Показатели пожарной опасности веществ. Параметры, определяющие пожароопасные свойства веществ и материалов Огнетушащие вещества разбавления
Основными показателями при оценке пожарной опасности жидкостей являются: группа горючести; температура вспышки; температура воспламенения и концентрационные пределы воспламенения. Основные показатели при оценке пожарной опасности твердых веществ и материалов - группа горючести; температура воспламенения, температура самовоспламенения, склонность к самовозгоранию.
Группа горючести . Вещества и материалы подразделяются по горючести на три группы: негорючие , т.е. неспособные к горению на воздухе обычного состава; трудногорючие , которые могут возгораться и гореть при наличии источника зажигания, но не способны самостоятельно гореть при его удалении; горючие , которые возгораются от источника зажигания и продолжают гореть при его удалении. Горючие материалы подразделяются в свою очередь, на легковоспламеняющиеся , т.е. такие, которые возгораются от источника зажигания незначительной энергии (спичка, искра и т.п.) без предварительного нагрева, и трудновоспламеняющиеся , которые возгораются только от сравнительно мощного источника зажигания.
Температура вспышки - самая низкая (в условиях специальных испытаний) температура горючего вещества, при которой над его поверхностью образуются пары и газы, способные вспыхивать в воздухе от источника зажигания, но скорость их образования еще недостаточна для последующего горения.
Термин "температура вспышки" обычно относится к горючим жидкостям, но некоторые твердые вещества (камфара, нафталин, фосфор и др.), испаряющиеся при нормальной температуре, также характеризуются температурой вспышки. Чем ниже температура вспышки горючей жидкости, тем большую опасность представляет она в пожарном отношении.
По пожарной опасности в зависимости от температуры вспышки горючие жидкости делят на два класса:
1-й класс - легковоспламеняющиеся жидкости (ЛВЖ) - бензин, толуол, бензол, ацетон, метиловый и этиловый спирты, эфир, керосин, скипидар и др.; t в <61°C;
2-й класс - горючие жидкости (ГЖ) - минеральные масла, мазуты, формалин и др.; t в >61°C; Температура воспламенения - это температура горючего вещества, при которой оно выделяет горючие пары и газы с такой скоростью, что после воспламенения их от источника зажигания возникает устойчивое горение.
Температура самовоспламенения - самая низкая температура вещества (материала, смеси), при которой резко увеличивается скорость экзотермических реакций, заканчивающихся горением с образованием пламени.
Температура самовоспламенения не является постоянной даже для одного и того же вещества. Она зависит от концентрации кислорода в воздухе, давления, условий теплоотдачи в окружающую среду и т.д. Например, температура самовоспламенения горючих газов и паров колеблется в пределах 300÷700 °С, дерева, торфа, бумаги, картона - 250÷400 °С, целлулоида - 140÷180 °С, винипласта - 580 °С, резины - 400 °С.
Концентрационные пределы воспламенения - минимальная и максимальная концентрации области воспламенения, т.е. области концентраций горючего вещества, внутри которой его смеси с данным окислителем (обычно воздухом) способны воспламеняться от источника зажигания с последующим распространением горения по смеси сколько угодно далеко от источника зажигания. Например, для ацетона нижний концентрационный предел воспламенения (взрыва) составляет 2,6%, а верхний - 12,2% (объемных), для бензина А-76 соответственно 0,76% и 5,03%, для этилового спирта - 3,3% и 18,4%, природного газа 5% и 16% и т.д.
Взрывоопасность горючих газов, паров и пыли тем больше, чем меньше нижний концентрационный предел воспламенения и чем больше разрыв между нижним и верхним пределами воспламенения. Таким образом, взрывоопасность прямо пропорциональна размеру области воспламенения.
Огнетушащие вещества, классификация, область применения
Огнетушащие вещества - вещества, обладающие физико-химическими свойствами, которые позволяют создать условия для прекращения горения.
- водные эмульсии
- пена (химическая, механическая), применяют ограниченно
Выбор первичных средств пожаротушения:
- огнетушители (размещаются на видном участке, в углу не выше 1,5 м)
- воздушно-пенные
- углекислотные
- порошковые
- ведра, багор, ломики, кошма (размещают на пожарных щитах и стендах)
По основному признаку прекращения горения огнетушащие вещества подразделяются на:
- охлаждающего действия (вода, твердый диоксид углерода и др.)
- разбавляющего действия (негорючие газы, водяной пар, тонкораспыленная вода т.п.)
- изолирующего действия (воздушно-механическая пена различной кратности, сыпучие негорючие материалы и пр.)
- химического торможения.
Области применения:
Огнетушащие вещества охлаждения понижают температуру зоны реакции или горящего вещества.
Процесс горения можно охарактеризовать динамикой выделения тепла в данной системе. Если каким-либо образом организовать отвод тепла с достаточно большой скоростью, то это приведет к тушению пожара. Также отвод тепла способствует предотвращению взрыва, если при пожаре образуются взрывоопасная среда. Отвод тепла наиболее рационально обеспечивать введением специальных хладагентов.
Огнетушащие вещества изоляции. В зависимости от области применения пенообразователи в России делятся на две группы:
- Пенообразователи общего назначения (имеют углеводородную основу и предназначены для получения пены или растворов смачивателей для тушения пожаров твердых сгораемых материалов (класс А) и горючих жидкостей (класс В).
