автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.03, диссертация на тему:Тепловое самовозгорание насыпей и отложений твердых дисперсных материалов

На правах рукописи

□0305ВТЭ6 Корольченко Игорь Александрович ' """"

ТЕПЛОВОЕ САМОВОЗГОРАНИЕ НАСЫПЕЙ И ОТЛОЖЕНИЙ ТВЕРДЫХ ДИСПЕРСНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Специальность: 05.26.03 Пожарная и промышленная безопасность

Отрасль - Химическая и нефтехимическая промышленность

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва 2007 г.

003056796

На правах рукописи

КОРОЛЬЧЕНКО Игорь Александрович

ТЕПЛОВОЕ САМОВОЗГОРАНИЕ НАСЫПЕЙ И ОТЛОЖЕНИЙ ТВЕРДЫХ ДИСПЕРСНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Специальность: 05.26.03 Пожарная и промышленная безопасность

Отрасль — Химическая и нефтехимическая промышленность

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва 2007 г.

Работа выполнена в Федеральном государственном учреждении «Всероссийский ордена «Знак Почета» научно-исследовательский институт противопожарной обороны» МЧС России (ФГУ ВНИИПО МЧС России)

Научный консультант: доктор технических наук, профессор

Горшков В.И.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Халтуринский H.A.

доктор технических наук, профессор Денисюк А.П.

доктор технических наук, профессор Баратов А.Н.

Ведущая организация - Академия государственной противопожарной службы МЧС России.

Защита диссертации состоится «26» апреля 2007 года в «10» час «00» мин на заседании диссертационного совета ДС 205.003.01 в ФГУ ВНИИПО МЧС России по адресу: 143903, Московская обл., г. Балашиха, мкр. ВНИИПО, д. 12.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГУ ВНИИПО МЧС России.

>2

Автореферат разослан «г^/> ^ 2007 г. исх. № чз/ш/ Отзыв на автореферат с заверенной подписью и печатью просим на правлять в ФГУ ВНИЙПО МЧС России по указанному адресу. Телефон для справок: (495) 521-29-00

Ученый секретарь диссертационного совета

кандидат технических наук, /т/^ /У

с. н. с. ¿Л&^бС^ Е.Ю. Сушкина

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Диссертационная работа посвящена развитию научных основ расчета условий теплового самовозгорания твердых сыпучих материалов для предотвращения возникновения пожара на хозяйственных объектах. К таким объектам относятся транспорт, участки компактного хранения материалов, технологическое оборудование, на котором образуются отложения самовозгорающихся веществ, зоны природного скопления торфяных отложений.

В период 1995-2005 гг. из-за самовозгорания веществ и материалов происходило 1-2 тысячи пожаров за год. В результате этих пожаров ежегодно гибнет от 5 до 12 человек. От 42 до 127 пожаров от самовозгорания происходит ежегодно на транспорте. В течение 1990-2005 гг. самовозгорание становилось причиной в среднем более одного крупного (с существенным материальным ущербом) пожара за год.

Следует отметить существующий в настоящее время значительный разрыв между теорией теплового взрыва, которая может использоваться для описания процессов самовозгорания, и практикой обеспечения пожарной безопасности при хранении и переработке горючих веществ. Современные методы определения класса опасности самовозгорающихся грузов допускают возможность завышения или занижения их опасности. Существующие методы экспериментального исследования склонности дисперсных материалов к тепловому самовозгоранию не позволяют осуществлять масштабирование лабораторного эксперимента при прогнозе условий самовозгорания на складах продукции, так как при этом игнорируется изменение режима теплообмена, связанное с ростом размеров насыпей и особенности реакции окисления для отдельных продуктов. Необходимо отметить, что экспериментальные данные по температуре самовозгорания, определенные в лабораторных условиях для образцов материала различного размера, не могут быть перенесены путем простой экстраполяции на насыпи промышленных масштабов. В одних случаях это приводит к недооценке действительной опасности и, как следствие - к увеличению вероятности возникновения пожара, в других к переоценке опасности, что влечет за собой неоправданные затраты на обеспечение регламентированной безопасности производств. Методов определения условий теплового самовозгорания при несимметричном ньютоновском теплообмене на противолежащих границах насыпей и очагового самовозгорания охлаждаемых в нереакционноспособной среде скоплений материалов в настоящее время не существует. Поэтому становится очевидной необходимость создания таких методов на основе современных теоретических представлений.

Цель работы заключалась в развитии научных основ расчета критических условий теплового самовозгорания скоплений твердых веществ при симметричном и несимметричном теплообмене с окружающей средой, а также для прогретых выше температуры окружающей нереакционноспособной среды материалов. Разрабатываемые экспериментально-аналитические методы должны быть применимы для использования на практике при предотвращении возникновения пожара на объектах складского хозяйства, транспорта, сельского хозяйства, на предприятиях химической, нефтехимической, пищевой, деревообрабатывающей и других отраслей промышленности, где возможно образование горючих отложений и временное компактное содержание продуктов и полупродуктов.

Задачи. Для достижения указанной цели ставятся и решаются следующие задачи:

- разработать методику определения условий теплового самовозгорания, учитывающую интенсивность теплообмена при изменении формы и размеров насыпей, а также выгорание вещества за время хранения;

разработать методики экспериментального определения теплофи-зических параметров исследуемых материалов (их удельного тепловыделения, коэффициентов теплоотдачи, теплоемкости, температуропроводности), необходимые для расчета условий теплового взрыва;

- выявить влияние формы образцов материала на результаты определения кинетических характеристик процесса окисления;

- разработать компьютерную программу для численного расчета критических значений параметра Франк-Каменецкого в неисследованной области значений параметров |3 и у, определить зависимость критических значений критерия Франк-Каменецкого от этих параметров с учетом интенсивности теплообмена;

- провести теоретические исследования и разработать методику расчета критических условий самовозгорания отложений горючих сыпучих и волокнистых материалов при несимметричном теплообмене с окружающей средой;

- приближенными: и численными методами решить задачи о самовозгорании очагов различной формы, равномерно прогретых выше температуры нереакционноспособной окружающей среды;

- апробировать разработанные методики определения условий теплового самовозгорания материалов при решении ряда практических задач, сравнить полученные результаты с данными публикаций и планируемых экспериментальных исследований.

Научная новизна:

- впервые разработаны методы расчета условий теплового самовозгорания скоплений тверды« веществ в характеризующем самовозгорающиеся

материалы диапазоне изменения величин /7 и у, при несимметричном теплообмене отложений с окружающей средой, а также для продукции, прогретой выше температуры контактирующей с ней нереакционноспособной среды. На основании этих результатов разработана экспериментально-расчетная методика определения условий теплового самовозгорания материалов при их транспортировании, хранении и переработке, а также для природных отложений;

выполнен численный расчет критических условий теплового взрыва в ранее неисследованном диапазоне изменения величин р и у для бесконечной пластины, бесконечного цилиндра и сферы при различной интенсивности ньютоновского теплообмена. Найдены новые интерполяционные выражения, описывающие полученные численные решения с удовлетворительной точностью;

впервые решена задача о самовоспламенении бесконечной пластины при несимметричном ньютоновском теплообмене с окружающей средой с учетом изменения его интенсивности на обеих поверхностях слоя. Получены выражения для определения критических условий самовозгорания бесконечной пластины, дающие удовлетворительное совпадение с результатами численного расчета для различных вариантов теплообмена противолежащих поверхностей слоя с окружающей средой;

- решена задача расчета условий самовозгорания плоскопараллельного, цилиндрического, сферического очагов при остывании в нереакционно-способной среде и найдены расчетные формулы для определения критических значений параметра Франк-Каменецкого и периода индукции, удовлетворительно описывающие полученные численные решения и экспериментальные результаты.

Практическая значимость.

Разработана методология предотвращения самовозгорания на объектах транспортирования, хранения и переработки твердых материалов. Созданы и внедрены в научно-исследовательскую практику ВНИИПО:

лабораторные установки и методика определения коэффициента теплопроводности и температуропроводности сыпучих материалов;

лабораторный стенд и методика определения условий очагового самовозгорания материалов;

методика определения величины удельного тепловыделения материалов при критических условиях самовозгорания;

компьютерная программа для численного расчета критических значений параметра Франк-Каменецкого с учетом выгорания и интенсивности теплообмена;

- научно обоснованный метод определения класса опасности самовозгорающихся грузов.

Выводы и рекомендации диссертации реализованы при разработке: технического проекта установки сушки дробленых волокон осины (куратор ОАО «НИИХИММАШ»);

новой редакции Государственного стандарта на технический углерод различных марок (заказчик ФГУП НИИШП);

новой редакции ГОСТ 23423 «Метионин кормовой. Технические условия» (заказчик ОАО «¡Волжский Оргсинтез»);

опытно-промышленной схемы производства Бераполиса (заказчик ОАО «Бератон»);

«Методики определения условий теплового самовозгорания веществ и материалов»;

«Методики обеспечения пожарной безопасности перевозки самовозгорающихся грузов»;

Руководства «Расчет основных показателей пожаровзрывоопасно-сти веществ и материалов:).

На защиту выносятся следующие положения:

метод расчета основных параметров, определяющих условия теплового самовозгорания (]фитического размера, температуры окружающей среды и задержки самовозгорания) для реальных условий складирования и транспортирования твердых сыпучих материалов, учитывающий условия теплообмена, глубину выгорания и особенности химической реакции окисления;

метод определения кинетических параметров реакции окисления для расчета условий теплового самовозгорания насыпей материала различной формы;

методика и результаты лабораторного определения теплофизиче-ских параметров сыпучи?: материалов (теплоемкости, теплопроводности и температуропроводности), необходимых для расчета критических условий их самовозгорания;

методика и результаты экспериментального определения величины удельного тепловыделения материалов при критических условиях теплового самовозгорания;

- зависимость критических значений параметра Франк-Каменецкого от параметров р и у для ранее неисследованной области значений этих параметров;

- аналитические выражения, определяющие критические условия, при которых происходит самовозгорание отложе.;:ш горючих материалов при несимметричном теплообмене с окружающей средой;

- метод расчета условий теплового самовозгорания отложений материалов при несимметричном теплообмене с окружающей средой;

аналитические выражения для расчета критических величин параметра Франк-Каменецкого при самовозгорании плоскопараллельного, цилиндрического, сферического очагов, а также очагов в форме куба и параллелепипеда, остывающих в инертной (нереакционноспособной) среде;

формула расчета периода индукции для очагового самовозгопания скопления материала;

методика расчета условий очагового самовозгорания материалов, прогретых выше температуры окружающей среды;

- метод определения класса опасности самовозгорающихся грузов;

- результаты экспериментально-расчетных определений условий теплового самовозгорания скоплений материалов при хранении, перевозке, образовании отложений на поверхностях технологического оборудования, для природных торфяных отложений.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на следующих научно-технических конференциях:

XVI Научно-практическая конференция "Крупные пожары: предупреждение и тушение" (ВНИИПО 30-31 октября 2001 г.);

Международный симпозиум "Комплексная безопасность России - исследования, управление, опыт" (ВВЦ 29-30 мая 2002 г.);

XVII Международная научно-практической конференция "Пожары и окружающая среда" (ВНИИПО 21 июня 2002 г.);

Международная конференция «Природные пожары: возникновение, распространение, тушение и экологические последствия» (30.06-5.07.2003 г. — Красноярск);

XVIII научно-практическая конференция "Снижение риска гибели людей при пожарах" (ВНИИПО 28-29 октября 2003 г.);

Международный симпозиум «Комплексная безопасность России — исследования, управление, опыт» (ВВЦ Москва 26-28 мая 2004 г.);

Международная конференция «Сопряженные задачи механики, информатики и экологии» (г. Горно-Алтайск 4-9 июля 2004 г.);

XIII Симпозиум по горению и взрыву (ИПХФ РАН, г. Черноголовка 711 февраля 2005 г.);

XIX Научно-практическая конференция по вопросам борьбы с пожарами: «Пожарная безопасность многофункциональных и высотных зданий и сооружений» (г. Балашиха, ВНИИПО 1-2 ноября 2005 г.);

VI Международная научно-практическая конференция «Лесные и степные пожары. Возникновение, распространение, тушение и экологические последствия» (г. Иркутск, 6-11 сентября 2005 г., Томский государственный университет).

Публикации и личный вклад автора. По материалам диссертации опубликовано 53 печатных работы. Личная роль автора диссертационной работы

заключается в непосредственном участии и руководстве проведением экспериментальных и аналитических исследований, участии в разработке установок и методик, обобщении и внедрении полученных результатов в научно-исследовательскую практику ФГУ ВНИИПО МЧС России.

Объем и структура диссертации. Диссертационная работа изложена на 290 страницах машинописного текста и состоит из введения, девяти глав, выводов, списка литературы и приложений. Список использованной литературы включает 157 наименований. Общий объем работы, включающей 76 рисунков, 63 таблицы и 6 приложений, составляет 418 страниц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность постановки темы диссертации, формулируются цель и направления исследований, излагаются научная новизна и практическая ценность работы.

Первая глава «Современные методы расчета условий теплового самовозгорания веществ и материалов» посвящена анализу современного теоретического состояния исследований самовозгорания веществ и связи этого явления с теорией теплового взрыва.

Склонность материалов к самовозгоранию связана с плохим теплоот-водом из зоны экзотермической реакции и конкуренцией теплоприхода и теплоотвода, которая при заданных условиях теплообмена может привести к самопроизвольному разогреву или охлаждению материала. Следовательно этот процесс необходимо исследовать, учитывая температурные градиенты и условия теплообмена скопления продукта. Для решения практических задач о профилактике самовозгорания разнообразных насыпей и отложений веществ нужно использовать методы расчета критических условий, учитывающих форму рассматриваемого скопления. Механизм термоокисления самовозгорающихся материалов зависит от температуры. Различные химические превращения происходят в разном температурном диапазоне. При расчете условий самовозгорания необходимо учитывать выгорание компонентов и реальный тепловой эффект процесса. Время до самовозгорания рассматриваемого скопления (расчетное значение периода индукции) может определять целесообразность реализации некоторых профилактических мероприятий. Противолежащие поверхности отложений самовозгорающихся веществ часто прогреты до разных температур, в этом случае необходимо учитывать влияние на критические условия несимметричного теплообмена. Для материалов, прогретых выше: температуры окружающей среды, необходимо решать задачу об очаговом тепловом взрыве.

Обработка численных расчетов условий теплового взрыва (выполненных В.В. Барзыкиным, В.Т. Гонтковской, А.Г. Мержановым, С.И. Худяевым

и Парксом) позволила получить выражение для определения критического значения параметра Франк-Каменецкого следующего вида:

где <50 - значения для реакции нулевого порядка. Эта формула хорошо описывает результаты численных расчетов при изменении параметров: 0,58,р<,8<,\08^\ 0,001< В/¿ю; 0£у<0,01; 0 </? 2 0,05.

Зависимость <р(т) получена В.В. Барзыкиным и А.Г. Мержановым в результате аналитического решения стационарной задачи для цилиндра, пластины и сферы в виде

Известно, что величина параметра ¿„зависит от формы тела, определяемого фактором формы у. Для большинства встречающихся в практике переработки, хранения и транспортирования форм скопления материалов (параллелепипеда, куба, конуса, полусферы и т.п.) расчет 80 может быть выполнен по выражениям, приведенным в работах Боддингтона, Грэя и Бауса.

Для расчета периода индукции процесса самовоспламенения с момента прогрева вещества до температуры окружающей среды А.Г. Мержановым с сотрудниками предложены удобные апроксимационные выражения, которые достаточно точно описывают численное решение задачи.

В ряде работ (Баус, Л.Т. Абрамова, В.Г. Абрамов, А.Г. Мержапив) отмечается, что величина теплового эффекта процесса термоокисления при температурах ниже температуры самовоспламенения для органических материалов оказывается намного меньше теплоты сгорания этих же веществ. Учитывая это, а также величины энергии активации процесса термоокисления некоторых самовозгорающихся материалов, можно говорить о превышении верхних границ вышеприведенных диапазонов изменения параметров р и у при исследовании самовозгорания. Поэтому целесообразно проверить выполнение приближенной формулы (1) при больших величинах р и у, сравнив с численным решением этой задачи.

При изучении самовозгорания отложений материалов на горячих поверхностях или в прогретой среде возникает задача о несимметричном теплообмене (наличие разницы температур противолежащих поверхностей слоя). Для заданной температуры на одной из поверхностей и конвективном теплообмене на другой Баусом получена следующая формула:

(1)

(2)

(3)

где 0а = —5 (Те-Т0) ■■ безразмерная разница температур на горячей и холодной стенках пластины.

