Пожарная и взрывная опасность веществ

Пожар — неконтролируемое горение вне специального очага, наносящее материальный ущерб [14].

Взрыв — быстрое превращение вещества (взрывное горение), сопровождающееся выделением энергии и образованием сжатых газов, способных производить работу [15].

При определении пожаро- и взрывоопасности веществ и материалов различают [16]:

газы — вещества, давление насыщенных паров которых при температуре 25 °С превышает 101,3 кПа;

жидкости — вещества, давление насыщенных паров которых при температуре 25 °С меньше 101,3 кПа;

твердые вещества и материалы — индивидуальные вещества и их смесевые композиции с температурой плавления или каплепадения больше 50 °С, а также вещества, не имеющие температуры плавления (например, древесина, ткани и т.п.);

пыли — диспергированные твердые вещества и материалы с размером частиц менее 850 мкм.

Основными показателями пожаро- и взрывоопасности веществ являются: группа горючести вещества; температуры вспышки, воспламенения, самовоспламенения, самонагревания и тления; концентрационные и температурные пределы распространения пламени (воспламенения) и др.

Группа горючести — классификационная характеристика способности веществ и материалов к горению.

Горение — экзотермическая реакция, протекающая в условиях ее прогрессивного самоускорения.

По горючести вещества и материалы подразделяют на три группы:

негорючие (несгораемые) — вещества и материалы, не способные к горению в воздухе. Негорючие вещества могут быть пожаро- и взрывоопасными (например, окислители или вещества, выделяющие горючие продукты при взаимодействии с водой, кислородом воздуха или друг с другом);

трудногорючие (трудносгораемые) — вещества и материалы, способные гореть в воздухе при воздействии источника зажигания, но не способные самостоятельно гореть после его удаления;

горючие (сгораемые) — вещества и материалы, способные самовозгораться, а также возгораться при воздействии источника зажигания и самостоятельно гореть после его удаления.

Температура вспышки — наименьшая температура конденсированного вещества, при которой в условиях специальных испытаний над его поверхностью образуются пары, способные вспыхивать в воздухе от источника зажигания; устойчивое горение при этом не возникает.

Вспышка — быстрое сгорание паро- и газовоздушной смеси над поверхностью горючего вещества, сопровождающееся кратковременным видимым свечением. Горючие жидкости с температурой вспышки не более 61 °С в закрытом тигле или 66 °С в открытом тигле, зафлегматизированные смеси, не имеющие вспышки в закрытом тигле, относят к легковоспламеняющимся. Особо опасными называют легковоспламеняющиеся жидкости с температурой вспышки не более 28 °С. Температура вспышки t_всп служит для оценки пожаро- и взрывоопасности в основном горючих жидкостей. Однако некоторые твердые вещества (камфара, нафталин, фосфор и др.), заметно испаряющиеся при относительно невысоких температурах, также могут оцениваться в отношении пожаро- и взрывоопасности температурой вспышки.

Значения t_всп некоторых сгораемых жидкостей приведены в табл. 6.16.

Таблица 6.16.

Показатели пожарной опасности некоторых паро- и газовоздушных смесей[14, 17]

¹При атмосферном давлении и температуре 20 °С.

Температура вспышки определяется экспериментально, однако приближенные ее значения могут быть вычислены по эмпирическим формулам.

Например, располагая значением температуры кипения жидкости Т_K, можно вычислить T_BCП из выражения

T_ВСП= 0,736T_К .

Температура воспламенения — наименьшая температура вещества, при которой в условиях специальных испытаний вещество выделяет горючие пары и газы с такой скоростью, что при воздействии на них источника зажигания наблюдается воспламенение.

Воспламенение — пламенное горение вещества, инициированное источником зажигания и продолжающееся после его удаления.

Температура воспламенения t_вос характеризует способность вещества к самостоятельному горению. Она используется для установления степени горючести и пожаро- и взрывоопасности жидкостей, твердых веществ и осевших пылей (аэрогелей).

Для легковоспламеняющихся жидкостей (ЛВЖ) t_вос выше температуры вспышки на 1—5 °С, а для горючих жидкостей (ГЖ) — на 30—35 °С. Она реже применяется для оценки пожаро- и взрывоопасности жидкостей, чем t_вoс. Для большинства твердых веществ t_вoс лежит в пределах 50—600 °С [17].

