БЖД (Иванов ФИБС БТС 8 семестр) / Пожар

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

–––––––––––––––––––––––––––––––––––

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет «ЛЭТИ»

––––––––––––––––––––––––––––––––––––

В. А. БУКАНИН В. Н. ПАВЛОВ А. О. ТРУСОВ

ПОЖАРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ

Электронное учебное пособие

Санкт-Петербург

Издательство СПбГЭТУ «ЛЭТИ»

2012

3

Оглавление

4

ВВЕДЕНИЕ

Пожаром называется процесс неконтролируемого горения, происходящего вне специально оборудованного очага, сопровождающийся возникновением угрозы здоровью и жизни людей или ведущий к значительным экономическим потерям.

Пожар является наиболее распространенной чрезвычайной ситуацией (ЧС) не только у нас в стране, но и во всем мире. Согласно статистическим данным в России пожары составляют до 80 % крупных ЧС. За год они возникают около 200 тыс. раз. Наша страна занимает одно из первых мест в мире

по количеству пожаров и по числу погибших в них (более 10 тыс. человек в год). По данным МЧС в 2011 г. в России произошло 168 528 пожаров, погиб-

ли 12 028 человек и получили травмы 12 457 человек. Прямой материальный ущерб от пожаров составил 17 280 086 000 рублей.

Основными причинами пожаров в РФ в настоящее время являются:

-ветшание жилого фонда и старение производственного оборудо-

вания;

-изменение экономических условий;

-нарушение технологической дисциплины и правил пожарной безопасности;

-неосторожное обращение с огнем, курение или умышленные поджоги.

Наиболее опасными факторами, воздействующими на людей и материальные ценности в процессе пожара, являются:

-пламя и искры;

-повышенная температура окружающей среды;

-токсичные продукты горения и термического разложения, дым;

-пониженная концентрация кислорода в воздухе среды обитания.

К вторичным проявлениям опасных факторов пожара, воздействующим на людей и материальные ценности, относятся:

-обломки или осколки, части разрушившихся аппаратов, агрегатов, установок, конструкций;

-радиоактивные и токсичные вещества и материалы, вышедшие из разрушенных аппаратов и установок;

-электрический ток, возникший в результате выноса высокого напряжения на токопроводящие части конструкций, аппаратов, агрегатов;

-огнетушащие вещества;

-опасные факторы взрыва, происшедшего вследствие пожара, а именно: ударная волна, во фронте которой давление превышает допустимое значение; пламя; обрушивающиеся конструкции, оборудование, коммуникации, здания и сооружения и их разлетающиеся части.

5

ПРИНЦИПЫ ГОРЕНИЯ И ГОРЮЧИЕ СВОЙСТВА ВЕЩЕСТВ

Процессы горения обычно формируются под действием химических реакций окисления, т. е. соединения вещества с кислородом воздуха.

Горение есть быстрое соединение кислорода или другого окислителя с горючим веществом. Эта химическая реакция носит экзотермический характер. У некоторых горючих веществ реакция способна начаться при нормальной температуре окружающей среды под воздействием либо непосредственно кислорода воздуха, либо ряда других стимулирующих факторов. Однако лишь в исключительных случаях подобные реакции могут привести к пожару, поскольку скорость их протекания невысока и, следовательно, даже у веществ с малой теплопроводностью выделяемое тепло все же рассеивается, не вызывая сколько-нибудь значительного повышения температуры вещества.

Первоначально количество тепла, выделяющееся при реакции, остается незначительным, легко рассеивается, и температура вещества поднимается ненамного. Если вещество нагревается, реакция по мере подъема температуры ускоряется. При определенной температуре, которая зависит от природы вещества и некоторых других факторов, горение становится более активным и к теплу внешнего источника добавляется теплота горения. Резко повышается равновесная температура, и при достижении точки воспламенения вещество начинает гореть. Для того чтобы произошло воспламенение, т. е. горение с пламенем, вещество должно начать выделять горючие газы или пары в результате испарения, разложения или химической реакции (например, с образованием оксида углерода). В противном случае горение будет происходить без пламени.

Для полного сгорания необходимо наличие достаточного количества кислорода, чтобы обеспечить полное превращение горючего в его насыщенные оксиды. В тех случаях, когда воздуха подается недостаточно, окисляется лишь часть вещества. Остальное вещество разлагается с выделением большого количества дыма. При этом образуется оксид углерода. Дым состоит из твердых или жидких частиц, которые остаются во взвешенном состоянии в газообразных продуктах сгорания и перемещаются вместе с ними. Количество и плотность дыма зависят от характера горючего вещества. Вещества, в продуктах разложения которых содержится большой процент тяжелых фракций, например смол, образуют очень густой дым.

