6. Пожарная опасность веществ и материалов. Предотвращение и прекращение горения

6.1. Понятие пожарной опасности веществ и материалов

Понятие пожарной опасности веществ и материалов складывается не только из собственно склонности веществ к горению как окислительному процессу, но и зависит от со­стояния внешней среды, в которой находятся эти веще­ства и материалы.

Пожарная опасность веществ определяется целым ря­дом таких параметров, как: способность воспламенятся, ин­тенсивность горения, дымообразование, токсичность про­дуктов сгорания, возможность прекращения горения. Для оценки степени пожарной опасности веществ необходимы также количественные параметры этих процессов.

Количественные параметры процесса горения не яв­ляются постоянными, так как во многом зависят от природы горючего вещества, его агрегатного состояния, от концен­трации окислителя и горючего вещества, температуры ок­ружающей среды и температуры источника зажигания, от условий тепловыделений и теплоотвода.

Пожарную опасность веществ нельзя охарактеризо­вать каким-то одним показателем. Только определенный набор параметров, отражающий взрывопожароопасность веществ на разных стадиях процесса горения, учитывающей агрегатное состояние горючего вещества, может позволить с определенной степенью точности дать оценку их пожар­ной опасности.

Совокупность химических и физических явлений по­жара, представляющих множество комбинаций, зависящих от внешних факторов, породила множество методик оценки ПВО веществ.

Существующая в настоящее время система оценки унифицирована только по показателям, характеризующим свойства горючих веществ и материалов, окислительной среды, средств пожаротушения и определенным в нормаль­ных условиях. При изменении условий, т. е. отличных от ис­пытательных (экспериментальных) температуры, давления и т. д., те же параметры ПВО должны оцениваться дополнительно с учетом этих изменений. При расчетных методах оценки показателей ПВО обязательно задаются начальные условия процесса.

Практически любой из существующих в настоящее время методов оценки того или иного показателя ПВО вещества позволяет учитывать влияние только некоторых факторов процесса горения.

Примером может служить определение области вос­пламенения (взрыва) паровоздушной смеси, температуры вспышки в приборах открытого и закрытого типа, различ­ные способы нахождения температуры самовоспламенения, которые оценивают показатели пожарной опасности неза­висимо от реальных внешних условий.

Даже крупномасштабные испытания на данной стадии развития науки и техники не могут учесть многообразия ситуаций реального пожара.

Наиболее общим показателем пожарной опасности является го­рючесть материала или вещества независимо от его агрегатного состояния. Согласно этому показателю все материалы (вещества) можно разделить на три группы: негорючие, горючие и трудного­рючие. Этот показатель характеризуется качественно и количест­венно. Качественная классификация основывается на способности к горению при воздействии ИЗ и после его уда­ления.

Негорючими (несгораемыми) считаются вещества, не способные к горению в воздухе. Тем не менее некоторые из них являются пожароопасными.

Наиболее распространенными группами негорючих, но пожаро­опасных веществ являются следующие:

1. Окислители (перманганат калия КМnО₄, азотная кислота HNO₃, кислород О₂, перекисные соединения, например, Na₂O₂ и т. д.).

2. Вещества, реагирующие с водой с выделением теплоты, например, негашеная известь СаО.

3. Вещества, при нагревании которых в закрытых объемах и сосудах происходит повышение давления, например, сжатые и сжиженные газы, а также термически неустойчивые вещества, которые при разложении выделяют газы, например, NH₄OH.

4. Вещества, выделяющие горючие газы, при реакциях с водой (например, карбид кальция СаС₂).

5. Вещества, способные к взрывчатым превращениям без участия кислорода воздуха.

Трудногорючие (трудносгораемые) вещества при нагревании способны воспламе­няться при воздействии ИЗ, но после его уда­ления самостоятельно не горят.

