22.2. Показники пожежовибухонебезпеки речовин і матеріалів

22.2. Показники пожежовибухонебезпеки речовин і матеріалів

Важливе значення для визначення рівня пожежної безпеки і вибору засобів та заходів профілактики і гасіння пожежі мають пожежовибухонебезпечні властивості речовин і матеріалів.

Пожежовибухонебезпека речовин та матеріалів – це сукупність властивостей, які характеризують їх схильність до виникнення й поширення горіння, особливості горіння і здатність піддаватись гасінню загорянь. За цими показниками виділяють три групи горючості матеріалів і речовин: негорючі, важкогорючі та горючі.

Негорючі (неспалимі) – речовини та матеріали, нездатні до горіння чи обвуглювання у повітрі під впливом вогню або високої температури. Це матеріали мінерального походження та виготовлені на їх основі матеріали – червона цегла, силікатна цегла, бетон, камінь, азбест, мінеральна вата, азбестовий цемент та інші матеріали, а також більшість металів. При цьому негорючі речовини можуть бути пожежонебезпечними, наприклад, речовини, що виділяють горючі продукти при взаємодії з водою.

Важкогорючі (важко спалимі) – речовини та матеріали, що здатні спалахувати, тліти чи обвуглюватись у повітрі від джерела запалювання, але нездатні самостійно горіти чи обвуглюватись після його видалення (матеріали, що містять спалимі та неспалимі компоненти, наприклад, деревина при глибокому просочуванні антипіренами, фіброліт і т. ін.);

Горючі (спалимі) – речовини та матеріали, що здатні самозайматися, а також спалахувати, тліти чи обвуглюватися від джерела запалювання та самостійно горіти після його видалення.

У свою чергу, у групі горючих речовин та матеріалів виділяють легкозаймисті речовини та матеріали – це речовини та матеріали, що здатні займатися від короткочасної (до ЗО с) дії джерела запалювання низької енергії.

З точки зору пожежної безпеки, вирішальне значення мають показники пожежовибухонебезпечних властивостей горючих речовин і матеріалів. ГОСТ 12.1.044-89 передбачає більше 20 таких показників. Необхідний і достатній для оцінки пожежовибухонебезпеки конкретного об’єкта перелік цих показників залежить від агрегатного стану речовини, виду горіння (гомогенне чи гетерогенне) і визначається фахівцями.

У таблиці 22.1 наведені дані щодо основних показників пожежонебезпечних властивостей речовин різного агрегатного стану, які використовуються при визначенні категорій вибухонебезпеки приміщень та вибухонебезпечних і пожежонебезпечних зон в приміщеннях і поза ними:

температура спалаху – це найменша температура речовини, за якої в умовах спеціальних випробувань над її поверхнею утворюється пара або гази, що здатні спалахувати від джерела запалювання, але швидкість їх утворення ще недостатня для стійкого горіння, тобто має місце тільки спалах – швидке згоряння горючої суміші, що не супроводжується утворенням стиснутих газів;

– температура займання – це найменша температура речовини, за якої в умовах спеціальних випробувань речовина виділяє горючу пару або гази з такою швидкістю, що після їх запалювання від зовнішнього джерела спостерігається спалахування – початок стійкого полум’яного горіння.

Таблиця 22.1. Основні показники, що характеризують пожежонебезпечні властивості речовин різного агрегатного і дисперсного стану

Примітка. В табл. 22.1 знаком “+” позначено наявність показника для даного агрегатного стану речовини, а знаком “-” – його відсутність або незначимість.

Температура займання використовується при визначенні групи горючості речовин, при оцінці пожежної небезпеки устаткування та технологічних процесів, пов’язаних із переробкою горючих речовин, при розробці заходів щодо забезпечення пожежної безпеки.

– температура самозаймання – це найменша температура речовини, при якій в умовах спеціальних випробувань відбувається різке збільшення швидкості екзотермічних об’ємних реакцій, що призводить до виникнення полум’яного горіння або вибуху за відсутності зовнішнього джерела полум’я. Температура самозаймання речовини залежить від ряду факторів і змінюється у широких межах. Найбільш значною є залежність температури самозаймання від об’єму та геометричної форми горючої суміші. Із збільшенням об’єму горючої суміші при незмінній її формі температура самозаймання зменшується, тому що зменшується площа тепловіддачі на одиницю об’єму речовини та створюються більш сприятливі умови для накопичення тепла у горючій суміші. При зменшенні об’єму горючої суміші температура її самозаймання підвищується.

