как по природе их появления, так и по своим параметрам.
Среди возможных источников воспламенения выделим открытый огонь и раскаленные продукты горения; тепловое проявление механической энергии; тепловое, проявление электрической энергии; тепловое проявление химических реакций.

Открытый огонь и раскаленные продукты горения. Пожары и взрывы нередко возникают от постоянно действующих или внезапно появляющихся источников открытого огня и продуктов, сопровождающих процесс горения, - искр, раскаленных газов.
Открытый огонь может воспламенить почти все горючие вещества, так как температура при пламенном горении очень высокая (от 700 до 1500° С); при этом выделяется большое количество тепла и процесс горения, как правило, является продолжительным. Источники огня могут быть разнообразными - технологические нагревательные печи, реакторы огневого действия, регенераторы с выжиганием органических веществ из негорючих катализаторов, печи и установки для сжигания и утилизации отходов, факельные устройства для сжигания побочных и попутных газов, курение, использование факелов для обогрева труб и т. д. Основной мерой противопожарной защиты от стационарных источников открытого огня является их изоляция от горючих паров и газов при авариях и повреждениях. Поэтому аппараты огневого действия лучше размещать на открытых площадках с определенным противопожарным разрывом от смежных аппаратов или изолировать их, размещая обособленно в закрытых помещениях.
Наружные трубчатые огневые печи оборудуют устройством, позволяющим при авариях создать вокруг них паровую завесу, а при наличии смежных аппаратов со сжиженными газами (например, газофракционирующие установки) печи отделяют от них глухой стеной высотой 2-3 м и сверху ее прокладывают перфорированную трубу для создания паровой завесы. Для безопасного розжига печей используют электрозапальники или специальные газовые запальники. Весьма часто пожары и взрывы возникают при производстве огневых (например, сварочных) ремонтных работ из-за неподготовленности аппаратов (о чем говорилось выше) и площадок, где они расположены. Огневые ремонтные работы, кроме
наличия открытого пламени, сопровождаются разлетом
з стороны и падением на нижележащие площадки раска- пенных частичек металла, где они могут воспламенить горючие материалы. Поэтому, кроме соответствующей подготовки аппаратов, подлежащих ремонту, подготавливается и окружающая площадка. В радиусе 10 м убирают все горючие материалы и пыль, сгораемые конструкции защищают экранами, принимают меры к предупреждению попадания искр в нижележащие этажи. Подавляющее большинство огневых работ проводят, используя специально оборудованные стационарные площадки или мастерские.
На производство огневых работ в каждом отдельном случае получается специальное разрешение администрации и санкция пожарной охраны.

В необходимых случаях разрабатывают дополнительные меры обеспечения безопасности. Места производства огневых работ осматривают специалисты пожарной охраны до начала и после окончания работы. При необходимости на время производства работ устанавливают пожарный пост с соответствующей пожарной техникой.
Для курения на территории предприятия и в цехах оборудуют специальные помещения или выделяют соответствующие площадки; для отогрева замерзших труб используют горячую воду, водяной пар или индукционные грелки.
Искры - раскаленные твердые частицы, не полностью сгоревшего топлива. Температура таких искр чаще всего находится в пределах 700-900° С. При попадании в воздух искра сгорает сравнительно медленно, так как на ее поверхности частично адсорбируется двуокись углерода и другие продукты горения.
Снижение пожарной опасности от действия искр достигается устранением причин искрообразования, а при необходимости - улавливанием или гашением искр.
Улавливание и гашение искр при работе топок и двигателей внутреннего сгорания достигается использованием искроулавливателей и искрогасителей. Конструкции искроулавливателей очень разнообразны. Устройства для улавливания и гашения искр основаны на использовании силы тяжести (осадительные камеры), силы инерции (камеры с перегородками, насадками, сетками, жа- люзийные устройства), центробежной силы (циклонные

улавливатели, турбинно-вихревые), сил электрического притяжения (электрофильтры), охлаждения продуктов сгорания водой (водяные завесы, улавливание поверхностью воды), охлаждения и разбавления газов водяными парами и др. В некоторых случаях устанавливают

/ - топка; 2 - осадительная камера; 3 - циклонный искроулавливатель; 4 - дожигательная насадка
последовательно несколько систем искрогашения, как показано на рис. 3.7.
Тепловое проявление механической энергии. Опасное в пожарном отношении превращение механической энергии в теплоту имеет место при ударах твердых тел с образованием искр, трении тел при взаимном перемещении относительно друг друга, адиабатическом сжатии газов и т. д.
Искры удара и трения образуются при достаточно сильном ударе или интенсивном истирании металлов и других твердых тел. Высокая температура искр трения определяется не только качеством металла, но и окислением его кислородом воздуха. Температура искр нелегированных малоуглеродистых сталей превышает иногда

