МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

КИЇВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ТЕХНОЛОГІЙ ТА ДИЗАЙНУ

”Питання пожежної профілактики в цехах підприємств легкої промисловості”

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ ТА ЗАВДАННЯ ДО ПРАКТИЧНИХ ЗАНЯТЬ

ТА САМОСТІЙНОЇ РОБОТИ СТУДЕНТІВ ВСІХ СПЕЦІАЛЬНОСТЕЙ

Київ кнутд 2006

УДК 331.45(07)

В 42

Питання пожежної прфілактики в цехах підприємств легкої промисловості.

Методичні вказівки та завдання для виконання практичної роботи на тему: “Охорона прці та основи охорони праці” /Упор.: Панасюк І.В., Гайдайчук І.П., Н.С. Данилевич, - К.: КНУТД, 2006. – 23с Укр.мовою

Упорядники: І.В. Панасюк

І.П. Гайдайчук

Н.С. Данилевич

Відповідальний за випуск зав. кафедрою техногенної безпеки Панасюк І.В.

Затверджено на засіданні кафедри техногенної безпеки

№9 від 9.02.2006 р.

Ι ВЛАСТИВОСТІ БУДІВЕЛЬНИХ МАТЕРІАЛІВ

1.1 Основні визначення

Основними фізико-хімічними властивостями будівельних матеріалів є щільність, об'ємна маса, пористість, вологість, теплопровідність і міцність. Однак для пожежної профілактики важливо знати не тільки перераховані властивості, але і показники пожежної небезпеки будівельних матеріалів. Пожежна небезпека будівельних речовин і матеріалів може бути охарактеризована наступними показниками: схильність до загоряння; температурою самонагрівання; схильністю до теплового, хімічного і мікробіологічного самонагрівання; швидкістю вигоряння і поширення полум'я по поверхні матеріалу; димоутворюючою здатністю і виділенням токсичних газів та ін.

Залежність характеру протікання процесу горіння твердих тіл від цілого ряду факторів не дозволяє обмежитися одним чи двома показниками при випромінюванні пожежонебезпечних матеріалів. Для повної їхньої характеристики необхідно мати дані за всіма показниками. Поряд з цим необхідно враховувати, що в конкретних умовах використання матеріалів ступінь пожежонебезпеки може характеризуватися одним показником, що превалює за значенням у даних умовах.

Знання характеристик пожежної небезпеки будівельних матеріалів дозволяє правильно визначити область застосування їх у промисловому, цивільному і сільському будівництві, що значною мірою підвищує ступінь пожежного захисту об'єктів народного господарства.

1.2 Фізичні властивості.

Під щільністю розуміється фізична величина, обумовлена відношенням маси до обсягу тіла. Для неоднорідного тіла (наприклад, сухого цементного каменю) цю величину називають середньою щільністю, а для матеріалів, що представляють собою шматки різної щільності (наприклад, вугілля, сухий заповнювач), - насипною щільністю.

Щільність визначають по формулі:

; г/см³, (1)

де - маса матеріалу.

- об’єм матеріалу.

Густина кам'яних матеріалів коливається від 2,2 до 3,3 г/см³, органічних матеріалів (дерево, бітуми, лаки) – від 0,9 до 1,6 г/см³, чорних металів (сталь, чавун) – від 7,25 до 7,85 г/см³.

Середня густина будівельних матеріалів коливається в дуже широких межах: від 20 кг/м³, для деяких надлегких теплоізоляційних матеріалів на основі пластичних мас (микропора, паралон, пінополістерол і ін.) до 7850 кг/м³ для сталей.

Будівельні матеріали, густина яких відносно невелика, має малу теплопровідність і значну теплоємність (пінобетон, сазобетон, піноскло й ін).

Конструкції, виготовлені з таких матеріалів, більш вогнестійкі у виді їх уповільненого прогрівання.

Пористість виражається відношенням обсягу пор до загального обсягу матеріалу. Пористість будівельних матеріалів змінюється від 0 (сталь, скло) до 85% (піно і газобетон).

