Пожарная безопасность. 
Безопасность жизнедеятельности

Цель работы: освоение методов оценки степени взрывопожароопасности веществ и материалов, зон и помещений для обеспечения пожарной безопасности при использовании горючих веществ.

Основные показатели пожарои взрывоопасности веществ и материалов

Пожар — неуправляемый процесс горения, приводящий к большим материальным убыткам и часто к человеческим жертвам. Основа пожара — процесс горения, под которым понимают быстро протекающую химическую реакцию (обычно окислительную), сопровождающуюся выделением тепла и излучением света. Все вещества и материалы по склонности к горению делятся на три группы: негорючие (не тлеют и не обугливаются при наличии мощного источника зажигания), трудно горючие (тлеют и обугливаются только в присутствии мощного источника зажигания) и горючие (способные самостоятельно гореть после удаления источника зажигания). В дальнейшем речь пойдет только о горючих веществах и материалах, которые, в свою очередь, обладают разной способностью к горению. Одни горят плохо (глицерин, минеральные масла и др.), другие — со взрывом (водород, сероуглерод и др.). Склонность веществ к горению зависит от природы горючего вещества, агрегатного состояния, наличия примесей, температуры и давления окружающей среды и т. п. По скорости распространения пламени горение может быть дефлаграционным (простым), когда скорость распространения пламени (U) невелика — U 10 м/с; взрывным — 10 U 100 м/с и детонационным U 100 м/с. Лимитирующей стадией дефлаграционного горения является скорость диффузии окислителя в зону горения, поэтому его называют диффузионным. Лимитирующей стадией взрывного и детонационного горения является скорость химической реакции окисления, и эти виды горения относятся к кинетическому горению. Продуктами полного сгорания являются высшие окислы — диоксид углерода, пары воды, диоксиды серы и азота и др. Продуктами неполного сгорания являются монооксид углерода (угарный газ), альдегиды, кетоны, которые обладают как взрывоопасными, так, в значительной степени, и токсичными свойствами.

Степень взрывопожароопасности веществ и материалов оценивается совокупностью количественных показателей [21,22], среди которых приоритетными являются, температура вспышки (t_всп), температура воспламенения (t_восп.), температура самовоспламенения (t_св), нижний (_н) и верхний (_в) концентрационные пределы распространения пламени и безопасный экспериментальный максимальный зазор (БЭМЗ) и др.

Температура вспышки (t_всп) — это самая низкая температура горючего вещества, при которой в условиях специальных испытаний над его поверхностью образуются пары или газы, способные вспыхивать от источника зажигания, но скорость их образования еще недостаточна для устойчивого горения. Жидкости по температуре вспышки делятся на легковоспламеняющиеся (ЛВЖ) с t_всп 61^оС и горючие жидкости (ГЖ) с t_всп 61^оС. ЛВЖ при обычных условиях взрывопожароопасны, ГЖ — пожароопасны. По степени взрывопожароопасности ЛВЖ, в свою очередь, делятся:

на особоопасные с t_всп. -18^оС;

постоянно опасные с -18 t_всп. 23^оС;

опасные при повышенной температуре с 23 t_всп. 61^оС.

Температура воспламенения (t_восп.) — наименьшая температура вещества, при которой в условиях специальных испытаний вещество выделяет горючие газы и пары с такой скоростью, что после их зажигания возникает устойчивое пламенное горение. Важным показателей, характеризующим степень пожарной опасности жидкостей, является t:

t = t_восп — t_всп. (5.1).

Для ЛВЖ t 58^оС, для ГЖ t 10 100^оС. Чем меньше t, тем опаснее жидкость.

Степень опасности газо-, парои пылевоздушных смесей с окислителем можно оценить по показателям — нижнему (_н) и верхнему (_в) концентрационным пределам распространения пламени. Для газои паровоздушных смесей эти пределы измеряются в объемных процентах, а для пылевоздушных смесей в г/м³, причем в последнем случае используют только _н.

Нижний (_н) и верхний (_в) концентрационные пределы распространения пламени — это соответственно минимальная и максимальная концентрация горючего вещества в смеси с окислительной средой, при которой возможно распространение пламени по смеси на любое расстояние от источника зажигания. Область концентраций между _н и _в называется диапазоном воспламенения. Чем ниже _н и шире диапазон воспламенения, тем опаснее вещество. Все смеси горючих газов и паров ЛВЖ с воздухом — взрывопожароопасны. Пылевоздушные смеси (аэрозоли) взрывопожароопасны, если _н 65 г/м³, причем аэрозоли с _н 15 г/м³ — особовзрывоопасны, а с 15 _н 65 г/м³ — взрывоопасны. Пыли с _н 65 г/м³ — пожароопасны.

Температура самовоспламенения (t_св.) — это самая низкая температура вещества, при которой в условиях специальных испытаний происходит резкое увеличение скорости экзотермических реакций, заканчивающихся пламенным горением. Температура самовоспламенения характеризует степень пожароопасности горючих веществ в различных агрегатных состояниях: газообразном, жидком и пылеобразном (в виде аэрозоля и в виде аэрогеля — осевшая пыль). Чем меньше t_св., тем опаснее вещество. В зависимости от температуры самовоспламенения взрывоопасные смеси газов и паров с воздухом подразделяются на шесть групп, приведенных в табл.5.1. Аналогично устанавливаются температурные классы взрывозащищенного электроборудования по ПУЭ [23], имеющие те же обозначения (см. табл.5.2).

На основании температуры самовоспламенения устанавливают безопасную максимально допустимую температуру нагрева горючего вещества, а также технологического оборудования и трубопроводов, содержащих горючие смеси:

t_без = t_св К_бэ^-1, (5.2).

где К_бэ — коэффициент безопасной эксплуатации взрывоопасных смесей газов и паров с воздухом, значения которого можно найти в литературе [24].

Таблица 5.1.

Группы взрывоопасных смесей газов и паров с воздухом.

На основании t_св. устанавливают предельные температуры нагрева поверхности взрывозащищенного электрооборудования, приведенные в табл. 5.2.

Таблица 5.2.

Температурные классы и предельные температуры нагрева взрывозащищенного электрооборудования.

БЭМЗ — это максимальный зазор между фланцами оболочки, через который не происходит передача взрыва из оболочки в окружающую среду при любой концентрации смеси в воздухе. БЭМЗ измеряют в миллиметрах. Все смеси горючего вещества с окислителем по величине БЭМЗ делятся на категории, приведенные в табл. 5.3.

Таблица 5.3.

Категории взрывоопасных смесей газов и паров с воздухом.

Все перечисленные выше показатели зависят от природы горючего вещества, параметров окружающей среды (температуры, давления) и степени чистоты горючего вещества. Существуют следующие способы их определения:

по справочным данным (только для индивидуальных веществ при стандартных условиях: Р = 1 атм, t = 25^оС) [22].

экспериментальным методом.

расчетным путем.

Некоторые расчетные методы показателей взрывопожароопасности веществ, взятые из литературы [21, 25], приведены ниже.