Трудногорючие вещества

Такие вещества неоднородны по пожарной опасности.

Первая группа: горение возможно лишь при наличии мощного источника зажигания, например, при пожаре, они увеличивают, как правило, ПН.

Вторая группа: способна при нагревании выделять горючие пары и газы, имеющие определенную область воспламенения.

Третья группа: некоторые ВВ-нитрат аммония NH₄NO₃,

NH₄NO₃  НNO₃ + NH₃ – 170 кДж (при нагревании).

Выделяющийся NH₃ способен гореть (но если источник убрать – процесс прекратиться).

Совершенно иначе со взрывом, протекает процесс, если нитрат аммония подвергается действию теплового импульса или мощного детонатора:

NH₄NO₃  N₂ + 2H₂О + 0,5О₂ + 126 кДж.

Негорючие вещества

Отнесение многих веществ и материалов к группе негорючих в значительной степени условно, т.к. речь идет о горении в атмосферном воздухе (содержание О₂ ~ 21% об.). Однако эти вещества могут взаимодействовать при контакте с озоном (О₃), фтором F₂, жидким кислородом.

Кроме того, есть несколько групп негорючих веществ, которые являются пожароопасными:

• окислители: KMnO₄, Cl₂, HNO₃, O₂жидк., Na₂O₂, H₂O₂ и др.;

• вещества, выделяющие горючие продукты при взаимодействии с водой и друг с другом (карбид кальция СаС₂, Na, негашеная известь,

CaO, H₂SO₄ + + Me  H₂ (горит);

• термически нестойкие вещества (карбонат аммония),

(NH₄)₂СО₃  Н₂СО₃ + 2NH₃;

• вещества, способные к взрывчатому превращению без участия кислорода воздуха (нагрев или удар), 4BaN₆  Ba + Ba₃N₂ + 11N₂ + 297 кДж.

1.8. Показатели пожаро- и взрывоопасности веществ и материалов

Пожаровзрывоопасность веществ и материалов – совокупность свойств, характеризующих их способность к возникновению и распространению горения и определяется показателями, выбор которых зависит от агрегатного состояния вещества (материала) и условий его применения (табл. 1.2).

При определении пожаровзврывоопасности веществ и материалов различают:

газы – вещества, давление насыщенных паров которых при температуре 25⁰С и давлении 101,3 кПа превышает 101,3 кПа;

жидкости – вещества, давление насыщенных паров которых при температуре 25⁰С и давлении 101,3 кПа меньше 101,3 кПа. К жидкостям также относятся твердые плавящиеся вещества, температура плавления или каплепадения которых меньше 50⁰С;

твердые вещества и материалы – индивидуальные вещества и их смесевые композиции с температурой плавления или каплепадения больше 50⁰С, а также вещества не имеющие температуру плавления (например, древесина, ткани и т.п.);

пыли – дисперсированные твердые вещества и материалы с размером частиц менее 850 мкм.

Таблица 1.2

Номенклатура показателей и их применимость для характеристики

пожаровзрывоопасности веществ и материалов

Показатель	Агрегатное состояние
	газы	жидкости	твердые	пыли
Группа горючести	+	+	+	+
Температура вспышки	–	+	–	–
Температура воспламенения	–	+	+	+
Температура самовоспламенения	+	+	+	+
Концентрационные пределы распространения пламени (воспламенения)	+	+	–	+
Температурные пределы распространения пламени (воспламенения)	–	+	–	–
Температура тления	–	–	+	+
Условия теплового самовозгорания	–	–	+	+
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	–	–	+	–
Индекс распространения пламени	–	–	+	–
Показатель токсичности продуктов горения полимерных материалов	–	–	+	–
Минимальное взрывоопасное содержание кислорода	+	+	–	+

Окончание табл. 1.2

Показатель	Агрегатное состояние
	газы	жидкости	твердые	пыли
Минимальная флегматизирующая концентрация флегматизатора	+	+	–	+
Максимальное давление взрыва	+	+	–	+
Скорость нарастания давления взрыва	+	+	–	+

Примечание. Знак «+» обозначает применяемость, знак «–» неприменяемость показателя.

