книги из ГПНТБ / Ассоров Ф.Г. Пожарная безопасность на морском транспорте

поэтому в них происходит дальнейшее повышение температуры. При благоприятных для аккумуляции тепла условиях (значитель­ ная масса растительного продукта, например сено или жмых в трюме) температура может достигнуть 70°С.

При этой температуре микроорганизмы гибнут, а их разложе­ ние сопровождается дальнейшим повышением температуры с обра­ зованием пористого угля, который способен поглощать пары и га­ зы в большом объеме. Этот процесс также сопровождается выде­ лением тепла и постепенным повышением температуры до 100— 130°, при которой происходит распад новых соединений с образо­ ванием пористого угля. При температуре 200°С разлагается клет­ чатка, входящая в состав растительных продуктов, и образуется новый вид угля, способный интенсивно окисляться. Процесс окис­ ления угля приводит к дальнейшему повышению температуры вплоть до возникновения горения.

Самовозгораться способен и уголь, получаемый при термичес­ ком разложении целлюлозных материалов, например древесный уголь. Этот уголь способен самовозгораться тогда, когда он толь­ ко что изготовлен. С течением времени способность поглощать па­ ры и газы уменьшается, вследствие чего древесный уголь, дли­ тельное время находившийся на воздухе, теряет склонность к са­ мовозгоранию.

Ископаемый уголь некоторых видов (бурый, каменный) спо­ собен самовозгораться. Причинами его самовозгорания являются: способность окисляться при низких температурах и поглощать кислород воздуха и другие газы или пары. Но главной причиной самовозгорания является окисление угля. Поглощение углем па­ ров и газов также сопровождается повышением температурыНа­ ибольшей поглотительной способностью обладает молодой уголь, содержащий влагу. Так, свежедобытый бурый уголь содержит 10—20% гигроскопической влаги, а тощий — примерно 1%, по­ этому последний более устойчив к самовозгоранию. Повышение влаги вызывает повышение температуры угля до 60—75°С, а дальнейшее выделение тепла происходит за счет окисления орга­ нической массы.

Развитие процесса самовозгорания ископаемого угля зависит от степени его измельченности: чем мельче уголь, тем больше по­ верхность поглощения и окисления, больше скорость их протека­ ния, тем больше выделяется тепла.

Нередко причиной пожара является самовозгорание жиров и масел минерального, растительного или животного происхожде­ ния, которыми пропитаны волокнистые материалы и ткани.

Минеральные масла (машинное, соляровое, трансформатор­ ное) представляют собой смесь предельных углеводородов и в чистом виде самовозгораться не могут. Самовозгорание их воз­ можно при наличии примесей растительных масел. Растительные масла (конопляное, льняное, подсолнечное, хлопковое)- и масла животного происхождения (сливочное) представляют собой смесь глицеридов жирных кислот.

20

Самовозгорание масел и жиров возникает при наличии в их составе непредельных соединений, большой поверхности окисле­ ния и малой теплоотдаче, определенном соотношении количества масел и пропитанного ими материала, определенной его плотнос­ ти. Склонны к самовозгоранию и олифы, приготовляемые из льня­ ного масла, а также отходы и остатки некоторых нитролаков.

Чем больше поверхность окисления, тем больше возможность самовозгорания масел. С этой точки зрения и жиры способны са­ мовозгораться, только будучи распределенными на большой по­ верхности. Поэтому самовозгорание - жиров и масел в бутылях или резервуарах не происходит. Наиболее благоприятные условия для развития окислительных процессов создаются в тех случаях, когда промасленные материалы сложены в кучи или кипы, кото­ рые примыкают одна к другой, а также к нагретым поверхно­ стям.

О склонности масла или жира к самовозгоранию судят по его йодному числу, используя свойство галоидов взаимодействовать с непредельными соеди­ нениями, присоединяясь по месту двойных связей. Йодньгм числом называется количество йода в граммах, поглощенное 100 г испытываемого масла или жира. Чем большее йодное число, тем больше в этом масле непредельных соединений, тем больше склонно оно к самовозгоранию.

нередко заканчиваются самовозгоранием. По способности к само­ возгоранию химические вещества подразделяют на три группы.

щелочных металлов, порошкообразные железо, цинк и др. Окисление некоторых веществ этой группы вызывается их взаи­

модействием с водяными парами воздуха. Окисление сопровож­ дается выделением большого количества теплоты. Окисление не­ которых веществ протекает настолько быстро, что вскоре перехо­ дит в горение или взрыв. Для других веществ процессы самонаг­ ревания продолжаются длительное время.