Від пористості матеріалу залежать його теплопровідність, міцність, водопоглинення, водопроникність, морозостійкість. Пористі матеріали менш міцні, чим щільні. Наявність пор, заповнених повітрям, робить будівельні матеріали легенями і менштеплопровідними.

Теплопровідність – здатність матеріалу передавати тепло через товщину від однієї своєї поверхні до іншої внаслідок різниці температур на поверхнях.

Показником теплопровідності різних будівельних матеріалів є коефіцієнт теплопровідності λ.

На мал.1 показана одношарова плоска стіна товщиною σ і площею F, та кількість тепла з приміщення Q, яке проходить через стіну в перебігу часу τ, прямо пропорційно коефіцієнту теплопровідності λ, різниці температур t₁- t₂ на її поверхнях, площі стіни і часу, у продовж якого переміщається тепловий потік, і назад пропорційно товщині стіни δ:

; (2)

З даної формули можемо визначити коефіцієнт теплопровідності λ.

(3)

Якщо прийняти δ=1; F=1м²; t₁- t₂=1⁰С и τ=1ч. і підставивши їх у формулу, одержимо λ=Q кДж, тобто, коефіцієнт теплопровідності являє собою величину теплового потоку, що проходить через стіну товщиною 1м, площею 1м², за 1 годину при різниці температур на протилежних плоскопаралельних поверхнях стіни, рівним 1⁰С.

Коефіцієнт теплопровідності залежить від структури матеріалу, його температури, вологості, характеру пористості й однорідності.

Чим більше пористість (тобто чим менше об’єм матеріалу), тим нижче коефіцієнт теплопровідності, і навпаки. Це пояснюється тим, що пори заповнені повітрям, а теплопровідність повітря дуже низька λ=0,022 кКал/(м·ч·⁰С). Вологість підвищує теплопровідність, тому що вода, що заповнює пори, має значно більш високий у порівнянні з повітрям коефіцієнт теплопровідності λ_води=0,5 кКал/(м·ч·⁰С).

На величину коефіцієнта теплопровідності впливає і структура матеріалу: якщо матеріал волокнистий, тепло уздовж волокон передається швидше, ніж поперек їх.

Будівельні матеріали, що мають коефіцієнт теплопровідності менш 0,2 кКал/(м·год·⁰С) називається теплоізоляційними. Їх використовують для теплової ізоляції будинків і споруджень. До теплоізоляційних матеріалів відносяться азбест λ=0,10-0,15 кКал/(м·ч·⁰С), мінеральна вата λ=0,04-0,05 кКал/(м·ч·⁰С). Великим коефіцієнтом теплопровідності володіють метали, наприклад, у міді λ=333 кКал/(м·ч·⁰С). Чим вище коефіцієнт λ у конструкцій, що обгороджують, тим раніш прогрівається їх сторона, що необігрівається, до небезпечної температури при обігріві конструкції з однієї сторони.

Теплоємність – здатність матеріалу поглинати тепло при нагріванні. Різні матеріали мають різну теплоємність, тобто для нагрівання їх на 1⁰С. потрібна різна кількість тепла.

Здатність будівельних матеріалів поглинати тепло при нагріванні характеризується коефіцієнтом теплоємності С. Кількість тепла Q, необхідна для нагрівання матеріалу масою G від температури t, до температури t₂, прямопропорційна масі, різниці температур (t₂- t₁) і коефіцієнту теплоємності:

(4)

Звідси , (5)

де с - коефіцієнт теплоємності;

Q – кількість тепла для нагрівання матеріалу;

G – маса матеріалу;

t₁, t ₂ – температура початкова і кінцева.

Якщо припустити, що G=1 кг і різниця температур t₂- t₁=1⁰С, одержимо с= Q.

Кількість тепла, необхідна для нагрівання 1кг даного матеріалу на 1⁰С, називається питомою теплоємністю. Кам'яні матеріали (цегла, бетон і ін.) мають коефіцієнт теплоємності 0,18-0,22 кКал/(кг·⁰С); метали 0,115 кКал/(кг·⁰С); деревина 0,57–0,65 кКал/(кг·⁰С).