При пожаре всегда происходит неполное сгорание и, следовательно, выделяется дым, что затрудняет тушение вследствие ухудшения видимости или наличия токсичных веществ в воздушной среде. С другой стороны, избыток воздуха охлаждает газообразные продукты сгорания. В тех случаях, когда горючего немного, охлаждения бывает достаточно, чтобы погасить огонь, поскольку температура падает ниже уровня, необходимого для вос-

6

пламенения. Именно это происходит, когда задувают свечу. Однако сильный ветер при лесном пожаре оказывает обратное действие, поскольку масса горючего материала и объем газообразных продуктов сгорания слишком велики, чтобы могло произойти необходимое охлаждение.

Вещество может гореть только в состоянии, когда его молекулы окружены молекулами кислорода воздуха. Поэтому на процесс горения влияет агрегатное состояние вещества.

Вгазах молекулы вещества свободны и окружены молекулами кислорода воздуха. Необходим лишь некоторый предварительный нагрев для начала химической реакции окисления (горения).

Вжидкостях молекулы свободно перемещаются друг относительно друга, но без доступа кислорода воздуха; лишь небольшая часть молекул (паров), находящаяся в газообразном состоянии за счет испарения, может взаимодействовать с кислородом.

Втвердых веществах молекулы связаны, и только некоторые из них свободны за счет испарения.

Таким образом, для формирования процесса горения необходимы три следующих условия (так называемый треугольник горения):

1. Наличие горючего вещества.

2. Наличие окислителя (например, кислорода воздуха).

3. Нагрев вещества до температуры самовоспламенения, т. е. до такой температуры, при которой начинается химическая реакция окисления и при которой скорость испарения молекул (паров) обеспечивает процесс устойчивого горения.

ПОКАЗАТЕЛИ ПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ ВЕЩЕСТВ

Пожароопасные вещества – это вещества, обладающие повышенной пожарной опасностью, т. е. способные вызвать неконтролируемое, наносящее материальный ущерб горение вне специального очага. Отношение между количеством тепла, высвобождающегося при горении образца, и количеством тепла, выделяемого источником зажигания, используется в качестве показателя воспламеняемости. Этот показатель позволяет различать легко- и слабовоспламеняющиеся вещества. Легковоспламеняющиеся вещества способны быстро загораться на открытом воздухе и в помещении без предварительного нагрева в результате краткого контакта с низкоэнергетическими источниками зажигания, тогда как для загорания слабовоспламеняющихся веществ требуется продолжительное воздействие источника зажигания высокой энергии. Показатель воспламеняемости горючих веществ находится в пределах 0.5…2.1, а у легковоспламеняющихся веществ превышает 2.1.

7

Группа горючести – это свойство вещества, определяющее его способность к самостоятельному горению, зависящее от параметров состояния системы “вещество – окислительная среда” (температуры, давления, объема), а также от агрегатного состояния вещества, окислительной среды и степени измельчения. Эти характеристики указываются в стандартах и технических условиях, используемых для классификации по пожароопасности химических веществ и соединений (чистых и промышленных), смесей химических веществ (рецептур), природных и искусственных материалов, промышленных полуфабрикатов и побочных продуктов, отходов промышленного производства.

Определение пожароопасности веществ для каждого агрегатного состояния различно:

-газы – вещества, абсолютное давление паров которых при температуре 50 °С равно или выше 0.3 Па;

-жидкости – вещества с температурой плавления (точкой росы) не более 50 °С;

-твердые вещества – вещества с температурой плавления более 50 °С. Различают несколько видов горения.

Вспышка – быстрое сгорание горючей смеси без образования повы-

шенного давления газов.

Возгорание – возникновение горения от внешнего источника зажига-

ния.

Воспламенение – возгорание, сопровождающееся появлением пламе-

ни.

Самовозгорание – горение, возникающее при отсутствии внешнего источника зажигания.

Самовоспламенение – самовозгорание, сопровождающееся появлением пламени.

Взрыв – чрезвычайно быстрое горение, при котором происходит выделение энергии и образование сжатых газов, способных производить механические разрушения.

Далее даются определения основных показателей пожароопасных веществ.

Температура вспышки ( tвсп) – самая низкая (в условиях специальных

испытаний) температура горючего вещества, при которой над его поверхностью образуются пары или газы, способные вспыхивать в воздухе от источника зажигания, но скорость их образования еще недостаточна для устойчивого горения. В этом случае вещество не продолжает гореть, поскольку интенсивность испарения слишком мала для выделения достаточного количества горючих паров. Температура вспышки определяет условия, при которых горючее вещество становится пожароопасным.

8

В соответствии с международными рекомендациями по температуре вспышки горючие жидкости подразделяются на два класса:

1)легковоспламеняющиеся жидкости (ЛВЖ) – с температурой вспышки, не превышающей 61 °С (при определении в закрытом тигле) (бензин, этиловый спирт, ацетон, нитроэмали и др.);

2)горючие жидкости (ГЖ), имеющие температуру вспышки выше 61 °С (масла, мазут, формалин и др.).

Температура вспышки учитывается при отнесении промышленных предприятий, помещений и установок к той или иной категории по пожаро- и взрывоопасности.

По температуре вспышки пожароопасные вещества разделяются на три класса (табл. 1).