Если на обеих поверхностях слоя происходит интенсивный теплообмен (#/-»оо), то формула (3) преобразуется к виду

Область применения этих зависимостей ограничена условием задания температуры на одной или обеих поверхностях слоя. При ньютоновском теплообмене на обеих по верхностях пластины с внутренними нелинейными источниками тепла задача существенно усложняется и пока не нашла своего решения.

В ряде технологий предварительно прогретое до высоких температур горючее вещество формируется в насыпь, существенно превышающую первоначальные размеры, и помещается среду с более низкой температурой. В зависимости от условий теплообмена и первоначального температурного напора сформированная насыпь может остыть или самовозгореться. Такое явление в технической литературе относится к очаговому самовоспламенению и детально изучалось работах А.Г. Мержанова, Томаса, Р.С Буркиной и Сеплярским с сотрудниками. В работах об очаговом тепловом взрыве принималось, что очаг (равномерно прогретый выше температуры окружающей среды) находится в бесконечном пространстве, которое заполнено реакцион-носпособной смесью с тенлофизическими (не зависящими от температуры) и кинетическими параметрами, аналогичными смеси в очаге. Для одиночного П-образного очага в форме сферы и пластины для реакции нулевого порядка задача решена численно в работе Мержанова и сотр.

С помощью асимптотического приближения Буркиной P.C. получены приближенные выражения для критического значения параметра Франк-Каменецкого и времени индукции для пластины и сферы. Однако полученные соотношения достаточно сложны и действительны при очень больших параметрах S и начальных температурных напорах и поэтому не применимы для расчета очагового самовозгорания, характерного для промышленных условий обращения с npoi-ретыми материалами.

Для очага в форме параллелепипеда критическое условие получено Томасом

_(14 + 3J

(4)

4——

( е erf—'rf—1— +

ег/ —р— + це ег/

2

«/"А- )

(5)

где а, Ь и с, - половины сторон параллелепипеда; р=

V

. <? =

с/ / а

/а

Влияние конвективного теплообмена предварительно равномерно прогретого очага с газовой нереакционноспособной средой приводит к заметному росту критических значений параметра Франк-Каменецкого, что подтвердило в дальнейшем решение задачи для соответствующих граничных условий. Методика определения критических условий самовозгорания материалов, прогретых выше температуры контактирующей с ними нереакционно-способной газовой среды (теплообмен очага с атмосферным воздухом), на сегодняшний день отсутствует.

На основании выполненного анализа сформулированы цели настоящей работы.

Во второй главе «Методы экспериментального исследования теплового самовозгорания материалов» анализируются основные экспериментально-аналитические методы, используемые для изучения условий теплового самовозгорания материалов.

Согласно ГОСТ 12.1.044 образцы материала помещают в корзинки кубической формы (или формы правильного цилиндра) различных размеров. Регистрируется температура окружающей среды, температура стенок корзинки и разность между температурой окружающей среды и температурой в центре образца. Испытания повторяют при различных температурах с образцами одинакового объема до достижения минимальной температуры, при которой происходит самовозгорание. На основании выполненных экспериментов определяются эмпирические зависимости температуры самовозгорания от отношения поверхности образца к объему и от времени до самовозгорания. При прогнозировании условий теплового самовозгорания с помощью этого метода не учитываются: изменение насыпной плотности; реальные формы скопления; условия теплообмена насыпей и отложений материалов; кинетический закон химических превращений; изменение времени индукции при удалении от критических условий. Расчет критических размеров дает существенно завышенные результаты, что приводит к недооценке опасности самовозгорания материала.

Методика определения склонности веществ и материалов к тепловому самовозгоранию, изложенная в ГОСТ 19433, предназначена для качественной оценки этого свойства сыпучих материалов. Образцы кубической формы помещают в термостат с температурой воздуха 140 °С. При этом фиксируется температура окружающей среды и разность между температурой окружающего воздуха и температурой в центре образца. Испытания продолжают-

ся в течение 24 часов. Если значение температуры в центре образца превысит температуру окружающей среды более, чем на 10 градусов, либо произойдет воспламенение, вещество считается склонным к тепловому самовозгоранию. Степень опасности склонных к самовозгоранию грузов устанавливается в результате дополнительных испытаний с использованием методики ГОСТ 12.1.044.

Выполнение исследований в соответствии с ГОСТ 19433 не позволяет определить значения критических температур (нагрев материала выше которых приведет к тепловому самовозгоранию) для различных размеров скоплений испытываемого вещества. Температура термостатирования вещества, используемая в ГОСТ 15433, слишком низка для применяемых размеров образца. При этом вещество, определенное как не склонное к самовозгоранию по ГОСТ 19433, может самовозгораться в больших скоплениях при температурах атмосферного воз.цуха. На примере 24 материалов показана возможность ошибочного отнесения этих веществ к опасным или неопасным грузам по результатам испытания согласно ГОСТ 19433.

На практике для определения условий теплового самовозгорания широко применяется метод Я.С. Киселева. Этот метод успешно применялся для определения условий самовозгорания материалов на различных хозяйственных объектах, в том числе — для сухих молочных продуктов, модификаций торфа и углей, а также целлюлозосодержащих материалов. Определение кинетических параметров п роцесса термоокисления материалов согласно методу Я.С. Киселева сводится к измерению темпа изменения температуры исследуемого материала в докритической области (из термограмм саморазогрева). При выполнении экспериментов реакционный сосуд с материалом помещают в термостат с заданной постоянной температурой и определяют термограмму разогрева вещества 9 = /((). В серии опытов получают 5-6 таких диаграмм для различных температур среды. Равномерно прогретый в сушильном шкафу до температуры 80-90 °С образец помещают в термостат и фиксируют изменение температуры в центре материала.

Метод расчета критических условий самовозгорания, использованный в работах Я.С. Киселева, базируется на предположении подобия стационарного распределения температур в теле с внутренними источниками тепловыделения распределению в инертном теле такой же формы и размеров при регулярном режиме теплообмена первого рода. Критическое условие теплового взрыва, используемое Я.С. Киселевым, получено для реакции нулевого порядка и квазистационарного режима, характеризующего равенство тепло-прихода и теплоотвода в испытуемом образце. Подобные условия характерны для точки максимального разогрева образца материала, температура которого непрерывно меняется в ходе экспериментальных исследований. Анализ используемых в этом методе выражений показывает, что с учетом описа-

ния регулярного режима теплообмена Г.М. Кондратьевым условие Я.С. Киселева не отличается от критического условия H.H. Семенова. Такое совпадение вида выражений для расчета критических условий не касается входящей в эти формулы величины предэкспонента. Предэкспонент, используемый в рассматриваемой методике, характеризует точку максимума разогрева материала при нестационарном теплообмене. В этой точке существенное значение приобретает выгорание вещества (температура материала снижается за счет выгорания). Выгорание материала не учитывается критическим условием рассматриваемой методики. Так как формулировка критического условия характеризует слабый теплообмен материала с окружающей средой (В/—»0), расчет по этой формуле будет приводить к заниженным величинам критических температур и характеристических размеров. Практическим случаям самовозгорания веществ, как правило, соответствует интенсивный теплообмен поверхности скопления с контактирующей газовой средой.

Все рассмотренные подходы были серьезным шагом вперед в развитии методологии научных исследований рассматриваемых процессов, но современный уровень научных представлений требует их совершенствования. Представляется целесообразным выполнение сравнительного анализа результатов практического применения основных методов определения условий теплового самовозгорания веществ и материалов с целью разработки усовершенствованного подхода. На величину определяемых экспериментально и расчетом параметров, характеризующих критические условия самовозгорания, заметное влияние должны оказывать условия теплообмена на границе раздела фаз, интенсивность тепловыделения и т. п.

Третья глава «Экспериментальное исследование характеристик, влияющих на условия самовозгорания материалов» посвящена экспериментальному исследованию характеристик, влияющих на условия самовозгорания материалов. Определялись коэффициенты теплоотдачи используемых образцов, температуропроводность, теплоемкость и теплопроводность твердых дисперсных материалов, удельное тепловыделение при самовозгорании веществ.

Для выявления диапазона изменения критерия Bi, характеризующего теплообмен образцов в экспериментальной аппаратуре, выполнено определение величин их коэффициентов теплоотдачи в воздушном термостате с рабочей камерой в форме куба, соответствующей требованиям ГОСТ 12.1.044 и снабженной вентилятором. Использование вентилятора позволяет интенсифицировать теплообмен образца более, чем в 2,3 раза. В экспериментах с тремя стальными цилиндрами разного размера измерялись температура среды в зоне размещения образца и разность температур среды и металлического цилиндра. Расчет выполнялся с учетом экспериментальных значений темпа изменения температуры по формулам, характеризующим регулярный ре-

жим теплообмена. Получены эмпирические зависимости а от температуры среды для исследованных размеров образца. Показано, что эти экспериментальные результаты удовлетворительно описываются известными соотношениями, исходя из аддитивности вклада конвективной и радиационной составляющей теплообмена. Для расчета коэффициента теплоотдачи окисляющихся в исследуемом температурном диапазоне материалов предложено использовать выражения, апробированные A.A. Жукаускасом и М.А. Михеевым с учетом приближения О.М. Тодеса и Б.Н. Карандина.

Показано, что условия экспериментальных исследований образцов самовозгорающихся материгшов высотой S 15 мм без дополнительной турбули-зации среды в рабочей камере характеризуются значениями Bi более 1. Условия, близкие к Bi —> оо, достигаются при испытании образцов высотой 50-200 мм.

Использование в расчетах справочных значений теплофизических характеристик для химических гомологов часто неоправданно. К тому же, на значения коэффициента теплопроводности X одного и того же материала сильно влияет изменение размеров частиц и насыпной плотности. Поэтому в работе температуропроводность, теплопроводность и теплоемкость веществ определялись экспериментально. Температуропроводность материала а измерялась при интенсивном теплообмене тела с окружающей средой при Bi -> со (соответствующие зависимости, согласно Г.М. Кондратьеву, выполняются практически при Bi >-50-100). Темп нагрева тх цилиндрических образцов диаметром 66 мм и высотой 142 мм определялся в водном термостате с мешалкой. Установившаяся температура воды в термостате на 10-50 градусов превышала комнатную. Коэффициент теплоотдачи исследуемых образцов определялся в результате экспериментов с алюминиевым цилиндром. Для 13 твердых дисперсных материалов, температуропроводность которых определялась, величина критерия Bi существенно превышала 100. Значения а нескольких веществ определены также на метрологически аттестованной аппаратуре в МГУ им. M.Ü. Ломоносова. Эти величины отличаются от полученных в работе на 1,2-5,3 %.

Для расчета теплоемкости материала Ср определялся темп охлаждения образцов m при Bi—*0. Эксперименты выполнялись в камере спокойного воздуха для цилиндрических образцов в бумажных контейнерах диаметром 20 мм и высотой 31 мм. Для расчета коэффициента теплопроводности и теплоемкости материалов по результатам экспериментального определения m и тх использованы универсальные критерии M и Н, предложенные Г.М. Кондратьевым. Определение теплоемкости 11 твердых дисперсных материалов выполнено с погрешностью (по сравнению со справочными данными) не более 19,9 % при усредненном значении относительного отклонения 7,8 %. Результаты определения коэффициента теплопроводности также можно счи-

тать удовлетворительными с учетом хорошей воспроизводимости данных по температуропроводности. Апробированные методы не требуют серьезных материальных затрат для внедрения и могут использоваться практически в любой лаборатории.

В расчетах критических условий самовозгорания удобно использовать известные величины теплоты сгорания материала. Однако самовозгорание происходит при относительно невысоких температурах, характеризующих начало процесса термоокисления. Термографическое исследование (в сочетании с химическим анализом продуктов разложения) органических материалов показывает, что основная доля выделяющегося тепла соответствует реакциям, происходящим при температурах среды 700-800 К и выше. При этих температурах происходит разрыв наиболее прочных связей исходной химической структуры материала (ароматические циклы и т. п.). Разогрев материала при достижении критических условий теплового самовозгорания обычно намного ниже таких температур. В ходе экспериментальных исследований удельного тепловыделения определялась температура среды в рабочей камере, записывалось изменение разности температур среды и в центре образца исследуемого материала. Использовались образцы в форме правильного цилиндра с диаметром 15 и 30 мм. Эксперименты проводились с применением открытых контейнеров из нержавеющей стальной сетки, а также при экранировании внешней поверхности образца с помощью алюминиевой фольги (с отверстиями для газообмена и термопары). Считая распределение температуры в образцах заданного размера равномерным, количество теплоты, выделяющееся при термоокислении материала, определяли в соответствии с выражением

}«.5-ДГ(г)Л а ■ 5 • |(/, (г) + /2 (т))с1т

Q = JL--■ =-2- , (6)

т т

где т - текущее время опыта, с; т - масса материала, кг;

АТ(т) - текущее изменение температуры исследуемого вещества в эксперименте;

Л (т) и/2 (т) - найденные аппроксимацией функции изменения текущей разности температур во времени, соответственно до максимального значения разогрева материала А7*тах и после;

тк - продолжительность эксперимента (с), измеряется с момента выравнивания температуры образца и температуры среды (АТ =0), г„ вычисляется из условия/2 (т) — О.

Согласно выполненным расчетам, удельное тепловыделение сосновых опилок при температурах среды, близких к критическим, в проведенных экспериментах составляло 1678 -1769 кДж/кг. Это в 7,5-12 раз ниже известных

значений теплоты сгорания древесных материалов (13,4-13,8 МДж/кг). Результаты расчетов и выполненных экспериментов по определению разогрева вещества показали, что сосновые опилки перед возгоранием прогреваются до температур не выше 460-1543 К. С целью подтверждения обнаруженного эффекта на аппаратуре Бироп выполнен дифференциальный термический анализ сосновых опилок при прогреве образца до 543 К, термостатировании его в этих условиях (в течение 1 часа) и дальнейшем нагреве материала. Получены также кривые, характеризующие полное термоокислительное разложение исследуемого вещества пр и прогреве до температур более 1300 К. Выявлено, что температура материала падает до определенного значения и не меняется, если принудительный нагрев образца не продолжать. Дальнейший прогрев исследуемого вещества до температур выше 570-600 К приводит к значительно более интенсивному, чем на первом этапе, тепловыделению. Сравнение полученных результатов также показывает, что тепловой эффект экзотермических процессов, происходящих в образце при температурах до 543 К, не превышает 7-12 % величины тепловыделения опилок при полном термоокислении.

Аналогичное соотношение результатов экспериментального определения удельного тепловыделения в докритической области и величин теплоты сгорания получено также дпя торфа и технического углерода. С учетом полученных значений удельного тепловыделения величины параметра у этих самовозгорающихся материалов превышают рекомендованный В.В. Барзыки-ным и А.Г. Мержановым верхний диапазон области определения функции 8кр (у). Целесообразно проверить выполнение этого выражения в неисследованной области или предложить новую зависимость для описания численных решений.

Четвертая глава «Сравнение различных методов определения условий теплового самовозгорания» посвящена разработке методики определения условий теплового самовозгорания и сравнению ее с другими используемыми для этого методами.

Для выявления влияния формы образца на выводы по результатам лабораторных экспериментов использованы данные Лойше по определению температуры самовозгорания пробковой пыли. Им использовались образцы в форме шара, куба, цилиндра, конуса, тетраэдра и тонкого слоя пыли, которые выдерживали при заданной постоянной температуре и фиксировали для них отсутствие или возникновение воспламенения. Для описания влияния формы образца на критические условия самовозгорания применены формулы, опубликованные Боддингтоном и Баусом. Результаты определения энергии активации по экспериментальным данным для таких непохожих форм скопления пробковой пыли, как слон: и тетраэдр, отличаются на 10,5 %. Такая разница не приведет к существенной погрешности расчета условий теплового само-

возгорания. Рис. 1 иллюстрирует возможность усреднения значений энергии активации и предэкспонента для различных форм образцов. Следовательно, при исследовании самовозгорания материалов в лабораторных условиях не обязательно повторять форму реальных насыпей, можно применять удобные для экспериментаторов контейнеры.

