47. Пожаро-взрывоопасность веществ и материалов.

Пожаро-взрывоопасность веществ и материалов определяется показателями, выбор которых зависит от агрегатного состояния вещества и условий его применения.

При этом различают:

газы – вещества, абсолютное давление паров которых при температуре 50 °С равно или выше 300 кПа;

жидкости – вещества с температурой плавления не более 50 °С;

твердые – вещества и материалы с температурой плавления, превышающей 50 °С;

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

Пожаро- и взрывоопасность веществ определяются: группой горючести, температурой вспышки, температурой самовоспламенения, минимальной энергией зажигания, нижним и верхним концентрационными пределами воспламенения, давлением взрыва, дисперсностью, летучестью и т. д.

Горючесть – способность вещества или материала к горению под воздействием источника зажигания.

По горючести вещества и материалы во всех агрегатных состояниях подразделяются на три группы:

негорючие (несгораемые) – вещества и материалы, которые неспособны гореть в воздухе нормального состава при температуре до 900 °С; к ним относятся: полупроводниковый кремний, асбест, кварц, стекло и др.;

трудногорючие (трудносгораемые) – вещества и материалы, способные возгораться в воздухе нормального состава под действием источника зажигания, но неспособные самостоятельно гореть после его удаления (пластмассы, древесина и ткани, пропитанные антипиренами, строительные бетонные конструкции с органическими наполнителями);

горючие (сгораемые) – вещества и материалы, способные самовозгораться, а также возгораться от источника зажигания и самостоятельно гореть после его удаления (бензин, керосин, ткани, пластмассы, каучук, древесина, этиловый спирт, ацетон и др.);

из группы горючих веществ и материалов выделяют легковоспламеняющиеся, способные воспламеняться от кратковременного (до 30 с) воздействия источника зажигания с низкой энергией (пламя спички, искры, тлеющая сигарета и т. п.).

Понятие легковоспламеняемости прежде всего относится к горючим жидкостям.

Минимальная энергия зажигания – энергия искры электрического разряда или статического электричества, достаточная для воспламенения легковоспламеняемой газо-, паро- или пылевоздушной смеси.

Минимальная энергия зажигания составляет: для водорода – 0,019; для сероуглерода – 0,009; циркония – 15; магния – 20; метанола – 0,6; аммиака – 6,8 МДж.

Отнесение вещества или материала к негорючим неадекватно отнесению к непожаро- или невзрывоопасным. Среди негорючих веществ много весьма пожароопасных или взрывоопасных при определенных условиях.

Наиболее распространенными пожароопасными или взрывоопасными горючими веществами являются:

окислители;

вещества, выделяющие горючие продукты при взаимодействии с водой или друг с другом; вещества, реагирующие с водой или одно с другим с взрывом, воспламенением или выделением значительного количества теплоты;

вещества, нагревание которых в закрытых сосудах сопровождается значительным повышением давления;

вещества, способные к взрывчатому превращению без участия кислорода воздуха при нагревании или инициировании ударом, трением, а также взрывом или детонацией другими веществами.

Особой разновидностью среди промышленных веществ являются пирофорные и взрывоопасные.

Пирофорными называют горючие вещества, которые в обычных условиях хранения способны самовозгораться при контакте с кислородом воздуха.

Таких веществ имеется четыре вида:

вещества растительного происхождения во влажном состоянии (влажные опилки, стружки);

ископаемые окисляющиеся вещества органического происхождения (каменные и бурые угли, сланцы);

промасленные пористые вещества и материалы (промасленные ткани, бумага, изоляция, ветошь, опилки, металлические стружки);

химические вещества и смеси, соприкасающиеся с воздухом (алюминиевая, титановая, цинковая пыль; сульфиды; металлоорганические соединения, свежая сажа; древесный уголь).

Взрывоопасные вещества различны по горючести и способны к быстрому экзотермическому превращению с образованием сжатых газов (взрыву) без участия кислорода воздуха. Таких веществ существует три вида:

вещества, воспламеняющиеся при соприкосновении с водой (табл. 4.1);

Таблица 4.1.

