6.3. Характеристики взрывопожароопасности материалов и веществ.

По горючести все вещества и материалы подразделяю: на три группы:

негорючие - вещества и материалы, не способные к горению на воздухе;

трудно горючие - вещества и материалы, способней возгораться в воздухе от источника зажигания, но не способные гореть самостоятельно после удаления источник, зажигания;

горючие - вещества и материалы, способные возгораться от источника зажигания или самовозгораться на воздухе и продолжать самостоятельное горение.

Горючесть строительных материалов определяется их испытанием в специальных печах. Материалы относят к негорючим, если во время испытаний:

прирост температуры в печи не превышает 50 °С;

образец теряет не более 50 % массы;

пламенное горение образца продолжается менее 10 с.

Если не выполняется хотя бы одно из этих требовании строительные материалы относят к горючим.

В группе горючих веществ выделяют легковоспламеняющиеся вещества и материалы. К ним относят жидкое с температурой вспышки не выше 61 °С, способные воспламеняться от кратковременного действия источника зажигания с низкой энергией (пламя спички, искра, тлеющая сигарета и др.).

Вспышкой называют быстрое сгорание горючей смеси над поверхностью вещества, не переходящее в устойчивое горение, а температурой вспышки ~ самую низкую температуру вещества, при которой над его поверхностью образуются пары и газы, способные вспыхивать от источника зажигания. Температура вспышки является показателем взрывоопасности горючих жидкостей и твердых веществ.

По температуре вспышки различают легковоспламеняющиеся вещества, у которых температура вспышки ниже 61 °С, и горючие с температурой вспышки выше 61 °С. Например: ацетон, бензин, керосин, имеющие температуру вспышки соответственно -50, -17 и +28 °С, относят к ЛВЖ, а сма­зочные масла (Т_всп > 180 °С) - к горючим.

Показатели горючести веществ и материалов используют при определении категорий помещений по взрывопожарной опасности в соответствии с нормами технологического проектирования /6.4/, а также взрывоопасных и пожароопасных зон для выбора и эксплуатации электрооборудования /6.5/.

Способность газов и паров гореть и взрываться зависит от их концентрации в воздухе. Различают нижний концен­трационный предел распространения пламени (НКПР) - наименьшую концентрацию горючего в смеси с окис­лителем в проц. по объему, которая уже способна воспла­меняться от внешнего источника зажигания и распро­странять пламя на весь объем. Смесь с НКПР называют бедной горючей смесью. При меньшей концентрации горю­чего смесь не воспламеняется. Верхний концентрационный предел распространения пламени (ВКПР) - наибольшая концентрация горючего в смеси с окислителем, которая еще способна воспламеняться. Это богатая горючая смесь. При большей концентрации горючего в смеси уже недостаточно окислителя для процесса химического превращения вещества. Самыми опасными являются средние концентрации между нижним и верхним пределами распространения пламени. Чем шире диапазон, тем опаснее вещество. Напри­мер, пределы распространения пламени метановоздушной смеси составляют 5-15 % по объему, а для водородно-воздушных смесей - 4,5-75 %. С повышением температуры смесей концентрационные пределы расширяются. Уменьшение давления ниже атмосферного сужает область воспламенения. Концентрационные пределы распространения пламени и температуры вспышки для индивидуальных веществ определяют экспериментально. Они являются справочными величинами (табл. 6.2). Для многокомпонентных смесей пределы определяют расчетом:

Таблица 6.2

Показатели взрывопожароопасности некоторых веществ и материалов /6.2; 6.6/

Вещество	Пожаро-опасность	Формула	М	Tвсп, °С	Тс.в., °С	НКПР %	ВКПР %	Wmin, мДж	Pmax, кПа	Нт, МДж/кг	п.г., кг/м3	Рн, кПа
Аммиак	ГГ	NH3	17,03	-	650	15,0	28,0	680	588	18,29	0,706	-
Ацетилен	ВГ	C2H2	26,04	-	335	2,5	81,0	0,011	1009	49,96	1,079	-
Ацетон	ЛВЖ	C3H6O	58,80	-18	540	1,43	13,0	0,41	572	31,36	2,408	24,35
Бутан	ГГ	C4H10	58,12	-69	405	1,80	8,5	0,25	843	44,14	2,410	-
Водород	ГГ	H2	2,0	-	510	4,09	75	0,017	730	120,8	0,083	-
Метан	ГГ	CH4	16,04	-181	537	5,28	14,1	0,28	706	50,0	0,655	-
Метиловый спирт	ЛВЖ	CH4O	32,04	6	440	0,70	35,5	0,14	620	23,84	1,328	12,69
Окись углерода	ГГ	CO	28,01	-	605	12,5	74,0	8,0	730	10,10	1,161	-
Пропан	ГГ	C3H8	44,1	-	470	2,31	9,4	0,25	843	46,35	1,828	-
Сероуглерод	ЛВЖ	CS2	76,13	-43	102	1,33	50,0	0,009	780	14,02	3,156	39,49
Толуол	ЛВЖ	C7H8	92,14	4	536	1,25	6,8	0,26	634	40,94	3,820	2,9
Этиловый спирт	ЛВЖ	C2H6O	46,07	13	400	3,61	17,8	0,246	682	30,50	1,910	5,76
Уайт спирит	ЛВЖ	C10,5H21	147,3	33-36	250	0,7	5,6	0,33			6,107	0,37