Например, процесс самовозгорания белого фосфора заканчивается горени­ ем через несколько десятков секунд, а процесс самовозгорания свежеприготов­ ленного активированного угля продолжается несколько дней.

Вещества, вызывающие горение при взаимодействии их с во­

тый натрий и др.

Взаимодействие щелочных металлов с водой или влагой возду­ ха сопровождается выделением водорода, который воспламеняет­ ся за счет теплоты реакции. Попадание на негашеную известь не­ большого количества воды вызывает самонагревание, заканчиваю­ щееся сильным разогревом (до свечения), поэтому находящиеся поблизости горючие материалы могут воспламениться.

21

Вещества, самовозгорающиеся при смешении одного с дру­ гим: так, воздействие азотной кислоты на древесину, бумагу, ткани, скипидар и эфирные масла вызывает воспламенение по­ следних; хромовый ангидрид воспламеняет спирты, эфиры и орга­ нические кислоты. Ацетилен, водород, метан и этилен самовозго­ раются в атмосфере хлора на дневном св$ту; измельченное желе­ зо (опилки) самовозгорается в атмосфере хлора; карбиды щелоч­ ных металлов воспламеняются в атмосфере хлора и двуокиси углерода.

ГОРЕНИЕ ГАЗО- И ПАРОВОЗДУШНЫХ СМЕСЕЙ

Областью воспламенения газов (паров) в воздухе называется область концентрации данного газа в воздухе при ат­ мосферном давлении, внутри которой смеси газа с воздухом спо­ собны воспламеняться от внешнего источника зажигания с по­ следующим распространением пламени по смеси.

Граничные концентрации области воспламенения называют соответственно нижним и верхним пределами воспламенения га­ зов (паров) в воздухе. Величины пределов воспламенения ис­ пользуют при расчете допустимых концентраций газов внутри взрывоопасных технологических аппаратов, систем вентиляции, а также при определении предельно допустимой взрывоопасной концентрации паров и газов при работах с применением огня и искрящеро инструмента.

Величину концентрации газа или пара в воздухе внутри тех­ нологического аппарата, не превышающую 50% величины нижне­ го предела воспламенения, можно принимать как взрывобезопас­ ную концентрацию. Обеспечение взрывобезопасности среды внут­ ри аппаратуры при нормальном технологическом режиме не дает основания считать данное оборудование невзрывоопасным.

За величину предельно допустимой взрывобезопасной концен­ трации (ПДВК) паров и газов при работе с применением огня и искрящего инструмента следует принимать концентрацию, кото­ рая не превышает 5% величины нижнего предела воспламенения данного пара или газа в воздухе при отсутствии в рассматривае­ мом аппарате конденсированной фазы.

Температурными пределами воспламенения паров в воздухе

называются такие температурные вещества, при которых насы­ щенные пары образуют концентрации, равные соответственно нижнему или верхнему концентрационным пределам воспламене­ ния.

Температурные пределы воспламенения учитывают при расче­ те безопасных температурных режимов в закрытых технологичес­ ких объемах с жидкостями (топливные грузовые танки и т. п.), работающими при атмосферном давлении.

Безопасной, в отношении возможности образования взрыво­ опасных паровоздушных смесей, следует считать температуру ин­

22

дивидуального вещества на 10° ниже нижнего или на 15° выше верхнего температурных пределов воспламенения.

Пыль горючих и некоторых негорючих веществ (например, алюминия, цинка) может в смеси с воздухом образовать горючие (пожаро- и взрывоопасные) концентрации. Пыль, выпадающую из воздуха и осаждающуюся на поверхностях судовых конструкций, называют аэрогелем.

Наибольшую опасность по взрыву представляет взвешенная в воздухе пыль. Однако и осевшая на судовых конструкциях пыль представляет опасность с точки зрения не только возникновения пожара, но и вторичного взрыва, вызываемого в результате взвих­ ривания пыли при первичном взрыве.

При нагревании пыли происходят окислительные процессы, ко­ торые при определенной скорости реакции могут перейти в само­ воспламенение, заканчивающееся тлением или пламенным горе­ нием. Пыль одного и того же вещества в зависимости от состоя­ ния имеет две температуры самовоспламенения: для аэрозоля и для аэрогеля.

Вполне очевидно, что осевшая пыль опасна с точки зрения ее воспламенения, поскольку у нее значительно ниже температура самовоспламенения. Этим объясняется то обстоятельство, что искры механического происхождения воспламеняют осев­ шую, а не взвешенную пыль. Однако возникшее горение осевшей пыли в дальнейшем может воспламенить аэрозоль (аэровзвесь).

