Пожвровзрывоопасность

Основные сведения о пожаре и взрыве

Пожар — неконтролируемое горение вне специального оча­га, наносящее материальный ущерб и создающее опасность для жизни и здоровья людей.

Горение — окислительный процесс, возникающий при кон­такте горючего вещества, окислителя и источника зажигания.

По скорости распространения пламени горение подразделя­ется на нормальное (дефлаграционное), при котором пламя рас­пространяется со скоростью до нескольких десятков метров в се­кунду; взрывное — при скорости распространения пламени до нескольких сотен метров в секунду и детонационное — при рас­пространении пламени со скоростью до нескольких тысяч мет­ров в секунду.

В процессе реакции горения сгорание веществ может быть полным и неполным.

Концентрацию горючего вещества и окислителя, при кото­рой происходит полное сгорание вещества, называют стехио-метрической.

Расчет стехиометрического содержания горючего вещества для углеводородов осуществляется по формуле:

где (3 = п_с + л_н/4 - «₀/2, а п_с, п_н, п₀ соответственно число атомов углерода (С), водорода (Н) и кислорода (О) в молекуле горюче­го. Например, для реакции сгорания (взрыва) метана СН₄ в воз­духе С_стх в 9,36 % об.

В условиях пожара полного сгорания веществ в воздухе чаще всего не происходит, о чем свидетельствует наличие дыма — дисперсной системы из продуктов горения и воздуха, содержа­щей твердые и жидкие частицы.

Все реакции горения веществ относятся к экзотермическим, т. е. сопровождающимся выделением теплоты. Из-за выделения теплоты реакции горение, возникнув в одной зоне вещества, распространяется на всю массу реагирующих веществ.

В зависимости от агрегатного состояния реагируемых ве­ществ горение бывает гомогенным (однородным), при котором исходные вещества (горючее и окислитель) находятся в газо- или парообразном состоянии, и гетерогенным {неоднородным), при котором одно из веществ (обычно горючее) находится в твердом или жидком состоянии, а другое (обычно окислитель) — в газо­образном.

Процесс возникновения горения подразделяется на несколь­ко видов: вспышка, возгорание, воспламенение, самовозгорание, самовоспламенение, взрыв и детонация. Кроме того, существуют и особые виды горения: тление и холоднопламенное горение.

Вспышка — процесс мгновенного сгорания паров легковос­пламеняющихся и горючих жидкостей, вызванный непосредст­венным воздействием источника воспламенения.

Возгорание — явление возникновения горения под действием источника зажигания.

Воспламенение — возгорание, сопровождающееся появлением пламени. При этом вся остальная масса горючего вещества оста­ется относительно холодной.

Самовозгорание — явление резкого увеличения скорости эк­зотермических реакций в веществе, приводящее к возникнове­нию горения при отсутствии источника зажигания.

Самовоспламенение — это самовозгорание, сопровождающее­ся появлением пламени.

В производственных условиях могут самовозгораться древес­ные опилки, промасленная ветошь. Самовоспламеняться может бензин, керосин.

Взрыв — быстрое химическое превращение вещества (взрыв­ное горение), сопровождающееся выделением энергии и образо­ванием сжатых газов, способных производить механическую ра­боту.

При детонации передача энергии от слоя к слою смеси осу­ществляется не за счет теплопроводности, а распространением ударной волны. Давление в детонационной волне значительно выше давления при взрыве, что приводит к сильным разруше­ниям.

Тление — беспламенное горение твердого вещества, поверх­ность которого раскалена и излучает свет и тепло. Тление сопро­вождается термическим разложением горючего вещества и обильным выделением горючих газов и парообразных продук­тов, которые свободно рассеиваются в атмосфере. Тление твер­дого вещества возможно при недостатке кислорода в зоне горе­ния, при недостатке выделяющейся в зоне теплоты, при очень

быстром отводе выделяющейся теплоты из зоны возникшей ре­акции горения.

Холоднопламенное горение — основная форма нетеплового са­моускоряющегося режима реакции, которая при этом остается незавершенной, т. к. не вся химическая энергия реагирующей смеси расходуется на разогрев продуктов реакции.

Для оценки пожаро- и взрывоопасное™ производств необ­ходимо знать показатели пожаро- и взрывоопасное™ веществ, используемых в производственных процессах.