1пМ

121

11-

ю-

9 1 8

1.8 2.0 22 2.4 26

1000/Т

Рис. 1. Определение кинетических параметров самовозгорания для

5 К.Т 2

образцов пробковой пыли различной формы (Л/ = 2 "п )

В работе предложен экспериментально-аналитический метод определения условий теплового самовозгорания практических скоплений материалов. Для расчета кинетических характеристик процесса термоокисления веществ необходимо выполнить экспериментальное определение температур самовозгорания образцов различного размера. В этом случае можно пользоваться методикой ГОСТ 12.1.044, увеличив максимальную температуру испытаний до 400-500 °С и повысив точность определения критических температур (условия самовозгорания и отказа должны отличаться на 1 градус). Кинетические характеристики определяются по параметрам экспериментальных образцов из критического условия Франк-Каменецкого. Условия самовозгорания скоплений материалов на практике рассчитываются с использованием выражения (1). Влияние интенсивности теплообмена (симметричный

ф - цилидр с высотой равной диаметру

П -куб

О " сфера

О - тетраэдр

Д - конус

+ - плоский слой

- стержень

случай) на критические условия самовозгорания определяется по выражению (2). Форма реального скопления веществ (расчет ¿ь) учитывается в соответствии с выражениями Бодщингтона. Безопасные величины температур окружающей среды и размеров насыпи определяются с помощью критического условия Франк-Каменецкого. Период индукции рассматриваемого процесса определяется по интерполяционным выражениям, полученным Мержановым и др. при численном решении задачи о тепловом взрыве.

Выполнена серия сравнительных экспериментов по определению условий теплового самовозгорания сухих сосновых опилок различными способами. Произведены соответствующие каждому методу расчеты, полученные результаты иллюстрируют рис. 2 и табл. 1. На рис. 2 приведен результат расчета температур самовозгорания различных размеров образцов исследуемого материала, использованных в серии лабораторных экспериментов. Кривая 1 определена по предлагаемой методике, линия 2 рассчитана в соответствии с методом Я.С. Кисе лева. Для сравнения на графике даны полученные экспериментальные точки, с которыми хорошо совпадает кривая 1. Отклонение кривой 2 от экспериментальных результатов составляет 18-40 К. То, что линия 2 может оказаться ниже экспериментальных значений предполагалось в результате анализа метода Я.С. Киселева.

530 510 490 470 450 430 410 390

0 0.01 С,02 0.03 0.04 0.05 0,06 0.07 0,08

Г, М

Рис. 2. Зависимость температуры самовозгорания опилок от размера цилиндрических образцов

В табл. 1 представлены результаты расчета критических размеров насыпи в форме куба при различной температуре окружающей среды. Как вид-

но из этой таблицы, метод ГОСТ 12.1.044 существенно завышает прогнозируемую величину критического размера насыпи при удалении от условий исследования материала в лабораторном эксперименте. Наиболее реалистичные результаты прогноза условий теплового самовозгорания получаются при использовании разработанного метода и метода Я.С. Киселева. Но так как последний дает заниженные по отношению к экспериментальным данным критические условия самовозгорания, это может приводить к неоправданным материальным затратам при определении условий хранения или транспортировки веществ. Разработанный метод успешно применялся для решения ряда практических задач по обеспечению пожарной безопасности обращения с продукцией химической промышленности.

Таблица 1

Критические размеры ребра куба (м) насыпи опилок при различ-

ной температуре атмосферного воздуха

Способ определения Температура, °С

20 30 40 50 60

ГОСТ 12.1.044 9134 1075 235 72,5 27,7

Разработанная методика 56 30 17 9,9 5,9

Метод Я.С. Киселева 20,2 11,4 8,6 4,1 2,5

В пятой главе «Переходные режимы теплового взрыва при решении задач о самовозгорании» численными методами изучены критические условия теплового самовозгорания бесконечной пластины, бесконечного цилиндра и сферы для ранее неисследованного диапазона величин /? и у, характерного для самовозгорающихся материалов. Рассматривалась задача о критических условиях для реакции нулевого порядка. Подобраны разностные схемы для функционирования компьютерной программы определения критических характеристик с обоснованием устойчивости их работы. Разработана программа для численного расчета рассматриваемых критических условий.

Критические величины параметра Франк-Каменецкого соответствовали максимуму периода индукции при достижении максимального разогрева рассматриваемой системы и максимальной скорости роста втах при изменении 5. Выполнено сравнение результатов расчета по разработанной программе с аналогичными данными работы В.В. Барзыкина, В.Т. Гонтковской, А.Г. Мержанова, С.И. Худяева. Сходимость получаемых результатов численного расчета удовлетворительная, относительная погрешность вычислений находилась в пределах 0,8-6,3 %.

С помощью разработанной программы рассчитаны критические значения параметра Франк-Каменецкого при Ш=оо, изменении у в диапазоне от О до 0,1 и р в диапазоне от 0 до 0,032. На рис. 3 сравниваются зависимости 8кр(у) при р= 0, полученные по выражению (1) (кривая 1) и численным методом (точки). Как видно из рисунка, в диапазоне изменения величин у от 0 до 0,01 (соответствует рекомендации работы А.Г. Мержанова с сотрудниками) критические значения параметра Франк-Каменецкого практически не отличаются. При росте параметра у до значений, характеризующих самовозгорающиеся материалы, погрешность расчета критических параметров по выражению (1) заметно растет до максимального отклонения в 26 %. На рис. 3 приведены также результаты расчета (кривая 2) по апроксимационной зависимости следующего вида:

= ¿г„-(1 + 2,4^) .

" (1-6,66/")

Рис. 3. Зависимости 5кр(у) при Э =0

Погрешность расчета величин 8кр по этому выражению не превышает 1 %. На рис. 4 представлены зависимости 8кр(Р) при у= 0, полученные по выражению (1) (линия 1) и численным методом (точки). Как видно из рисунка, в диапазоне изменения величин р от 0 до 0,05 (соответствует рекомендации по применению формулы (1)) значения 8кр почти не отличаются. При дальнейшем росте параметра р погрешность расчета по известному выражению становится заметной. Максимгшьное отклонение результатов подобного расчета в исследованном диапазоне величин /?составляет 37,3 %. На этом же рисунке

приводятся результаты расчета (кривая 2) по следующей зависимости, полученной для модели теплового взрыва H.H. Семенова: 0 + 1)

S.„ =-

(8)

(1-2/?)е

2,00

1.60

1,40

Рис. 4. Зависимости 8кр(р) при у =0

Результаты расчета по зависимости (8) хорошо согласуются с численным решением в диапазоне изменения величин параметра Р от 0 до 0,2 (максимальная погрешность не превышает 2,4 %). При дальнейшем увеличении /? начинает сказываться учет распределения температур в численном решении и погрешность расчета растет до 17,5 %. На этом же рисунке представлены результаты расчета (кривая 3) по следующей интерполяционной зависимости, описывающей численное решение с относительной погрешностью не более 3 %:

= У0+/0 (9)

"" (I — ! 1 • р )

Суммарное влияние р и у на критическое значение параметра Франк-Каменецкого описывается зависимостью

<У(1 + 2,4у^).0 + /7) (ш)

" (1-б,66/-4г)-(1-11-/?3)

Эта формула представляет собой выражение (1) с наиденными поправками по ри у. Расчет по ней хорошо согласуется с полученными численными

решениями в диапазоне величин /?от 0 до 0,3 и в диапазоне величин у от 0 до 0,015.

На рис. 5 кривая 1 рассчитана по формуле (+), кривая 2 получена в соответствии с выражением (10), результаты численного решения представлены точками. Погрешность расчета по выражению (10) в этом случае не превышает 2,9 %. Дальнейшёе увеличение значений параметров /? и у приводит к заметному росту погрешности определения 6кр по выражению (10).

Для больших величин /?и у зависимость (1) целесообразно преобразовать к виду, учитывающему сложение функций (7) и (9). Расчет критических значений параметра Франк-Каменецкого по такому выражению во всем диапазоне изменения величин /3 и при величинах у от 0,01 до 0,06 выполняется с погрешностью не более 10 %.

Рис. 5. Зависимости 6кр(Р) при у =0,005. 1 — выражение (1); точки — численный расчет; 2 — соотношение (10)

Анализ численного ргшения при произвольных значениях параметра Вг показывает, что при 1 <В,!<оо влияние интенсивности теплообмена на критические условия самовозгорания с ошибкой расчета не более 2 % может быть учтено более простым, чем уравнение (2), выражением ( рис. 6).

■?,"(/?/) = В' (11) ^ 2,2 + В/ '

Показано, что для цилиндра и шара выражения (10) и (11) также могут быть использованы для расчета 5кр(Р,7^() с погрешностью, не превышающей

Рис. 6. Зависимости <р(В|) при 1<В1<оо; ф! — функция (2); точки -численное решение; ф(в — выражение (11)

Шестая глава «Определение условий теплового самовозгорания при несимметричном теплообмене пластины» содержит результаты поиска решения задачи о самовозгорании пластины при несимметричном теплообмене с окружающей средой. Такие исследования актуальны при изучении условий теплового самовозгорания природных отложений материалов и отложений веществ на поверхности различного технологического оборудования.

Рассматривалась стационарная задача для бесконечного плоскопараллельного слоя, ограниченного двумя поверхностями, прогретыми до температур 7\ (на горячей поверхности) и Тд (на холодной стороне). В известное решение задачи о тепловом взрыве бесконечной пластины подставлялись граничные условия, характеризующие интенсивный теплообмен на обеих поверхностях пластины (Я<—>оо): при § = 0 0-0; при £ = 2 в = ва. Преобразования полученной системы выражений приводят к следующей зависимости:

S = —(archil аехр(в0) + archja] (12)

la

Критическое условие характеризуется максимальным значением S. Дифференцируя (12) по постоянной интегрирования а и приравнивая полученное выражение к нулю, найдем выражение, связывающее критическое значение параметра а с в0

1 | Q п , (13)

■Ja(a-1) 7аехР(0о){" ех^о )-1| а

где П = arch J а ехр(0о) +■ archja

При симметричном теплообмене (0О = 0) и Bi -> » о = 3.28. Эта величина следует и из решения симметричной задачи. Однако, а непрерывно зависит от температуры на холодной стенке, и 0о->оо соответствует а—> 1. Если в выражении (12) принять а = 1, то для 0О»1 получим выражение (3).

Если необходимо учитывать влияние интенсивности конвективного теплообмена одной из поверхностей пластины с окружающей средой (самовозгорание отложения на нагретой поверхности оборудования), одно из граничных условий принимает вид

# = 2, § = -Bi(e-e0) (14)

Для этого случая критические условия описываются выражением

(15)

при условии подстановки в него параметра а из уравнения, являющегося математическим выражением экстремума функции (15):

' .£|4_.ш.м,]+я = о , (16)

Ф {2ja(a-\) фДсЛП* ) а

где О* = arcch-Ja - Ф, Ф = -JlaS .

Формула (15) преобразуется к соотношению Бауса (4), если принять а = 1. При Bi-y да выражение принимает вид формулы (3), при существенных перепадах температур на противолежащих поверхностях приходим к условию локального зажигания Франк-Каменецкого. Следует отметить также, что расчет по формуле (16) практически не отличается от численного решения задачи, выполненного в данной работе.

Для Bi > 1 критерий Био практически не влияет на зависимость а от в„. Поэтому с достаточной для практики точностью величину а можно рассчитать по следующему эмпирическому выражению:

а = I + 2,28е"°,6!в' (17)

Отклонение данных расчета по уравнению (17) от численного счета не превышает 7 %.

На рис. 7 проиллюстрированы результаты расчета 3,р по уравнениям (3), (4) и (15) при В/ = 2. С результатами численного счета удовлетворительно согласуется расчет по приближенному выражению (3) в диапазоне изменения во от 0 до 2,5. В отличие от выражения Бауса, формула (15) позволяет рассчитывать величину 8кр с погрешностью к результатам численного счета не более 10 %. При интенсивном теплообмене (В1=оо) погрешность определений по выражению (15) снижается до 1 %.

Если теплообмен на холодной и горячей поверхностях слоя отложения происходит по закону Ньютона, граничные условия на противоположных поверхностях записываются в виде (индексы «г» и «х» соответствуют горячей и холодной поверхностям).

¿кр

Рис. 7. Сравнение результатов приближенного расчета критических значений параметра Франк-Каменецкого при несимметричном теплообмене отложений

о- „

~ = В1г-в при

4-о

-вф-е0) при 4 = 2

(18) (19)

Аналогичными преобразованиями получаем следующую зависимость:

8.. =

Bi.Br

1

(20)

В табл. 2 представлена область определения критериев В/., В/х и ва, для которой точность расчета по формуле (20) составляет не менее 10 % от численного решения задачи.

Таблица 2

Область определения В/,, В/, и 0О в выражении (20)

2,5 4 5 7 10 13 20 27 40

2 3 4 6 8 10 15 20 30

Анализ полученных выражений показывает, что при несимметричном теплообмене положение максимума температуры в реакционном объеме зависит в основном от параметра а, величина которого в свою очередь определяется значением ва. При больших ва, а -> 1 и £т„ = О (максимум температуры находится на горячей стенке). При других значениях О0 координата максимума будет находиться между горячей поверхностью и центром пластины. Максимальное значение температуры будет определяться соотношением вт=-1па.

При расчете критических условий и конвективном теплообмене на одной из поверхностей критерий Био определялся по выражению:

В1--

у у-а Т0Л/.В1 + \) И р.Я

где С - коэффициент, равный 0,27 для горизонтальной пластины, обращенной горячей стороной вниз;

и равный 0,54 для горизонтальной пластины, обращенной горячей стороной вверх;

Л - толщина отложения;

к - коэффициент теплопроводности материала.

Теплофизические параметры контактирующей с отложением воздуш-

Т —Т

ной среды определялись при средней температуре Тср = ^в +х) + ?0'

При конвективном теплообмене на противолежащих поверхностях интенсивность теплообмена рассчитывалась по формулам:

• (22)

где ь. =----•

В/д. + 7ШХ ■ В/г + Шг

• (23)

ь т' ,

г В1Х + 2 в/, ■ тг + в/,

а параметры газовой среды у холодной и горячей поверхности по средним температурам:

Г — Т

т -т | '' ° А

' срХ О ^ °Х

т -т

Т =Т г ° Ъ

' & г ^ г

Если рассматриваются условия самовозгорания материала на поверхности воздуховода, для определения критерия Био можно использовать следующее выражение:

ч0.8

в/г =

— , (24)

2 Л 4 7

В результате проведенных исследований разработана методика расчета критических условий при самовозгорании материалов в условиях несимметричного теплообмена.

В седьмой главе «Экспериментально-аналитическое исследование очагового самовозгорания материалов» найдены приближенные формулы расчета критических значений параметра Франк-Каменецкого для очагов разогрева имеющих форму пластины, цилиндра, сферы, куба и прямоугольного параллелепипеда. Задача решалась для условий теплообмена очага с нереакци-онноспособной средой по закону Ньютона и граничных условиях третьего рода. Тепловое состояние реагирующей системы в безразмерном виде описывается уравнением:

= (25)

от

Задача решалась при следующих условиях однозначности:

Г = = (26)

= = = = (27)

Для решения использовались следующие допущения работы Б.С. Сеп-лярского с сотрудниками. Период индукции очагового теплового взрыва считался много меньше времени тепловой релаксации очага. Отсюда следует, что за время развития процесса в очаге успевает остыть лишь слой вещества у поверхности (4 = ^) очага, а вещество в центральной части очага охлаждается слабо. Для очагового воспламенения необходимы большие начальные перепады температуры очага Т„ и окружающей его среды То(вн >4). Поэтому внутри очага можно выделить аналогично волне горения зоны реакции в узком температурном интервале вблизи максимальной температуры и инертно-

го охлаждения, где имеется большой градиент температуры. Мощность химического источника тепла д20/дв течении периода индукции приближенно считалась постоянной и равной единице. Изменение температуры в центре очага определялась химическим источником тепловыделения и этот процесс считался адиабатическим. К моменту самовозгорания температура на границе зоны очага в-~\. Охлаждение поверхности очага описывалось известными выражениями для инертных тел соответствующей конфигурации.

В результате решения задачи с учетом принятых допущений получены соотношения, связывающие критический размер зоны реакции с начальным перепадом температур:

для плоскопараллельного очага

(28)

для сферического очага

(29)

V 2 ) ва • ^кр для цилиндрического очага

■Ч^ь^с <30>

где Лоет, = - радиус зоны реакции.