Нижним пределом воспламенения аэровзвеси твердых веществ называется наименьшая концентрация вещества в воздухе, при которой смесь способна воспламеняться с последующим распрост­ ранением пламени на весь объем смеси. Аэровзвесь данного твер­ дого вещества считается взрывоопасной, если нижний предел вос­ пламенения ее не превышает 65 г/м3. Особо взрывоопасными счи­

осевшей пыли). Обеспечение взрывобезопасности внутри помеще­ ния при нормальном технологическом режиме не дает основания

электрооборудования.

В основу классификации взрывоопасных смесей положена

ность этой защиты заключается в том, что при воспламенении в обоЛочке взрывчатой смеси пламя ее, проходя через щель, должно

23

само погаситься, а продукты горения — охладиться ниже темпе­ ратуры самовоспламенения взрывоопасной окружающей среды.

Фланцевые зазоры, исключающие передачу взрыва из оболоч­ ки в окружающую взрывоопасную среду, называются безопасны­ ми, однако принимаются допустимые зазоры меньше безопасных на' коэффициент надежности 2—2,5. Величина безопасного зазора для различных взрывчатых смесей неодинакова. Она зависит от ширины фланцев и физико-химических свойств взрывоопасной смеси.

УСЛОВИЯ, НЕОБХОДИМЫЕ ДЛЯ ГОРЕНИЯ И ВЗРЫВА

Быстропротекающая экзотермическая реакция (со­ единение или разложение), сопровождающаяся выделением боль­ шого количества тепла и излучением света, представляет собой процесс горения. Взрыв — частный случай горения, протекающего мгновенно и сопровождающегося кратковременным выделением значительного количества тепла и света.

Для протекания процесса горения необходима горючая среда, т. е. горючее вещество, кислород (воздух) и источник воспламене­ ния. Для того чтобы возник процесс горения, горючая среда должна быть нагрета до определенной температуры при помощи источника воспламенения (пламя, искра электрического или механического происхождения и т. п.) После возникновения горения постоянным источником воспламенения является зона горения, т. е. тот участок, где протекает экзотермическая реакция. Возникновение и продол­ жение горения возможно при определенном количественном соотно­ шении горючего вещества и кислорода и при определенных темпе­ ратурах и запасе тепловой энергии источника воспламенения.

Горение веществ может протекать не только в среде-кислорода, но и при соединении с другими веществами. Так, многие вещества горят при наличии хлора, паров брома, серы.

Различные по химическому составу твердые материалы и веще­ ства горят неодинаково. Простые вещества (сажа, древесный уголь, кокс, антрацит), представляющие собой химический чистый угле­ род, накаляются или тлеют без образования искр, пламени и ды­ ма. Это объясняется тем, что они не нуждаются в разложении пе­

24

Горение сложных по химическому составу твердых горючих материалов (древесина, хлопок, каучук, резина, пластмасса) проте­ кает в две стадии: разложение, процессы которого не сопровожда­ ются пламенем и излучением света, и собственно горение, характе­ ризующееся наличием пламени или тления. Таким образом, слож­ ные вещества сами не горят, а горят продукты их разложения. Если они сгорают в газообразной фазе, то такое горение называ­ ется гомогенным, при этом, если процесс горения протекает по мере смешения кислорода воздуха с горючим веществом, горение именуется диффузионным.

Если до начала горения была заранее приготовлена или сама образовалась горючая смесь паров или газов с воздухом и время горения этой смеси зависит только от скорости химической реак­ ции (а не от времени ее приготовления), такое горение называется кинетическим. Оно протекает наиболее быстро, нередко в виде взрыва.

Скорость выгорания твердых материалов зависит от влажно­ сти материала, удельной загрузки (количество материала, прихо­ дящееся на 1 м2 площади палубы), отношения площади поверх­ ности материала к его объему, доступа воздуха, скорости и на­ правления ветра и других факторов. Сухие волокнистые, разрых­ ленные и пылеобразные вещества, имеющие большую поверхность соприкосновения с кислородом воздуха, выгорают быстрее, чем влажные и уплотненные материалы. Кинопленки на нитрооснове, целлулоид, порох и взрывчатые вещества среди твердых горючих материалов и веществ обладают самой высокой скоростью горе­ ния. Они горят под водой, под землей и в герметически закрытых

образные продукты, которые при смешении с воздухом, содержа­

ОБЩЕЕ ПОНЯТИЕ О ПОЖАРЕ

Пожар — сложное явление, в основе которого ле­ жит неорганизованный процесс горения, происходящий в месте, для этого не предназначенном, и приводящий к уничтожению ма­ териальных ценностей, а иногда и к гибели людей и судов.