Горючие (сгораемые) вещества способны самовоспламеняться, самовозго­раться и самостоятельно гореть после удаления ИЗ. Потеря массы при горении 60 сек. превышает 20 %. Существует классификация на группы для горючих и трудногорючих веществ.

Трудногорючие и горючие вещества имеют область воспламе­нения, характеризуются температурными показателями пожарной опасности, скоростью горения, для их тушения применяются огнетушащие вещества и т. д. Число и вид показателей для оценки пожароопасных свойств трудногорючих и горючих веществ опре­деляется в зависимости от их агрегатного состояния. У жидкостей и твердых веществ пожароопасных показателей больше, чем у га­зов. Эти дополнительные показатели по существу характеризуют процессы испарения и выделения летучих соединений, а поэтому связаны с температурами при нагревании жидкостей и твердых веществ. На­пример, для воспламенения и устойчивого горения необходимо, чтобы поверхность жидкости в достаточном количестве «питала» пламя летучими продуктами, а скорость испарения жидкости была свя­зана с ее температурой, поэтому вводят понятия температуры вспышки и воспламенения. То же относится и к твердым веществам. Вместе с тем для твердых и жидких трудногорючих и горю­чих веществ и материалов некоторые показатели, применимые для газов, теряют смысл, так как не могут быть реализованы. Например, понятие верхнего концентрационного предела воспламенения неприменимо для жидкостей, находящихся в открытых резервуа­рах, твердых горючих – на открытом воздухе.

Для решения вопросов обеспечения безопасности технологических процессов, зданий и сооружений, а также обеспечения безопасности людей во время пожаров необходимо иметь данные о показателях ПВО веществ и средствах их тушения.

В настоящее время в России существует единая сис­тема оценки пожарной опасности (ГОСТ 12.1.044-89 Пожаро- и взрывоопасности веществ и материалов. Номенклату­ра показателей и методы их определения).

В основу классифика­ции показателей пожаро- и взрывоопасных свойств веществ и материалов положен принцип деления материалов по агрегатному состо­янию (см. табл. 6.1). Знак «+» обозначает применимость, а «-» неприменимость показателя для данного агрегатного состояния вещества.

Таблица 6.1.

Показатели ПВО веществ и материалов

Показатель	Агрегатное состояние вещества
	газ	жидкость	твердое	пыли
Группа горючести	+	+	+	+
Температура вспышки	-	+	+	+
Температура воспла­менения	-	+	+	+
Температура самовос­пламенения	+	+	+	+
НКПРП	+	+	+	+
ВКПРП	+	+	-	-
НТПРП	-	+	-	-
ВТПРП	-	+	-	-
Температура самона­гревания	-	-	+	+
Температура тления	-	-	+	+
Минимальная энергия зажигания	+	+	-	+
Кислородный индекс	-	-	+	+
Способность взрываться и гореть при взаимодействии с во­дой, кислородом воздуха и другими веществами	+	+	+	+
Нормальная скорость распространения пламени	+	+	-	-
Скорость выгорания	-	+	-	-
Коэффициент дымообразования	-	+	+	+
Удельная скорость дымообразования	-	-	+	-
Индекс распространения пламени	-	-	+	-
Токсичность продуктов горения	+	+	+	+
Минимальное взрывоопасное содержание кислорода	+	+	-	+
Минимальная флегматизирующая концентрация флегматизатора	+	+	-	+
Максимальное давле­ние взрыва	+	+	-	+
Скорость нарастания давления при взрыве	+	+	-	+

Для большинства горючих веществ в качестве крите­риев их взрывопожароопасных свойств выбирают характе­ристики, которые дают представление о безопасных усло­виях их эксплуатации, хранения, транспортировке. Экспе­риментальные методы оценки этих показателей не требуют для своего использования теоретических обоснований. Но расчетные методы строятся на выявлении, если это возмож­но, взаимосвязи термодинамических характеристик веществ и кинетики процесса горения с показателями пожарной опасности.