Результаты расчетов параметра Франк-Каменецкого для трех основных форм сведены в табл. 3. На основании обработки данных этой таблицы критические условия самовозгорания представлены более простыми выражениями:

Для пластины (/= 0) =5,О5(1п0о)°", (31)

цилиндра (у = 1) 8^, = 9,87(1п0О)0'' и (32)

сферы (у = 2) ¿¡¡¡г = 12,75 (1п )"'" (33)

Расчет критических условий для куба и прямоугольных брусов проводился по предложенному Томасом соотношению:

Для куба (у = 3,28) 8КР = 1О,25(1п0о)°" (34)

Приближенные выражения для прямоугольного бруса представлены в виде 8КР =в-1п(л<-0о):

при р> 2 8КГ = 4,98-1п(1,2-0о) (35)

в = 50,1-П8р+111р5 -45рэ -6,7бр4 м = —26,7 + 87,6р - 93,7рг + 42,2ра - 6,86 р4 где р - отношение среднего и наименьшего размера бруса.

Таблица 3

Критические значения параметра Франк-Каменецкого для очагов

в. 5КГ (пластина) 5КГ (сфера) (цилиндр)

4 6,80 15,87 12,51

5 7,91 17,39 13,81

7 9,43 19,59 15,68

9 10,55 21,18 17,06

11 11,49 22,43 18,16

14 12,56 23,91 19,46

15 12,88 24,32 19,82

17 13,47 25,08 20,50

19 13,95 25,79 21,09

20 14,21 26,05 21,36

В ходе исследований разработана программа для численного расчета критических условий очагового самовозгорания материалов. Сравнение приближенного и численного решения задачи представлены на рис. 8. Сплошные линии на рис. 8 - уравнения (31)-(36), пунктирные линии иллюстрируют результаты численного решения. Точные от приближенных решений задачи отличаются друг от друга не более чем на 10 %.

3КР зо-

25 20 15 -10 -5 0 -

0 5 10 15 20 25

Рис. 8. Сравнение численного н приближенных решений для критических условий самовозгорания очага разогрева.

Для определения влияния интенсивности теплообмена на самовозгорание очагов в форме тонких слоев отложений получено выражение для расчета б„ с учетом параметра т

Влияние изменения Ш и в„ на величину 3К1, проиллюстрировано на рис. 9. Очевидно, что увеличение размера отложения (соответственно и величины ВI) облегчает самовозгорание очага. Самовозгорание тонких слоев (с Я/<10) затруднительно и требует существенного разогрева (^>50-100).

Во втором разделе данной главы получено выражение для расчета времени индукции при очаговом самовозгорании предварительно прогретых материалов. Задача решалась методом интегрального теплового баланса для остывания очага разогрева с внутренними источниками тепловыделения. Время индукции принималось равным сумме адиабатического времени индукции (равного единице) и времени стабилизации (или снижения) температуры до точки перегиба соответствующей зависимости.

Рис. 9. Связь критических параметров плоскопараллельного очага разогрева при ньютоновском охлаждении его поверхности

Для определения не адиабатической составляющей периода индукции задавалось распределение температуры в виде полинома второй степени,

(37)

коэффициенты которого определялись из начального и граничных условий. Интегрирование уравнения

дт 5 (38)

по координате, с учетом условий однозначности, г = О;#<1,0 = О;£2:1,0 = ~0о (39)

т >0;£ = 1,0 = 0О;£ = 0,0 = 0* (40)

позволило свести это уравнение к дифференциальному уравнению первого порядка, решение которого для центральной точки очага с температурой в' определяло стадию остывания очага. Полное время задержки процесса очагового самовозгорания можно найти по следующей формуле:

г=з0+у)| ъ-е " 00 } 1 }

Критическая температура в центре очага, соответствующая началу непрерывного разогрева, характеризует перегиб зависимости для скорости изменения температуры в центре очага. Ее можно определить из уравнения:

3Р+Л, 1 28 2(0о-0')

+ 1

(42)

Полученные выражения позволяют решать практические задачи по определению начального критического температурного напора в очаге, безопасных размеров компактной укладки и времени до самовозгорания очага.

Явление очагового самовозгорания экспериментально изучалось в лабораторных условиях. Предварительный прогрев тонких слоев материалов (сосновые опилки, торф, технический углерод) производился в термошкафу. Затем исследуемый продукт помещался в кубические контейнеры из металлической сетки различного размера с высотой от 0,1 до 0,5 м. В большинстве экспериментов прогретый материал остывал при комнатной температуре. Контейнеры с ребром 0,1 м подвешивались в объеме рабочей камеры термостата с температурой среды, отличной от температуры предварительного прогрева. Для создания условий, характерных для В/ оо, в камере термостата устанавливался вентилятор. Наблюдение за ходом остывания или разо грева материала осуществлялось с помощью термоэлектрических преобразователей (термопар), спаи которых устанавливались на середине высоты куба в центре, у поверхности и между ними. Данные о текущей температуре через регистрирующее устройство «микролаб» подавались на компьютер. Сравнение результатов экспериментов и расчета условии очагового самовозгорания сухих сосновых опилок представлено на рис. 10. Как видно из рисунка, расчетная кривая располагается между экспериментальными точками воспламенения материала (вверху) и отказа. Подобное соответствие эксперименталь-

ных данных результатам расчета получено также для торфа и технического углерода. Дня углерода также получена зависимость температуры предварительного прогрева от температуры воздушной среды, в которой остывал образец. Экспериментальные точки отличались от расчетной линии не более, чем на 8 °С.

При проведении экспериментальных исследований получено большое количество значений времени индукции для исследуемых материалов при различной температуре прогрева. Время индукции приводилось к безразмерному виду и сравнивалось со значением, рассчитанным по выражению (41). Показано, что экспериментальные значения времени индукции в среднем превышают расчетные на 30 %, что позволяет рекомендовать формулу (41) к практическому использованию.

260 -] 240 -220 -i 200 -I 180

I 160

h-

140 -120 100 -

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7

Размер ребра куба, ы

Рис. 10. Сравнение полу ченных экспериментальных данных по очаговому самовозгоранию сосновых опилок с расчетом (линия — расчет; точки — эксперимент)

В восьмой главе «Апробирование разработанных методик для решения практических задач по определению условий теплового самовозгорания» показаны возможности использования разработанной методики при решении различных практических задач по обеспечению пожарной безопасности объектов.

Предложенная методика отличается от способа определения склонности. веществ к тепловому самовозгоранию и классификации самовозгорающихся грузов в соответствии с ГОСТ 19433 возможностью расчета безопасных условий транспортсцювания грузов (размер заполняемого пространства, температура окружающей среды, инерционность процесса в надкритической

области) и разработки мероприятий, реализация которых позволит избежать самовозгорания перевозимой продукции. Степень опасности подкласса 4.2 (согласно классификации ГОСТ 19433) перевозки таких грузов может устанавливаться по результатам расчета условий теплового самовозгорания скопления материала в объеме используемых тарных пространств. Аналогичным способом можно делать вывод о принадлежности грузов к подклассу 9.2 (согласно классификации ГОСТ 19433), характеризующему опасность перевозки навалом морским транспортом.

Выполнен расчет критических условий самовозгорания при транспортировании для ряда материалов. Показано, что использование для прогнозирования условий самовозгорания эмпирических зависимостей, как предусматривает ГОСТ 12.1.044, часто приводит к завышению критической температуры на десятки градусов. То есть, реальная опасность самовозгорания перевозимых грузов не может быть определена с помощью стандартного подхода ГОСТ 12.1.044. Установлено, что форма используемых грузовых пространств (соотношение габаритных размеров) может заметно влиять на условия теплового самовозгорания материалов. Например, температура самовозгорания груза товарных дрожжей, уложенных в форме грузового пространства вагона и трюма сухогруза, может отличаться на 8-10 К при одинаковом характеристическом размере скопления.

Анализ климатических особенностей основных регионов транзита российских грузов с учетом инерционности процесса термоокисления самовозгорающихся материалов показывает, что критические для условий перевозки температуры более 40 °С могут с запасом гарантировать отсутствие теплового самовозгорания перевозимой продукции. Тепловое самовозгорание при перевозке некоторых материалов оказывается невозможным, несмотря на невысокие величины критических температур (менее среднесуточной температуры атмосферного воздуха), из-за особенностей кинетики исследуемых процессов (слишком велик период индукции). На основании выполненных исследований можно сформулировать следующие принципы классификации самовозгорающихся грузов:

1) несамовозгорающиеся в условиях испытаний согласно главе 2 и негорючие в соответствии с ГОСТ 12.1.044 материалы следует относить к непожароопасным подклассам и категориям (в соответствии с ГОСТ 19433);

2) если значения Т,р 2 40 °С, перевозимый груз следует отнести к категории опасности 921;

3) если значения критической температуры Т^ < 40 °С, сравнивают период индукции теплового самовозгорания груза т40 (согласно главе 3) для Т„ = 40 °С со временем осуществления грузоперевозок тпер:

3-а) при т40> Тпер гру! следует отнести к низкой степени опасности подкласса 4.2;

З-б) при Т40 < Тщ П'У3 следует отнести к средней степени опасности подкласса 4.2.

В случае З-б необходимо обеспечение пожарной безопасности грузоперевозок за счет использования безопасных размеров компактной укладки материала, определенных ,цля 7'0 = 40 °С. Если реализация этих мер невозможна (малая величина безопасного размера и т. п.), отсутствие самовозгорания материала можно обеспечить при транспортировании груза в течение времени не более 0,8' т4д.

Исследовались также условия хранения самовозгорающихся материалов, которые отличаются от условий транспортирования большими размерами скоплений и существенным временем пребывания материалов в этом состоянии. Выполнен расчет условий теплового самовозгорания ряда материалов растительного происхождения при хранении их в форме штабеля (шириной 4,8 м при длине 15,7 м и высоте 4 м). Показано, что для большинства из них тепловое самовозгорание при длительном хранении невозможно. Нельзя складировать в подобных условиях такие материалы, как костная мука (период индукции процесса теплового самовозгорания в достаточно широком диапазоне температур составляет несколько суток). Для предотвращения самовозгорания необходимо секционировать компактные зоны хранения этих продуктов, разделяя складируемый материал воздушными зонами. Минимальный размер безопасного для теплового самовозгорания скопления крупнозернистой костной муки не должен превышать 0,48 м, а для пыли костной муки — 1,14 м.

Для материалов растительного происхождения, в массе которых возможна жизнедеятельность микрофлоры, необходимо предусматривать дополнительные профилактические мероприятия. Известно, что микроорганизмы гибнут при температурах 70-100 °С. Можно использовать условия хранения с критической температурой предварительного прогрева для очагового самовозгорания более 100 °С (уменьшать размеры штабеля) и контроль динамики выделения газообразных продуктов разложения.

Изучались также условия хранения угля в портозых терминалах. Расчет условий теплового самовозгорания при хранении угля марок ОУ-А и ОУ-Б, угля-сырца марки А и после сортировки приводит к значениям критических температур - 25,3 °С + 33,3 °С. Изменение условий засыпки зоны складирования (высота и дайна) не может существенным образом повлиять на расчетную величину критической температуры. Полученные температуры достаточно низки, что говорит о возможности теплового самовозгорания этих материалов при длительном хранении на объекте. Показано, что уголь ОУ-Б не будет самовозгораться в условиях хранения на объекте (период ин-

дукции при максимальных температурах среды составляет несколько лет). Профилактика самовозгорания угля в зоне хранения может обеспечиваться периодичностью отгрузки в летнее время года. Сроки хранения угля летом не должны превышать 20 суток. В холодное время года выдерживание угля в зоне хранения может быть более продолжительным.

В рассматриваемой главе выполнен расчет условий теплового самовозгорания отложений материалов на поверхности оборудования с учетом несимметричного теплообмена. Изучалась возможность самовозгорания слоя вещества, накапливаемого на нагретой поверхности оборудования, внутри непроточного технологического оборудования, а также на поверхности вентиляционных труб. Сравнение получаемых результатов для отложений шламовой муки представлено на рис. 11. Линия 1 характеризует критические условия для отложений на нагретой поверхности оборудования. Условия самовозгорания отложений внутри непроточного технологического оборудования, когда целесообразно учитывать конвективный теплообмен на обеих поверхностях отложения, представлены линией 2. Наиболее опасно накопление отложений на поверхности труб с протоком нагретой среды (данные для воздуховода приводятся на кривой 3). Расчетные температуры самовозгорания для этих вариантов отложений отличаются друг от друга на 6-20 градусов. Следовательно, при накоплении на поверхностях оборудования тонких слоев материала необходимо учитывать особенности теплообмена отложения с окружающей средой. Для сравнения на рис. 11 приведены результаты определения условий самовозгорания шламовой муки в условиях симметричного теплообмена. Кривая 4 этого рисунка рассчитана по логарифмированной зависимости согласно ГОСТ 12.1.044, на кривой 5 представлены результаты расчета по описанной в четвертой главе методике ВНИИПО. Как видно из рассматриваемого рисунка, в случаях несимметричного теплообмена критические температуры процесса самовозгорания оказываются выше на 40-60 градусов. Такая разница может быть существенной, если на основании подобных расчетов разрабатываются мероприятия по обеспечению пожарной безопасности объектов (например, делаются выводы о необходимости изменения температуры потока теплоносителя, скорости потока, времени пребывания в сушилке и т. п.).

Выполнены расчеты также критических величин толщины отложений для температур 150 °С (423 К) и 300 °С (573 К), характерных для работы сушильной аппаратуры. Показано, что при температуре 150 °С и менее критические размеры отложений рассматриваемых материалов превышают 70 мм. Ведение процесса при повышенных температурах (до 300 °С) резко уменьшает допустимую толщину (особенно в воздуховодах). В этом случае необходимо определять периодичность очистки оборудования, либо корректировать температурный режим. Отмечено, что критическая толщина слоя при сим-

метричном теплообмене оказывается меньше в 3-8 раз безопасного размера отложения в сушильной а ппаратуре на практике.

О 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 006 0,07 0,08

Толччтсгвдм

Рис. 11. Сравнение условий теплового самовозгорания отложений шламовой муки при симметричном и несимметричном теплообмене

Разработанная методика также может применяться для определения опасных для самовозгорания участков природных торфяных отложений. В случае природных отложений, способных самовозгораться (высушенные торфяники и т. п.), для расчета критических условий можно использовать зависимости для пластины. Температура контактирующей с пластами почвы поверхности отложения равна температуре прилегающих пород. В большинстве случаев практически все время температура прилегающих пород ниже атмосферной. Эта разность увеличивается при наличии грунтовых вод в этом районе. Расчет критических условий самовозгорания рассматриваемого отложения торфа приводит к следующим результатам. К условиям симметричного обогрева отложения торфа могут приближаться, по-видимому, при удаленности тока грунтовых вод и небольшой толщине накопившегося слоя. Существование разницы температур противолежащих поверхностей слоя повышает температуру самовозгорания отложения на 3-6 градусов. Показано, что для торфяных отложений с кинетическими характеристиками термоокис-лення, соответствующими материалу торфяных плит, тепловое самовозтра-

ние слоев толщиной менее 3-4 м практически невозможно. Величина периода индукции процесса теплового самовозгорания при несимметричном теплообмене повышается, но наименьшее значение его можно оценить, выполнив расчет для случая симметричного теплообмена.

Полученные результаты приводятся на рис. 12. Как видно из рисунка, условия теплообмена заметно влияют на значения периода индукции при температурах не более 40-50 °С. Тепловое самовозгорание рассматриваемого слоя торфа с подобными кинетическими характеристиками возможно, если среднесуточные температуры окружающей среды будут поддерживаться около максимальной границы климатического перепада (37-40 °С) в течение 100-117 суток. Если в торфяниках развиваются микробиологические процессы, разогревающие массу материала до температур 50-60 °С, возгорание торфа может происходить через 17-40 суток после подобного повышения температуры. Условия самовозгорания при возможности воздействия на отложения микробиологических процессов или другого постороннего теплового фактора для слоев разной толщины будут практически одинаковы.

500 450 -400 ■ 350 ! 300.

и

« 250 -х

8. 200 т

150 -100 -50 -0 -

25 30 35 40 45 50 55 60 65

Температура, градус С

Рис. 12. Изменение периода индукции теплового самовозгорания торфяных отложений для симметричного теплообмена (кривая 1), а также при 0о=1,О25 (кривая 2) и при 60=2,18 (кривая 3)

Рассчитаны условия самовозгорания штабеля древесно-волокнистых плит (ДВП), прогретого до температуры более 50 °С и охлаждающегося на открытом воздухе. Определена зависимость критического размера штабеля от температуры предварительного прогрева. Расчеты показали, что при тем-

пературе прогрева более 100 °С может самовозгораться штабель ДВП высотой менее 1 м. На рис. 13 показано влияние температуры предварительного прогрева ДВП в штабеле высотой 1 м на период индукции до самовозгорания. При температурах прогрева более 115-120 °С такой штабель может загореться через 4-7 часов, то есть в течении одной рабочей смены.

