БЖД (Иванов ФИБС БТС 8 семестр) / Пожар

11

Параметры, характеризующие горючие свойства жидких и твердых веществ, приведены в табл. 5.

Максимальное давление взрыва – наибольшее давление, развиваю-

щееся при взрыве в замкнутом объеме горючих смесей оптимального состава. Давление взрыва учитывается при расчетах взрывозащищенности промышленных установок, корпусов для взрывозащищенного электрооборудования, а также предохранительных клапанов и разрывных мембран.

Примеры максимального давления взрыва [МПа]: ацетилен – 0.10; аце-

тон – 0.89; бутан – 0.86; водород – 0.74; метан – 0.72.

Минимальная энергия зажигания – наименьшее значение энергии,

характеризующей источник зажигания, способное воспламенить наиболее легковоспламеняющуюся смесь газа, пара или пыли с воздухом. В зависимости от значения этой энергии пожароопасные вещества разделяются на следующие категории:

∙0.3 мДж и более (метан);

∙0.18…0.3 мДж (этан, бутан, бензин);

∙0.06…0.18 мДж (этилен, метанол);

∙<0.06 мДж (водород, ацетилен).

Этот показатель, применительно к энергии электрического разряда, учитывается при проектировании взрывозащищенного электрооборудования, а также при разработке мероприятий для борьбы с электростатическими опасными факторами.

Минимальная огнетушащая концентрация средств объемного ту-

шения – концентрация флегматизатора в смеси с воздухом, обеспечивающая

12

практически мгновенное тушение диффузионного пламени горючего вещества. Этот показатель учитывается при расчетах необходимого объема газообразных огнетушащих средств, который составляет, например, 57 % диоксида углерода или 70 % азота по объему для тушения горения ацетилена, 26 % СО2 или 39 % N2 для тушения метана, 62 % СО2 или 76 % N2 для тушения водорода.

Скорость горения газовоздушных смесей характеризует перемещение фронта пламени относительно негорючего газа. Этот показатель учитывается при определении распространения пожара, при проектировании газовых горелок для обеспечения постоянного ровного пламени.

Примеры показателей скорости горения [м/с]: ацетилен – 1.57; водо-

род – 2.67; метан – 0.338; метанол – 0.572.

Скорость полного сгорания определяется массой горючего вещества, которое сгорает за единицу времени на определенной площади. Учитывается при расчете продолжительности, тепловыделения и температуры пожаров. Скорость, с которой снижается при горении уровень горючей жидкости, со-

ставляет 20 см/ч для ацетона, 24 – для керосина, 30 – для бензина, 15 – для этанола и 12…15 – для нефти.

Скорость нагревания горючей жидкости определяют путем измерения скорости, с которой увеличивается толщина однородно нагретого слоя при температуре, равной точке кипения жидкости. Этот показатель учитыва-

ется при расчете времени, необходимого для тушения пожара. Примеры скорости нагревания [см/ч]: ацетон – 60; бензин – 70; нефть – 25…40.

Тип реакции горящего вещества с огнетушащими средствами на базе воды (водяные струи, распыляемая вода, пена, пар) определяет выбор стратегии пожаротушения, эффективность тушения огня и вероятность осложнений при борьбе с пожаром (вскипание, выбросы, бурные химические реакции).

Особое агрегатное состояние твердых веществ – пыль.

Издавна были замечены взрывные свойства угольной пыли, являвшейся причиной серьезнейших катастроф на шахтах, сопровождавшихся большими разрушениями, пожарами и человеческими жертвами. В дальнейшем, когда возникли механизированные мельницы, элеваторы, сахарные заводы, фабрики чая, какао, производства алюминия, магния, карбида кальция и т. п., обнаружилось, что мелкая, взвешенная в воздухе пыль этих производств, обладает еще бóльшими взрывными свойствами, влекущими в иных случаях взрывы такой большой силы, что на месте завода или фабрики остается лишь груда обломков.