- Пенообразователи целевого назначения (фторированные) используются при тушении нефти, нефтепродуктов и полярных органических жидкостей.
Песок, грунт - подручные средства пожаротушения. Обычно запас песка находится в специальных ящиках или другой таре рядом с огнеопасными объектами, возле пожарных щитов.
Огнетушащие вещества разбавления.
Наибольшее распространение они нашли в стационарных установках пожаротушения для относительно замкнутых помещений (трюмы судов, сушильные камеры, испытательные боксы и покрасочные камеры на пром. предприятиях и т.д.), а также для тушения горючих жидкостей, пролитых на земле на небольшой площади.
Огнетушащие средства химического торможения.
Сущность прекращения горения химическим торможением реакции горения заключается в том, что в воздух горящего помещения или непосредственно в зону горения вводятся такие огнетушащие вещества, которые вступают во взаимодействие с активными центрами реакции окисления, образуя с ними либо негорючие, либо менее активные соединения, обрывая тем самым цепную реакцию горения.
Способы тушения пожаров
1. Снижение концентрации кислорода;
2. Понижение температуры горючего вещества, ниже температуры воспламенения;
3. Изоляция горючего вещества от окислителя.
Огнегасительные вещества: вода, песок, пена, порошок, газообразные вещества не поддерживающие горение (хладон), инертные газы, пар.
Самым распространенным средством при тушении пожара является вода. Попадая на горящий материал, она охлаждает его; образуется пар, который препятствует притоку кислорода к очагу горения. Воду не применяют при тушении горючих жидкостей, удельный вес которых меньше, чем у нее
, так как они, всплывая и растекаясь по поверхности, увеличивают площадь пожара.Нельзя использовать воду для тушения веществ, вступающих с ней в бурную химическую реакцию
(металлический натрий, калий, магний, карбит кальция и т.д.), а также необесточенных электропроводов и приборов. Песок
, покрывая горящую поверхность, прекращает доступ к ней кислорода, препятствует выделению горючих газов и понижает температуру горящего предмета. Сырой песок обладает токопроводящими свойствами и поэтому его нельзя использовать при тушении предметов, находящихся под электрическим напряжением. Песок не должен содержать посторонних горючих примесей.
К подручным средствам
пожаротушения также относятсяасбестовые и грубошерстные покрывала, которыми накрывают небольшие очаги пожара, чтобы прекратить к ним доступ воздуха. Ликвидируя пожар, спасатели используют немеханизированные и механизированные инструменты. При проведении спасательных работ и тушении пожара в верхних этажах зданий, когда стационарные лестницы и другие устройства пути использовать невозможно, спасатели пользуются пожарными ручными лестницами
.
Одним из эффективных подручных средств пожаротушения являются огнетушители . Так как продолжительность работы огнетушителей невелика, их следует применять в непосредственной близости от огня. Огнегасительную струю направляют, в первую очередь на участки повышенного горения, сбивая пламя снизу вверх и стремясь быстрой равномерно покрыть пеной (углекислотным снегом) большую площадь горения. Для приведения в действие ручного порошкового огнетушителя необходимо поднести его к очагу горения, открыть вентиль газового баллончика и направить струю порошка на пламя. Эти огнетушители предназначеныдлятушения горящих электроустановок под напряжением и других загораний.
При ликвидации возникшего на объекте пожара важное значение отводится умению быстро использовать внутренниепожарные краны , которые вместе со стволом и пожарным рукавом (10-20 м), уложенным "гармошкой" или в "скатку", устанавливаются в шкафчиках и действуют от водопроводной сети. На корпусе крана и рукаве имеются специальные соединительные головки. После тушения пожара спасатели должны убедиться в отсутствии очагагорения или тлеющих участков.
Пожаро- и взрывоопасность производств оценивается с помощью показателей пожаро- и взрывоопасности веществ, используемых в производственных процессах. С этой точки зрения основную опасность представляют горючие вещества, которые могут находиться в трех агрегатных состояниях: газообразном, жидком и твердом.
Газы образуют воспламеняющуюся смесь при перемещении их в определенном количестве с воздухом. Жидкости и твердые вещества образуют воспламеняющиеся смеси при повышении их до температуры, при которой вследствие испарения или разложения в достаточном количестве образуются парогазообразные продукты. Взрывоопасными являются также смеси пыли с воздухом. Витающая в воздухе пыль может находиться во взвешенном состоянии, т. е. в виде аэрозоля, и оседать на стенах, оборудовании и т. д.
Пожаро- и взрывоопасность оценивают, сравнивая вероятность горения различных веществ в равных условиях.
Пожаро- и взрывоопасность газов характеризуется следующими показателями: концентрационными пределами распространения пламени, минимальной энергией зажигания, температурой
горения и скоростью распространения пламени; для жидкостей, кроме того, - температурой самовоспламенения, а для твердых веществ и пылей - дополнительной температурой самонагревания, трения, способностью взрываться и гореть при взаимодействии с кислородом воздуха, водой и другими веществами.
Газовоздушные смеси воспламеняются только в определенном интервале концентраций горючего вещества, границы которого называются нижними и верхними концентрационными пределами распространения пламени, которые также называют пределами воспламенения или взрываемости.