Для кожної горючої суміші існує критичний об’єм, у якому самозаймання не відбувається внаслідок того, що площа тепловіддачі, яка припадає на одиницю об’єму горючої суміші, настільки велика, що швидкість теплоутворення за рахунок реакції окислення навіть при дуже високих температурах не може перевищити швидкості тепловіддачі. Ця властивість горючих сумішей використовується при створенні перешкод для розповсюдження полум’я. Значення температури самозаймання використовується для вибору типу вибухозахищеного електроустаткування, при розробці заходів щодо забезпечення пожежовибухобезпеки технологічних процесів, а також при розробці стандартів або технічних умов на речовини та матеріали.

Температура самозаймання горючої суміші значно перевищує на сотні градусів.

НКМПП та ВКМПП – відповідно нижня і верхня концентраційні межі поширення полум’я – це мінімальна та максимальна об’ємна (масова) частка горючої речовини у суміші з даним окислювачем, при яких можливе займання (самозаймання) суміші від джерела запалювання з наступним поширенням полум’я по суміші на будь-яку відстань від джерела запалювання.

Суміші, що містять горючу речовину нижче НКМПП чи вище ВКМПП, горіти не можуть: у першому випадку – за недостатньої кількості горючої речовини, а в другому – окислювача. Наявність зон негорючих концентрацій речовин та матеріалів надає можливість вибрати такі умови їх зберігання, транспортування та використання, за яких виключається можливість виникнення пожежі чи вибуху. Горючі пари й гази з НКМПП до 10% по об’єму повітря становлять особливу вибухонебезпеку.

Значну вибухову та пожежну небезпеку становлять різноманітні горючі пилоподібні речовини, особливо в завислому стані. Залежно від значення НКМ поширення полум’я пил поділяється на вибухо-та пожежонебезпечний. При значенні НКМПП менше 65 г/м3 пил є вибухонебезпечним (пил сірки, борошна, цукру), а при більших значеннях НКМПП – пожежонебезпечним (пил деревини, тютюну).

КМПП включаються до стандартів, технічних умов на гази, легкозаймисті рідини та тверді речовини, здатні утворювати вибухонебезпечні газо-, паро- та пилоповітряні суміші, при цьому для пилу встановлюється тільки НКМПП, тому що великі концентрації пилозавису майже не можуть бути досягнуті у відкритому просторі, а за будь-яких концентрацій пилу згоряє тільки та його частина, яка забезпечена окислювачем. Значення концентраційних меж застосовуються при визначенні категорії приміщення та класу зон за вибухопожежною та пожежною небезпекою при розрахунку гранично допустимих вибухобезпечних концентрацій газів, парів і пилу в повітрі робочої зони з потенційним джерелом запалювання, при розробці заходів щодо забезпечення пожежної безпеки.

*нкм і ївкм ~~ відповідно нижня і верхня температурні межі поширення полум’я – температури матеріалу (речовини), за яких його (її) насичена пара чи горючі леткі утворюють в окислювальному середовищі концентрації, що дорівнюють нижній та верхній концентраційним межам поширення полум’я.

Значення ТМПП використовуються під час розробки заходів щодо забезпечення пожежовибухобезпеки об’єктів при розрахунку пожежовибухобезпечних режимів роботи технологічного устаткування, при оцінці аварійних ситуацій, пов’язаних з розливом горючих рідин, для розрахунку КМПП тощо. Безпечною, з точки зору ймовірності самозаймання газоповітряної суміші, прийнято вважати температуру на 10 °С меншу за нижню або на 15 °С вищу за верхню температурну межу поширення полум’я для даної речовини.

Наявність приведених в табл. 22.1 показників пожежонебезпечних властивостей речовин різного агрегатного стану пов’язана з особливостями їх горіння.

