Основные показатели пожаровзрывоопасности веществ и материалов

Вещества, способные самостоятельно гореть после удаления источника зажигания, называются горючими, в отличие от веществ, которые на воздухе не горят и называются негорючими.

По степени горючести вещества делятся на горючие (сгораемые), трудногорючие (трудносгораемые) и негорючие (несгораемые).

Горючие вещества могут быть в трех 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.

1. Горючие газы (ГГ) — вещества, способные образовывать с воздухом воспламеняемые и взрывоопасные смеси при температурах не выше 50 °C. К горючим газам относятся индивидуальные вещества: аммиак, ацетилен, бутадиен, бутан, бутилацетат, водород, винилхлорид, изобутан, изобутилен, метан, окись углерода, пропан, пропилен, сероводород, формальдегид, а также пары легковоспламеняющихся и горючих жидкостей.

Следует отметить, что многие вещества, образующие с воздухом взрывоопасную смесь, одновременно являются и токсичными, что определяет их двойную опасность: аммиак, дихлорэтан, метил хлористый, метилмеркаптан, метилтрихлорсилан, окись углерода, окись этилена, сероводород, сероуглерод, толуол, этилмеркаптан, этил хлористый и др.

• 2. Легковоспламеняющиеся жидкости (ЛВЖ) — вещества с температурой вспышки не выше 61 °C (в закрытом тигле) или 66 °C (в открытом), способные воспламеняться от кратковременного (не более 30 с) воздействия источника зажигания с низкой энергией (пламени спички, искры, тлеющей сигареты и т. д.) и самостоятельно гореть после удаления источника зажигания. К таким жидкостям относятся индивидуальные вещества: ацетон, бензол, гексан, гептан, диметилфорамид, дифтордихлорметан, изопентан, изопропилбензол, ксилол, метиловый спирт, сероуглерод, стирол, уксусная кислота, хлорбензол, циклогексан, этилацетат, этилбензол, этиловый спирт, а также смеси и технические продукты: бензин, дизельное топливо, керосин, уайтспирт, растворители.
• 3. Горючие жидкости (ГЖ) — вещества, способные самостоятельно гореть после удаления источника зажигания и имеющие температуру вспышки выше 61 °C (в закрытом тигле) или 66 °C (в открытом). К горючим жидкостям относятся следующие индивидуальные вещества: анилин, гексадекан, гексиловый спирт, глицерин, этиленгликоль, а также смеси и технические продукты, например, масла: трансформаторное, вазелиновое, касторовое.
• 4. Горючие пыли (ГП) — твердые вещества, находящиеся в мелкодисперсном состоянии (частицы размером менее 850 мкм). Осевшая на стенах, потолке, поверхностях оборудования пыль (аэрогель) пожароопасна. Горючая пыль, у которой нижний концентрационный предел воспламенения не превышает 65 г/м3, находящаяся в воздухе (аэрозоль), способна образовывать с ним взрывчатые смеси: мука древесная, пробковая; пыль угольная, эпоксидная, сахарная, крахмальная, мучная, серная и др.
• 5. Взрывоопасное вещество (ВВ) — вещество, способное к взрыву или детонации без участия кислорода в воздухе.

Из горючих газов и пыли горючие смеси образуются при любой температуре, в то время как твердые вещества и жидкости могут образовать горючие смеси только при определенных 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.

Горючие пыли по степени взрывои пожароопасности делятся на четыре класса:

• 1-й класс — наиболее взрывоопасные — аэрозоли, имеющие нижний концентрационный предел воспламенения (взрываемости) (НКПВ) до 15 г/м3 (сера, нафталин, канифоль, пыль мельничная, торфяная, эбонитовая).
• 2-й класс — взрывоопасные — аэрозоли, имеющие величину НКПВ от 15 до 65 г/м3 (алюминиевый порошок, лигнин, пыль мучная, сенная, сланцевая).
• 3-й класс — наиболее пожароопасные — аэрогели, имеющие величину НКПВ больше 65 г/м3 и температуру самовоспламенения до 250 °C (табачная, элеваторная пыль).
• 4-й класс — пожароопасные — аэрогели, имеющие величину НКПВ больше 65 г/м3 и температуру самовоспламенения больше 250 °C (древесные опилки, цинковая пыль).

Основными показателями пожарной опасности являются температура самовоспламенения и концентрационные пределы воспламенения.

Температура самовоспламенения характеризует минимальную температуру вещества, при которой происходит резкое увеличение скорости экзотермических реакций, заканчивающееся возникновением пламенного горения.

Температура вспышки — самая низкая (в условиях специальных испытаний) температура горючего вещества, при которой над поверхностью образуются пары и газы, способные вспыхивать в воздухе от источника зажигания, но скорость их образования еще недостаточна для последующего горения.

По этой характеристике горючие жидкости делятся на 2 класса:

• 1) жидкости с tвсп < 61 °C (бензин, этиловый спирт, ацетон, нитроэмали и т. д.) — легковоспламеняющиеся жидкости (ЛВЖ);
• 2) жидкости с tвсп >61 °C (масло, мазут, формалин и др.) — горючие жидкости (ГЖ).

Температура воспламенения — температура горения вещества, при которой оно выделяет горючие пары и газы с такой скоростью, что после воспламенения их от источника зажигания возникает устойчивое горение.

Температурные пределы воспламенения — температуры, при которых насыщенные пары вещества образуют в данной окислительной среде концентрации, равные соответственно нижнему и верхнему концентрационным пределам воспламенения жидкостей.

Минимальная концентрация горючих газов и паров в воздухе, при которой они способны загораться и распространять пламя, называется нижним концентрационным пределом воспламенения.

Максимальная концентрация горючих газов и паров, при которой еще возможно распространение пламени, называется верхним концентрационным пределом воспламенения.

Указанные пределы зависят от температуры газов и паров: при увеличении температуры на 100 °C величины нижних пределов воспламенения уменьшаются на 8−10%, верхних — увеличиваются на 12−15%.

Пожарная опасность вещества тем больше, чем ниже нижний и выше верхний пределы воспламенения и чем ниже температура самовоспламенения.

Пыли горючих и некоторых не горючих веществ (например, алюминий, цинк) могут в смеси с воздухом образовать горючие концентрации.

Наибольшую опасность по взрыву представляет взвешенная в воздухе пыль. Однако и осевшая на конструкциях пыль представляет опасность не только с точки зрения возникновения пожара, но и вторичного взрыва, вызываемого в результате взвихривания пыли при первичном взрыве.

Минимальная концентрация пыли в воздухе, при которой происходит ее загорание, называется нижним пределом воспламенения пыли.

Поскольку достижение очень больших концентраций пыли во взвешенном состоянии практически нереально, термин «верхний предел воспламенения» к пылям не применяется.

Воспламенение жидкости может произойти только в том случае, если над ее поверхностью имеется смесь паров с воздухом в определенном количественном соотношении, соответствующем нижнему температурному пределу воспламенения.

Аэрозоль способен взрываться при размерах твердых частиц менее 76 мкм.

Верхние пределы взрываемости пыли весьма велики и внутри помещений практически трудно достижимы, поэтому они не представляют интереса. Например, ВКПВ пыли сахара составляет 13,5 кг/м3.