Нижний концентрационный предел распространения пламени (НП) - наименьшая концентрация горючего газа (пыли), при которой смесь уже способна воспламеняться от источника зажигания и пламя распространяется на весь объем смеси.
Верхний концентрационный предел распространения пламени (ВП) - наибольшая концентрация горючего газа, при которой смесь еще способна воспламеняться от источника зажигания и пламя распространяется на весь объем смеси.
Для расчета нижнего НП и верхнего ВП пределов воспламенения (об. %) индивидуальных горючих веществ можно использовать следующие эмпирические формулы:
где N - число молей кислорода, участвующих в сгорании 1 моля горючего.
Пределы воспламенения нижний или верхний (об. %) для сложной газовоздушной смеси известного состава можно подсчитать по формуле Ле-Шателье:
где Ci, Сп - концентрация горючих компонентов в горючей смеси, причем Сх + С2 + ... +СП = 100 % (об.); Ill, ^2 Пп - соответствующие пределы
воспламенения чистых компонентов смеси (об. %).
Минимальной энергией зажигания называется наименьшее значение энергии электрического разряда (мДж), которое доста
точно для зажигания наиболее легковоспламеняемой смеси данного горючего вещества с воздухом.
Газы являются наиболее пожаро- и взрывоопасными веществами, имеют широкую область воспламенения, низкий нижний концентрационный предел распространения пламени, небольшую энергию зажигания и большую скорость распространения пламени.
Пожаро- и взрывоопасность жидкостей характеризуется теми же показателями, что и пожаро- и взрывоопасность газов, а кроме того, температурами вспышки и самовоспламенения. Горение жидкостей - это горение паровоздушной фазы, образующейся над их поверхностью в результате испарения.
Одним из основных параметров, определяющих пожароопасность жидкости, является температура вспышки. Это самая низкая (в условиях специальных испытаний) температура жидкости, при которой над ее поверхностью образуются пары или газы, способные вспыхивать от постороннего источника зажигания. После сгорания паро-воздушной смеси горение прекращается, так как поверхность жидкости не прогревается до температуры, достаточной для ее дальнейшего быстрого испарения.
Температура окружающей среды, равная температуре вспышки, является тем пределом, при котором жидкость становится особо опасной в пожарном отношении. Ее величина служит критерием для классификации горючих жидкостей по степени их пожарной опасности. В зависимости от температуры вспышки паров жидкости разделяются на два класса: - легковоспламеняющиеся жидкости (ЛВЖ), т. е. жидкости, способные самостоятельно гореть после удаления источника зажигания и имеющие температуру вспышки паров в закрытом тигле не выше 61 °С или 66 °С - в открытом (этиловый спирт, эфиры, бензол и др.); - горючие жидкости (ГЖ), обладающие способностью гореть при температурах, превышающих указанные (смазочные масла, глицерин, растительные масла и др.).
Температура воспламенения - наиболее низкая температура, при которой жидкость выделяет горючие пары со скоростью, достаточной для продолжения устойчивого горения после воспламенения.
Температура самовоспламенения - наименьшая температура паров жидкости, при которой резко увеличивается скорость
экзотермических реакций, приводящая к горению пламенем без постороннего источника теплоты.
По температуре самовоспламенения определяют группу взрывоопасной смеси и соответственно ей выбирают взрывозащищенное электрооборудование, подбирают температурный режим безопасного использования взрывоопасной смеси; максимально допустимые температуры нагрева нетеплоизолированных поверхностей технологического, электрического и другого оборудования.
Температурными пределами воспламенения паров ГЖ и ЛВЖ называются такие температуры, при которых насыщенные пары образуют концентрации, равные соответственно нижнему или верхнему концентрационному пределу воспламенения. Температурные пределы воспламенения учитываются при расчете безопасных температурных режимов закрытых технологических аппаратов с жидкостями, работающих при атмосферном давлении.
Пожароопасные свойства некоторых легковоспламеняющихся и горючих жидкостей и газов приведены в табл. 25.
Таблица 25
Пожароопасные свойства паров некоторых легковоспламеняющихся
и горючих жидкостей и газов
| Вещество | Предел воспламенения | Температура самовоспламенения, "С |
|||
| нижний | верхний |
||||
| температурный, "С | концентрационный, об. % | температурный, "С | концентрационный, об. % |
||
| Аммиак | - | 15,5 | - | 27 | 700 |
| Ацетон | -20 | 2,2 | 6 | 13 | 465 |
| Дихлорэтан | 8 | 6,2 | 31 | 16 | 525 |
| Метиловый спирт | 7 | 6,0 | 39 | 34,7 | 464 |
| Оксид углерода | - | 12,8 | - | 75,0 | 610 |
| Толуол | 0 | 1.3 | 30 | 6,7 | 536 |
| Уксусная кислота | 35 | 3,3 | 76 | 22 | 454 |
| Этиловый спирт | 11 | 3,6 | 41 | 19 | 404 |
Пожаро- и взрывоопасность твердых веществ, обладающих способностью самовозгорания, помимо перечисленных показателей, характеризуется таким важным показателем, как самовозгорание.
Процесс теплового самовозгорания состоит из двух стадий - самонагревания и самовоспламенения, которому предшествует тление (беспламенное горение).
Самовозгорание характеризуется температурой самонагревания и тления, температурой среды, при которой наблюдается самовозгорание, а также объемом и условиями теплообмена с окружающей средой.