В практике нередки случаи, когда один из признаков пожара (чаще всего третий) отсутствует. Для характеристики подобных явлений пользуются термином загорание. Примеры загораний: го­ рение окурков в урне, промасленной ветоши в ящике для отходов, сажи в дымоходе. Здесь процессы неорганизованного горения в

25

месте, для этого не предназначенном, они не приводят к уничтоже­

внутри судна или снаружи. Внутренние пожары, как правило, бо­

лее сложны.

Основные явления, сопровождающие пожар: выделение тепло­ ты; теплопередача от зоны горения в окружающую среду и повы­ шение температуры в зоне пожара; распространение горения на смежные материалы, помещения и т. п.; выгорание, прогрев, де­ формация и разрушение судовых конструкций; образование воз­ душных и газовых потоков, вызванных газообменом между зоной горения и окружающей средой; взрывы механического оборудова­ ния или материалов (груза или судового снабжения); выделение продуктов разложения и образование продуктов сгорания; вски­ пание горящей жидкости в цистернах и танках; ожоги, травмы и от­ равления людей; паника среди людей.

Пространство, в котором проявляются те или иные явления, сопровождающие пожар, можно разделить на три зоны: зону горе­ ния, зону агрессивного воздействия тепла и зону задымления.

Зоной горения называется часть пространства, в которой проис­ ходит горение.

Проекция зоны горения на поверхность палубы называется площадью пожара. При внутренних пожарах в многопалубных от­ секах и надстройках судов общую площадь пожара находят как сумму площадей пожара на каждой палубе.

Зоной агрессивного воздействия тепла называется часть прос­ транства, где тепловое воздействие приводит к заметному измене­ нию свойств и состояния материалов и конструкций и делает не­ возможным пребывание людей без специальной тепловой защиты (теплозащитные костюмы, водяные завесы идр.). Данная зона обычно образуется на путях движения нагретых продуктов сгорания или полета горящих частиц, искр, а также вследствие тепловой радиации факела пламени. При наличии в этой зоне легковоспла­ меняющихся материалов создается реальная угроза возникнове­ ния новых очагов пожара.

Зоной задымления называется часть пространства, заполненная дымовыми газами в концентрации, создающей угрозу жизни и здоровью людей или затрудняющей действия аварийных партий и групп.

ВЫДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОТЫ ПРИ ПОЖАРЕ

Рассматривая горение в условиях судового пожара, не следует забывать его неорганизованный характер. Тепловыделе­ ние на различных судовых пожарах, даже при горении одних и тех

26

же веществ, может сильно изменяться, так как условия, в которых протекает горение, редко бывают одинаковыми.

Интенсивность тепловыделения зависит от физико-механических свойств горящего материала, степени его раздробленности, влаж­ ности, а также от скорости газообмена между зоной горения и ок­ ружающей средой. Одной из величин, определяющих интенсивность выделения теплоты при пожаре, является теплота сгорания мате­ риалов. Не менее важна скорость горения.

Различают две скорости горения: массовую и линейную. Мас­ совой скоростью называется масса (в т, кг) вещества, выгоревшего в единицу времени (в мин, ч). Линейной скоростью горения твер­ дых горючих веществ называется скорость распространения огня (в м/мин) и скорость роста площади очага пожара (в м2/мин). Скорость горения твердых веществ зависит от степени их измель­ чения, влажности, объемного веса, доступа воздуха и ряда других факторов.

Изучение случаев пожара на судах дает возможность принять среднюю линейную скорость горения (м/мин):

Примерно в течение первых 2—3 мин пожара быстро увеличи­ вается площадь его очага — на пассажирских судах до 20 м2/мин. Это время уходит обычно на сбор по тревоге экипажа судна, и ак­ тивной борьбы с пожаром еще не ведется. В последующие 10 мин, когда вводятся в действие стационарные средства водо- и пенотушения, рост площади очага пожара замедляется.

Линейная скорость распространения огня определяет площадь очага пожара, а степень выгорания всего, что может гореть на этой площади, — продолжительность пожара. Линейная скорость горения жидкости характеризуется высотой ее слоя (мм, см), вы­ горевшего з единицу времени (мин, ч). Скорость распространения пламени при воспламенении горючих газов составляет от 0,35 до

1,0 м/сек.

Скорость выгорания характеризуется количеством горючего, сгорающего в единицу времени с единицы площади горения. Она определяет интенсивность сгорания материалов при пожаре. Ее необходимо знать для расчета продолжительности пожара в любых жидкостях. Скорость выгорания жидкости, разлитой на поверхно­ сти морской воды, примерно такая же, как и при выгорании ее с открытых поверхностей емкостей.