Всякая пыль может рассматриваться как аэрозоль, т. е. взвесь мельчайших частиц твердого вещества в воздухе. Причина ее взрывчатости – огромная поверхность распыленного вещества. Эта поверхность адсорбирует кислород воздуха, который в таком виде получает значительную активность

13

и легко вступает в реакцию с распыленным веществом. Чем меньше размеры частиц пыли, тем однороднее и устойчивее пылевое облако, тем больше в нем адсорбируется кислорода и тем более оно взрывоопасно. Размер частиц

пыли, при котором она становится взрывоопасной, колеблется для разных веществ в пределах от 0.1 до 0.0001 мм.

Непременным условием воспламенения и взрыва пыли является ее нагрев до некоторой температуры, называемой температурой воспламенения, по аналогии с подобными явлениями в газовоздушной среде.

Так же как и для газовоздушных смесей, температура воспламенения характеризует взрывоопасность различных видов пылей (табл. 6).

Второй показатель взрывоопасности пыли – нижний (концентрационный) предел воспламенения (НПВ). Пыль считается взрывоопасной, если

нижний предел воспламенения (концентрация) составляет не более 65 г/м3, и пожароопасной, если НПВ превышает это значение. Если НПВ не превышает 15 г/м3, то пыль относится к наиболее взрывоопасной. Для пылей не существует понятия верхнего концентрационного предела воспламенения. Так как из-за свойств взаимного отталкивания частиц пыли невозможно обеспечить их чрезмерное сближение, при максимально физически достижимых концентрациях пыли ее воспламенение остается возможным.

СПОСОБЫ ОЦЕНКИ ПОЖАРООПАСНОСТИ ВЕЩЕСТВ

Пожароопасность горючих газов оценивается путем определения пределов воспламенения в воздухе, максимального давления взрыва, температуры самовоспламенения, категории смеси по взрывоопасности, типа реакции пожароопасного вещества с огнетушащими средствами на базе воды, минимальной энергии зажигания и содержания кислорода, представляющего взрывоопасность, нормальной скорости горения, максимально безопасного (гасящего) зазора или диаметра.

Пожароопасность горючих жидкостей оценивается путем определения температуры вспышки паров, температуры воспламенения, минимальной огнетушащей концентрации средств объемного тушения, скорости горения и скорости подъема температуры при горении.

14

Пожароопасность горючих твердых веществ оценивается путем определения группы горючести, температур воспламенения и самовоспламенения, типа реакции горючих веществ с огнетушащими средствами на базе воды. Для пористых, волокнистых и сыпучих твердых веществ также определяются температуры самонагревания, тления и самовозгорания. Если твердые вещества порошкообразные и могут образовывать облака пыли, дополнительно определяются такие параметры, как нижний предел воспламенения, максимальное давление взрыва, минимальная энергия, необходимая для зажигания взвеси, и минимальное содержание кислорода, представляющее взрывоопасность.

Для оценки пожароопасности вещества необходимо изучить его свойства и учитывать возможность их изменений со временем и при использовании вещества в определенных условиях. Это особенно важно в тех случаях, когда пожароопасные вещества вступают в контакт с другими активными веществами или в течение продолжительного времени подвергаются тепловым, радиационным или каким-либо другим внешним воздействиям, способным вызвать изменения их физико-химических свойств.

Промышленные и опытные установки, складские помещения и транспортные средства должны проектироваться только после получения данных о пожароопасности горючих веществ, намечаемых к использованию в качестве строительных материалов или в процессе производства.

ПРОЦЕСС ФОРМИРОВАНИЯ ГОРЕНИЯ

В процессе горения молекулы веществ распадаются на атомы (или ионы), которые, соединяясь с кислородом воздуха, образуют новые молекулы. Именно при распаде одних молекул и образовании новых происходит выделение энергии в виде тепла и света. Она распространяется во всех направлениях (внешнее излучение), в том числе и в обратном – к горящему твердому или жидкому веществу (обратное излучение). Обратное излучение способствует дальнейшему испарению молекул (паров) из массы вещества и повышает их температуру до точки самовоспламенения. Одновременно воздух затягивается в пространство, где встречаются пламя и пары.