Различают тепловое, химическое и микробиологическое самовозгорание. Температура самонагревания - наименьшая температура, при которой в веществе, находящемся в атмосфере воздуха, возникают экзотермические процессы окисления, разложения и т. п. Температура тления - наименьшая температура, при которой происходит увеличение скорости экзотермической реакции, заканчивающееся тлением.
Самовозгорающиеся твердые вещества по характеру возможных химических реакций можно разделить на самовозгорающиеся при соприкосновении с воздухом или с водой.
К веществам, самовозгорающимся при соприкосновении с воздухом, относятся растительные масла, животные жиры и продукты, приготовленные на их основе или с их добавлением (подсолнечное масло, олифа, краски, лаки, протирочные составы и т. д.). Они окисляются кислородом воздуха при обычных или повышенных температурах.
К воспламеняющимся или вызывающим горение при соприкосновении с водой относят следующие вещества: натрий, калий, карбиды кальция, негашеная известь и т. д.
Микробиологическое самовозгорание происходит при воздействии теплоты, выделяемой микроорганизмами в процессе их жизнедеятельности, например загорание недосушенного зерна при хранении.
Пожаро- и взрывоопасность пыли определяется температурой самовоспламенения и концентрационными пределами распространения пламени.
Пыль может находиться в производственных помещениях в состоянии аэрогеля (осевшая и слежавшаяся пыль) и аэрозоля (взвешенная в воздухе пыль).
Воспламенение и взрыв органической пыли, взвешенной в воздухе, зависят от ее весовой концентрации, размера частиц, зольности, влажности, температуры воспламенения, характера и продолжительности действия источника нагревания. Особенно велика химическая активность аэрозолей в мукомольно-элеваторном, комбикормовом, сахарном, крахмалопаточном производствах, а также в производстве декстрина.
Различают две формы горения пыли: тление и горение пламенем. Обладая плохой теплопроводностью, пыль, осевшая на осветительных приборах, горячих трубопроводах, перегревается и начинает тлеть при температуре: пшеничная - 290 °С, ржаная - 350 °С.
При взметывании осевшей пыли она может взорваться как обычный аэрозоль. Ржаная пыль в виде аэрозоля воспламеняется при температуре 430...450 °С, пшеничная - при 420...485°С.
По пожаровзрывоопасности все пыли классифицируются следующим образом: класс - наиболее взрывоопасная с нижним концентрационным пределом распространения пламени (НКПР) 15 г/м3 (пыль пшеничных отрубей, мучная серая, сахарная пудра, крахмал, декстрин); класс - взрывоопасная с нижним концентрационным пределом 16...65 г/м3 (просяные и зерновые отходы, пшеничная сечка, ячменная мука, мучная пыль); класс - наиболее пожароопасная пыль с температурой самовоспламенения менее 250 “С (пыль зерноочистительных отделений); класс - пожароопасная пыль с температурой воспламенения более 250 °С (элеваторная пыль).
Температура самовоспламенения аэрозоля значительно выше, чем у аэрогеля, и даже превышает температуру самовоспламенения паров и газов, так как концентрация горючего вещества в единице объема аэрозоля в сотни раз меньше, чем у аэрогеля. Для пылей обычно определяют только нижний концентрационный предел, так как верхний никогда не достигается. Так, например, верхний концентрационный предел воспламенения сахарной пыли 13500 г/м3.
Нижний концентрационный предел распространения пламени (НКПР) одной и той же пыли в значительной степени зависит от ее дисперсности, зольности и влажности. Зависимость НКПР от дисперсности объясняется тем, что у тонкодисперсных материалов большая поверхность контакта с окислителем (кислородом воздуха). Пожароопасные свойства некоторых пылей приведены в табл. 26.
Пожароопасные свойства пыл ей
Таблица 26
| Вещество | НКПР, г/м3 | Температура самовоспламенения, С |
| Арахис | 45,0 | 210 |
| Витамин С | 60,0 | 280 |
| Глюкоза кристаллическая | 15,0 | 250 |
| Декстрин | 40,0 | 400 |
| Молоко: | | |
| сухое цельное | 7,6 | 875 |
| обезжиренное | 8,9 | 825 |
| Какао-порошок | 45,7 | 420 |
| Крахмал картофельный, зерновой | 40,3 | 625 |
| Жом свекловичный | 27,7 | 750 |
| Отруби пшеничные | 42,0 | 540 |
| Пыль: | | |
| сахарная | 8,9 | 525 |
| мучная пшеничная | 17,6 | 800 |
| Пшеница дробленая | 33,0 | 415 |
| Мука: | | |
| пшеничная высшего сорта | 28,8 | 380 |
| ржаная обдирная | 78,0 | 500 |
| Соя | 35,0 | 215 |
| Ячменная мука | 47,3 | 470 |
14 параметров: Группа горючести, Температура вспышки, Температура воспламенения, Температура самовоспламенения, Концентрационные пределы воспламенения, Температурные пределы воспламенения, Самовозгорание, Минимальная энергия зажигания, Способность взрываться и гореть при взаимодействии с водой, О 2 и др. веществами, Скорость распространения пламени, Скорость выгорания, Минимальное взрывоопасное содержание кислорода, Максимальное давление взрыва, Скорость нарастания давления.