Горючие вещества, применяемые в производстве, подразде­ляются на:

• газообразные — вещества, абсолютное давление паров ко­торых при температуре 50 °С равно или выше 300 кПа;

• жидкие — вещества с температурой плавления не более 50 °С;

• твердые — вещества с температурой плавления, превы­шающей 50 °С;

• пыли — размельченные твердые вещества с размером час­тиц менее 850 мкм.

Горючесть — это способность вещества или материала к го­рению под воздействием источника зажигания.

По горючести (возгораемости) материалы подразделяются на три группы:

• негорючие (несгораемые),

• трудногорючие (трудносгораемые);

• горючие (сгораемые).

Принято считать негорючими такие материалы, которые не горят, не тлеют и не обугливаются под воздействием открытого пламени или высокой температуры.

Трудногорючие материалы — материалы, которые загораются и горят только при воздействии на них открытого огня.

Горючие материалы — материалы, горение которых продол­жается после удаления источника огня, которым они были подо­жжены.

Горючие материалы и вещества подразделяются на:

• легковоспламеняющиеся вещества и материалы, которые
способны воспламеняться от кратковременного (до 30 с)

•воздействия источника зажигания с низкой энергией (пла­мя спички, искра, тлеющая сигарета и т. п.);

• вещества средней воспламеняемости, которые воспламеня­ются от длительного воздействия источника зажигания с низкой температурой;

• трудновоспламеняющиеся вещества, которые способны вос­пламеняться только под действием мощного источника за­жигания.

К легковоспламеняемым веществам относятся прежде всего горючие жидкости (ЛВЖ — легковоспламеняемые жидкости). ЛВЖ — горючие жидкости с температурой вспышки в закрытом тигле не выше 61 °С или в открытом тигле не выше 66 °С.

К горючим жидкостям (ГЖ) относятся такие, которые спо­собны самостоятельно гореть после удаления источника зажига­ния, но имеют температуру вспышки выше 61 °С в закрытом тигле.

Температура вспышки — наименьшая температура горючего вещества, при которой образовавшиеся над его поверхностью пары и газы способны вспыхивать в воздухе от источника зажи­гания, однако скорость образования паров или газов еще недос­таточна для поддержания устойчивого горения.

Температура вспышки является одним из критериев, по ко­торому устанавливают безопасные способы хранения, транспор­тирования и применения веществ.

Ацетон имеет температуру вспышки -18 °С, разные сорта бензина от -39 до -17 "С, керосин +40 "С, масло трансформатор­ное +147 "С.

Основными показателями взрыво- и пожароопасности твер­дых и жидких веществ являются температура воспламенения и самовоспламенения.

Температура воспламенения — наименьшая температура ве­щества, при которой вещество выделяет горючие пары и газы с такой скоростью, что после их зажигания начинается устойчивое горение.

Температуру воспламенения применяют для установления группы горючести веществ, оценки пожарной опасности обору­дования и технологических процессов, связанных с переработ­кой горючих веществ.

Для ЛВЖ температура воспламенения отличается от темпе­ратуры вспышки на 1...5 °С, для других веществ — на 20 °С и более.

Температура самовоспламенения — самая низкая температура вещества, при которой происходит резкое увеличение скорости экзотермической реакции, заканчивающейся пламенным горе­нием.

Температура самовоспламенения газов и паров горючих жид­костей находится в пределах 250...700 °С; для твердых веществ (цинка, магния, алюминия) — 450...800 °С; дерева, каменного угля, торфа — 250...450 °С.

В зависимости от температуры самовоспламенения разли­чают:

• горючие вещества, имеющие температуру самовоспламе­нения выше температуры окружающей среды;

• горючие вещества, имеющие температуру самовоспламе­нения равную температуре окружающей среды;

• горючие вещества, имеющие температуру самовоспламе­нения ниже температуры окружающей среды.

Последние вещества называют самовозгорающимися, т. к. они могут загораться без внесения тепла извне и представляют собой большую опасность.

Самовозгорающиеся вещества подразделяют на три группы:

• вещества, способные самовозгораться от воздействия воз­духа (например, растительные масла и животные жиры, бурый и каменный уголь, торф, обтирочные концы, дре­весные опилки и т. п.);

• вещества, подверженные самовозгоранию при действии на них воды (например, карбид кальция, карбиды щелочных металлов, металлические калий и натрий и др.);

• вещества, самовозгорающиеся в результате смешения друг с другом; в эту группу входят различные газообразные, жидкие и твердые окислители (галлоиды — хлор, бром; ацетилен, водород, метан и этилен в смеси с хлором само­возгораются).