35 п 30 -Р 25 -

ш 10 -

5 -0 -

95 110 125

Температура прогрева ДВП, вС

Рис. 13. Зависимость времени индукции от температуры прогрева ДВП

Девятая глава «Адекватность решения практических задач определения условий теплового самовозгорания» посвящена проверке адекватности решения практических задач с помощью предложенной методики.

Проанализированы экспериментальные результаты определения условий теплового самовозгорания хлопка. Показано, что отличие температур самовозгорания образцов одинакового размера, опубликованных С.И. Тауб-киным и В.Т. Монаховым, объясняется возможностью различной степени уплотнения мягкого материала при заполнении контейнера.

На примерю обработки экспериментальных результатов Я.С. Киселева для порошка сухого молока показана возможность достаточно точного расчета условий теплового самовозгорания на основании предложенного метода определения кинетически?: характеристик термоокисления. Отмеченные Я.С. Киселевым особенности влияния на экспериментальные результаты условий теплообмена удачно иллюстрируются расчетом критических значений параметра Франк-Каменецкого с учетом выражения (11).

Изучалась возможность использования кинетических характеристик процесса термоокислепия, полученных в результате обработки лабораторных экспериментов при симметричном теплообмене, для расчета условий тепло-

вого самовозгорания отложений при несимметричном теплообмене. С этой целью использовались результаты экспериментальных исследований для древесноволокнистой изоляционной плиты и двух модификаций углей при несимметричном нагреве, опубликованных Бау< ом. Кинетические характеристики термоокисления рассматриваемых материален определены по приведенным Баусом эмпирическим зависимостям. Совместная обработка экспериментальных результатов и численных расчепв подобной задачи Тилера и Джонса позволила получить интерполяцион^ю формулу для расчета плоской бесконечной пластины при несимметрично. ' теплообмене:

Отклонение результатов определений по формуле (43) от численного расчета не превышает 10 % в интересующем нас диапазоне условий теплообмена (от В; =1 до Ы - со). Это выражение м ж ет использоваться для расчета близких к изученным в экспериментах усло1 иях, для которых: 1 < В; < °о, 0,01 <, у 5 0,06, 6 < в0 < 15. Разница температур на противолежащих поверхностях слоя должна быть достаточно большой. Полученные результаты позволяют говорить о возможности использования кинетических характеристик, определенных по обычным экспериментальным данным (при симметричном обогреве), для расчета условий теплового самовозгорания различных отложений материалов на практике.

ВЫВОДЫ

1. Разработаны научные основы расчета критических условий теплового самовозгорания скоплений твердых веществ при симметричном и несимметричном теплообмене с окружающей средой, а также для прогретых выше температуры окружающей нереакционноспособной среды материалов. Это позволило разработать методологию предотвращения самовозгорания при транспортировании, хранении и переработке твердых материалов на объектах сельского хозяйства, на предприятиях химической, нефтехимической, пищевой, деревообрабатывающей и других отраслей промышленности, где возможно образование горючих отложений и временное компактное содержание продуктов и полупродуктов.

2. Выполнен численный расчет критически?: условий теплового взрыва в ранее неисследованном диапазоне изменения величин /3 и у для бесконечной пластины, бесконечного цилиндра и сферы при различной интенсивности ньютоновского теплообмена. Найдены новые интерполяционные выражения, описывающие полученные численные решения с удовлетворительной точностью.

3. Определены критические условия самовозгорания бесконечной пластины при несимметричном ньютоновском теплообмене с окружающей сре-

дой с учетом изменения его интенсивности на обеих поверхностях слоя, дающие удовлетворительное совпадение с результатами численного расчета. Разработаны способы определения условий теплового самовозгорания отложений на нагретой поверхности оборудования, на поверхности трубопроводов и непроточного технологического оборудования, а также для природных отложений материала с учетом несимметричного теплообмена с окружающей средой. На основе решения задачи Тилером и Джонсом найдено выражение для поправки на выгорание материала при несимметричном теплообмене пластины с окружающей средой, удовлетворительно описывающее известные экспериментальные результаты.

4. Разработана теоретическая модель и получены приближенные решения для определения критических условий очагового самовозгорания в нере-акционноспособной среде скоплений материалов различной формы, удовлетворительно описывающие полученные численные решения этой же задачи. Получено выражение для расчета периода индукции при очаговом самовозгорании скопления материала. Отмечено удовлетворительное согласование результатов расчета с данными по экспериментальному изучению очагового самовозгорания сосновых опилок, торфа и технического углерода.

5. Показано, что результаты расчета кинетических параметров процесса термоокисления не зависят от формы используемых в эксперименте образцов. Следовательно, при исследовании самовозгорания материалов в лабораторных условиях не обязательно повторять форму реальных насыпей, можно применять удобные для экспериментаторов контейнеры.

6. Экспериментально установлено, что в диапазоне температур, характерных для предвзрывногэ разогрева, удельный тепловой эффект процессов термоокисления самовозгорающихся материалов в 7-12 раз меньше известных значений теплоты сгорания. В связи с этим, для расчета условий теплового самовозгорания нецелесообразно использовать величину полного теплового эффекта окисления материала из-за возможности заметного роста погрешности определений критических температур и размеров скопления.

7. Предложен научно обоснованный метод определения класса опасности самовозгорающихся грузов.

8. Разработаны методики и экспериментальные стенды для исследования процессов самовозгорания и определения необходимых для расчетов характеристик материала. Полученный комплекс экспериментальных данных для твердых дисперсных материалов удовлетворительно соответствует результатам расчета по известным и предложенным в работе зависимостям.

9. Результаты диссертационной работы использованы при разработке Руководства ФГУ ВНИИПО МЧС России «Расчет основных показателей пожаровзрывоопасносги г-еществ и материалов», «Методики определения условий теплового самовозгорания веществ и материалов», согласованной

ГУГПС МЧС России, «Методики обеспечения пожарной безопасности перевозки самовозгорающихся грузов», согласованной УГПН МЧС России и внедрены в практической деятельности ФГУП НИИШП, ОАО «Волжский Орг-синтез», ОАО «НИИХИММАШ» и ОАО «Бератон».

Основное содержание диссертации опубликовано в работах:

1. Шебеко Ю.Н., Горшков В.И., Корольченко И.А. Анализ условий теплового самовозгорания хлопка при транспортировании и хранении в прессованных кипах II Пожаровзрывзрывобезопасность, 2002, N 2. — с. 41-45.

2. Шебеко Ю.Н., Горшков В.И., Корольченко И.А. Оценка возможности микробиологического самовозгорания прессованных кип хлопка в условиях транспортирования и хранения П Пожаровзрывзрывобезопасность, 2002, N3.-C. 7-9.

3. Шебеко Ю.Н., Горшков В.И., Корольченко И.А. Оценка возможности химического самовозгорания хлопка при транспортировании и хранении в прессованных кипах // Пожаровзрывзрывобезопасность, 2002, N 3. — с. 1012.

4. Корольченко И.А., Горшков В.И. Определение коэффициента теплоотдачи образцов, подвергающихся исследованию условий их теплового самовозгорания на различных установках // Материалы XVI Научно-практической конференции "Крупные пожары: предупреждение и тушение", ВНИИПО 30-31 октября 2001 <г. - М.: ВНИИПО. - 2001. - Часть 1.-е. 58-59.

5. Корольченко И.А., Горшков В.И. Влияние формы скопления вещества на значения параметра Франк-Каменецкого // Пожаровзрывзрывобезопасность, 2002, N 4. - с. 11-15.

6. Корольченко И.А., Горшков В.И. Влияние формы скопления вещества на критические условия самовозгорания материалов И Пожаровзрывзрывобезопасность, 2002, N 5. - с. 19-23.

7. Болодьян И.А., Шебеко Ю.Н., Горшков В.И., Корольченко И.А., Кузьмин К.С. Склонность веществ к тепловому самовозгоранию при перевозке различными видами транспорта // Пожаровзрывзрывобезопасность, 2002, N6.-с. 19-23.

8. Горшков В.И., Корольченко И.А., Кухтин A.C., Крылов B.JI. Коэффициенты теплоотдачи образцов при экспериментальном исследовании условий теплового самовозгорания // Материалы Международной конференции «Природные пожары: возникновение, распространение, тушение и экологические последствия», 30.06-5.07.2003 г. - Красноярск. - 2003.

9. Горшков В.И., Корольченко И.А., Кухтин A.C., Крылов B.JI. Влияние условий экспериментальных исследований на удельное тепловыделение образцов // Материалы Международной конференции «Природные пожары:

возникновение, распространение, тушение и экологические последствия», 30.06-5.07.2003 г. - Красноярск. - 2003.

10. Горшков В.И., Корольченко И.А., Кухтин A.C., Крылов В.Л. Условия экспериментального определения теплоемкости материалов // Материалы Международной конференции «Природные пожары: возникновение, распространение, тушение и экологические последствия», 30.06-5.07.2003 г. — Красноярск. — 2003.

11. Горшков В.И., Корольченко И.А., Кухтин A.C., Крылов B.JI. Условия экспериментального определения коэффициента теплопроводности // Материалы Международной конференции «Природные пожары: возникновение, распространение, тушение и экологические последствия», 30.065.07.2003 г. - Красноярск. -- 2003.

12. Горшков В.И., Корольченко И.А., Кухтин A.C., Крылов В.Л. Влияние формы скопления вещества на критические условия самовозгорания // Материалы Международной конференции «Природные пожары: возникновение, распространение, тушение и экологические последствия», 30.065.07.2003 г. - Красноярск. - 2003.

13. Горшков В.И., Корольченко И.А., Лицкевич В.В., Кухтин A.C., Крылов В.Л. Расчет величин, характеризующих критические условия процесса самовозгорания // Материалы XVIII научно-практической конференции "Снижение риска гибели людей при пожарах", ВНИИПО 28-29 октября 2003 г. - М.: ВНИИПО. - 2003. - Часть 1.-е. 216-217.

14. Горшков В.И., Корольченко И.А., Крылов В.Л. Критические условия самовозгорания слоя при несимметричном ньютоновском теплообмене на его поверхностях // Материалы XVIII научно-практической конференции "Снижение риска гибели людей при пожарах", ВНИИПО 28-29 октября 2003 г. - М.: ВНИИПО. - 2003. - Часть 1.-е. 48-49.

15. Расчет основных показателей пожаровзрывоопасности веществ и материалов: Руководство ФГУ ВНИИПО МЧС России. - М.: ВНИИПО. -2002.-78 с.

16. Корольченко И.А. Сравнение результатов расчета условий теплового самовозгорания по различным методическим подходам // Пожаровзрыв-зрывобезопасность, 2004, In' 1. — с. 8-14.

17. Корольченко И.А., Кухтин A.C., Крылов В.Л., Казаков A.B. Экспериментальное определение температуропроводности материалов // Пожаров-зрывзрывобезопасность, 2004, N 4. — с. 36-38.

18. Корольченко И.А., Кухтин A.C., Крылов В.Л., Казаков A.B. Изучение условий экспериментального определения температуропроводности материалов // Пожарная безопасность, 2004, N 3. - с. 60-63.

19. Корольченко И. А. Удельное тепловыделение образцов при определении условий теплового самовозгорания // Пожарная безопасность, 2004, N 5. - с. 55-59.

20. Корольченко И.А., Крылов B.JI. Расчет критических условий теплового самовозгорания для отложений материалов // Материалы Международного симпозиума «Комплексная безопасность России - исследования, управление, опыт», ВВЦ Москва 26т28 мая 2004 г. - М.: 2004. - с. 12-13.

21. Корольченко И.А., Казаков A.B. Условия очагового самовозгорания материалов // Материалы Международного симпозиума «Комплексная безопасность России - исследования, управление, опыт», ВВЦ Москва 26-28 мая 2004 г. - М.: 2004. - с. 83-84.

22. Горшков В.И., Корольченко И.А., Крылов B.JI., Кухтин A.C. Условия теплового самовозгорания отложений материалов при несимметричном теплообмене // Материалы Международной конференции «Сопряженные задачи механики, информатики и экологии», г. Горно-Алтайск 4-9 июля 2004 г. - Томск: 2004. - с. 59-60.

23. Корольченко И.А., Кухтин A.C., Казаков A.B. Теплофизические параметры некоторых самовозгорающихся материалов // Материалы Международной конференции «Сопряженные задачи механики, информатики и экологии», г. Горно-Алтайск 4-9 июля 2004 г. - Томск: 2004. - с. 129-130.

24. Корольченко И.А., Горшков В.И., Лицкевич В.В., Соколов Д.Н. Влияние выгорания материала на критические условия теплового взрыва для бесконечно плоского слоя // Материалы Международной конференции «Сопряженные задачи механики, информатики и экологии», г. Горно-Алтайск 49 июля 2004 г. - Томск: 2004. - с. 128-129.

25. Методика определения условий теплового самовозгорания веществ и материалов. - М.: ВНИИПО. - 2004. - 65 с.

26. Корольченко И.А., Горшков В..И., Соколов Д.Н., Казаков A.B., Jlap-ченко Д.Ю. Условия теплового самовозгорания отложений материалов // Материалы XIII Симпозиума по горению и взрыву РАН, г. Черноголовка 7-11 февраля 2005 г. - Черноголовка: 2005. - с. 91.

27. Зайдельман Ф.Р., Горшков В.И., Корольченко И.А., Шваров А.П., Казаков A.B., Соколов Д.Н. Профилактика самовозгорания природных торфяных отложений // Материалы VI Международной научно-практической конференции «Лесные и степные пожары. Возникновение, распространение, тушение и экологические последствия», г. Иркутск, 6-11 сентября 2005 г. — Томск: Томский государственный университет. - 2005. - с. 60.

28. Корольченко И.А., Горшков В.И., Казаков A.B. Экспериментальное изучение очагового самовозгорания // Материалы XIX Научно-практической конференции по вопросам борьбы с пожарами: «Пожарная безопасность мно-

гофункциональных и высотных зданий и сооружений», г. Балашиха, ВНИИПО 1-2 ноября 2005 г. Часть 1. - М.: ВНИИПО. - 2005. - с. 128-129.

29. Корольченко И.А., Горшков В..И., Соколов Д.Н., Казаков A.B. Тепловое самовозгорание отложений материалов на поверхности оборудования // Материалы XIX Научно-практической конференции по вопросам борьбы с пожарами: «Пожарная безопасность многофункциональных и высотных зданий и сооружений», г. Балашиха, ВНИИПО 1-2 ноября 2005 г. Часть 1. - М.: ВНИИПО. - 2005. - с. 203-204.

30. Корольченко И.А. Определение класса опасности самовозгорающихся грузов // Материачы XIX Научно-практической конференции по вопросам борьбы с пожарами: «Пожарная безопасность многофункциональных и высотных зданий и сооружений», г. Балашиха, ВНИИПО 1-2 ноября 2005 г. Часть 1.-М.: ВНИИПО. - 2005. - с. 117-119.

31. Корольченко И.А., Казаков A.B., Простов E.H. Условия самовозгорания природных торфяных отложений // Материалы XIX Научно-практической конференции по вопросам борьбы с пожарами: «Пожарная безопасность многофункциональных и высотных зданий и сооружений», г. Балашиха, ВНИИПО 1-2 ноября 2005 г. Часть 1. - М.: ВНИИПО. - 2005. - с. 32-34.

32. Корольченко И.А., Горшков В.И., Соколов Д.Н. Численный расчет условий теплового самовозгорания материалов растительного происхождения // Материалы XIX На^шо-практической конференции по вопросам борьбы с пожарами: «Пожарнгья безопасность многофункциональных и высотных зданий и сооружений», г. Балашиха, ВНИИПО 1-2 ноября 2005 г. Часть 1. -М.: ВНИИПО. - 2005. - с. 19-21.

33. Корольченко И.А., Горшков В.И., Казаков A.B., Соколов Д.Н. Тепловое самовозгорание отложений материалов на поверхности оборудования // Пожарная безопасность. - 2006. - № 1. — с. 16-23.

34. Корольченко И.А., Горшков В.И., Соколов Д.Н. Расчет критических параметров для теплового самовозгорания слоя материалов с учетом выгорания // Пожарная безопасность. - 2006. - № 1. - с. 24-33.