Пожарную опасность веществ и материалов характеризуют и такие свойства как склонность некоторых веществ и материалов к электризации и самовозгоранию при соприкосновении с воздухом (фосфор, сернистые металлы и др.), водой (натрий, калий, карбит кальция и др.) и друг с другом (метан + хлор, азотная кислота + древесные опилки и т.д.).
Пожарная опасность негорючих веществ и материалов определяется температурой, при которой они обрабатываются, возможностью выделения искр, пламени, лучистого тепла, а также потерей несущей способности и разрушением
Температура вспышки (Твсп) - наименьшая температура конденсированного вещества, при которой в условиях специальных испытаний над его поверхностью образуются пары, способные вспыхнуть в воздухе при поднесении к ним внешнего источника зажигания (пламени или нагретого до высокой температуры тела). Устойчивое горение при этом не устанавливается вследствие малой скорости испарения горючей жидкости. Температура вспышки показывает, при какой температуре вещество подготовлено к воспламенению и становится огнеопасным в открытом сосуде.
В зависимости от температуры вспышки горючие жидкости подразделяются на:
· легковоспламеняющиеся (ЛВЖ) с температурой вспышки не свыше 61 °С (в закрытом тигле) или не свыше 66 °С (в открытом тигле);
· горючее (ГЖ) с температурой вспышки паров выше, соответственно, 61 и 66°С.
ЛВЖ в свою очередь делятся на три разряда:
а) особо опасные ЛВЖ - имеющие температуру вспышки от -18°C и ниже в закрытом тигле или - 13°С и ниже в открытом;
б) постоянно опасные ЛВЖ - имеющие температуру вспышки выше -18°С до +23°С в закрытом тигле или выше -13°С до +27°С - в открытом;
в) опасные при повышенной температуре ЛВЖ. К данному разряду относятся жидкости с температурой вспышки более +23°С до +61°С включительно (в закрытом тигле) или более +27°С до +66°С - в открытом.
Температура воспламенения (Твоспл) - наименьшая температура вещества, при которой в условиях специальных испытаний оно выделяет горючие пары и газы с такой скоростью, что при воздействии на них источника зажигания наблюдается способность воспламениться при поднесении внешнего источника воспламенения.
Разница между температурой вспышки и воспламенения для ЛВЖ составляет 1-2°С, для ГЖ - до 10-15°С и более.
Процесс воспламенения горючих газов и жидкостей без поднесения к ним открытого огня, а только под влиянием внешнего воздействия тепла называется самовоспламенением.
Температура самовоспламенения – самая низкая температура вещества, при которой происходит резкое увеличение скорости экзотермической реакции, заканчивающейся пламенным горением.
Взрыво- и пожароопасные свойства веществ зависят от их агрегатного состояния (газообразные, жидкие, твердые), физико-химических свойств, условий хранения и применения.
Газы. Основными показателями, характеризующими пожарную опасность горючих газов, являются: концентрационные пределы воспламенения; энергия зажигания; температура горения; нормальная скорость распространения пламени и др.
Горение смеси газа с воздухом возможно в определенных пределах, называемых концентрационными пределами воспламенения. Минимальные и максимальные концентрации горючих газов в воздухе, способные воспламеняться, называются соответственно нижним и верхним концентрационными пределами воспламенения.
Энергия зажигания определяется минимальной энергией искры электрического разряда, воспламеняющей данную газовоздушную смесь. Величина энергии зажигания зависит от природы газа и концентрации. Наименьшее значение энергии зажигания газовоздушных смесей составляет десятые доли МДж. Энергия зажигания является одной из основных характеристик взрывоопасных сред при решении вопросов обеспечения взрывобезопасности электрооборудования и разработке мероприятий по предупреждению образования статического электричества.
Температура горения – это температура продуктов химической реакции при горении смеси без тепловых потерь. Она зависит от природы горючего газа и концентрации его в смеси. Наибольшая температура горения для большинства газов составляет 1600 – 2000 оС.
Нормальной скоростью распространения пламени называется скорость, с которой движется граничная поверхность между сгоревшей и несгоревшей частями смеси относительно несгоревшей. Численно нормальная скорость распространения пламени равна количеству (объему) горючей смеси, выгорающей на единице площади пламени в единицу времени.
Нормальная скорость распространения пламени зависит от природы газа и концентрации его в смеси. Для большинства горючих газов нормальная скорость пламени находится в пределах 0,3 – 0,8 м/с.
Нормальная скорость распространения пламени является одной из важнейших физико-химических характеристик, определяющих свойства горючей смеси и определяющих скорость сгорания и соответственно время взрыва. Чем больше нормальная скорость пламени, тем меньше время взрыва и тем более жесткие его параметры.
Твердые вещества. Пожарная опасность твердых горючих веществ и материалов характеризуется: теплотворной способностью 1 кг вещества, температурой горения, самовоспламенения и воспламенения, скоростью выгорания и скоростью распространения горения по поверхности материалов.
Пыли. Пожаро- и взрывоопасные свойства пылей определяются концентрациями пылевоздушной смеси, наличия источника зажигания с достаточной тепловой энергией, размера пылинок и др.