Вновь образованные пары начинают гореть, создавая новую, усиленную порцию обратного излучения. Это приводит к увеличению количества выделяющихся паров, и в результате начинается так называемая цепная реакция при горении. Затем процесс стабилизируется (скорость испарения равна скорости горения) до тех пор, пока не израсходуется основная часть горючего вещества.

Механика взрыва происходит обычно в следующей последовательности. Сначала воспламеняются и взрываются слои пыли, ближайшие к ис-

15

точнику нагрева. Этот небольшой взрыв – хлопóк, однако, является достаточным, чтобы вызвать возмущение и необходимое перемешивание с воздухом других соседних слоев. При этом тепло, возникшее от первоначального взрыва, подогревает это небольшое облако пыли до необходимой температуры воспламенения. Возникший вследствие этого новый взрыв (уже бóльшей силы) вызывает возмущение следующих слоев осевшей пыли. Новое облако подогревается теплом предшествовавшего взрыва, взрывается само, возмущает следующие слои и т. д., пока пыль во всем объеме помещения не взмоется в воздух и не последует общий взрыв.

Особый физический процесс возникновения горения – самовозгорание. Самовозгорание – это воспламенение горючих веществ, происходящее без внешнего источника зажигания. Здесь нагрев вещества до температуры самовоспламенения происходит в результате внутренних реакций в веществе.

В зависимости от внутреннего импульса различают три основных причины самовозгорания:

1)окисление некоторых веществ кислородом воздуха (порошки алюминия, цинка, титана, белый фосфор, каменный уголь, пропитанный маслом хлопок);

2)различного рода химические реакции. Например, интенсивное выделение тепла происходит в реакции щелочных металлов и их карбидов с водой, марганцово-кислого калия с глицерином;

3)микробиологические процессы в органических веществах (растительные масла, животные жиры, фрезерный торф и пр.).

Обязательное условие самовозгорания – вовлечение в реакции всей массы материала. Чем больше масса, тем легче в ней начинается процесс самонагревания и самовоспламенения.

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ ПОЖАРОВ

Для формирования пожара, как и для любого процесса горения, необходимы три начальных условия:

1)наличие горючего вещества;

2)наличие окислителя;

3)нагрев горючего вещества до температуры самовоспламенения. Однако наличие перечисленных условий не является достаточным для

развития пожара. Необходимо четвертое условие: цепная реакция пожара, т. е. вовлечение в процесс горения новых масс горючих веществ за счет переноса тепловой энергии (теплообмена).

Различают следующие три вида теплообмена: теплопроводность; лучистый теплообмен и конвективный теплообмен.

16

Теплопроводность. Внешнее излучение очага горения не достигает нового объекта из-за каких-либо преград (например, стен). Раскаленная стена нагревается до температуры самовоспламенения горючих материалов с внешней стороны, и пожар распространяется в другое помещение.

Лучистый теплообмен – это перенос тепловой энергии от источника через воздушное пространство.

Конвективный теплообмен осуществляется путем перемещения нагретых веществ, образующихся при горении (дым, горячий воздух, нагретые газы, угольки, сажа). Через вентиляционные трубы, коридоры и прочие воздухопроводы нагретые вещества попадают в другие помещения объекта и способствуют распространению пожара.

ОСОБЫЙ ТИП ГОРЕНИЯ – ВЗРЫВ

Вотличие от обычного процесса горения взрыв – это быстрое преобразование вещества (взрывное горение), при котором кроме выделения энергии образуются сжатые газы, способные производить работу.

Взависимости от характера химических реакций, происходящих при взрыве, различают следующие две группы взрывоопасных веществ:

1) взрывчатые вещества, т. е. вещества простого и сложного разложе-

ния;

2) взрывоопасные вещества, т. е. вещества, сгорающие с окислением извне, например кислородом воздуха.

