Методички / Пожарная безопасность

11

Параметры, характеризующие горючие свойства жидких и твердых ве- ществ, приведены в табл. 5.

Максимальное давление взрыва – наибольшее давление, развиваю-

щееся при взрыве в замкнутом объеме горючих смесей оптимального соста- ва. Давление взрыва учитывается при расчетах взрывозащищенности про- мышленных установок, корпусов для взрывозащищенного электрооборудо- вания, 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 зависимо- сти от значения этой энергии пожароопасные вещества разделяются на сле- дующие 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 веще- ства. Этот показатель учитывается при расчетах необходимого объема газо- образных огнетушащих средств, который составляет, например, 57 % диок- сида углерода или 70 % азота по объему для тушения горения ацетилена, 26 % СО2 или 39 % N2 для тушения метана, 62 % СО2 или 76 % N2 для туше- ния водорода.

Скорость горения газовоздушных смесей характеризует перемещение фронта пламени относительно негорючего газа. Этот показатель учитывается при определении распространения пожара, при проектировании газовых го- релок 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 измере- ния 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 ско- рости 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 страте- гии 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, являвшей- ся причиной серьезнейших катастроф на шахтах, сопровождавшихся боль- шими 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, об- ладает 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 мель- чайших 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 воспламене- ния, 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 (концентраци- онный) 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 суще- ствует понятия верхнего концентрационного предела воспламенения. Так как из-за свойств взаимного отталкивания частиц пыли невозможно обеспечить их чрезмерное сближение, при максимально физически достижимых концен- трациях пыли ее воспламенение остается возможным.

СПОСОБЫ ОЦЕНКИ ПОЖАРООПАСНОСТИ ВЕЩЕСТВ

Пожароопасность горючих газов оценивается путем определения пре- делов воспламенения в воздухе, максимального давления взрыва, температу- ры самовоспламенения, категории смеси по взрывоопасности, типа реакции пожароопасного вещества с огнетушащими средствами на базе воды, мини- мальной 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 ог- нетушащей концентрации средств объемного тушения, скорости горения и скорости подъема температуры при горении.

14

Пожароопасность горючих твердых веществ оценивается путем опре- деления группы горючести, температур воспламенения и самовоспламене- ния, типа реакции горючих веществ с огнетушащими средствами на базе во- ды. Для пористых, волокнистых и сыпучих твердых веществ также опреде- ляются температуры самонагревания, тления и самовозгорания. Если твер- дые вещества порошкообразные и могут образовывать облака пыли, допол- нительно определяются такие параметры, как нижний предел воспламенения, максимальное давление взрыва, минимальная энергия, необходимая для за- жигания взвеси, и минимальное содержание кислорода, представляющее взрывоопасность.

Для оценки пожароопасности вещества необходимо изучить его свой- ства и учитывать возможность их изменений со временем и при использова- нии 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 тепло- вым, радиационным или каким-либо другим внешним воздействиям, способ- ным вызвать изменения их физико-химических свойств.

Промышленные и опытные установки, складские помещения и транс- портные 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 ио- ны), которые, соединяясь с кислородом воздуха, образуют новые молекулы. Именно при распаде одних молекул и образовании новых происходит выде- ление энергии в виде тепла и света. Она распространяется во всех направле- ниях (внешнее излучение), в том числе и в обратном – к горящему твердому или жидкому веществу (обратное излучение). Обратное излучение способ- ствует дальнейшему испарению молекул (паров) из массы вещества и повы- шает их температуру до точки самовоспламенения. Одновременно воздух за- тягивается в пространство, где встречаются пламя и пары.

Вновь образованные пары начинают гореть, создавая новую, усилен- ную порцию обратного излучения. Это приводит к увеличению количества выделяющихся паров, и в результате начинается так называемая цепная ре- акция 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 последователь- ности. Сначала воспламеняются и взрываются слои пыли, ближайшие к ис-

15

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

Особый физический процесс возникновения горения – самовозгора- ние. 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 при- чины самовозгорания:

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

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

3)микробиологические процессы в органических веществах (расти- тельные 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 са- монагревания и самовоспламенения.

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ ПОЖАРОВ

Для формирования пожара, как и для любого процесса горения, необ- ходимы 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 пе- реноса тепловой энергии (теплообмена).

Различают следующие три вида теплообмена: теплопроводность; лучи- стый 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, нагре- тые 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 преоб- разование вещества (взрывное горение), при котором кроме выделения энер- гии 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 распада- ются на свободные радикалы (группы более простых молекул). Так, для взрыва йодистого, хлористого или сернистого азота достаточно легкого со- трясения. Во втором случае опасность взрыва возникает при наличии окис- лителя и внешнего источника нагрева (источника зажигания).

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

Категория взрывоопасности зависит от способности данного веще- ства, заключенного в какой-то негерметизированный объем, содержащий ис- точник зажигания, передать взрыв в окружающую взрывоопасную среду.

Например, электродвигатель постоянного тока работает во взрыво- опасной среде. Через воздушные зазоры газ проникает внутрь негерметично- го корпуса. При наличии кислорода воздуха и под воздействием искр на кол- лекторе эта порция газа взрывается. Раскаленные продукты взрыва выходят наружу из корпуса электродвигателя; при этом, проходя через зазоры в кор- пусе (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 катего- рия), тем опаснее газовая смесь (табл. 7).

Группа взрывоопасной смеси зависит от температуры ее самовоспла- менения, 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 катего- рии и группы (табл. 9).

Таблица 8

Таблица 9

Из приведенных примеров видна достаточная сложность описания ха- рактеристик взрывоопасных смесей. Например, водород по сравнению с па- рами 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) исключе- ние условий возникновения пожаров достигается исключением условий об- разования горючей среды и (или) исключением условий образования в горю- чей 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 изо- лированных отсеков, камер, кабин);

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

6)понижение концентрации окислителя в горючей среде в защищае- мом объеме;

7)поддержание температуры и давления среды, при которых распро- странение пламени исключается;

8)механизация и автоматизация технологических процессов, связан- ных 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 комму- никаций 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 пожа- роопасной 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 легковос- пламеняющимися жидкостями и горючими газами;

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

9)исключение контакта с воздухом пирофорных веществ;

10)применение устройств, исключающих возможность распростране- ния 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 включа- ет в себя систему предотвращения пожара, систему противопожарной защиты, комплекс организационно-технических мероприятий по обеспечению пожар- ной 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, со- оружений, строений и классу их конструктивной пожарной опасности.

2.Требуемые степень огнестойкости зданий, сооружений, строений и класс их конструктивной пожарной опасности устанавливаются норматив- ными 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 этаж- ности зданий, сооружений и строений;

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

4)применение средств, предотвращающих или ограничивающих раз- лив и растекание жидкостей при пожаре;

5)применение огнепреграждающих устройств в оборудовании;

6)применение установок пожаротушения.

Пожарная техника в зависимости от назначения и области примене- ния 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 использо- вания 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 од- ним или несколькими из следующих способов:

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

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