35. Методика обеспечения пожарной безопасности перевозки самовозгорающихся грузов. - М.: ВНИИПО. - 2006. - 28 с.

36. Горшков В.И., Корольченко И.А., Казаков A.B. Определение времени индукции при очаговом самовозгорании материалов // Пожарная безопасность. - 2007. - № 1.

Подписано в печать 19.02.07 г. Формат 60x84/16. Печать офсетная Усл. печ. л. 1,63. Уч.-изд. л. 1,43. Т.-80 экз. Заказ № 32

Типография ВНИИПО МЧС России 143903, Московская обл., г. Балашиха, мкр. ВНИИПО, д. 12

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. Современные методы расчета условий теплового самовозгорания веществ и материалов.

1.1. Теория самовоспламенения при симметричном теплообмене с окружающей средой.

1.2. Решения нестационарной задачи.

1.3. Численные решения и вырождение теплового взрыва.

1.4. Критические условия при несимметричном теплообмене системы с окружающей средой.

1.5. Очаговый тепловой взрыв.

ГЛАВА 2. Методы экспериментального исследования теплового самовозгорания материалов.

2.1. Экспериментальное исследование и расчет условий самовозгорания материалов согласно ГОСТ 12.1.044.

2.2. Определение склонности к самовозгоранию и класса опасных грузов согласно ГОСТ 19433.

2.3. Использование результатов испытаний методом термического анализа для определения кинетики реакций.

2.3.1. Исследования при статическом режиме нагрева.

2.3.2. Исследования при линейном режиме нагрева.

2.4. Методика Киселева Я.С. определения условий самовозгорания.

ГЛАВА 3. Экспериментальное исследование характеристик, влияющих на условия самовозгорания материалов.

3.1. Условия теплообмена образцов при экспериментальном изучении теплового самовозгорания.

3.2. Теплофизические параметры.

3.2.1. Определение температуропроводности материалов.

3.2.2. Определение коэффициента теплопроводности и теплоемкости материалов.

3.3. Удельное тепловыделение образцов при определении условий теплового самовозгорания.

ГЛАВА 4. Сравнение различных методов определения условий теплового самовозгорания.

4.1. Влияние формы образцов на критические условия самовозгорания.

4.2. Совершенствование метода определения условий теплового самовозгорания.

4.3. Сравнение результатов определения условий самовозгорания материалов различными способами.

ГЛАВА 5. Переходные режимы теплового взрыва при решении задач о самовозгорании.

5.1. Разработка программы численного счета условий теплового взрыва.

5.2. Численный расчет критических значений параметра Франк-Каменецкого.

5.3. Анализ зависимости параметра Франк-Каменецкого от параметров р и у.

5.4. Влияние интенсивности теплообмена с окружающей средой на величину 5,ф.

5.5. Расчет условий теплового взрыва для бесконечного цилиндра и сферы.243 |

ГЛАВА 6. Определение условий теплового самовозгорания при несимметричном теплообмене пластины.

6.1. Аналитическое исследование задачи самовозгорания пластины при несимметричном ньютоновском теплообмене.

6.2. Расчет для отложений веществ на наружной поверхности оборудования и природных отложений материала.

6.3. Расчет для отложений веществ на поверхности трубопроводов и внутри технологического оборудования.

ГЛАВА 7. Экспериментально-аналитическое изучение очагового самовозгорания материалов.

7.1. Определение критических условий самовозгорания очагов различной формы.

7.2. Определение времени индукции процесса.

7.3. Экспериментальное изучение очагового самовозгорания материалов.

ГЛАВА 8. Апробирование разработанных методик для решения практических задач по определению условий теплового самовозгорания.

8.1. Подход к определению класса опасности самовозгорающихся грузов.

8.2. Пожарная безопасность хранилищ самовозгорающихся материалов.

8.3. Профилактика возгораний отложений в технологическом оборудовании.

8.4. Определение опасных для самовозгорания участков торфяных отложений.

8.5. Определение возможности самовозгорания штабеля древесноволокнистых плит после сушки.

ГЛАВА 9. Адекватность решения практических задач определения условий теплового самовозгорания.

ВЫВОДЫ.

Диссертационная работа посвящена развитию научных основ расчета условий теплового самовозгорания твердых сыпучих материалов для предотвращения возникновения пожара на хозяйственных объектах. К таким объектам относятся транспортное хозяйство, участки компактного хранения материалов, технологическое оборудование (при возможности образования отложений самовозгорающихся веществ), зоны природного скопления торфяных отложений.

Так, по данным статистических исследований, только на предприятиях по переработке сельскохозяйственной продукции (складах зерна, фуража в зерносушилках и кормоцехах, на мельницах и элеваторах, в силосных башнях) в период с 1980 по 1991 произошло 2879 пожаров, возникновение значительной их части связано с самовозгоранием сельскохозяйственной продукции. На этих объектах в период с 1971 по 1990 год произошло 195 взрывов, 22,5 % которых развивалось в результате процессов самовозгорания.

За 1990-2002 гг. в промышленных и сельскохозяйственных производственных помещениях происходило ежегодно 15-20 тысяч пожаров, 3-6 % которых начинались в технологической аппаратуре (4501200 пожаров в год). Часть этих пожаров вполне могла возникнуть при самовозгорании отложений веществ и материалов внутри технологического оборудования. Вне зданий пожары в результате самовозгорания могли развиваться на участках хранения материалов (2001500 пожаров в год), в караванах торфа (от 10 до 54 пожаров в год или в среднем 27 пожаров ежегодно), на торфополях (от 1 до 46 пожаров в год за 1990-2002 гг. или в среднем 13 пожаров ежегодно). В 2001 г. причиной 659 пожаров, а в 2002 г. - 791 пожара названа присутствовавшая на объектах сельхозпродукция.

С 1995 г. статистикой учитываются пожары, произошедшие непосредственно по причине самовозгорания. По этим данным подобных пожаров в 1995-2005 гг. происходило 1-2 тысячи за год. Количество пожаров из-за самовозгорания веществ и материалов на городских объектах и в сельской местности приблизительно сопоставимо. В результате этих пожаров ежегодно гибнет от 5 до 12 человек. От 42 до 127 пожаров в результате самовозгорания происходит ежегодно на транспорте. В рассматриваемый период самовозгорание становилось причиной 1,38 крупного пожара (с существенным материальным ущербом) в среднем за год. В стране также происходит от 18 до 37 тысяч лесных пожаров каждый год, некоторые из них могли развиваться из-за сезонного самовозгорания торфяных отложений.

Основные черты механизма самовозгорания твердых дисперсных и волокнистых материалов заключаются в следующем. Многие горючие вещества интенсивно окисляются на воздухе при сравнительно низкой температуре. Материал, подвергающийся термоокислительному разложению, разогревается. Рост температуры приводит к увеличению скорости реакции и дальнейшему самопроизвольному разогреву. При определенных условиях скорость выделения тепла в процессах термоокисления горючих веществ может превышать скорость потерь тепла, что приводит к непрерывному увеличению температуры вещества и его самовоспламенению. В этом случае для перехода к пламенному горению не требуется внешнего источника зажигания, вещество воспламеняется под действием суммарного тепловыделения химических реакций процесса. Такое явление у твердых сыпучих или волокнистых материалов называют самовозгоранием. Оно характерно для многих технологических процессов, связанных с хранением, транспортированием и переработкой твердых горючих материалов.

Самопроизвольный разогрев веществ и материалов чаще всего реализуется с неравномерным распределением температур в объеме, что обусловлено разными условиями теплообмена каждой его точки с окружающей средой. В объеме вещества появляются отдельные точки с максимальной температурой. Первоначально процесс возникает в наиболее горячих точках, а затем горение распространяется по всей массе вещества.

Если для воспламенения от источника зажигания объем горючей смеси не имеет большого значения, то для самовозгорания он играет определяющую роль. В технологических процессах, в которых участвуют небольшие массы твердых дисперсных веществ, самовозгорание происходит на стадиях их тепловой обработки. С ростом объема единичных агрегатов, в которых перерабатываются значительные массы вещества, самовозгорание происходит при более низких температурах. Если при складировании и транспортировании сыпучих материалов в буртах, штабелях, тюках или насыпью их размеры превышают некоторые критические значения, то самовозгорание может наблюдаться при обычных температурах атмосферного воздуха.

Явление самовозгорания описывается в рамках теории теплового взрыва, развитой в работах Н.Н. Семенова, Я.Б. Зельдовича, О.М. Тодеса, Д.А. Франк-Каменецкого, А.Г. Мержанова, Ф.И. Дубовицкого, В.В. Барзыкина, А.П. Алдушина, С.И. Худяева, В.Т. Гонтковской и др. Самовоспламенение и самовозгорание веществ и материалов изучалось также Томасом (Р.Н. Thomas), Баусом (Р.С. Bowes), Энигом (I.W. Enig), Грэем (P. Gray), Харпером (M.J. Harper), Ли (P.R. Lee), Доналдсоном (А.В. Donaldson), Харди (Н.С. Hardee), Фридманом (М.Н. Friedman) и др., в результате чего аналитически и численно решен ряд задач в общей и частной постановке.

Практическое изучение процессов самовозгорания при хранении и транспортировке горючих материалов в нашей стране были инициированы С.И. Таубкиным и А.Н. Баратовым и в дальнейшем продолжены и развиты Я.С. Киселевым, Л.П. Вогманом, А.Г. Дегтяревым и др.

Следует, все-таки, отметить существующий в настоящее время разрыв между научными достижениями в теории теплового взрыва, которые могут использоваться для описания процессов самовозгорания, и практикой обеспечения пожарной безопасности при хранении и переработке горючих веществ. Современные методы определения класса опасности самовозгорающихся грузов допускают возможность завышения или занижения их опасности. Существующие методы экспериментального исследования склонности дисперсных материалов к тепловому самовозгоранию не позволяют осуществлять масштабирование лабораторного эксперимента при прогнозе условий самовозгорания на складах продукции, так как при этом игнорируется изменение режима теплообмена, связанное с ростом размеров насыпей и особенности реакции окисления для отдельных продуктов. Необходимо отметить, что экспериментальные данные по температуре самовозгорания, определенные в лабораторных условиях для образцов материала различного размера, не могут быть перенесены путем простой экстраполяции на насыпи промышленных масштабов. В одних случаях это приводит к недооценке действительной опасности и, как следствие - к увеличению вероятности возникновения пожара, в других к переоценке опасности, что влечет за собой неоправданные затраты на обеспечение регламентированной безопасности производств. Способов определения условий теплового самовозгорания при несимметричном ньютоновском теплообмене на противолежащих границах пластины и очагового самовозгорания охлаждаемых в нереакционноспособной среде скоплений материалов в настоящее время не существует. Поэтому становится очевидной необходимость создания таких методов на основе современных теоретических представлений.

Цель работы: заключалась в развитии научных основ расчета критических условий теплового самовозгорания скоплений твердых веществ при симметричном и несимметричном теплообмене с окружающей средой, а также для прогретых выше температуры окружающей нереакционноспособной среды материалов. Разрабатываемые экспериментально-аналитические методы должны быть применимы для использования на практике при предотвращении возникновения пожара на объектах складского хозяйства, транспорта, сельского хозяйства, на предприятиях химической, нефтехимической, пищевой, деревообрабатывающей и других отраслей промышленности, где возможно образование горючих отложений и временное компактное содержание продуктов и полупродуктов.

Задачи. Для достижения указанной цели ставятся и решаются следующие задачи: разработать методику определения условий теплового самовозгорания, учитывающую интенсивность теплообмена при изменении формы и размеров насыпей, а также выгорание вещества за время хранения; разработать методики экспериментального определения теплофизических параметров исследуемых материалов (их удельного тепловыделения, коэффициентов теплоотдачи, теплоемкости, температуропроводности), необходимые для расчета условий теплового взрыва;

- выявить влияние формы образцов материала на результаты определения кинетических характеристик процесса окисления; и

- разработать компьютерную программу для численного расчета критических значений параметра Франк-Каменецкого в неисследованной области значений параметров Р и у, определить зависимость критических значений критерия Франк-Каменецкого от этих параметров с учетом интенсивности теплообмена;

- провести теоретические исследования и разработать методику расчета критических условий самовозгорания отложений горючих сыпучих и волокнистых материалов при несимметричном теплообмене с окружающей средой; приближенными и численными методами решить задачи о самовозгорании очагов различной формы, равномерно прогретых выше температуры нереакционноспособной окружающей среды;

- апробировать разработанные методики определения условий теплового самовозгорания материалов при решении ряда практических задач, сравнить полученные результаты с данными публикаций и планируемых экспериментальных исследований.

Научная новизна: впервые разработаны методы расчета условий теплового самовозгорания скоплений твердых веществ в характеризующем самовозгорающиеся материалы диапазоне изменения величин и при несимметричном теплообмене отложений с окружающей средой, а также для продукции, прогретой выше температуры контактирующей с ней нереакционноспособной среды. На основании этих результатов разработана экспериментально-расчетная методика определения условий теплового самовозгорания материалов при их транспортировании, хранении и переработке, а также для природных отложений; выполнен численный расчет критических условий теплового взрыва в ранее неисследованном диапазоне изменения величин J3 и у для бесконечной пластины, бесконечного цилиндра и сферы при различной интенсивности ньютоновского теплообмена. Найдены новые интерполяционные выражения, описывающие полученные численные решения с удовлетворительной точностью; впервые решена задача о самовоспламенении бесконечной пластины при несимметричном ньютоновском теплообмене с окружающей средой с учетом изменения его интенсивности на обеих поверхностях слоя. Получены выражения для определения критических условий самовозгорания бесконечной пластины, дающие удовлетворительное совпадение с результатами численного расчета для различных вариантов теплообмена противолежащих поверхностей слоя с окружающей средой; решена задача расчета условий самовозгорания плоскопараллельного, цилиндрического, сферического очагов при остывании в нереакционноспособной среде и найдены расчетные формулы для определения критических значений параметра Франк-Каменецкого и периода индукции, удовлетворительно описывающие полученные численные решения и экспериментальные результаты.

Практическая значимость.

Разработана методология предотвращения самовозгорания на объектах транспортирования, хранения и переработки твердых материалов. Созданы и внедрены в научно-исследовательскую практику ВНИИПО: лабораторные установки и методика определения коэффициента теплопроводности и температуропроводности сыпучих материалов; лабораторный етенд и методика определения условий очагового самовозгорания материалов; методика определения величины удельного тепловыделения материалов при критических условиях самовозгорания; компьютерная программа для численного расчета критических значений параметра Франк-Каменецкого с учетом выгорания и интенсивности теплообмена;

- научно обоснованный метод определения класса опасности самовозгорающихся грузов.

Выводы и рекомендации диссертации реализованы при разработке: технического проекта установки сушки дробленых волокон осины (куратор ОАО «НИИХИММАШ»); новой редакции Государственного стандарта на технический углерод различных марок (заказчик ФГУП НИИШП); новой редакции ГОСТ 23423 «Метионин кормовой. Технические условия» (заказчик ОАО «Волжский Оргсинтез»); опытно-промышленной схемы производства Бераполиса (заказчик ОАО «Бератон»);

Методики определения условий теплового самовозгорания веществ и материалов»;

Методики обеспечения пожарной безопасности перевозки самовозгорающихся грузов»;

Руководства «Расчет основных показателей пожаровзрывоопасности веществ и материалов».

Материалы диссертации докладывались на следующих научно-технических конференциях:

XVI Научно-практическая конференция "Крупные пожары: предупреждение и тушение" (ВНИИПО 30-31 октября 2001 г.);

Международный симпозиум "Комплексная безопасность России -исследования, управление, опыт" (ВВЦ 29-30 мая 2002 г.);

XVII Международная научно-практической конференция "Пожары и окружающая среда" (ВНИИПО 21 июня 2002 г.);

Международная конференция «Природные пожары: возникновение, распространение, тушение и экологические последствия» (30.06-5.07.2003 г. - Красноярск);

XVIII научно-практическая конференция "Снижение риска гибели людей при пожарах" (ВНИИПО 28-29 октября 2003 г.);

Международный симпозиум «Комплексная безопасность России -исследования, управление, опыт» (ВВЦ Москва 26-28 мая 2004 г.);

Международная конференция «Сопряженные задачи механики, информатики и экологии» (г. Горно-Алтайск 4-9 июля 2004 г.);

XIII Симпозиум по горению и взрыву (ИПХФ РАН, г. Черноголовка 7-11 февраля 2005 г.);

XIX Научно-практическая конференция по вопросам борьбы с пожарами: «Пожарная безопасность многофункциональных и высотных зданий и сооружений» (г. Балашиха, ВНИИПО 1-2 ноября 2005 г.);

VI Международная научно-практическая конференция «Лесные и степные пожары. Возникновение, распространение, тушение и экологические последствия» (г. Иркутск, 6-11 сентября 2005 г., Томский государственный университет).