Основными показателями пожаро- и взрывоопасное™ горю­чих газов и паров являются нижний и верхний концентрацион­ные пределы воспламенения (взрываемое™), выраженные в объ­емной доле компонента в смеси (%) или в массовых концентра­циях (мг/м³).

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

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

Область смесей горючих газов и паров с воздухом, лежащих между нижним и верхним концентрационными пределами вос­пламенения, называется областью воспламенения.

Нижнему и верхнему концентрационным пределам соответ­ствуют нижний и верхний температурные пределы.

Температурные пределы воспламенения паров — это такие тем­пературы вещества, при которых его насыщенные пары образу­ют в окислительной среде концентрации, равные соответственно НПВ и ВПВ, и называются соответственно нижним (НТПВ) и верхним (ВТПВ) температурными пределами воспламенения.

При определении степени опасности пыли, находящейся во взвешенном состоянии в производственном помещении, необ­ходимо учитывать в первую очередь ее способность образовы­вать с воздухом (кислородом) взрывоопасные смеси, а также чувствительность таких смесей к различным источникам вос­пламенения. Пыль, осевшая на поверхностях различных пред­метов, может взрываться только после ее перехода во взвешен­ное состояние (аэрозоль). Для начала ее горения или взрыва не­обходим источник зажигания. В осевшем состоянии степень пожаровзрывопасности пыли определяется возможностью ее са­мовозгорания.

Основные причины и источники пожаров и взрывов. Основные причины пожаров на предприятиях: нарушение технологическо­го режима — 33 %; неисправность электроустановок —16 %; са­мовозгорание промасленной ветоши и других материалов, склонных к самовозгоранию, — 10 %.

Открытое пламя и искры наиболее часто являются источни­ком зажигания различной горячей среды (открытое пламя и ис­кры возникают при сварке, резке металлов, заточке инструмен­та, зачистке швов и целом ряде других технологических процес­сов). Наиболее частой причиной пожара из-за неисправности электроустановок являются: короткие замыкания, особенно с образованием электрической дуги; перегрузка электрической сети в результате подключения потребителей (машин, оборудо­вания и т. д.) повышенной мощности, на которую не рассчитана электрическая сеть. Причиной пожара могут быть разряды ста­тического электричества, а также разряды молнии.

Опасные факторы пожара. Независимо от причин пожар ха­рактеризуется рядом опасных факторов, воздействующих на лю­дей и материальные ценности в условиях производства.

Опасный фактор пожара (ОФП)— фактор пожара, воздейст­вие которого приводит к травме, отравлению или гибели чело­века, а также к материальному ущербу. К ОФП относятся сле­дующие:

• открытое пламя и искры;

• повышенная температура окружающей среды;

• токсичные продукты горения;

• дым;

• пониженная концентрация кислорода;

• последствия разрушения и повреждения объекта;

• опасные факторы, проявляющиеся в результате взрыва (ударная волна, пламя, обрушение конструкций и разлет осколков, образование вредных веществ с концентрацией в воздухе существенно выше ПДК).

Пламя чаще всего поражает открытые части тела. Очень опасны ожоги, получаемые от горящей одежды, которую трудно потушить и сбросить. Особенно легко воспламеняется одежда из синтетических тканей. Температурный порог жизнеспособности тканей человека составляет около 45 "С.

Повышенная температура окружающей среды, поверхностей предметов нарушает тепловой режим тела человека, вызывает перегрев, ухудшение самочувствия из-за интенсивного выведе­ния необходимых организму солей, нарушения ритма дыхания, деятельности сердца и сосудов. Необходимо избегать длительно­го облучения инфракрасными лучами интенсивностью около 540 Вт/м² и кратковременного облучения с интенсивностью 1050 Вт/м². Температура тела человека в зоне облучения при по­жаре не должна превышать 39...40 °С, т. к. при этом возникает опасность теплового удара, а при 60...70 °С в организме человека происходят необратимые изменения, которые могут привести к смерти.

Токсичные продукты горения. Состав продуктов сгорания за­висит от состава горящего вещества и условий, при которых происходит его горение. При горении прежде всего выделяется большое количество оксида углерода (СО), углекислого газа (СО₂), оксидов азота (NO_X), которые заполняют объем помеще­ния, в котором происходит горение, и создают опасные для жиз­ни человека концентрации. Концентрация СО может достигать

10 % от объема помещения, в то время как при 1 % объемной концентрации человек теряет сознание, а затем может наступить смерть. Концентрация углекислого газа СО₂ более 3...4 % стано­вится опасной при вдыхании воздуха с такой концентрацией бо­лее получаса. Концентрация углекислого газа в 8... 10 % вызывает быструю потерю сознания и смертельный исход.