Мелкие частицы твердых горючих веществ размером см могут долгое время находиться в воздухе во взвешенном состоянии, образуя дисперсную систему – аэровзвесь. Для воспламенения аэровзвеси необходимо чтобы концентрация пыли в воздухе была не менее нижнего концентрационного предела воспламенения. Верхний концентрационный предел воспламенения пылевоздушной смеси в большинстве случаев является очень высоким и трудно достижимым (для торфяной пыли – 2200 г/м3, сахарной пудры – 13500 г/м3).
Тепловая энергия источника зажигания для воспламенения пылевоздушной смеси должна быть порядка нескольких МДж и более.
В зависимости от значения нижнего концентрационного предела воспламенения пыли подразделяются на взрывоопасные и пожароопасные. К взрывоопасным относятся пыли с нижним концентрационным пределом воспламенения до 65 г/м3 (пыль серы, сахара, муки), а пожароопасным – пыли с нижним пределом воспламенения выше 65 г/м3 (табачная и древесная пыль).
Понятие пожарной опасности складывается не только из склонности вещества к горению как окислительному процессу, но и зависит от состояния внешней среды, в которой это вещество (материал, объект) находится. Пожарная опасность определяется не только способностью вещества воспламеняться, но и интенсивностью процесса горения и сопутствующих горению явлений (дымообразование, токсичность), а также, возможностью прекращения этого процесса. Для оценки степени пожарной опасности веществ необходимо знать количественные параметры процессов их горения. Однако при нахождении количественных параметров возникают определенные трудности, так как эти показатели не являются постоянными. Они зависят от природы горючего вещества, его агрегатного состояния, концентрации горючего и окислителя, температуры, условий тепловыделения и теплоотвода и т. д. В большинстве случаев на характеристики горения оказывают решающее влияние чисто физические процессы и явления: процессы массо- и теплопередачи, геометрия и пространственное расположение горючих объектов, аэродинамические условия, энергия источника зажигания, время его воздействия.
Перечисленные обстоятельства, которые оказывают влияние на параметры воспламенения и горения, являются причиной существования множества методов оценки пожарной опасности.
Пожарную опасность веществ нельзя охарактеризовать каким-то одним показателем, а только определённым набором, отражающим взрыво- и пожароопасность вещества на разных стадиях развития процесса горения. Число этих показателей зависит также от агрегатного состояния вещества. Поскольку все совокупности изменения и комбинаций внешних факторов учесть нельзя, то система оценки пожароопасных свойств, принятая в настоящее время, унифицирована именно по показателям, характеризующим свойства горючих материалов, окислительной среды и средств пожаротушения, определяемым в нормальных условиях. При иных условиях, например, при повышенных температурах, давлении и т. д., те же параметры пожарной опасности оцениваются дополнительно, учитывая в экспериментальных и расчётных методах заданные начальные условия. Практически любой из существующих методов оценки того или другого показателя пожарной опасности позволяет учитывать влияние только некоторых факторов на степень пожарной опасности, и поэтому методик его определения оказывается несколько. Примером служит определение концентрационных пределов воспламенения, температуры вспышки в приборах закрытого и открытого типа, различные способы нахождения температуры самовоспламенения и т. д. В других методиках оценивают показатели пожарной опасности независимо от реальных внешних условий (например, калориметрические измерения). Более полное представление о пожарной опасности могут дать натурные крупномасштабные испытания, но и они не отражают всего многообразия ситуаций, в которых может оказаться материал при воспламенении и горении.
Наиболее общим показателем пожарной опасности является горючесть материала или вещества, независимо от его агрегатного состояния. Согласно этому показателю, все материалы (вещества) можно разделить на три группы: негорючие, горючие и трудногорючие. Этот показатель характеризуется качественно и количественно. Качественная классификация основывается на способности к горению при воздействии источника зажигания и после его удаления.
Негорючими считаются вещества, неспособные гореть при последовательном нагревании вплоть до температуры 900 ºС. Тем не менее некоторые из них являются пожароопасными. Наиболее распространёнными группами негорючих, но пожароопасных веществ являются следующие:
§ окислители (перманганат калия, азотная кислота, кислород и т. д.);
§ вещества, реагирующие с водой (негашеная известь СаО );
§ вещества, при нагревании которых в закрытых объемах и сосудах происходит повышение давления, например, сжатые и сжиженные газы, а также термически не устойчивые вещества, которые при разложении выделяют газы;
§ вещества, выделяющие горючие газы при реакциях с водой (например, карбид кальция);
§ вещества, способные к взрывчатым превращениям без участия кислорода воздуха.
Трудногорючие вещества при нагревании способны воспламеняться при воздействии источника зажигания, но после его удаления самостоятельно не горят.
Горючие вещества способны самовоспламеняться, самовозгораться и самостоятельно гореть после удаления источника зажигания. Их разделяют на легко- и трудновоспламеняющиеся. Трудногорючие и горючие вещества имеют область воспламенения, характеризуются температурными показателями пожарной опасности, скоростью горения, для их тушения применяются огнетушащие вещества и т. д.