Впервом случае реакции горения не происходит: молекулы распадаются на свободные радикалы (группы более простых молекул). Так, для взрыва йодистого, хлористого или сернистого азота достаточно легкого сотрясения. Во втором случае опасность взрыва возникает при наличии окислителя и внешнего источника нагрева (источника зажигания).

Взрывоопасные вещества бывают газообразными (метан), парообразными (бензин), твердыми пылевидными (каменный уголь). Взрывоопасность веществ оценивается по их категории и группе.

Категория взрывоопасности зависит от способности данного вещества, заключенного в какой-то негерметизированный объем, содержащий источник зажигания, передать взрыв в окружающую взрывоопасную среду.

Например, электродвигатель постоянного тока работает во взрывоопасной среде. Через воздушные зазоры газ проникает внутрь негерметичного корпуса. При наличии кислорода воздуха и под воздействием искр на коллекторе эта порция газа взрывается. Раскаленные продукты взрыва выходят наружу из корпуса электродвигателя; при этом, проходя через зазоры в корпусе (щели), они охлаждаются. Чем меньше размеры воздушных зазоров при данной толщине оболочки (длине зазора), тем интенсивнее теплоотвод. При

17

данных размерах зазора одни газы охлаждаются до безопасной температуры и не вызывают взрыва окружающей электродвигатель взрывоопасной смеси, другие газы охладиться не успевают и вызывают взрыв.

За нормируемый показатель взрывоопасности газа принят размер (вы-

сота) безопасного экспериментального максимального зазора (БЭМЗ) (при ширине зазора 1 см). Чем меньше безопасный зазор (чем выше категория), тем опаснее газовая смесь (табл. 7).

Группа взрывоопасной смеси зависит от температуры ее самовоспламенения, т. е. такой минимальной температуры нагрева горючего вещества, при которой выделяются пары и газы с такой скоростью, что воспламенение их от источника зажигания вызывает устойчивое горение. Чем выше номер группы, тем опаснее взрывоопасная смесь (табл. 8).

Взрывоопасным смесям присваиваются индексы, состоящие из категории и группы (табл. 9).

Из приведенных примеров видна достаточная сложность описания характеристик взрывоопасных смесей. Например, водород по сравнению с парами бензина оказывается менее опасным по группе, но более опасным по категории.

18

СТРАТЕГИЯ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ПОЖАРОВ

В соответствии с техническим регламентом о требованиях пожарной безопасности (Федеральный закон РФ № 123 от 22 июля 2008 года) исключение условий возникновения пожаров достигается исключением условий образования горючей среды и (или) исключением условий образования в горючей среде (или внесения в нее) источников зажигания.

Исключение условий образования горючей среды должно обеспечи-

ваться одним или несколькими из следующих способов:

1)применение негорючих веществ и материалов;

2)ограничение массы и (или) объема горючих веществ и материалов;

3)использование наиболее безопасных способов размещения горючих веществ и материалов, а также материалов, взаимодействие которых друг с другом приводит к образованию горючей среды;

4)изоляция горючей среды от источников зажигания (применение изолированных отсеков, камер, кабин);

5)поддержание безопасной концентрации в среде окислителя и (или) горючих веществ;

6)понижение концентрации окислителя в горючей среде в защищаемом объеме;

7)поддержание температуры и давления среды, при которых распространение пламени исключается;

8)механизация и автоматизация технологических процессов, связанных с обращением горючих веществ;

9)установка пожароопасного оборудования в отдельных помещениях или на открытых площадках;

10)применение устройств защиты производственного оборудования, исключающих выход горючих веществ в объем помещения, или устройств, исключающих образование в помещении горючей среды;

11)удаление из помещений, технологического оборудования и коммуникаций пожароопасных отходов производства, отложений пыли, пуха.