Однако в продуктах сгорания могут быть и значительно бо­лее токсичные вещества, например цианистый водород (HCN) и др. Наиболее опасны продукты сгорания различных синтетиче­ских веществ, пластмасс.

Дым, выделяющийся при пожаре, очень разнообразен по своему составу и свойствам. По цвету он может быть белым, се­рым, черным и представляет собой аэрозоль, состоящий из мельчайших твердых частиц, находящихся во взвешенном со­стоянии в продуктах сгорания. В дыме содержатся раздражаю­щие и токсичные вещества, дым снижает видимость, в результа­те чего теряется ориентация человека в помещении и усложня­ются условия эвакуации.

Недостаток кислорода. Нормальное содержание кислорода в атмосферном воздухе примерно 21 % по объему. При пожаре ат­мосферный кислород расходуется как окислитель в окислитель­ной реакции горения, и его концентрация в помещении резко снижается. Человек теряет сознание при концентрации кислоро­да примерно 18 % по объему, возникает удушье. Практика пока­зывает, что наибольшее количество людей погибает при пожарах не от прямого воздействия огня, а от удушья, связанного с не­достатком кислорода, и от отравления токсичными продуктами сгорания.

Обрушение и разрушение несущих конструкций здания. При воздействии высоких температур, возникающих в очаге пожара, несущие конструкции здания теряют свою механическую проч­ность, и происходит их обрушение. Это приводит к гибели лю­дей и большим материальным потерям.

Взрыв приводит к быстрому обрушению конструкции. Чело­век может быть также поражен ударной волной, разлетающими­ся осколками и элементами конструкций.

Таким образом, пожары наносят большой материальный и моральный ущерб, ведут к разрушению промышленных зданий, гибели людей.

Категорирование помещений и зданий по степени взрывопо-жарной опасности. Согласно НПБ 105—95, предусматривается категорирование промышленных и складских помещении, зда­ний и сооружений по взрывопожарной и пожарной опасности. Категории помещений и зданий определяются по табл. 2.16.

Таблица 2.16. Категории помещений по взрывопожарной опасности

Категорирование помещений и зданий применяется для ус­тановления нормативных требований по обеспечению взрывопо­жарной и пожарной безопасности.

Категории помещений определяются путем последователь­ной проверки принадлежности помещения к категориям от выс­шей (А) к низшей (Д).

Категория самого здания определяется согласно следующим рекомендациям:

• здание относится к категории А, если в нем суммарная пло­щадь помещений категории А превышает 5 % всех помеще­ний или 200 м². В случае оборудования помещений установ­ками автоматического пожаротушения допускается не относить к категории А здания и сооружения, в которых доля помещений категории А менее 25 % (но не более 1000 м²);

• к категории Б относятся здания и сооружения, если они не относятся к категории А и суммарная площадь помеще­ний категорий А и Б превышает 5 % суммарной площади всех помещений или 200 м². Допускается не относить зда­ние к категории В, если суммарная площадь помещений категории А и Б в здании не превышает 25 % суммарной площади всех размещенных в нем помещений (но не более 1000 м²) и эти помещения оборудуются установками авто­матического пожаротушения;

• здание относится к категории В, если оно не относится к категории А или Б и суммарная площадь помещений кате­гории А, Б и В превышает 5 % (10 %, если в здании отсут­ствуют помещения категорий А и Б) суммарной площади всех помещений. В случае оборудования помещений кате­гории А, Б и В установками автоматического пожаротуше­ния допускается не относить здание к категории В, если суммарная площадь помещений категорий А, Б и В не превышает 25 % (но не более 3500 м²) суммарной площади всех размещенных в нем помещений;

• если здание не относится к категориям А, Б и В и суммар­ная площадь помещений А, Б, В и Г превышает 5 % сум­марной площади всех помещений, то здание относится к категории Г. Допускается не относить здание к катего­рии Г, если суммарная площадь помещений категорий А, Б, В и Г в здании не превышает 25 % суммарной площади всех размещенных в нем помещений (но не более 5000 м²), а помещения категорий А, Б, В и Г оборудуются установ­ками автоматического пожаротушения;

• здания, не отнесенные к категориям А, Б, В и Г, относят к категории Д.

На объектах категорий В, Г и Д возникновение отдельных пожаров будет зависеть от степени огнестойкости зданий, а об­разование сплошных пожаров — от плотности застройки.