27

Существенное значение для характеристики общего количест­ ва тепла, выделяющегося при пожаре, имеет длительность пожара, под которой понимается время с момента возникновения (практи­ чески — обнаружения) пожара до момента полного прекращения горения. При большой длительности пожара возникает опасность сильной деформации судовых конструкций в зоне пожара, а так­ же распространения огня за пределы несгораемых конструкций го­ рящего помещения после их прогрева.

Длительность свободно развивающегося пожара (без туше­ ния) зависит от скорости выгорания и количества горючего мате­ риала, характеризуемого пожарной нагрузкой или величиной удель­ ной весовой горючей загрузки. Под пожарной нагрузкой понимают количество горючих'материалов, приходящееся на единицу площа­

помещении, а также конструктивные элементы судовых помещений, не относящиеся к несгораемым. Для жилых и служебных помеще­ ний судна ее величина может составить максимум 45 кг/м2.

Удельная'горючая загрузка судовых помещений с наличием раз­ личных материалов и, следовательно, с различной теплотой сгора­ ния определяется в условной древесине по формуле

<2др — теплота сгорания древесины (4000 ккал/кг); F — площадь аварийного помещения, м2.

Без учета тушения длительность пожара можно определить, по­ делив величину удельной горючей загрузки на скорость выгорания материала в данных случаях.

Ниже приведены примеры зависимости между удельной горю­ чей загрузкой q и длительностью t пожара:

При учете фактора тушения расчет усложняется. При успеш­ ном тушении пожара длительность пожара может заметно умень­ шиться. Но если эффект тушения незначителен, то вместо прекра­ щения горения происходит лишь некоторое снижение скорости вы­ горания материала, а потому длительность горения может не толь­ ко не уменьшиться, а, наоборот, возрасти.

28

ГАЗООБМЕН ПРИ ПОЖАРЕ

Под газообменом понимают приток свежего воз­ духа в зону горения и удаление из нее нагретых продуктов сгора­ ния — дыма. Интенсивность газообмена характеризуется количест­ вом участвующих в нем газов в единицу времени.

Газообмен на пожаре зависит от условий горения, но в то же время сам оказывает влияние на скорость и полноту сгорания.

Известно, что горение усиливается при большом ветре. В условиях же за­ трудненного притока воздуха, например в закрытых помещениях, в трюмах, го­ рение протекает с небольшими скоростями и обильным выделением продуктов неполного сгорания.

•При свободном горении на открытом воздухе приток кислорода

взону горения обеспечивается в основном за счет естественной тя­ ги. Как только над очагом возникает некоторое количество горю­ чих расширенных газов, имеющих меньший удельный вес по срав­ нению с холодным воздухом, так сейчас же под напором этого воз­

духа начинается вытеснение легких горячих газов в верхние слои. Таким образом осуществляется газообмен.

Газообмен захватывает не только горящие помещения, но и ряд смежных, поэтому доступ к зоне пожара становится иногда затруднительным. Поиски зоны пожара внутри судна нередко отни­ мают больше сил и времени, чем тушение обнаруженного пожара.

Кроме того, условия газообмена в судовых помещениях при мно­ гочисленных проемах, шахтах определяют разнообразие путей рас­ пространения огня, в связи с чем часто очень трудно локализовать пожар, в особенности, если огонь распространяется по пустотам конструкций.

Условия газообмена внутри судна могут изменяться в связи с возникновением новых отверстий, соединяющих зону пожара с ок­ ружающей средой (открывание дверей и т. д.).

Все же газообмен на пожаре подчиняется определенным зако­ нам. Если исключить влияние наружного ветра, то единственной причиной, движущей воздух к зоне горения и дым из зоны горе­ ния наружу, остается тепловая энергия, освобождающаяся при го­ рении. Вследствие того что температура пожара всегда значительно выше температуры окружающей среды, удельный вес газов в зоне горения меньше, чем удельный вес наружного воздуха. Известно, что в подобных случаях в помещении устанавливается давление, от­ личное от наружного: в нижней части помещения меньше наружно­ го, в верхней части — больше. На некоторой высоте устанавливает­ ся область давлений, одинаковых с наружным, — так называемая область нулевых давлений, или нейтральная зона. Отверстия, рас­ положенные ниже нейтральной зоны «работают» на приток свеже­ го воздуха, а через отверстия, расположенные выше нейтральной зоны, нагретые дымовые газы выходят в окружающую среду. Это происходит потому, что по обе стороны отверстия в ограждении имеется разность давлений.

29