взрывоопасные вещества, воспламеняющиеся при соприкосновении с водой

Азид свинца	Взрывается при влажности до 30 %
Алюминий, магний и их сплавы; титан и его сплавы; цинковая пыль; термит; электрон	При горении разлагают воду на Н+ и ОН-, взрывоопасны
Перекись кальция, цезий металлический	Разлагаются в воде с выделением кислорода
Гидросульфит натрия	Самовозгорается от воздействия воды
Гремучая ртуть, нитроглицерин	Взрываются от удара струи воды
Калий, кальций, натрий, рубидий металлические, калий водородистый	Реагируют с водой с выделением водорода
Карбиды алюминия, бария, кальция	Разлагаются в воде с выделением горючих газов
Карбиды щелочных металлов	Взрываются
Перекись натрия, битум	Возможен взрывоопасный выброс и усиление горения
Натрий фосфористый	Выделяется самовоспламеняющийся фосфористый водород
Негашеная известь, титан четырех хлористый	Выделяется большое количество теплоты, резко возрастает температура(до 400 °С и более)
Селитра	Сильный взрывоопасный выброс и усиление горения

окислители, воспламеняющиеся при смешении с ними органических веществ (кислород, галогены, азотная кислота, пероксиды бария и натрия, перманганат калия, селитры, хлорная известь и др.);

промышленные взрывчатые вещества (ВВ), предназначенные для производства взрывчатых работ (порох, динамит, аммонал, тринитротолуол и др.).

Показателем пожаро-взрывоопасности жидкости является температура вспышки.

Температура вспышки – наименьшая температура горючего вещества, при которой образовавшиеся над его поверхностью пары и газы способны вспыхивать в воздухе от источника зажигания, однако скорость образования паров или газов еще недостаточна для поддержания устойчивого горения.

В соответствии с ГОСТ 12.1.004—85 «ССБТ. Пожарная безопасность. Общие требования» жидкости в зависимости от температуры вспышки делятся на легковоспламеняющиеся (ЛВЖ) и горючие (ГЖ).

К ЛВЖ относятся жидкости, способные самостоятельно гореть после удаления источника зажигания и имеющие температуру вспышки в закрытом тигле не выше 61 °С или в открытом тигле не выше 66 °С.

ГЖ способны самостоятельно гореть после удаления источника зажигания, но имеют температуру вспышки выше 61 °С в закрытом тигле.

По температуре вспышки устанавливают безопасные способы хранения, транспортирования и применения жидкостей.

Ацетон имеет температуру вспышки – 18 °С, разные сорта бензина от –39 до –17 °С, керосин +40 °С, масло трансформаторное + 147 °С.

Температура воспламенения и самовоспламенения – основные показатели взрыво-пожароопасности твердых и жидких веществ.

Температура воспламенения – наименьшая температура вещества, при которой вещество выделяет горючие пары и газы с такой скоростью, что после их зажигания начинается устойчивое пламенное горение.

Температуру воспламенения применяют для установления группы горючести веществ, оценки пожарной опасности оборудования и технологических процессов, связанных с переработкой горючих веществ.

Для ЛВЖ температура воспламенения отличается на 1 ... 5 °С от температуры вспышки, а для других веществ – на 20 °С и более.

Ниже представлены значения температур воспламенения некоторых материалов.

Материал	Древесина	Стекло	Резина	Гетинакс
Температура воспламенения, °С	255	260	270	285

Температура самовоспламенения – самая низкая температура вещества, при которой происходит резкое увеличение скорости экзотермической реакции, заканчивающейся пламенным горением.

Температура самовоспламенения

газов и паров, горючих жидкостей находится в пределах 250 – 700 °С,

для твердых веществ, например цинка, магния, алюминия – 450 – 800 °С,

дерева, каменного угля, торфа – 25 – 450 °С.

В зависимости от температуры самовоспламенения различают:

горючие вещества, имеющие температуру самовоспламенения выше температуры ОС;

горючие вещества, имеющие температуру самовоспламенения ниже температуры ОС.