Примеры показателей температуры вспышки: бензин –32 °С; ацетон

– 17.8 °С; бензол – 11 °C; метанол +11 °C; керосин +40 °С; трансформаторное масло +140 °С.

Температура воспламенения (tвос ) – температура горючего вещества,

при которой оно выделяет горючие пары и газы с такой скоростью, что после воспламенения их от внешнего источника зажигания возникает устойчивое горение. Эта температура характеризует способность вещества к самостоятельному горению (табл. 2).

Теплота, необходимая для нагрева, сообщается веществу от источника зажигания (пламени постороннего источника, электрического разряда, искры удара и трения, тепла от нагретых токоведущих частей, механической работы или химической реакции).

9

Температура самовоспламенения ( tсам ) – самая низкая температура

вещества, при которой происходит резкое увеличение скорости экзотермических реакций, заканчивающееся пламенным горением. Вещество загорается в процессе нагревания без непосредственного контакта с огнем. Этот показатель не является постоянным для данного вещества и зависит от условий опыта (количества приложенного тепла, теплопереноса, объема смеси, присутствия катализаторов). Наименьшие величины получают при проведении опыта в сферической стеклянной колбе. Стандартная температура самовоспламенения определяется равномерным нагреванием смесей горючих газов или паров с воздухом при отсутствии внешнего источника зажигания.

Примеры стандартных температур самовоспламенения: метан +537 °С; ацетон +465 °С; бензин +300 °С; дизельное топливо +250 °С.

Для выбора безопасных условий нагрева вещества используется другой показатель пожаро- и взрывоопасности – температура самонагревания, при которой возникают практически различимые экзотермические реакции.

Некоторые пожароопасные вещества способны самовоспламеняться при нагреве до относительно низких температур, когда они находятся в контакте с другими веществами или когда тепло вырабатывается микроорганизмами, поэтому различают тепловое, химическое и микробиологическое самовоспламенение или самовозгорание.

Пределы воспламенения (взрываемости) определяют интервал меж-

ду минимальной (нижний предел) и максимальной (верхний предел) температурами или концентрациями области воспламенения. В этом диапазоне пожароопасное вещество способно воспламеняться от источника зажигания и горения смеси и распространяться на любое расстояние от источника.

При концентрации ниже нижнего концентрационного предела воспламенения (НКПВ) или распространения пламени устойчивого горения нет, так как недостаточно горючего материала. При концентрации выше верхнего концентрационного предела воспламенения (ВКПВ) горение также отсутствует из-за малого количества окислителя.

Нижний концентрационный предел воспламенения учитывается при классификации производств по степени пожароопасности, а также при расчете предельно допустимых взрывобезопасных концентраций для технологических установок, помещений и рабочих мест в случае использования открытого огня и искрящего инструмента. Предельно допустимые взрывобезопасные

концентрации определяются при степени надежности невоспламеняемости 0.999 или 0.999999 смеси горючего газа или пара с воздухом делением его

нижнего концентрационного предела воспламенения на коэффициент безопасности, который в зависимости от вещества составляет 1…4. Считается, что особую взрывоопасность представляют горючие пары и газы с НКПВ до 10 % по объему воздуха и взвеси с нижним пределом до 15 г/м3.

10

Температурные пределы воспламенения паров определяются минимальной (нижний предел – НТПВ) и максимальной (верхний предел – ВТПВ) температурами. В интервале этих температур насыщенные пары пожароопасных веществ образуют в данной окисляющей воздушной среде концентрации, изменяющиеся между нижним и верхним концентрационными пределами воспламенения. Температурные пределы воспламенения учитываются при расчете безопасных рабочих температур технологической установки. Безопасной с точки зрения вероятности самовоспламенения газовоздушной смеси считается температура на 10 °С меньше НТПВ или на 15 °С выше ВТПВ данного вещества. Безопасной температурой длительного нагрева горючего вещества считают температуру, не превышающую 90 % температуры самонагревания.

Примеры концентрационных пределов воспламенения в процентах по объему в воздухе приведены в табл. 3, а температурных пределов воспламенения – в табл. 4.

Добавление инертного газа к горючей смеси уменьшает диапазон ее воспламеняемости либо полностью устраняет возможность зажигания.

Примеры минимальных концентраций кислорода, представляющих опасность с точки зрения взрыва, в смесях пожароопасных веществ с инертными газами: ацетилен с диоксидом углерода – 14.9 %; ацетилен с азотом –

11.9 %; метан с диоксидом углерода – 15.6 %; бензол с диоксидом углерода – 14.4 %; метан с азотом – 12.8 %; бензол с азотом – 11.5 %.

Самостоятельное горение твердых веществ начинается после длительного нагревания. До того как твердое вещество начнет гореть, оно должно перейти в парообразное состояние. Этот процесс называется пиролизом и представляет собой химическое разложение вещества под воздействием тепла. Процесс самостоятельного горения формируется в том случае, когда пары смешиваются с воздухом в достаточном количестве и при этом подогреваются до температуры самовоспламенения.