Температура самовоспламенения — наименьшая температура окружающей среды, при которой в условиях специальных испытаний наблюдается самовоспламенение вещества.

Самовоспламенение — резкое увеличение скорости экзотермических объемных реакций, сопровождающихся пламенным горением и (или) взрывом.

Температура самовоспламенения t_св используется для оценки пожаро- и взрывоопасности всех горючих веществ — газообразных, жидких, твердых и пылеобразных. Она зависит от ряда факторов, в том числе от соотношения между горючим компонентом смеси и воздухом. Для большинства веществ t_св соответствует составу смеси, близкому к стехиометрическому.

Для смеси, состоящей из паров двух или более жидкостей, t_св ниже средней арифметической температуры самовоспламенения отдельных жидкостей. Температура самовоспламенения твердых веществ зависит от количества выделяющихся продуктов и степени измельченности вещества.

Температура самонагревания — самая низкая температура вещества, при которой в нем возникают практически различимые экзотермические процессы.

Температура самонагревания t_сн характеризует склонность веществ к самовозгоранию и используется для определения безопасных пределов их нагрева. По ГОСТ 12.1.044-84 безопасной температурой длительного нагрева вещества является температура, не превышающая 90 % его температуры самонагревания.

Повышение температуры вещества до t_сн| может происходить под воздействием внешнего источника теплоты, а также физических и биологических процессов в веществе (адсорбции газов и паров, окисления, разложения, жизнедеятельности микроорганизмов и т.п.).

Температура тления — температура вещества, при которой происходит резкое увеличение скорости экзотермических реакций окисления, заканчивающихся возникновением тления [16].

Тление — беспламенное горение твердого вещества (материала) при сравнительно низких температурах (400—600 °С), часто сопровождающееся выделением дыма.

Температуру тления t_т учитывают при разработке мероприятий по обеспечению пожарной безопасности технологических процессов с применением твердых горючих веществ и пылей, а также при экспертизах причин пожаров. Тлеющая пыль является весьма пожароопасной, так как при встряхивании тлеющей массы пыль мгновенно воспламеняется и может произойти взрыв.

Концентрационные пределы распространения пламени (воспламенения). Нижний (верхний) концентрационный предел φ_н (φ_в) распространения пламени — минимальное (максимальное) содержание горючего вещества в однородной смеси с окислительной средой, при котором возможно распространение пламени по смеси на любое расстояние от источника зажигания.

Концентрационные пределы распространения пламени (воспламенения) газо- и паровоздушной взрывоопасной смеси выражают, как правило, отношением (в процентах) объема газов или паров, содержащихся в смеси с воздухом, к объему этой смеси (см. табл. 6.16), а иногда отношением массы газов или паров к объему смеси (г/м³). Пределы воспламенения аэрозолей оценивают только в граммах на кубический метр (г/м³).

Нижние пределы распространения пламени большинства пылей составляют 2,5—32 г/м³. Такая концентрация соответствует высокой запыленности воздуха, при которой предметы трудно различить на расстоянии 1—2 м. Верхние пределы взрываемости пыли весьма велики, например для торфяной пыли верхний предел составляет 2200, для пыли бурого угля 4200 г/м³ . Такая запыленность внутри помещения практически недостижима, она возможна лишь в устройствах пневмотранспорта горючих пылей, в закрытых материалопроводах, размольных машинах и т.п.

Концентрационные пределы распространения пламени веществ определяют экспериментальным путем по ГОСТ 12.1.044-89.

Температурные пределы распространения пламени — такие температуры вещества, при которых его насыщенный пар образует в окислительной среде концентрации, равные соответственно нижнему (нижний температурный предел) и верхнему (верхний температурный предел) концентрационным пределам распространения пламени.

Значения температурных пределов распространения пламени следует учитывать при разработке мероприятий по обеспечению пожаро- и взрывобезопасности объекта в соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.004 и ГОСТ 12.1.010.

Между температурными и концентрационными пределами воспламенения существует связь, которая выражается следующим уравнением, позволяющим вычислять температурные пределы воспламенения по известным значениям концентрационных пределов и наоборот:

где р — парциальное давление насыщенного пара при температуре, равной температурному пределу воспламенения вещества (нижнему или верхнему) в воздухе при общем давлении р_об ,Па; φ_п — концентрационный предел воспламенения вещества (соответственно нижний или верхний) в воздухе при тех же значениях температуры и давления, объемные доли, %.