По материалам диссертации опубликовано 53 печатных работы.

На защиту выносятся следующие положения: метод расчета основных параметров, определяющих условия теплового самовозгорания (критического размера, температуры окружающей среды и задержки самовозгорания) для реальных условий складирования и транспортирования твердых сыпучих материалов, учитывающий условия теплообмена, глубину выгорания и особенности химической реакции окисления; метод определения кинетических параметров реакции окисления для расчета условий теплового самовозгорания насыпей материала различной формы; методика и результаты лабораторного определения теплофизических параметров сыпучих материалов (теплоемкости, теплопроводности и температуропроводности), необходимых для расчета критических условий их самовозгорания; методика и результаты экспериментального определения величины удельного тепловыделения материалов при критических условиях теплового самовозгорания; зависимость критических значений параметра Франк-Каменецкого от параметров р и у для ранее неисследованной области значений этих параметров;

- аналитические выражения, определяющие критические условия, при которых происходит самовозгорание отложений горючих материалов при несимметричном теплообмене с окружающей средой;

- метод расчета условий теплового самовозгорания отложений материалов при несимметричном теплообмене с окружающей средой; аналитические выражения для расчета критических величин параметра Франк-Каменецкого при самовозгорании плоскопараллельного, цилиндрического, сферического очагов, а также очагов в форме куба и параллелепипеда, остывающих в инертной (нереакционноспособной) среде; формула расчета периода индукции для очагового самовозгорания скопления материала; методика расчета условий очагового самовозгорания материалов, прогретых выше температуры окружающей среды;

- метод определения класса опасности самовозгорающихся грузов;

- результаты экспериментально-расчетных определений условий теплового самовозгорания скоплений материалов при хранении, перевозке, образовании отложений на поверхностях технологического оборудования, для природных торфяных отложений.

392 ВЫВОДЫ

На основании анализа выполненных исследований сделаны следующие выводы.

1. Разработаны научные основы расчета критических условий теплового самовозгорания скоплений твердых веществ при симметричном и несимметричном теплообмене с окружающей средой, а также для прогретых выше температуры окружающей нереакционноспособной среды материалов. Это позволило разработать методологию предотвращения самовозгорания при транспортировании, хранении и переработке твердых материалов на объектах сельского хозяйства, на предприятиях химической, нефтехимической, пищевой, деревообрабатывающей и других отраслей промышленности, где возможно образование горючих отложений и временное компактное содержание продуктов и полупродуктов.

2. Выполнен численный расчет критических условий теплового взрыва в ранее неисследованном диапазоне изменения величин р и у для бесконечной пластины, бесконечного цилиндра и сферы при различной интенсивности ньютоновского теплообмена. Найдены новые интерполяционные выражения, описывающие полученные численные решения с удовлетворительной точностью.

3. Определены критические условия самовозгорания бесконечной пластины при несимметричном ньютоновском теплообмене с окружающей средой с учетом изменения его интенсивности на обеих поверхностях слоя, дающие удовлетворительное совпадение с результатами численного расчета. Разработаны способы определения условий теплового самовозгорания отложений на нагретой поверхности оборудования, на поверхности трубопроводов и непроточного технологического оборудования, а также для природных отложений материала с учетом несимметричного теплообмена с окружающей средой. На основе решения задачи Тилером и Джонсом найдено выражение для поправки на выгорание материала при несимметричном теплообмене пластины с окружающей средой, удовлетворительно описывающее известные экспериментальные результаты.

4. Разработана теоретическая модель и получены приближенные решения для определения критических условий очагового самовозгорания в нереакционноспособной среде скоплений материалов различной формы, удовлетворительно описывающие полученные численные решения этой же задачи. Получено выражение для расчета периода индукции при очаговом самовозгорании скопления материала. Отмечено удовлетворительное согласование результатов расчета с данными по экспериментальному изучению очагового самовозгорания сосновых опилок, торфа и технического углерода.

5. Показано, что результаты расчета кинетических параметров процесса термоокисления не зависят от формы используемых в эксперименте образцов. Следовательно, при исследовании самовозгорания материалов в лабораторных условиях не обязательно повторять форму реальных насыпей, можно применять удобные для экспериментаторов контейнеры.

6. Экспериментально установлено, что в диапазоне температур, характерных для предвзрывного разогрева, удельный тепловой эффект процессов термоокисления самовозгорающихся материалов в 7-12 раз меньше известных значений теплоты сгорания. В связи с этим, для расчета условий теплового самовозгорания нецелесообразно использовать величину полного теплового эффекта окисления материала из-за возможности заметного роста погрешности определений критических температур и размеров скопления.

7. Предложен научно обоснованный метод определения класса опасности самовозгорающихся грузов.

8. Разработаны методики и экспериментальные стенды для исследования процессов самовозгорания и определения необходимых для расчетов характеристик материала. Полученный комплекс экспериментальных данных для твердых дисперсных материалов удовлетворительно соответствует результатам расчета по известным и предложенным в работе зависимостям.

9. Результаты диссертационной работы использованы при разработке Руководства ФГУ ВНИИПО МЧС России «Расчет основных показателей пожаровзрывоопасности веществ и материалов», «Методики определения условий теплового самовозгорания веществ и материалов», согласованной ГУ 111С МЧС России, «Методики обеспечения пожарной безопасности перевозки самовозгорающихся грузов», согласованной УГПН МЧС России и внедрены в практической деятельности ФГУП НИИШП, ОАО «Волжский Оргсинтез», ОАО «НИИХИММАШ» и ОАО «Бератон». (см. приложения 3-6).

395

1. Мержанов А.Г. , Дубовицкий Ф.И. Современное состояние теории теплового взрыва // Успехи химии, 1966, т. 35, вып. 4. - с. 656- 683.

2. Bowes Р. С. Self-heating: evaluating and controlling the hazards. London: 1984.-500 p.

3. Барзыкин B.B., Гонтковская B.T., Мержанов А.Г., Худяев С.И. К нестационарной теории теплового взрыва // ПМТФ.-1964, №3. с. 118125.

4. Горшков В.И. Самовозгорание веществ и материалов. М.: ВНИИПО. -2003.-445 с.

5. Григорьев Ю.М. Тепловой взрыв. В сб.: Тепломассообмен в процессах горения. Под ред. А.Г.Мержанова. - Черноголовка: ОИХФ АН СССР. -1980.-c.3-16.

6. Мержанов А.Г. Неизотермические методы в химической кинетике // Физика горения и взрыва, 1973, т. 9, № 1. с. 4-36.

7. Алдушин А.П., Блошенко В.Н., Сеплярский Б.С. О воспламенении частиц металлов при логарифмическом законе окисления // Физика горения и взрыва, 1973, № 4. с. 489-496.

8. Зельдович Я.Б., Баренблатг Г.И., Либрович В.Б., Махвиладзе Г.М. Математическая теория горения и взрыва. М.: Наука. - 1980. - 478 с.

9. Семенов Н.Н. Цепные реакции. Л.: Госхимиздат. - 1934. - 555с.

10. Семенов Н.Н. К теории процессов горения. Сообщ.1- Журн. Рус. физ.-хим. о-ва, 1928, т. 60, № 3. - с. 247-250.

11. П.Франк-Каменецкий Д.А. Распределение температур в реакционном сосуде и стационарная теория теплового взрыва // Доклады АН СССР, 1938, т. 18, № 7. с.411-412.

12. Франк-Каменецкий Д.А. Распределение температур в реакционном сосуде и стационарная теория теплового взрыва // ЖФХ, 1939, т. 13, вып. 6.-с. 738-755.

13. Барзыкин В.В., Мержанов А.Г. Краевая задача в теории теплового взрыва // Доклады АН СССР, 1958, т. 120, № 6. с. 1271.

14. Thomas Р.Н. On the thermal conduction equation for self-heating materials with surface cooling // Trans. Faraday Soc., 1958, vol. 54, part. 1, p. 60-65.

15. Parks J.R. Criticality criteria for various Configuration of Self-heating Chemical as Function of activation Energy and Temperature of Assembly // J. Chem. Phys.,1961, v. 34, № 1, p. 46-50.

16. Франк-Каменецкий Д. А. Диффузия и теплопередача в химической кинетике. М.: Изд-во АН СССР, 1947; 2-е изд. М.: Наука. - 1964. - 491 с.

17. Chandrasekar S., Wares G. W. The isothermal function // Astrophys. J., 1949, v. 109.-p. 551-554.

18. Худяев С.И. О краевых задачах для некоторых квазилинейных эллиптических уравнений // ДАН СССР, 1964, т.154, № 4. с. 787-790.

19. Boddington Т., Gray P., Harvay D.I. Thermal theory of spontaneous ignition. Criticality in bodies shape // Philos. Trans. Roy. Soc., 1971, v. 2770, № 1207.-p. 467-507.

20. Hardee H. C., Lee D. O., Donaldson A. B. A new method of predicting the critical temperature of explosives geometries // Combust, and flame, 1972, v. 18.-p. 403-410.

21. Hardee H. C., Donaldson A. B, Lee D. O. Predicting the critical boundary temperature of multidimensional explosives // Combust, and flame, 1972, v. 19.-p. 331-342.

22. Thomas P.H., Some approximation in the theory of self-heating and thermal explosion // Trans. Faraday Soc., 1960, v. 56, № 450. p. 883-839.

23. Карслоу Г., Егер Д. Теплопроводность твердых тел. М.: Наука. - 1964. -487 с.

24. Тодес О.М. «Адиабатический» тепловой взрыв // ЖФХ, 1933, т. 4, вып. 1. с. 71-77.

25. Тодес О.М. Теория теплового взрыва. 1. Тепловой взрыв реакции «нулевого» порядка // ЖФХ, 1939, т. 13, вып. 7. с.868-879.

26. Тодес О.М., Мелентьев П.В. Теория теплового взрыва. 2. Тепловой взрыв для мономолекулярной реакции // ЖФХ, 1939, т. 13, вып. 11. -с. 1594-1609.

27. Тодес О.М., Мелентьев П.В. Теория теплового взрыва. 3. Тепловой взрыв для автокаталитических реакций // ЖФХ, 1940, т. 1, вып. 8. -с. 1026-1042.

28. Thomas Р.Н. Effect of reactant consumption of the induction period andcritical condition for thermal explosion // Proceeding of the Royal Society, 1961, v. 262, № 1309. p. 192-206.

29. Squire W. A mathematical analysis of self-ignition // Combust, and flame, 1963, v. 7, № 1. p. 1-8.

30. Gray P., Harper M.J. Thermal explosions. Part 1. Induction periods and temperature changes before spontaneous ignition // Transactions of the

31. Faraday Society, 1959, v. 55, № 436. p. 581-590.

32. Gray P., Lee P.R. Thermal explosions and effect of reactant consumption on critical conditions // Combust, and flame, 1965, v. 9, № 2. p. 201-203.

33. Kinbara Т., Akita K. An approximate solution of the equation for self-ignition // Combust, and flame, 1960, v. 4, № 2. p. 173-180.

34. Прудников А.П., Брычков Ю.А., Маричев О.И. Интегралы и ряды. Элементарные функции. М.: Наука. - 1981. - 800 с.

35. Франк-Каменецкий Д.А. К нестационарной теории теплового взрыва // ЖФХ, 1946, т. 22, вып. 2. с. 139-144.

36. Adler J., Enig J. W., The critical conditions in thermal explosions theory with reactant consumption // Combust, and flame, 1964, v. 8, № 2. p. 97103.

37. Кофстад П. Высокотемпературное окисление металлов. М: Мир. -1969.-392 с.

38. Мержанов А.Г., Дубовицкий Ф.И. Квазистационарный тепловой режим протекания взрывных реакций // ДАН СССР, 1958, т. 120, № 8. с. 1068-1071.

39. Мержанов А.Г., Дубовицкий Ф.И. Квазистационарная теория теплового взрыва самоускоряющихся реакций // ЖФХ, 1960, т. 34, № 10. с. 22352244.

40. Худяев С.И. Временные характеристики теплового взрыва самоускоряющихся реакций // Научно-технические проблемы горения и взрыва, 1965, № 1, с. 70-74.

41. Мержанов А.Г., Григорьев Ю.М. Приближенное решение нестационарной задачи о тепловом взрыве при наличии стадии прогрева // Физ. гор. и взрыва, 1967, № 3. с.371-380.

42. Абрамов В.Г., Гонтковская В.Т., Мержанов А.Г. К теории теплового воспламенения. Сообщение 2. Влияние внешнего теплообмена на характеристики воспламенения // Изв. АН СССР, сер. Химическая, 1966,№5.-с. 823-827.

43. Мержанов А.Г., Зеликман Е.Г., Абрамов В.Г. Вырожденные режимы теплового взрыва // ДАН СССР, 1968, т. 180, № 3. с. 639-642.

44. Thomas Р.Н., Bowes Р.С. // Trans. Faraday Soc., 1961, v. 57. p. 2007.

45. Shouman A. R., Donaldson A. B. The stationary problem of the thermal ignition in a slab with unsymmetrical boundary temperature // Combust, and flame, 1975, v. 24, № 2. p. 203-210.

46. Горшков В.И., Амелин И.Э., Иванов B.B., Киселев В.Я. Тепловой взрыв при несимметричном теплообмене на границах плоского сосуда // Пожаровзрывобезопасность, т. 6, № 2,1997. с. 3-7.

47. Gorshkov V.I., Ivanov V. V. Thermal explosion at asymmetrical on borders of a flat vessel // Second International Seminar «Fire and explosions hazard of substances and venting of deflagrations». Moscow, 1997. p. 593-601.

48. Крылов В.Л. Самовозгорание пластины при несимметричном ньютоновском теплообмене на ее поверхностях // Пожаровзрывобезопасность, 2003, № 6, с. .

49. Enig I. W. Critical parameters in the Poisson-Boiltzmann equation of steady-state thermal explosion theory // Combust, and flame, 1966, v. 10, № 2. p. 197-199.

50. Gray P., Lee P. R., MacDonalds J. A. Thermal explosion in the sphere and the hollow spherical shell at the inner face // Combust, and flame, 1969, v. 13, №5.-p. 461-471.

51. Камке Э. Справочник по обыкновенным дифференциальным уравнениям. М.: Гос. изд-во физико-математической литературы. -1961.-703 с.

52. Rosser W.A., Rajapakse Y. // Combust, and flame, 1969, v. 13, № 3. p. 311-317.

53. Мержанов А.Г., Барзыкин B.B., Гонтковская B.T. Задача об очаговом тепловом взрыве. // ДАН СССР. 1963. Т. 148, №2. С. 380-383.

54. Merzhanov A.G. On critical conditions of thermal explosion of a hot spot // Combust, and Flame. 1966. V. 10. № 4. P. 341-348.

55. Thomas P.H. An approximate theory of «hot spot» criticality // Combust, and flame. 1973. Vol. 21, № 1. P. 99-109.

56. Thomas P.H. A comparison of some hot spot theories // Combust, and flame. 1965. Vol. 9, № 4. P. 369-372.

57. Friedman M.H. A generalized thermal explosion criterion exposition and illustrative applications // Combust, and flame. 1967. Vol. 11, № 3. P. 239246.

58. Friedman M.H. A generalized thermal explosion criterion. Application to initiation by imbedded wires // Combust, and flame. 1969. Vol. 13, № 6. P. 567-576.

59. Буркина P.C., Вилюнов B.H. О возбуждении химической реакции в «горячей точке» // Физика горения и взрыва. 1980. Т. 16, № 4. С. 75-79.

60. Сеплярский Б.С., Афанасьев С.Ю. Анализ нестационарной картины воспламенения очага разогрева // Физика горения и взрыва. 1989. Т. 25, № 6. С. 9-13.

61. Zaturska M.B.//Combust. and Flame. 1974. V. 23. №3. P.313.

62. Zaturska M.B.//Combust, and Flame. 1975. V. 25. №1. P.25.

63. Ананьев A.B., Земских В.И., Лейпунский О.И. О тепловом воспламенении системы горячих очагов // Физика горения и взрыва. 1983. Т. 19, №4. С. 49-52.