Число и вид показателей для оценки пожароопасных свойств трудногорючих и горючих веществ определяется в зависимости от их агрегатного состояния. У жидкостей и твердых веществ пожароопасных показателей больше, чем у газов. Эти дополнительные показатели, по существу, характеризуют процессы испарения и выделения летучих, а поэтому связаны с температурами при нагревании жидкостей и твердых веществ. Например, для воспламенения и устойчивого горения необходимо, чтобы поверхность жидкости в достаточном количестве «питала» пламя летучими продуктами, а скорость испарения жидкости связана с её температурой, поэтому вводят понятие температуры вспышки и воспламенения. То же относится и к твердым веществам. Вместе с тем для твердых и жидких трудногорючих и горючих веществ и материалов некоторые показатели, применяемые для газов, теряют смысл, так как не могут быть реализованы. Например, понятие верхнего концентрационного предела воспламенения неприменимо для жидкостей, находящихся в открытых резервуарах, твердых горючих − на открытом воздухе. В табл. 4.1 приведены показатели пожаро- и взрывоопасных свойств веществ, принятые в нашей стране. В основу классификации положен принцип деления материалов по агрегатному состоянию.
Для большинства горючих веществ в качестве критериев их пожаро- и взрывоопасных свойств выбирают характеристики, которые дают представление о безопасных условиях их эксплуатации, хранения, транспортировки.
Таблица 4.1
Показатели пожарной безопасности веществ и материалов
| Показатели | Агрегатное состояние вещества | ||
| газ | жидкость | твердое | |
| Группа горючести | + | + | + |
| Температура вспышки | - | + | + |
| Температура воспламенения | - | + | + |
| НКПВ | + | + | + |
| ВКПВ | + | + | - |
| ТПВ | - | + | - |
| Температура самонагревания | - | - | + |
| Температурные условия теплового самовозгорания | - | - | + |
| Минимальная энергия зажигания | + | - | + (пыли) |
| Кислородный индекс | - | + | - |
| Скорость выгорания | - | - | + |
| Коэффициент дымообразования | + | + | + |
| Удельная скорость дымообразования | + | + | + |
| Токсичность продуктов горения | + | + | + |
| Минимальное взрывоопасное содержание кислорода | + | + | + |
| Флегматизирующая концентрация | + | + | + |
Окончание табл. 4.1
Показатели взрывопожароопасности веществ и материалов могут быть определены экспериментальным или расчётным путем. В основу теоретических расчётных методов положены термодинамические параметры веществ: теплоты образования, сгорания, испарения, температуры кипения, а также константы химических реакций в пламени, характеристики диффузионных процессов и параметры теплопередачи. На практике использование перечисленных параметров в расчётных формулах ограничено в связи со сложностью их взаимосвязи с показателями пожарной опасности. Существующие эмпирические методы, как правило, учитывают физико-химические и термодинамические свойства веществ, но вводят упрощающие предложения, так как в большинстве случаев невозможно найти прямой взаимосвязи между этими свойствами и показателями пожарной опасности. Поэтому эмпирические методы не являются точными, а их корректность устанавливается путем сопоставления результатов расчета с данными прямых экспериментов. Так обстоит дело с расчётом концентрационных пределов воспламенения, температурой самовоспламенения, вспышки и т. д.
Расчётные методы определения показателей пожарной опасности позволяют значительно сократить объём эксперимента, выявить недостоверные величины в эксперименте, а также помогают в тех случаях, когда специалисты не располагают соответствующим лабораторным оборудованием.
Для оценки пожароопасных свойств веществ все показатели можно разделить на несколько групп, характеризующих различные этапы и стороны развития и прекращения горения.
Первая группа на основании расчёта или эксперимента решает вопрос о горючести: негорючее, трудногорючее или горючее вещество.
Вторая группа показателей характеризует способность вещества к самовоспламенению и зажиганию от внешних источников: температура самовоспламенения, вспышки, энергия зажигания, температурные условия самовозгорания, кислородный индекс, минимальное взрывоопасное содержание кислорода, значение концентрационных и температурных пределов горения (воспламенения), критический гасящий диаметр и т. д.
В третью группу входят показатели, характеризующие способность вещества к распространению пламени (скорость выгорания и скорость распространения пламени), и показатели, косвенно характеризующие процесс горения (коэффициент дымообразования, удельная скорость дымообразования, токсичность продуктов горения).
Четвертая группа показателей относится к средствам тушения: концентрация флегматизатора, минимальная концентрация средств объёмного тушения, характер взаимодействия с водопенными средствами тушения.
Процесс возникновения горения подразделяется на несколько видов.
Вспышка − быстрое сгорание горючей смеси, не сопровождающееся образованием сжатых газов.
Возгорание − возникновение горения под воздействием источника зажигания. Воспламенение − возгорание, сопровождающееся появлением пламени.
Самовозгорание − явление резкого увеличения скорости экзотермических реакций, приводящее к возникновению горения вещества при отсутствии источника зажигания. Различают несколько видов самовозгорания:
§ химическое – от воздействия на горючие вещества кислорода, воздуха, воды или взаимодействия веществ;
§ микробиологическое − происходит при определенной влажности и температуре в растительных продуктах (самовозгорание зерна);
§ тепловое − вследствие долговременного воздействия незначительных источников тепла.
Самовоспламенение − самовозгорание, сопровождается появлением пламени.
Взрыв − процесс чрезвычайно быстрого, под влиянием внешнего источника воспламенения, химического превращения вещества, сопровождающегося выделением газов и большого количества тепла, нагревающего эти газы до высокой температуры, в результате чего газы совершают работу.
Взрывная способность горючих газов, паров и пыли в воздухе сохраняется в определенных интервалах их концентраций. Существуют нижние и верхние концентрационные и температурные пределы распространения пламени.