Группа горючести

Горючесть – способность вещества и материалов к горению. По способности к горению или по горючести вещества и материалы подразделяются на три группы: негорючие, трудногорючие и горючие (сгораемые). Классификация веществ и материалов по горючести нами рассмотрена ранее.

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

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 (продолжающееся пламенное горение после удаления источника зажигания).

Температура самовоспламенения – наименьшая температура окружающей среды, при которой в условиях специальных испытаний наблюдается самовоспламенение вещества (самовоспламенение – резкое увеличение скорости экзотермических объемных реакций, сопровождающееся пламенным горением и (или взрывом) без непосредственного контакта с огнем.

Концентрационные пределы распространения пламени (воспламенения) – нижний (НКПР), верхний (ВКПР). НКПР, ВКПР – минимальное (максимальное) содержание горючего вещества в однородной смеси с окислительной средой, при котором возможно распространение пламени по смеси на любое расстояние от источника зажигания.

Температурные пределы распространения пламени (воспламенения) – 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.

Температура тления – температура вещества, при которой происходит резкое увеличение скорости экзотермических реакций окисления, заканчивающихся возникновением тления. В свою очередь, тление – беспламенное горения твердого вещества (материала) при сравнительно низких температурах (400⁰…600⁰С), часто сопровождающееся выделением дыма.

Условия теплового самовозгорания – экспериментально выявленная зависимость между температурой окружающей среды, количеством вещества (материала) и временем его самовозгорания (самовозгорание – резкое увеличение скорости экзотермических процессов в веществе, приводящее к возникновению очага горения).

Минимальная энергия зажигания – наименьшая энергия электрического разряда, способная воспламенить наиболее легковоспламеняющуюся смесь горючего вещества с воздухом.

Кислородный индекс – минимальное содержание кислорода в кислородно-азотной смеси, при котором возможно свечеобразное горение материала в условиях специальных испытаний.

Способность взрываться и гореть при взаимодействии с водой, кислородом воздуха и другими веществами (взаимный контакт веществ) – это качественный показатель, характеризующий особую пожарную опасность некоторых веществ.

Нормальная скорость распространения пламени – скорость перемещения фронта пламени относительно несгоревшего газа в направлении перпендикулярном к его поверхности.

Скорость выгорания – количество жидкости, сгорающей в единицу времени с единицы площади. Этот показатель характеризует интенсивность горение жидкости.

Коэффициент дымообразования – показатель, характеризующий оптическую плотность дыма, образующегося при пламенном горении или тлении определенного количества твердого вещества.

Индекс распространения пламени – условный безразмерный показатель, характеризующий способность веществ воспламеняться, распространять пламя по поверхности и выделять тепло.

Показатель токсичности продуктов горения полимерных материалов – от-ношение количества материалов к единице объема замкнутого пространства, в котором образующиеся при горении материала газообразные продукты вызывают гибель 50% подопытных животных.

Минимальное взрывоопасное содержание кислорода – такая концентрация кислорода в горючей смеси, состоящей из горючего вещества, воздуха и флегматизатора, меньше которой распространение пламени в смеси становится невозможным при любой концентрации горючего в смеси, разбавленной данным флегматизатором.

Максимальное давление взрыва – наибольшее избыточное давление, возникающее при дефлограционном сгорании газо-, паро- или пылевоздушной смеси в замкнутом сосуде при начальном давлении смеси 101,3 кПа.

Скорость нарастания давления взрыва – производная давления взрыва по времени на восходящем участке зависимости давления взрыва горючей смеси в замкнутом сосуде от времени.

Методы определения перечисленных показателей пожаровзрывоопасности веществ и материалов подробно изложены в вышеупомянутом ГОСТ 12.1.044-89 ССБТ. Номенклатура показателей и методы их определения [3].

Необходимо заострить внимание на процессах самовозгорания веществ и материалов (горение, возникающее при отсутствии внешнего источника зажигания), т.к. его опасность заключается именно в том, что горение возникает при отсутствии видимого источника зажигания.

В зависимости от внутреннего импульса процессы самовозгорания можно условно разделить на три вида:

1. химические самовозгорания;

2. микробиологические;

3. тепловые.

1. Химическое самовозгорание происходит, главным образом за счет увеличения скорости химической реакции с возрастанием температуры. Недостаточный теплоотвод способствует нагреву материала в результате окислительных процессов и соответственно достижению критических условий возникновения горения.