При пожежі частина тепла, що виділяється від згоряння пальних матеріалів, поглинається будівельними конструкціями, інша частина тепла несеться продуктами згоряння. Нагрівання матеріалу будівельних конструкцій супроводжується зменшенням його міцності.

Очевидно, чим менше питома теплоємність матеріалу, тим менше кількісті тепла буде потрібно для його нагрівання. Отже, матеріал з меншою питомою теплоємністю швидше прогріється до критичної температури і скоріше зруйнується.

Теплове розширення. Усі будівельні матеріали при нагріванні розширюються. Абсолютне подовження будівельних матеріалів (конструкцій) визначаються по формулі:

, (м) (6)

де α – коефіцієнт лінійного розширення;

l – первісна довжина елемента, м;

t – температура, при якій визначається подовження, ⁰С.

Коефіцієнт лінійного розширення тіла α являє собою збільшення одиниці довжини тіла при підвищенні його температури на 1⁰С.

Властивість матеріалів розширюватися при нагріванні особливо важливо враховувати, якщо матеріал (наприклад, бетон) являє собою механічну суміш декількох складових, що мають різні по величині і знаку коефіцієнти лінійного розширення.

Термостійкість – здатність матеріалів зберігати свої фізико-механічні властивості в умовах різких коливань температур (нагрівання й охолодження). Термостійкість будівельних матеріалів різна і залежить від природи їхнього утворення, фізико-хімічних властивостей (структури, сполуки, теплопровідності, теплоємності, коефіцієнту розширення й ін.), характеру зміни температури і величини їхнього перепаду.

Газопроникність – здатність матеріалу, конструкції пропускати через свою товщину газ (повітря). Об’єм v газу, що проходить через шар матеріалу (стінку), прямопропорцієн площі стіни F, часу протікання газу τ, різниці тисків р_1-р₂ і назад, пропорційний товщині стінки.

, (7)

де μ – коефіцієнт газопроникності.

Звідси ; (8)

При σ =1м, F=1м², р_1-р₂=1 мм.рт.ст. і τ=1ч. одержимо , тобто коефіцієнт газопроникності являє собою кількість газу, що проходить протягом 1 години через стіну товщиною 1м, площею 1м² при різниці тисків 1мм.рт.ст. Газопроникність тим вище, чим менше щільність газу. Коефіцієнт газопроникності цегли 0,35; цементно-піщаної штукатурки 0,02; руберойду 0,01. На показник ступіня газопроникності матеріалу впливають також величина його пористості, розмір і характер пор.

Газопроникність матеріалу залежить і від вологості. Наприклад, сухий бетон має газопроникність 0,04, водозбагачений - майже не пропускає повітря.

Хімічна стійкість - здатність матеріалів чинити опір дії кислот, лугів, розчинів солей і газів, що їх руйнує.

Більшість будівельних матеріалів не мають стійкість до дії кислот і лугів. Дуже нестійкі в цьому відношенні метали (сталь, алюміній і ін.), унаслідок чого застосування їх принаймні, вимагає спеціального захисту. Деревина під дією сірчаної кислоти обуглюється, під дією азотної кислоти займається.

Високий опір до дії лугів і кислот мають керамічні матеріали (облицювальні плитки для стін, плитки для підлог). Занадто високу кислостійкість мають каміння природного походження (базальт, андезит).

Головним показником механічних властивостей будівельних матеріалів є міцність.

Міцність – властивість матеріалів чинити опір руйнуванню від дії внутрішніх напруг, які виникають в результаті зовнішніх навантажень або інших факторів.

Під дією зовнішніх навантажень, а також в результаті зміни температури будівельні матеріали в спорудах підаються дії різноманітних внутрішніх напружень (стиску, розтягу, ізгибу, крученню, зрізу). Такі будівельні матеріали, як цегла і бетон, добре чинять опір стиску, гірше – зрізу і ще гірше – розтягненню. Напруга , яка виникає в матеріалі під дією стискаючого навантаження, визначається по формулі:

, (9)

де Р – тиск , кг/см²;

F- площа поперечного розтину, см².

