Методички / Пожарная безопасность

3

Оглавление

4

ВВЕДЕНИЕ

Пожаром называется процесс неконтролируемого горения, происходя- щего вне специально оборудованного очага, сопровождающийся возникно- вением угрозы здоровью и жизни людей или ведущий к значительным эко- номическим 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 возни- кают 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 без- опасности;

-неосторожное обращение с огнем, курение или умышленные поджоги.

Наиболее опасными факторами, воздействующими на людей и матери- альные 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, воздействую- щим 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 напря- жения на токопроводящие части конструкций, аппаратов, агрегатов;

-огнетушащие вещества;

-опасные факторы взрыва, происшедшего вследствие пожара, а имен- но: ударная волна, во фронте которой давление превышает допустимое зна- чение; 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 харак- тер. У некоторых горючих веществ реакция способна начаться при нормаль- ной температуре окружающей среды под воздействием либо непосредствен- но кислорода воздуха, либо ряда других стимулирующих факторов. Однако лишь в исключительных случаях подобные реакции могут привести к пожа- ру, поскольку скорость их протекания невысока и, следовательно, даже у ве- ществ 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 температу- ры 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 повыша- ется равновесная температура, и при достижении точки воспламенения веще- ство начинает гореть. Для того чтобы произошло воспламенение, т. е. горе- ние с пламенем, вещество должно начать выделять горючие газы или пары в результате испарения, разложения или химической реакции (например, с об- разованием оксида углерода). В противном случае горение будет происхо- дить без пламени.

Для полного сгорания необходимо наличие достаточного количества кислорода, чтобы обеспечить полное превращение горючего в его насыщен- ные оксиды. В тех случаях, когда воздуха подается недостаточно, окисляется лишь часть вещества. Остальное вещество разлагается с выделением большо- го 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. Количе- ство и плотность дыма зависят от характера горючего вещества. Вещества, в продуктах разложения которых содержится большой процент тяжелых фрак- ций, 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, из- быток 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 го- рючего материала и объем газообразных продуктов сгорания слишком вели- ки, чтобы могло произойти необходимое охлаждение.

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

Вгазах молекулы вещества свободны и окружены молекулами кисло- рода 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 устойчи- вого горения.

ПОКАЗАТЕЛИ ПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ ВЕЩЕСТВ

Пожароопасные вещества – это вещества, обладающие повышенной пожарной опасностью, т. е. способные вызвать неконтролируемое, нанося- щее материальный ущерб горение вне специального очага. Отношение меж- ду количеством тепла, высвобождающегося при горении образца, и количе- ством 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 предва- рительного нагрева в результате краткого контакта с низкоэнергетическими источниками зажигания, тогда как для загорания слабовоспламеняющихся веществ требуется продолжительное воздействие источника зажигания высо- кой 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 спо- собность 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 химиче- ских веществ и соединений (чистых и промышленных), смесей химических веществ (рецептур), природных и искусственных материалов, промышлен- ных полуфабрикатов и побочных продуктов, отходов промышленного произ- водства.

Определение пожароопасности веществ для каждого агрегатного со- стояния различно:

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

-жидкости – вещества с температурой плавления (точкой росы) не бо- лее 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 ис- точника зажигания.

Самовоспламенение – самовозгорание, сопровождающееся появлени- ем пламени.

Взрыв – чрезвычайно быстрое горение, при котором происходит выде- ление энергии и образование сжатых газов, способных производить механи- ческие разрушения.

Далее даются определения основных показателей пожароопасных ве- ществ.

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

испытаний) температура горючего вещества, при которой над его поверхно- стью образуются пары или газы, способные вспыхивать в воздухе от источ- ника зажигания, но скорость их образования еще недостаточна для устойчи- вого горения. В этом случае вещество не продолжает гореть, поскольку ин- тенсивность испарения слишком мала для выделения достаточного количе- ства 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 вспыш- ки, 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 самостоя- тельному 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 экзотермиче- ских реакций, заканчивающееся пламенным горением. Вещество загорается в процессе нагревания без непосредственного контакта с огнем. Этот показа- тель не является постоянным для данного вещества и зависит от условий опыта (количества приложенного тепла, теплопереноса, объема смеси, при- сутствия катализаторов). Наименьшие величины получают при проведении опыта в сферической стеклянной колбе. Стандартная температура самовос- пламенения 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 кон- такте с другими веществами или когда тепло вырабатывается микроорганиз- мами, поэтому различают тепловое, химическое и микробиологическое само- воспламенение или самовозгорание.

Пределы воспламенения (взрываемости) определяют интервал меж-

ду минимальной (нижний предел) и максимальной (верхний предел) темпе- ратурами 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 воспла- менения (НКПВ) или распространения пламени устойчивого горения нет, так как недостаточно горючего материала. При концентрации выше верхнего концентрационного предела воспламенения (ВКПВ) горение также отсут- ствует из-за малого количества окислителя.

Нижний концентрационный предел воспламенения учитывается при классификации производств по степени пожароопасности, а также при расче- те предельно допустимых взрывобезопасных концентраций для технологиче- ских установок, помещений и рабочих мест в случае использования открыто- го 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 без- опасности, 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 мини- мальной (нижний предел – НТПВ) и максимальной (верхний предел – ВТПВ) температурами. В интервале этих температур насыщенные пары пожаро- опасных веществ образуют в данной окисляющей воздушной среде концен- трации, изменяющиеся между нижним и верхним концентрационными пре- делами воспламенения. Температурные пределы воспламенения учитывают- ся 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 го- рючего 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 воспламе- нения – 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 инерт- ными 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 длитель- ного 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 теп- ла. Процесс самостоятельного горения формируется в том случае, когда пары смешиваются с воздухом в достаточном количестве и при этом подогревают- ся до температуры самовоспламенения.