Последние вещества представляют собой большую опасность, так как они могут загораться без внесения теплоты извне, поэтому их называют самовозгорающимися веществами, то есть веществами (материал, смесь), склонными к самовозгоранию в естественных условиях хранения. Самовозгорающиеся вещества подразделяются на три группы:

вещества, способные самовозгораться от воздействия воздуха; к ним могут быть отнесены растительные масла и животные жиры, бурые и каменные угли, торф, обтирочные концы, древесные опилки и т. п.;

вещества, подверженные самовозгоранию при действии на них воды; к ним относятся карбид кальция и карбиды щелочных материалов, металлические калий и натрий, негашеная известь и др.;

вещества, самовозгорающиеся в результате смешения друг с другом; в эту группу входят различные газообразные, жидкие и твердые окислители, например сильными окислителями являются галлоиды (хлор, бром и др.); ацетилен, водород, метан и этилен в смеси о хлором самовозгораются.

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

Результаты оценки этого показателя применяют при выборе безопасных условий проведения технологических процессов и условий совместного хранения и транспортирования веществ и материалов.

В зависимости от температуры самовоспламенения Т_сам различают 6 групп взрывоопасных смесей паров и газов с воздухом:

Группа взрывоопасных смесей газов и паров с воздухом	Т1	Т2	Т3	Т4	Т5	Т6
Тсам смеси, 0С	Св. 450	300 – 450	200 – 300	135 – 200	100 – 135	85 – 100

Основными показателями пожаро- и взрывоопасности горючих газов и паров являются нижний (НПВ) и верхний (ВПВ) концентрационные пределы воспламенения (взрываемости), выраженные в объемной доле компонента в смеси (%) или в массовых концентрациях (мг/м³).

Минимальная концентрация горючих газов, паров или пыли в воздухе, при которой они способны загораться и распространять пламя, называется нижним концентрационным пределом воспламенения;

максимальная концентрация горючих газов, паров и пыли, при которой еще возможно распространение пламени, называется верхним концентрационным пределом.

Область составов и смесей горючих газов и паров с воздухом, лежащих между нижним и верхним концентрационными пределами воспламенения, называется областью воспламенения.

Нижнему и верхнему концентрационным пределам соответствует нижний и верхний температурные пределы.

Температурные пределы воспламенения паров – это такие температуры вещества, при которых его насыщенные пары образуют в данной окислительной среде концентрации, равные соответственно НПВ и ВПВ, и называются соответственно нижним (НТПВ) и верхним (ВТПВ) температурными пределами воспламенения.

При определении степени опасности пыли, находящейся в аппаратуре, в вентиляционных системах, шахтах, во взвешенном состоянии в производственном помещении, необходимо учитывать в первую очередь ее способность образовывать с воздухом (кислородом) взрывоопасные смеси, а также чувствительность таких смесей к различным источникам воспламенения.

Пыль, осевшая на поверхностях окружающих предметов, может взрываться только после ее взвихрения и перехода во взвешенное состояние (аэрозоль). Для горения или взрыва необходим источник зажигания. В осевшем состоянии степень пожароопасности пыли (аэрогеля) определяется возможностью ее самовозгорания.

Нижние концентрационные пределы воспламенения пылевоздушных смесей колеблются для большинства веществ от 2,5 до 30 г/м³.

Концентрации, близкие к верхнему пределу воспламенения, могут возникнуть при пневмо транспортировании, например горючих пылевидных продуктов, в закрытых материалопроводах, а также внутри размольных машин и оборудования; внутри помещений они практически труднодостижимы.

Концентрационные пределы воспламенения пылей не являются постоянными и зависят от дисперсности, влажности, содержания летучих или инертных веществ, температуры источника воспламенения и др.

Горючие пыли (НПВ 65 г/м³) делятся на две группы:

А – взрывоопасные пыли серы, канифоли, эбонита, магния, алюминия, титана,

и Б – пожароопасные – цинковая или древесная пыль.

Давление при взрыве пыли зависит от свойств пыли и мощности источника зажигания и не превышает 400 – 600 кПа.

Общие требования взрывобезопасности (ГОСТ 12.1.010–76*) предусматривают исключение образования взрывоопасных сред и источников инициирования взрыва.

Взрывоопасными средами являются: смеси газов, паров, пылей с окислителями (воздух, кислород, озон, окислы азота, хлор и др.).

Источниками инициирования взрыва могут быть: горящие и накаленные тела; электрические разряды; искры от удара и трения, ударные волны; тепловые проявления химических реакций и механических воздействий; солнечная радиация, электромагнитные и другие излучения.