Напруга, при якому матеріал руйнується, називається межею міцності. Межа міцності дорівнює силі, що руйнує, яка приходиться на 1см² площі поперечного переріза матеріалу. Межа міцності при центральному стисканні і розтяганні визначається по формулі:

(10)

Знак плюс указує на розтягання, знак мінус – на стискання.

Показниками пожежної небезпеки будівельних матеріалів і виробів є їх схильність до загоряння (запаленню), самозапалюванню і самозайманню.

Будівельні матеріали по їх здатності займатися (запаляться) під дією джерела запалювання підрозділяються на три групи горючості: непальні, важкогорючі і пальні (ОСТ 782-73 «Горіння і пожежна небезпека речовин» і ДСТ 15986-70 «Пожежна техніка. Терміни і визначення.»).

Непальні матеріали – матеріали, не здатні до горіння під дією джерел запалювання. До них відносяться всі природні і штучні неорганічні матеріали (пемза, туф, мармур, глиняна цегла, силікатна цегла, бетон, залізобетон і т.д.)

Важкогорючі матеріали – матеріали, здатні горіти під впливом джерела запалювання, але не здатні до самостійного горіння після видалення вогню. До важкогорючих відносяться матеріали, що складаються з непальних і пальних складових, наприклад асфальтний бетон, гіпсові і бетонні матеріали, що містять більш 8% по масі органічного наповнювача, деревина, піддана глибокому просоченню (огнезахисними складовими), цементний фиброліт, деякі полімерні матеріали й інші.

Пальні матеріали – матеріали, здатні самостійно горіти після видалення джерела запалювання, тобто всі органічні матеріали, що не відповідають вимогам, які пред'являються до непальних і важкогорючих матеріалам: деревина, толь, руберойд і ін., а також цілий ряд матеріалів на основі пластичних мас, древинноструктурчаті і древинноволокнисті плити та ін.

Легкозаймисті пальні матеріали – матеріали, здатні займатись (запаляться) від короткочасного впливу полум'я сірника, іскри, напруженого електропроводу і тому подібних джерел запалювання з низькою енергією, наприклад, полістирольні плитки, пінополіуретан (поролон) і ін.

Важкозаймисті пальні матеріали – матеріали, здатні займатись (запаляться) тільки під впливом могутніх джерел запалювання. До важкозаймистих матеріалів відносяться деревина, підданий поверхневому просоченню антипиренами з поглинанням останніх не менш 100р. на 1м². у цю групу можна включити і деякі полімерні матеріали, наприклад, пінопласти ПхВ-1 і ПхВ-2, вініпласти, нітроцелюлозний лінолеум НЛ-13, деревиноструктурні плити на смолі КФ-20 і ін.

Горіння – хімічна реакція, що супроводжується виділенням тепла і світла. Для здійснення горіння необхідно:

• окислювач (кисень);

• джерело загоряння;

• джерело полум'я.

Якщо мова йде про пальні речовини, то ступінь пожежної небезпеки пальних речовин характеризується:

• температурою спалаху;

• температурою запалення;

• температурою самозапалювання.

По температурі спалаху пальні речовини поділяються на:

• ЛЗР (легко запальні рідини - 45ºС) температура спалаху;

• Пальні (більш 45ºС).

Температура спалаху – мінімальна температура, при якій над поверхнею рідини утвориться суміш цієї рідини з повітрям, здатна горіти при піднесенні відкритого джерела вогню. Процес горіння припиняється після видалення цього джерела.

Температура запалення – мінімальна температура, при якій речовина загоряється від відкритого джерела вогню і продовжує горіти після його видалення.

Температура самозапалювання – мінімальна температура, при якій відбувається його запалення на повітрі за рахунок тепла хімічної реакції без піднесення відкритого джерела вогню.

Пальні гази і пил мають концентраційні межі вибуховості.