Обозначения: М- молекулярная масса, Т_всп – температура вспышки, Т_с.п. – температура самовоспламенения, ГГ – горючий газ, ВГ – взрывчатый газ, ЛВЖ – легковоспламеняющаяся жидкость, W_min – минимальная энергия зажигания, P_max – максимальное давление взрыва, Н_т – теплота сгорания, _п.г. – плотность пара при Р = 101 кПа и 20 °С, Р_н – давление насыщенного пара при 20 °С, вычислено по методике /6.2/.

НКПР(ВКПР) = 100/(а₁ /KIIP₁ + а₂/КПР₂ + .... + а_п/КТР_п),

где a₁, а₂, .... а_п - процентное содержание индивидуальных горючих веществ в горючей смеси; КПР₁, КПР₂, .... КПР_п - нижний или верхний пределы распространения пламени для соответствующих индивидуальных веществ.

Основным параметром, характеризующим пожарную опасность аэрозолей, является нижний концентрационный предел взрываемости, измеряемый в граммах на кубический метр горючей смеси. Верхний предел для аэровзвесей твердых веществ очень высок, поэтому его определяют редко. Область распространения пламени аэровзвесей зави­сит от крупности частиц, их влажности и содержания негорючих (инертных) веществ в составе пылей. НКП пылей размером менее 100 мкм с влажностью до 5 % колеб­лется в широких пределах. Например, дня алюминиевого по­рошка он составляет 58 г/м³ , железного порошка - 100 г/м³, сахара - 8,9 г/м³ , серы - 2,3 г/м³.

По степени взрывопожароопасности пыли делят на две группы и четыре класса. Пыли с НКПВ до 65 г/м относят к группе «А», в которой выделяют 2 класса. 1 класс - пыли с НКПВ менее 15 г/м³, 2 класс - пыли с НКПВ от 15 до 65 г/м . Пыли с пределом распространения пламени выше 65 г/м³ относят к группе «Б», в которой выделяют пыли с температурой самовоспламенения менее 250 °С (3 класс) и пы­ли с температурой самовоспламенения более 250 °С (4 класс).

На практике НКПР и ВКПР используют в техноло­гических процессах, где обращаются горючие газы, жид­кости и пыли. В таких процессах поддерживают концен­трацию горючих веществ ниже нижнего или выше верхнего предела распространения пламени. В системах аварийной сигнализации и вентиляции датчики автоматического включения настраивают на содержание горючих веществ в атмосфере помещений, равное 0,5*НКПР. Концентрацион­ные пределы используют в расчетах вероятности образо­вания горючей смеси в помещениях и определении категории помещений по пожаровзрывоопасности.

Жидкие, твердые и дисперсные горючие вещества характеризуются температурой воспламенения - наимень­шей температурой вещества, при которой выделяются пары и газы с такой скоростью, что после их воспламенения от источника зажигания возникает устойчивое горение.

Температура воспламенения - это наименьшая темпера­тура вещества, при которой происходит резкое ускорение экзотермических реакций, заканчивающихся пламенным горением. Этот показатель применяют для обеспечения пожаровзрывобезопасности технологических процессов, классификации горючих веществ по группам взрыво­опасных смесей, а также для выбора взрывозащищенного электрооборудования.

Для оценки пожароопасности и выбора безопасных температурных режимов ведения технологических процессов с применением горючих газов и жидкостей используют температурные пределы распространения пламени. Нижним температурным пределом, называют наименьшую температуру вещества, при которой его насы­щенные пары образуют в окислительной среде концентрации, соответствующие нижнему концентрационному пре­делу. Верхним температурным пределом, является темпера тура вещества, при которой насыщенные пары образую: концентрации, равные верхнему концентрационному преде­лу распространения пламени.

Твердые и дисперсные материалы характеризуются температурой самонагревания - самой низкой температурой вещества, при которой возникает его самонагревание за счет внутренних экзотермических реакций. При наличии благоприятных условий накопления тепла в массе вещества самонагревание может перейти в тление (беспламенное горение) или пламенное горение. Твердые материалы характеризуются также и коэффициентом дымообразованная оптической плотности дыма, образующейся при пламенном горении или при тлении определенного количества вещества (материала) в заданных условиях. В зависимости от коэффициента дымообразования Дм твердые вещества классифицируют на три группы:

с малой дымообразующей способностью

Дм  50 м²/кг;

с умеренной дымообразующей способностью

50 < Д_м  500 м²/кг;

с высокой дымообразующей способностью

Дм > 500 м²/кг.

Показатели взрывопожароопасности некоторых веществ и материалов приведены в табл. 6.2.