1500° С. Изменение температуры искр удара и трения в зависимости от материала соударяющихся тел и прилагаемого усилия показано на графике рис. 3.8. Несмотря на высокую температуру, искры удара и трения имеют небольшой запас тепла в связи с незначительностью их массы. Многочисленными опытами установлено, что

Рис. 3.8. Зависимость температуры искр удара и трения от давления соударяемых тел

наиболее чувствительными к искрам удара и трения являются ацетилен, этилен, сероуглерод, окись углерода, водород. Вещества, имеющие большой период индукции и требующие для воспламенения значительного количества тепла (метан, естественный газ, аммиак, аэрозоли и т. д.), искрами удара и трения не поджигаются.
Искры, упавшие на осевшую пыль и волокнистые материалы, создают очаги тления, которые могут вызвать пожар или взрыв. Большой поджигательной способностью обладают искры, получающиеся при ударах алюминиевых предметов по окисленной поверхности стальных деталей. Предупреждение взрывов и пожаров от искр удара и трения достигается применением неискрящих инструментов для повседневного использования и при аварийных работах во взрывоопасных цехах; маг-
нитных сепараторов и камнеулавливателей на линиях" подачи сырья в машины ударного действия, мельницы и т. п. аппараты; выполнением деталей машин, которые могут соударяться друг с другом, из искробезопасных металлов или путем строгой регулировки величины зазора между ними.
Неискрящими считаются инструменты, выполненные из фосфористой бронзы, меди, алюминиевых сплавов АКМ-5-2 и Д-16, легированные стали, содержащие 6- 8% кремния и 2-5% титана и т. п. He рекомендуется применять обмедненный инструмент. Во всех случаях, где это возможно, операции ударного действия следует заменять безударными*. При использовании стальных ударных инструментов во взрывоопасных средах место работы усиленно вентилируют, соударяющиеся поверхности инструмента смазывают консистентными смазками.
Разогрев тел от трения при взаимном перемещении зависит от состояния поверхностей трущихся тел, качества их смазки, давления тел друг на друга и условий отвода тепла в окружающую среду.
При нормальном состоянии и правильной эксплуатации трущихся пар избыток выделяющегося тепла своевременно отводится в окружающую среду, обеспечивая поддержание температуры на заданном уровне, т. е., если Qtp= QnoT, то /раб = Const. Нарушение этого равенства приведет к увеличению температуры трущихся тел. По этой причине опасные перегревы имеют место в подшипниках машин и аппаратов, при буксовании транспортерных лент и приводных ремней, при наматывании волокнистых материалов на вращающиеся валы, механической обработке твердых горючих веществ и т. д.
Чтобы уменьшить возможность перегрева, вместо подшипников скольжения для высокооборотных и сильно нагруженных валов применяют подшипники качения.
Большое значение имеет систематическая смазка подшипников (особенно подшипников скольжения). Для нормальной смазки подшипника используют тот сорт масла, который принят с учетом нагрузки и числа оборотов вала. Если естественное охлаждение недостаточно для отвода избыточного тепла, устраивают принудительное охлаждение подшипника проточной водой или циркулирующим маслом, обеспечивают контроль за темпе-

ратурой подшипников и применяемой жидкости для их охлаждения. За состоянием подшипников систематически наблюдают, очищают от пыли и грязи, не допускают перегрузки, вибраций, перекосов и нагрева сверх установленных температур.
He следует допускать“перегрузки транспортеров, Защемления ленты, ослабления натяжения ремня, ленты. Применяют устройства, автоматически сигнализирующие о работе с перегрузкой. Вместо плоскоременных передач применяют клиноременные, которые практически исключают буксование.
От попадания волокон в зазоры между вращающимися и неподвижными частями машины, постепенного уплотнения волокнистой массы и ее трения о стенки машины (на текстильных фабриках, льно- и пенько-джуто- вых заводах, в сушильных цехах заводов химических волокон и др.) уменьшают зазоры между цапфами валов и подшипниками, применяют втулки, кожухи, щиткЦ и другие противонамоточные устройства для защиты валов от соприкосновения с волокнистыми материалами. В некоторых случаях устанавливают противонамоточные ножи и т. п.
Разогрев горючих газов и воздуха при их сжатии в компрессорах. Повышение температуры газа при адиабатическом сжатии определяется уравнением