Нижня і верхня межа вибуховості визначається по формулі:

по об’єму:

% % (11)

по масі: г/м³

. (12)

Тиск при вибуху:

(13)

; (14)

(15)

Де: t_вибух - температура вибуху, К;

N – кількість молів атомів кисню необхідне для згоряння одного моля пального компонента суміші;

М – мольна маса пального компонента суміші, г/моль;

- молярний об’єм пари рідини чи газу при початковій температурі суміші, м³/моль;

m – число молів газу після вибуху;

n – число молів газу до вибуху;

Q – теплота при реакції горіння, ккал;

C – теплота продуктів горіння, ккал;

K₁, K₂ ...K_n – концентрація пальних компонентів (по чи обсязі масі), %;

n₁, n₂ ... n_n – нижні і верхні межі вибуховості пальних компонентів по об’єму, % чи масі, г/м³;

P₀ – початковий тиск, кг/см²;

t_{спалаху} - визначається по формулі Ортанда і Гравена:

де - абсолютна температура кипіння;

К – коефіцієнт (К=0,736).

Горіння пальних рідин протікає в паровій фазі, що утворюється над поверхнею рідини в процесі її випаровування. При температурі спалаху утвориться пальна суміш пар і повітря. Пальні рідини підрозділяються на легко запальніі рідини (ЛЗР) – рідини, здатні горіти після видалення джерела запалювання і, які мають температуру спалаху не вище 61ºС; пальні рідини (ПР), тобто рідини, здатні самостійно горіти після видалення джерела запалювання і мають температуру спалаху вище 61ºС; непальні речовини (НР) – речовини, не здатні до горіння в атмосфері повітря звичайної сполуки; вибухонебезпечні речовини (ВР) – речовини здатні до чи вибуху детонації без участі кисню в повітрі.

Більшість пальних речовин при нагріванні переходять у газо- чи пароподібний стан і утворить з повітрям пальні суміші. Для можливості горіння визначене співвідношення пальної речовини і повітря, причому в повітрі повинне бити визначений зміст кисню (досить 21%). Крім кисню окислювачем, що забезпечує горіння, можуть бути хлор, бром, сірка, і ін.

Вибухонебезпечні властивості рідин.

Речовина	Хімічна формула	Темп. спалаху, ºС	Горючість, вибуховість	Нижня межа вибуховісті, г/м3	Верхня межа вибухо-вості, г/м3
1	2	3	4	5	6
Ацетон	С3Н4О	-18	ЛЗР	38,6	314
Метиловий спирт	СН4О	8	ЛЗР	46,5	512
Етилацетат	С4Н6О2	-3	ЛЗР	80,4	407
Етиленгліколь	С2Н6О2	112	ГР	-	-
Етиловий спирт	С2Н6О	13	ЛЗР	50	363
Бензин А-76	С4Н13	-36	ЛЗР	137	281
Бензин АU-93	С4Н13	-36	ЛЗР	137	281
Дизельне паливо	С14Н20	40	ЛЗР	-	-
Керосин	С11Н22	40	ЛЗР	-	-

Рівняння хімічної реакції горіння в повітрі, наприклад, природного газу метану СН₆;

СН₄+ О₂+3,76N₂=CO₂+H₂O+3.76N₂

Ліва частина рівняння СН₄+О₂+3,76N₂, являє собою горіння метану СН₄, кисню О₂ і азоти N₂ з обліком того, що в повітрі азот складає 79%, а кисень 21% тобто один об”єм кисню приходиться 79/21=3,78 об”єму азоту і сполука повітря може бути представлена як О₂+3,76N₂.

Права частина рівняння, CO₂+H₂O+3.76N₂, являє собою суміш продуктів горіння – двоокису вуглецю CO₂, води H₂O і N₂ азот, що міститься в повітрі, у процесі горіння не бере участь і цілком переходить у продукти згоряння.

Сумарна маса речовин, що вступають у реакцію горіння, повинна дорівнювати масі всіх продуктів згоряння, тобто число атомів кожного елемента в лівій і правій частинах рівняння повинне бути рівним незалежно від того, до складу якої речовини цей елемент входить (права і ліва частини рівняння зрівнюються стехиометричними коефіцієнтами).

Остаточне рівняння реакції згоряння метану в повітрі буде:

СН₄+ 2О₂+2∙ 3,76N₂=CO₂+2H₂O+2∙ 3.76N₂.