自燃是指可燃物在空气中没有外来火源的作用,靠自热或外热而发生燃烧的现象。例如黄磷暴露于空气中时,即使在室温下它与氧发生氧化反应放出的热量也足以使其达到自行燃烧的温度,故黄磷在空气中很容易自燃。
可燃物质无顺直接的点火源就能自行燃烧的最低温度叫作该物质的自燃点。物质的自燃点越低,发生火灾的危险性越大。一些物质的自燃点如表1-10所示。
表1-10 几种可燃物质的自燃点
在通常条件下,自燃是物质自发的着火燃烧,通常由缓慢的氧化作用而引起,速度很慢,由于散热受到阻碍,析出的热量也很少,同时不断向四周环境散热,不能像燃烧那样发出光。根据热源的不同,物质自燃分为受热自燃和自热自燃两种。
(1)受热自燃。
可燃物质在外部热源作用下,温度升高,当达到自燃点时,即着火燃烧,这种现象称为受热自燃。
可燃物质与空气一起被加热时,首先开始缓慢氧化,氧化反应产生的热使物质温度升高,同时,也有部分散热损失。若物质受热少,则氧化反应速率慢,反应所产生的热量小于热散失量,则温度不再会上升。若物质继续受热,氧化反应加快,当反应所产生的热量超过热散失量时,温度逐步升高,达到自燃点而自燃。在工业生产中,可燃物由于接触高温表面、加热或烘烤过度、冲击摩擦等,均可导致的自燃就属于受热自燃。
(2)自热自燃。
某些物质在没有外来热源影响下,自身内部发生化学、物理或生化过程产生热量,这些热量在适当条件下会逐渐积聚,使物质温度上升,达到自燃点而燃烧。这种现象称为自热燃烧。
造成自热燃烧的原因有氧化热、分解热、聚合热、发酵热等。自热燃烧的物质可分为:自燃点低的物质,遇空气、氧气发热自燃的物质,自然分解发热的物质,易产生聚合热或发酵热的物质。能引起本身自燃的物质常见的有植物类、油脂类、煤、硫化铁及其他化学物质等。
植物的自燃主要是由生物作用引起的,同时在这过程中也有化学反应和物理作用。许多植物如稻草、树叶、粮食等,一般都附着大量微生物,而且能自燃的植物都含有一定的水分,当大量堆积时,就可能因发热而导致自燃。微生物在一定的湿度下生存和繁殖,在其呼吸繁殖过程中会不断产生热量。由于植物产品的导热性很差,热量不易散失而逐渐积累,致使堆垛内温度不断升高,达到70℃后细菌死亡,但这时植物产品中的有机化合物开始分解而产生多空的炭,吸附大量蒸汽和氧气。吸附过程是一种放热过程,从而使温度继续升高,达到100℃;接着又引起新的化合物分解碳化,促使温度不断升高,可达150~200℃,这时植物中的纤维开始分解,迅速氧化而析出更多的热量。由于反应速度加快,在积热不散的条件下,就会达到自燃点而自行着火。总体来说,影响植物自燃的因素是:首先要具有微生物生存的湿度,其次是散热条件。因此预防植物自燃的基本措施是使植物处于干燥状态并存放在干燥的地方,堆垛不宜过高过大,注意通风,加强检测,控制温度,防雨防潮等。
植物油和动物油是由各种脂肪酸油脂组成的,它们的氧化能力主要取决于不饱和脂肪酸甘油酯含量的多少。不饱和脂肪酸有油酸、亚油酸、亚麻酸、桐油酸等,它们分子中的碳原子存在一个或几个双键。由于双键的存在,不饱和脂肪酸具有较多的自由能,于室温下便能在空气中氧化,同时析出热量。生成的过氧化物易于释放出活性氧原子,使油脂中常温下难于氧化的饱和脂肪酸发生氧化。在不饱和脂肪酸发生氧化的同时,它们还进行聚合反应。不饱和脂肪酸的聚合过程也能在常温下进行,同时放出热量。这种过程如果循环持续地进行下去,在通风散热不良的条件下,由于积热升温,就能使浸涂不饱和油脂的物品自燃。(www.xing528.com)
煤发生自燃的热量来自物理作用和化学反应,是由于煤本身的吸附作用和氧化反应并积聚热量而引起的,煤可分为泥煤、褐煤、烟煤和无烟煤4类,除无烟煤之外,都有自燃能力,一般含氢气、一氧化碳、甲烷等挥发物质较多,以及含有一些易氧化的不饱和化合物和硫化物的煤,自燃的危险性比较大,无烟煤和焦炭之所以没有自燃能力,就是因为它们的挥发物量太少。
煤在低温时,氧化速度不大,主要是表面吸附作用。它能吸附蒸气和氧等气体进行缓慢氧化并使蒸气在煤的表面浓缩变成液体,放出热量使温度升高,然后煤的氧化速度不断加快。如果散热条件不良就会积聚热量使温度继续升高,直到发生自燃。泥煤中含有大量微生物。它的自燃是由于生物作用和化学作用放出热量而引起的。煤的挥发物含量、粉碎程度、湿度和单位体积的散热量等因素对煤的自燃均有很大的影响。煤中挥发物(甲烷、氢气、一氧化碳)含量越高,则氧化能力越强易自燃。煤的颗粒越细,进行吸附作用与氧化的表面积越大,吸附能力也越强,氧化反应速度也越快,因此析出的热量就越多,所以就越易自燃。
煤里一般含有铁的硫化物,硫化铁在低温下能发生氧化,煤中水分多,可促使硫化铁加速氧化生成体积较大的硫酸盐,使煤块松散碎裂,暴露出更多的表面,加速煤的氧化,同时硫化铁氧化时还放出热量,从而促进了煤的自燃过程。由此可知,有一定湿度的煤,其自燃能力要大于干燥的煤。这就是雨季里煤炭较易发生自燃的缘故。此外,煤的散热条件越差就越易自燃,若煤堆的高度过大且内部较疏松,即密度小、空隙率大、容易吸附大量空气,结果是有利于氧化和吸附作用,而热量又不易导出,所以就越易自燃。
【能力提升训练】
一造纸厂外侧有一堆草垛,在阴雨天气发生了火灾。请根据描述,试分析可能存在的起火原因。
【归纳总结提高】
1.什么是闪燃与闪点?
2.可燃液体为什么会发生一闪即灭的闪燃现象?
3.根据促使可燃物升温的热量来源不同,自燃可分为哪两种?两者的区别是什么?
4.预防闪燃现象的发生有什么现实意义?
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