64. Сеплярский Б.С., Афанасьев С.Ю., Амосов А.П. Расчет критических условий воспламенения системы очагов разогрева //ч

65. Физика горения и взрыва. 1990. Т. 26, № 6. С. 16-20.

66. Князева А.Г., Буркина Р.С., Вилюнов В.Н. Особенности очагового теплового воспламенения при различных начальных распределениях температуры // Физика горения и взрыва. 1988. Т. 24, № 3. С. 45-47.

67. Буркина Р.С., Буркин В.В. Воспламенение системы очагов к разогрева при наличии теплоотдачи на боковой поверхности // Физикагорения и взрыва. 2000. Т.36, № 2. С. 17-21.

68. ГОСТ 12.1.044-89. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения.

69. Монахов В.Т. Методы исследования пожарной опасности веществ. -М.: Химия, 1979.-424 с.

70. Таубкин С.И., Баратов А.Н., Никитина Н.С. Справочник пожароопасности твердых веществ и материалов. М.: МКХ РСФСР -1961.-148 с.

71. Кольцов К.С., Попов Б.Г. Самовозгорание твердых веществ и материалов и его профилактика. М.: Химия. - 1978.- 160 с.

72. Норка З.М., Битюцкий В.К., Новикова JI.B. Самовозгорание мелкодисперсных продуктов и меры борьбы с ним // Обзорная инф., серия «Техника безопасности». М.: НИИТЭХИМ. - 1986. - 28 с.

73. ГОСТ 19433-88. Грузы опасные. Классификация и маркировка.

74. Mackey W. McD. //J. Soc. Chem. Ind., 1895,14. p. 940.

75. Mackey W. McD. // J. Soc. Chem. Ind., 1896,15. p. 90.

76. Таубкин С.И. Основы огнезащиты целлюлозных материалов. М.: МКХ РСФСР. -1960. - 347 с.

77. Кельберт Д.Л. Предупреждение пожаров в хлопкоочистительной k промышленности. М.: Легкая индустрия. - 1973. - 158 с.

78. Таубкин С.И., Таубкин И.С. Пожаро- и взрывоопасность пылевидных материалов и технологических процессов их переработки. М.: Химия.- 1976.-264 с.

79. Кривачев И.Т. Противопожарные мероприятия при сушке и очистке хлопка-сырца. М.: Минкоммунхоз. - 1960. - 136 с.

80. Гончаров Е.П., Дриацкая Г.И., Мержанов А.Г., Штейнберг А.С. Применение метода разбавления в термографии для исследования кинетики химических реакций в конденсированной фазе // ДАН СССР,к 1971, т. 197, №2.- с. 385

81. Абрамова JI.T., Абрамов В.Г., Мержанов А.Г. Кинетика термическогоразложения и тепловой взрыв муки // ЖФХ, 1969, т. 18, № 5. с. 11631167.

82. Мержанов А.Г., Абрамов В.Г., Абрамова JI.T., Термографический метод исследования кинетики тепловыделения // ЖФХ, 1967, т. 16, № 1. с. 179-184;

83. Грива В.А., Розенбанд В.И. Термографическое исследование кинетики окисления циркония в воздухе // ФГВ, 1978, т. 14, № 2. с. 115-118.

84. Барзыкин В.В. Термический анализ реагирующих веществ. В сб.: Тепломассообмен в процессах горения. Под ред. А.Г. Мержанова. -Черноголовка: ОИХФ АН СССР. - 1980. - с. 119-137.

85. Барзыкин В.В., Тепловой взрыв при линейном нагреве // ФГВ, 1973, т. 9, №1.-с. 37-54.

86. Моисеев Б.М. Неизотермическое определение кинетических k параметров мономолекулярной реакции // ЖФХ, 1963, т. 37, вып. 4. с.685.687.

87. Розенбанд В.И. Изучение кинетики тепловыделения гетерогенных реакций неизотермическим термографическим методом // ФГВ, 1974, т. 10, №4.-с. 530-533.

88. Розенбанд В.И., Макарова Е.А., Неизотермический термографическийметод определения кинетических параметров реакции взаимодействияметаллов с газами // ФГВ, 1976, т. 12, № 5. с. 669-675.

89. Грива В.А., Розенбанд В.И. Применение неизотермического термографического метода для изучения кинетики физико-химических процессов // ЖФХ, 1980, т. 54, № 10. с. 2679-2682.

90. Киселев Я.С. Тепловое самовозгорание дисперсных углеродных материалов с неоднородной поверхностью // ФГВ, 1973, № 1, т. 9. с. 124-127.

91. Борисов А.А., Киселев Я.С., Удилов В.П. Кинетические характеристики низкотемпературного горения торфа. В сб.: Теплофизика лесных пожаров. - Новосибирск: ИТФ СО АН СССР.1984. с. 23-30.

92. Киселев Я.С., Топорищев А.А. Особенности кинетики термического окисления древесных материалов при температурах выше и ниже температуры компенсации. В сб.: Теплофизика лесных пожаров. -Новосибирск: ИФТ СЩ АН СССР. - 1984. - с. 31-37.

93. Киселев Я.С., Сапрыкин Г.П. Ускорение и торможение окислительных процессов реакций меланоидинообразования // Научн. тр. омского сельхозинститута, 1977, т. 170. с. 58-61.

94. Киселев Я.С. Особенности самовозгорания сухих казеинатов. В кн.: Разработка технологии и использование растворимых молочнобелковых концентратов. - М.: 1975. - с. 37-44.

95. Киселев Я.С., Удилов В.П. Критическая температура самовозгорания торфа Тарманского месторождения // Торфяная промышленность,1985, № 9. с. 22-24.

96. Киселев Я.С., Топоршцев А.А. Компенсационное уравнение и его использование для прогноза самовозгорания целлюлозных материалов В кн.: Пожарная профилактика и математическая статистика в пожарной охране.- М.: ВНИИПО. -1984. - с. 50-59.

97. Киселев Я.С., Сапрыкин Г.П. Кинетика тепловыделения при самовозгорании сухого молока // Известия высших учебных заведений. Пищевая технология, 1967, № 5. с. 135-137.

98. Киселев Я.С., Абрамов А.С. Термоокислительная дезактивация углеродных материалов // Журнал прикладной химии, 1977, № 10. -с. 2243-2248.

99. Киселев Я.С., Сапрыкин Г. П, Две фазы при самовозгорании сухих молочных продуктов // Научные труды омского сельхозинститута, 1970, т. 74. с. 18-22.

100. Киселев Я.С. К вопросу существования нижнего температурного предела при тепловом самовозгорании твердых материалов и способах его определения // Научные труды омского сельхозинститута, 1970, т. 74. с. 36-40.

101. Киселев Я.С. Изучение эффективной кинетики тепловыделения // Научные труды омского сельхозинститута, 1966, т. 69, вып. 1.-е. 28-32.

102. Киселев Я.С. Самовозгорание пищевых продуктов при их термической сушке: Дисс. доктора техн. наук. Омск, Иркутск. -1984.

103. Киселев Я.С., Киселев В .Я. Проблемы самовозгорания органических материалов. Сообщение 1. Физика самовозгорания //

104. Пожаровзрывобезопасность, 1992, № 1. с. 3-7.

105. Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел А.С. Теплопередача. М.: Энергия. - 1975. - 448 с.

106. Лыков А.В. Теплопроводность нестационарных процессов. М-JL: Гос. Энерг. изд-во. - 1948. - 232 с.

107. Кондратьев Г.М. Регулярный тепловой режим. М.: ГИТТЛ,

108. Гостехиздат. 1954. - 408 с.

109. Кондратьев Г.М. Тепловые измерения. М.: Машгиз. - 1957. -244 с.

110. Определение кинетических параметров процессов самовозгорания твердых дисперсных, пористых и волокнистых органических материалов: Методические указания ВИПТШ. М.: ВИПТШ. - 1987. - 20 с.

111. Киселев Я.С., Киселев В.Я. Проблемы самовозгорания органических материалов. Часть 2. Прогноз и профилактика самовозгорания // Пожаровзрывобезопасность, 1992, № 2. с. 19-24.

112. Амельчугов С.П. Влияние диоксида углерода на процесс самовозгорания бурых углей // Пожаровзрывобезопасность, 1992, № 2.-с. 25-27.

113. Киселев Я.С., Киселев В.Я., Амельчугов С.П. УсловияIсамовозгорания восточных бурых углей //

114. Пожаровзрывобезопасность, 1992, № 3. с. 17-21.

115. Киселев Я.С., Удилов В.П. Оптимизация сроков температурного контроля и охлаждения штабелей фрезерного торфа В сб.: Пожарная опасность технологических процессов, зданий, сооружений и профилактика пожаров. - М.: ВИПТШ. - 1988. - с. 119-124.

116. Ranz W. Е., Marshall W.R Evaporation from drops // Chem. Eng. Progr., 1952, v. 48.-p. 173-180.

117. Ranz W. E., Marshall W.R. Evaporation from drops // Chem. Eng. Progr., 1952, v. 48. p. 141-146.

118. Башкирцев М.П., Бубырь Н.Ф., Минаев H.A., Ончуков Д.Н. Основы пожарной теплофизики. М.: Стройиздат. - 1984,- 200 с.

119. Тодес О.М., Карандин Б.Н. Теория теплового взрыва. IV. Изучение теплоотдачи в замкнутых сосудах с целью установления взрывных констант // ЖФХ, 1940, т.14, вып.11.-е. 1447-1455.

120. Жукаускас А.А. В кн.: Теплопередача и тепловое моделирование. - М.: Изд. АН. - 1959. - с. 201-212.

121. Михеев М.А. В кн.: Теплопередача и тепловое моделирование. -М.: Изд. АН. - 1959. - с. 122-137.

122. Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи. М.: Энергия. - 1973. - 320 с.

123. Шорин С.Н. Теплопередача. М.: Высшая школа. - 1964. - 490 с.

124. Чайлдс У. Физические постоянные.- М.: Гос. из-во физ-мат. Литературы. 1962. - 78 с.

125. Невский А.С. Лучистый теплообмен в печах и топках. М.: Металлургия. - 1971 - 440 с.

126. Осипова В.А. Экспериментальное исследование процессов теплообмена. М.: Энергия. - 1969. - 392 с.

127. Пластунов Е.С., Буравой С.Е., Курепин В.В., Петров Г.С. Теплофизические измерения и приборы Л.: Машиностроение. -1986.-256 с.

128. Чиркин B.C. Теплопроводность промышленных материалов. -М.: Гос. изд. машиностроительной литературы. -1962. 248 с.

129. Чудновский А.Ф. Теплообмен в дисперсных средах. М.: Гос. изд. технико-теоретической литературы. - 1954. - 444 с.

130. Чудновский А.Ф. Теплофизические характеристики дисперсных материалов. М.: Физматгиз. - 1962. - 456 с.

131. Краткий справочник химика. М.-Л.: Химия. - 1964. - 623 с.

132. Рябин В.А., Остроумов М.А., Свит Т.Ф. Термодинамические свойства веществ. Л.: Химия. - 1977. - 389 с.

133. Методы расчета температурного режима пожара в помещениях зданий различного назначения: Рекомендации. М.: ВНИИПО, 1988. -56 с.

134. Барзыкин В.В., Гонтковская В.Т., Мержанов А.Г., Худяев С.И. // ПМТФ, 1964, № 3. с. 118-125.

135. Leusche Gunter. Selbstentzundung von staubformigen Materialien // 5. Int. Brandschutz-Semin., Karlsruhe, 1976. Bd. 1. -Thema №1. Weingarten, 1976.-s. 145-159.

136. Горшков В.И., Корольченко И.А. Влияние формы скопления вещества на критические условия самовозгорания материалов // Пожаровзрывзрывобезопасность, 2002, № 5. с. 19-24.

137. Шебеко Ю.Н., Горшков В.И., Корольченко И.А. Анализ условий теплового самовозгорания хлопка при транспортировании и хранении в прессованных кипах // Пожаровзрывзрывобезопасность, 2002, № 2. -с. 41-46.

138. Расчет основных показателей пожаровзрывоопасности веществ и материалов: Руководство ФГУ ВНИИПО МЧС России. М.: ВНИИПО. - 2002. - 78 с.

139. Методика определения условий теплового самовозгорания веществ и материалов. М.: ВНИИПО. - 2004. - 65 с.

140. Корольченко И.А. Сравнение результатов расчета условий теплового самовозгорания по различным методическим подходам // Пожаровзрывзрывобезопасность, 2004, № 1. с. 8-14.

141. Годунов С.К., Рябенький B.C. Разностные схемы (введение в теорию): Учебное пособие. -М.: Наука. 1977.

142. Самарский А.А., Гулин А.В. Устойчивость разностных схем. -М.: Наука. 1973.

143. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. М.: Наука. - 1970. - 720 с.

144. Goodman T.R. The heat-balance integral and its application to problems involving a change of phase. Trans. Am. Mech. Eng. — 1958. — v. 80, p. 335-342.

145. Гудмен Т. Применение интегральных методов в нелинейных задачах нестационарного теплообмена. В кн.: Проблемы теплообмена. - М.: Атомиздат. - 1967. - с. 41-96.

146. Трисвятский JI.A. Хранение зерна. М.: Агропромиздат. - 1986. -352 с.

147. Anthony E.J., Greaney D. The safety of hot self-heating materials. -Combustion Science and Technology, 1979, vol. 21, pp. 79-85.

148. Справочник руководителя тушения пожара. М.: Стройиздат. -1987.-288 с.

149. Транспортная тара: Справочник. М.: Транспорт. - 1989. - 216 с.

150. ГОСТ 3152-79. Волокно хлопковое. Упаковка, маркировка, транспортирование и хранение.

151. СНиП 23-01-99. Строительная климатология.

152. Шебеко Ю.Н., Горшков В.И., Корольченко И.А. Оценка возможности микробиологического самовозгорания прессованных кип хлопка в условиях транспортирования и хранения // Пожаровзрывзрывобезопасность, 2002, N 3, с. 47-49.

153. Методика обеспечения пожарной безопасности перевозки самовозгорающихся грузов. М.: ФГУ ВНИИПО, 2006. - 39 с.

154. Вогман Л.П., Горшков В.И., Дегтярев А.Г. Пожарная безопасность элеваторов. М.: Стройиздат. - 1993. - 288 с.

155. Вогман Л.П. Пожаровзрывобезопасность процессов хранения сельскохозяйственной продукции: Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. М.: 1993. - 461 с.

156. Крестинин А.В., Перегудов Н.И., Самойленко Н.Г., Манелис Г.Б. Возникновение очага самосогревания при хранении зерна // Химическая физика. 2002, том 21, № 12, с. 54-65.

157. Колот В.В. Самовозгорание дисперсных материалов в процессе их тепловой обработки: Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. -М.: 1989. 232 с.

158. А.С. 1045099. Способ определения склонности к тепловому самовозгоранию твердых дисперсных и волокнистых веществ и материалов / Кольцов К.С. Опубл. в Б.И. № 16. 1981.

159. А.С. 1303922. Способ определения кинетических параметров в объеме сыпучего материала / Кольцов К.С. Опубл. в Б.И. № 14. -1987.

160. Подовинников А.Г. Предупреждение самовозгорания дисперсных органических материалов при их транспортировании и хранении путем оперативного определения кинетических параметров: Автореф. дис. .канд. техн. наук. -М.: 1989.

161. Хоменко М.С. Разработка рекомендаций по обеспечению пожарной безопасности технологических процессов сушки и хранения хлопкового шрота: Автореф. дис. .канд. техн. наук. М.: 1989.

162. Физические основы самовозгорания угля и руд: под ред. Веселовского B.C. М.: Наука. - 1972. -148 с.

163. Самовозгорание и взрывы пыли натуральных топлив / Померанцев В.В., Шагалова C.JL, Резник В.А., Кушнаренко В.В. Л.: Энергия. -1978. - 144 с.

164. Петров А.П. Пожарная безопасность технологического оборудования с горючими отложениями: Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. М.: ВИПТШ, 1994. - 275 с.

165. Корольченко А.Я. Пожаровзрывоопасность процессов сушки. -М.: Стройиздат. -1987. 155 с.

166. Таубкин С.И. Пожар и взрыв, особенности их экспертизы. М.: ВНИИПО.-1999.-600 с.

167. Киселев Я.С. Применение теории подобия к решению задачи теплового самовоспламенения // Пожарная профилактика и тушение пожаров: Инф. сб. М.: 1968. - № 4. - с. 95-100.

168. Tyler В. J., Jones D. R. // Combust, and flame, 1981, v. 42, № 2. p. 147-156.