где Tll1 Tk - температура газа до и после сжатия, °К; Pm Pk - начальное и конечное давления, кГ/см2\ k - показатель адиабаты, для воздуха?=1,41.
Температура газа в цилиндрах компрессора при нормальной степени сжатия не превышает 140-160° С. Так как конечная температура газа при сжатии зависит от степени сжатия, а также от величины начальной температуры газа, то во избежание чрезмерного перегрева при сжатии до высоких давлений газ сжимают постепенно в многоступенчатых компрессорах и охлаждают после каждой ступени сжатия в межступенчатых холодильниках. Чтобы избежать повреждений компрессора, контролируют температуру и давление газа.
Повышение температуры при сжатии воздуха нередко приводит к взрывам компрессоров. Взрывоопасные концентрации образуются в результате испарения и разложения смазочного масла в условиях повышенных температур. Источниками воспламенения являются очаги самовозгорания продуктов разложения масла, отлагающихся в нагнетательном воздуховоде и ресивере. Установлено, что на каждые IO0C повышения температуры в цилиндрах компрессора процессы окисления ускоряются в 2-3 раза. Естественно, что взрывы, как правило, происходят не в цилиндрах компрессоров, а в нагнетательных воздуховодах и сопровождаются горением масляного конденсата и продуктов разложения масла, скапливающихся на внутренней поверхности воздуховодов. Во избежание взрывов воздушных компрессоров, кроме контроля за температурой и давлением воздуха, устанавливают и строго выдерживают оптимальные нормы подачи смазочного масла, систематически очищают нагнетательные воздуховоды и ресиверы от горючих отложений.
Тепловое проявление электрической энергии. Тепловое действие электрического тока может проявиться в виде электрических искр и дуг при коротком замыкании; чрезмерного перегрева двигателей, машин, контактов и отдельных участков электрических сетей при перегрузках и переходных сопротивлениях; перегрева в результате проявления вихревых токов индукции и самоиндукции; при искровых разрядах статического электричества и разрядах атмосферного электричества.
При оценке возможности возникновения пожаров от электрооборудования необходимо учитывать наличие, состояние и соответствие имеющейся защиты от воздействия окружающей среды, коротких замыканий, перегрузок, переходных сопротивлений, разрядов статического и атмосферного электричества.
Тепловое проявление химических реакций. Химические реакции, протекающие с выделением значительного количества тепла, таят потенциальную возможность возникновения пожара, взрыва, так как при этом возможен разогрев реагирующих или рядом находящихся горючих веществ до температуры их самовоспламенения.
Химические вещества по опасности тепловых проявлений экзотермических реакций разделяют на следующие группы (подробнее об этом сказано в гл. I).
а. Вещества, воспламеняющиеся при соприкосновении с воздухом, т. е. имеющие температуру самовоспламенения ниже температуры окружающей среды (например, алюминийорганические соединения) или нагретые выше температуры их самовоспламенения.
б. Вещества, самовозгорающиеся на воздухе, - растительные масла и животные жиры, каменный и древесный уголь, сернистые соединения железа, сажа, порошкообразные алюминий, цинк, титан, магний, торф, отходы нитроглифталевых лаков и т. д.
Самовозгорание веществ предупреждают уменьшением поверхности окисления, улучшением условий отвода тепла в окружающую среду, снижением начальной температуры среды, использованием ингибиторов процессов самовозгорания, изоляцией веществ от соприкосновения с воздухом (хранение и обработка под защитой негорючих газов, защита поверхности измельченных веществ пленкой жира и т. д.).
в. Вещества, воспламеняющиеся при взаимодействии с водой, - щелочные металлы (Na, К, Li), карбид кальция, негашеная известь, порошок и стружка магния, титана, алюминийорганические соединения (триэтилалюминий, триизобутил алюминий, диэтил алюминийхлорид и т. п.). Многие из этой группы веществ при взаимодействии с водой образуют горючие газы (водород, ацетилен), которые в процессе реакции могут воспламеняться, а некоторые из них (например, алюминийорганические соединения) при контакте с водой дают взрыв. Естественно, что такие вещества хранят и используют, защищая от соприкосновения с ними производственной, атмосферной и почвенной воды.
г. Вещества, воспламеняющиеся при контакте друг с другом, - это в основном окислители, способные в определенных условиях воспламенять горючие вещества. Реакциям взаимодействия окислителей с горючими веществами способствуют измельченность веществ, повышенная температура и наличие инициаторов процесса. В некоторых случаях реакции носят характер взрыва. Окислители нельзя хранить совместно с горючими веществами, нельзя допускать какой-либо взаимоконтакт между ними, если это не обусловлено характером технологического процесса.

д. Вещества, способные разлагаться с воспламенением или взрывом при нагревании, ударе, сжатии и т. п. воздействиях. К ним относятся взрывчатые вещества, селитры, перекиси, гидроперекиси, ацетилен, порофор ЧХЗ-57 (азодинитрилизомасляной кислоты) и др. Такие вещества в процессе хранения и использования предохраняют от опасных температур и опасных механических воздействий.
Химические вещества перечисленных выше групп нельзя хранить совместно, а также вместе с другими горючими веществами и материалами.

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.