Нижний (верхний) концентрационный предел распространения пламени (НКПРП) − минимальное (максимальное) содержание горючего вещества в однородной смеси с окислительной средой, при которой возможно распространение пламени по смеси на любое расстояние от источника зажигания. Невозможность воспламенения горючей смеси при концентрации ниже НКПРП объясняется малым количеством горючего вещества и избытком воздуха. Чем меньше коэффициент избытка воздуха, тем больше скорость горения и выше давление паров при взрыве. Верхний концентрационный предел распространения пламени характеризуется избытком горючего и малым количеством воздуха. Чем ниже нижний концентрационный предел и больше концентрационная область распространения пламени, тем большую пожарную опасность представляют горючие вещества.
В первом случае взрыв не происходит из-за недостатка горючего вещества, во втором − из-за недостатка воздуха (кислорода), необходимого для окисления горючего вещества.
Температура самовоспламенения − характеризует минимальную температуру вещества, при которой происходит резкое увеличение скорости экзотермических реакций, заканчивающееся возникновением пламенного горения.
Температура вспышки ( )− наименьшая температура горючей жидкости, при которой в условиях специальных испытаний над её поверхностью образуются пары, способные вспыхнуть в воздухе при поднесении к ним внешнего источника зажигания (пламени или нагретого до высокой температуры тела). Устойчивое горение при этом не устанавливается вследствие малой скорости испарения горючей жидкости. Температура вспышки показывает, при какой температуре вещество подготовлено к воспламенению и становится огнеопасным в открытом сосуде.
В зависимости от температуры вспышки горючие жидкости подразделяются:
§ на легковоспламеняющиеся (ЛВЖ) с температурой вспышки не свыше 61 °С в закрытом тигле или не свыше 66 °С в открытом тигле;
§ горючие (ГЖ) с температурой вспышки паров выше 61 и 66 °С.
ЛВЖ, в свою очередь, делятся на три группы:
§ особо опасные ЛВЖ − имеющие температуру вспышки от – 18 °С и ниже в закрытом тигле или – 13 °С и ниже – в открытом;
§ постоянно опасные ЛВЖ − имеющие температуру вспышки от
–18 ° до +23 °С в закрытом тигле или от – 13 ° до +27 °С − в открытом;
§ опасные при повышенной температуре ЛВЖ. К данному разряду относятся жидкости с температурой вспышки от +23 ° до +61 °С включительно в закрытом тигле или от +27 ° до +66 °С − в открытом.
Температура воспламенения
(
) − наименьшая температура вещества, при которой в условиях специальных испытаний оно выделяет горючие пары и газы с такой скоростью, что при воздействии на них источника зажигания наблюдается способность воспламениться при поднесении внешнего источника воспламенения. Разница между температурой вспышки и воспламенения для ЛВЖ составляет 1−2 °С, для ГЖ −
до 10−15 °С и более.
Горение сопровождается выделением тепла, продуктов сгорания и свечением. Для устойчивого горения необходимо, чтобы теплообразование при этом процессе было больше теплоотдачи в окружающую среду. Если в результате горения образуются газы, то горение сопровождается пламенем.
Процесс воспламенения горючих газов и жидкостей без поднесения к ним открытого огня, а только под влиянием внешнего воздействия тепла называется самовоспламенением .
Температурные пределы воспламенения − температуры, при которых насыщенные пары вещества образуют в данной окислительной среде концентрации, равные соответственно нижнему и верхнему концентрационным пределам воспламенения жидкостей.
Горючие вещества могут быть в трёх агрегатных состояниях: жидком, твердом и газообразном . Большинство горючих веществ независимо от агрегатного состояния при нагревании образует газообразные продукты, которые при смешении с воздухом, содержащим определенное количество кислорода, образуют горючую среду. Горючая среда может образоваться при тонкодисперсном распылении твердых и жидких веществ. Из горючих газов и пыли образуются горючие смеси при любой температуре, в то время как твердые вещества и жидкости могут образовать горючие смеси только при определённых температурах.
В производственных условиях может иметь место образование смесей горючих газов или паров в любых количественных соотношениях. Однако взрывоопасными эти смеси могут быть только тогда, когда концентрация горючего газа или пара находится между границами воспламеняемых концентраций.
Минимальная концентрация горючих газов и паров в воздухе, при которой они способны загораться и распространять пламя, называется
нижним концентрационным пределом воспламенения (НКПВ).
Максимальная концентрация горючих газов и паров, при которой еще возможно распространение пламени, называется верхним концентрационным пределом воспламенения (ВКПВ).
Указанные пределы зависят от температуры газов и паров: так при увеличении температуры на 100 ºС величина нижних пределов воспламенения уменьшается на 8−10 %, верхних − увеличивается на 12−15 %.
Пожарная опасность вещества тем больше, чем ниже нижний и выше верхний пределы воспламенения и чем ниже температура самовоспламенения.
1. Чем определяются виды горения?
2. Как турбулентность газового потока влияет на процесс горения?
3. Какая величина используется в качестве количественной характеристики процесса горения твердых материалов?
4. Чем определяется критическое условие?
5. Каким образом определяется условие пожарной безопасности при тепловом самовозгорании?
6. Что такое температура вспышки?
Похожая информация.