Исключение условий образования в горючей среде (или внесения в нее) источников зажигания должно достигаться одним или несколькими из следующих способов:

1) применение электрооборудования, соответствующего классу пожароопасной и (или) взрывоопасной зоны, категории и группе взрывоопасной смеси;

19

2)применение в конструкции быстродействующих средств защитного отключения электроустановок и других устройств, приводящих к появлению источников зажигания;

3)применение оборудования и режимов проведения технологического процесса, исключающих образование статического электричества;

4)устройство молниезащиты зданий, сооружений, строений и оборудо-

вания;

5)поддержание безопасной температуры нагрева веществ, материалов

иповерхностей, которые контактируют с горючей средой;

6)применение способов и устройств ограничения энергии искрового разряда в горючей среде до безопасных значений;

7)применение искробезопасного инструмента при работе с легковоспламеняющимися жидкостями и горючими газами;

8)ликвидация условий для теплового, химического и (или) микробиологического самовозгорания обращающихся веществ, материалов и изделий;

9)исключение контакта с воздухом пирофорных веществ;

10)применение устройств, исключающих возможность распространения пламени из одного объема в смежный с ним.

Пожарная безопасность объектов должна обеспечиваться как при их эксплуатации, так и в процессе их изготовления, ремонта или при аварийных ситуациях с ними.

Система обеспечения пожарной безопасности объекта защиты включает в себя систему предотвращения пожара, систему противопожарной защиты, комплекс организационно-технических мероприятий по обеспечению пожарной безопасности.

Она в обязательном порядке должна содержать комплекс мероприятий,

исключающих возможность превышения значений допустимого пожарного риска, установленного техническим регламентом о требованиях пожарной безопасности, и направленных на предотвращение опасности причинения вреда третьим лицам в результате пожара.

Огнестойкость и пожарная опасность зданий, сооружений и строений.

1.В зданиях, сооружениях и строениях должны применяться основные

строительные конструкции с пределами огнестойкости и классами пожарной опасности, соответствующими требуемым степени огнестойкости зданий, сооружений, строений и классу их конструктивной пожарной опасности.

2.Требуемые степень огнестойкости зданий, сооружений, строений и класс их конструктивной пожарной опасности устанавливаются нормативными документами по пожарной безопасности.

20

Ограничение распространения пожара за пределы очага должно обеспечиваться одним или несколькими из следующих способов:

1)устройство противопожарных преград;

2)устройство пожарных отсеков и секций, а также ограничение этажности зданий, сооружений и строений;

3)применение устройств аварийного отключения и переключение установок и коммуникаций при пожаре;

4)применение средств, предотвращающих или ограничивающих разлив и растекание жидкостей при пожаре;

5)применение огнепреграждающих устройств в оборудовании;

6)применение установок пожаротушения.

Пожарная техника в зависимости от назначения и области применения подразделяется на следующие типы:

1)первичные средства пожаротушения;

2)мобильные средства пожаротушения;

3)установки пожаротушения;

4)средства пожарной автоматики;

5)пожарное оборудование;

6)средства индивидуальной защиты и спасения людей при пожаре;

7)пожарный инструмент (механизированный и немеханизированный);

8)пожарные сигнализация, связь и оповещение.

Классификация и область применения первичных средств пожаро-

тушения. Первичные средства пожаротушения предназначены для использования работниками организаций, личным составом подразделений пожарной охраны и иными лицами в целях борьбы с пожарами и подразделяются на следующие типы:

1)переносные и передвижные огнетушители;

2)пожарные краны и средства обеспечения их использования;

3)пожарный инвентарь;

4)покрывала для изоляции очага возгорания.

Способы защиты людей и имущества от воздействия опасных фак-

торов пожара. Защита людей и имущества от воздействия опасных факторов пожара и (или) ограничение последствий их воздействия обеспечиваются одним или несколькими из следующих способов:

1)применение объемно-планировочных решений и средств, обеспечивающих ограничение распространения пожара за пределы очага;

2)устройство эвакуационных путей, удовлетворяющих требованиям безопасной эвакуации людей при пожаре;