Самовозгорающие химические вещества подразделяются на три основные группы:

• Вещества, самовозгорающиеся при взаимодействии с воздухом: щелочные металлы (литий, калий, натрий, рубидий, цезий), сульфиды щелочных и щелочноземельных металлов (например, кальция CaS, калия K₂S: K₂S + О₂  2К + SО₂), белый и красный фосфор. Самовозгорание олиф, растительных масел и жиров, связано с их химическим строением (наличие двойных связей). В связи со способностью масел и жиров самовозгораться, большую опасность представляют промасленная одежда и обтирочные материалы (поверхность чрезвычайно велика). О склонности масел и жиров к самовозгоранию судят по иодному числу (количество иода в граммах, поглощенное 100 г испытуемого вещества). Чем больше иодное число, тем ниже его температура самовозгорания.

• Вещества, самовозгораниющиемся при взаимодействии с водой: щелочные металлы, карбиды щелочных металлов (наиболее распространенный СаС₂ + Н₂О = = С₂Н₂ + СаО), сернистый натрий Na₂S и другие вещества. Образующегося при этом тепла достаточно для воспламенения образующихся газов (Н₂, С₂Н₂, СН₄, пропан С₃Н₈ и др.).

• Вещества, самовозгорающиеся при взаимодействии друг с другом: окислители (например, азотная кислота 4HNO₃  4NO₂ + O₂+ 2H₂O).  При обычной температуре в присутствии смесей азотной кислоты и продуктов ее разложения (кислород, двуокись азота, тетраоксид азота N₂O₄) самовозгорается большинство горючих веществ (особенно органические соединения). Серная кислота H₂SO₄ также является сильным окислителем. Большая часть органических соединении при взаимодействии с H₂SO₄ обугливается. Смесь концентрирован-ных HNO₃ и H₂SO₄ (меланж) сильнейший окислитель. При взаимодействии меланжа с органическими веществами могут образовываться даже ВВ. Хлорная кислота HСlO₄ также вызывает самовозгорание органических веществ. Сильными газообразными окислителями являются галогены (F, Cl, Br, J) и их соединения. Они также вызывают самовозгорание органических веществ. К твердым неорганическим окислителям, вызывающим самовозгорание, относятся, например, перхлораты, хлораты, нитраты, перманганаты, дихроматы, хроматы и др.

2. Микробиологическое самовозгорание происходит при соответствующей влажности и температуре в продуктах растительного происхождения. Особенно склонны к самовозгоранию недосушенные материалы (сено, опилки, листья, хлопок и т.д.), так как влага и тепло способствуют активному размножению микроорганизмов (уже при температуре 10⁰…18⁰С). К разогреву также приводит низкая теплопроводность растительных продуктов. При t  75⁰ микроорганизмы, как правило, погибают, но некоторые органические вещества обугливаются. Образующийся при этом пористый уголь адсорбирет пары и газы и процесс самовозгорания продолжается. Для предотвращения самовозгорания осуществляют регулярный контроль температуры, ограничивают влажность и размеры штабелей.

3. Тепловое самозгорание присуще дисперсным веществам, обладающим сильно развитой поверхностью, способным адсорбировать кислород и вступать с ним в реакцию (ископаемые угли). Самовозгоранию углей способствует их измельченность, а также наличие примесей пирита и влаги. Температура 60⁰С считается критической для самовозгорания углей, т.к. при дальнейшем нагреве резко увеличивается скорость самовозгорания.

Главнейшим фактором теплового самовозгорания является температура, до которой нагреваются вещества.

Самовозгорание сопровождающееся появлением пламени называется самовоспламенением.

Как уже упоминалось, частным случаем горения является взрыв.

Взрыв – это чрезвычайно быстрое горение при котором происходит выделение энергии и образование сжатых газов, способных производить механическую работу. Различают: взрывное горение и детонацию.

Взрывное – взрывы газо-, паро- или пылевоздушных смесей (скорость горения несколько сотен метров в секунду).

Детонация (скорость несколько км/с). Давление развивается до 10⁵ МПа плотность продуктов детонации приближается к плотности твердых веществ (~1400…1600 кг/м³). В условиях детонации достигается максимальное разрушительное действие взрыва.