Тверді горючі речовини у більшості випадків самі по собі у твердому стані не горять, а горять горючі леткі продукти їх розпаду під дією високих температур у суміші з повітрям – полуменеве горіння. Таким чином, горіння твердих речовин у більшості випадків пов’язане з переходом їх горючої складової в інший агрегатний стан – газовий. І тільки тверді горючі речовини з високим вмістом горючих речовин (антрацит, графіт і т. ін.) можуть горіти у твердому агрегатному стані – майже без полум’я. Тому тверді горючі речовини, в цілому, більш інертні щодо можливого займання, а більшість приведених у табл. 22.1 показників пожежонебезпечних властивостей для твердих речовин, за винятком Ьмйм і ЬсзаііМ, не мають суттєвого значення.

Для твердих речовин, в цілому, величини £мйч і £глоі(( коливаються в межах (2…5 o і(г) °С.

Спалимі рідини. Характерним для процесу горіння цих рідин є те, що самі рідини не горять, а горить їх пара у суміші з повітрям. Якщо над поверхнею спалимої рідини концентрація пари буде менше НКМПП, то запалити таку рідину від зовнішнього джерела запалювання неможливо, не довівши температуру рідини до значення, більшого за їтм. Таким чином, горіння рідин пов’язане з переходом їх з одного агрегатного стану (рідини) в інпгий (пару). У зв’язку з цим для оцінки вибухопожежонебезпечних властивостей спалимих рідин мають значення всі показники, наведені в табл. 22.1. За гт спалимі рідини поділяються на 5 класів:

Перші 3 класи рідин умовно відносять до легкозаймистих (ЛЗР). Характерною особливістю для ЛЗР є те, що більшість з них, навіть при звичайних температурах у виробничих приміщеннях, можуть утворювати пароповітряні суміші з концентраціями в межах поширення полум’я, тобто вибухонебезпечні пароповітряні суміші.

4-й і 5-й класи рідин за tm належать до горючих (ГР). Пароповітряні суміші з концентраціями в межах поширення полум’я для ГР можуть мати місце при температурах, нехарактерних для виробничих приміщень.

Горючі гази горять в суміші з повітрям в концентраціях в межах НКМПП – ВКМПП, і такі суміші, гази, загалом, створюють без агрегатних переходів речовин. Тому горючі гази мають більшу готовність до горіння, ніж тверді горючі речовини і спалимі рідини, є більш небезпечними з точки зору вибухопожежної безпеки, а відповідні їх властивості характеризуються тільки трьома показниками – 4^, НКМПП і ВКМПП (див. табл. 22.1).

Пилоповітряні суміші – суміші з повітрям подрібнених до розмірів частинок до 850 мкм твердих горючих речовин. Процес горіння пилу, в цілому, подібний до процесу горіння твердих речовин. Але наявність великої питомої поверхні (відношення площі поверхні пилинок до їх маси) пилинок, яка контактує з окисником (повітрям), і здатність до швидкого їх прогріву по всій масі під дією джерела запалювання, роблять пил більш небезпечним з точки зору пожежної безпеки, ніж тверді речовини, з яких він створений. Для оцінки вибухопожежонебезпечних властивостей пилу використовують, в основному, показники t3aüJtl і tr3auM і НКМПП (див. табл. 22.1).

За здатністю до загоряння і особливостями горіння пил поділяють на вибухонебезпечний і пожежонебезпечний.

До вибухонебезпечного належить пил з НКМПП до 65 г/м3. При цьому виділяють особливо вибухонебезпечний пил з НКМПП до 15 г/м і вибухонебезпечний – НКМПП становить 15…65 г/м3.

До пожежонебезпечного належить пил з НКМПП більше 65 г/м3. При цьому пил з ігмйм до 250 °С належить до особливо пожежонебезпечного, а при ісзайм > 250 °С – до пожежонебезпечного.

22.3. Самозаймання

Деякі речовини за певних умов мають здатність до самозаймання – без нагріву їх зовнішнім джерелом до £”айм. Виділяють три види самозаймання:

– теплове;

– хімічне;

– мікробіологічне.

Суть теплового самозаймання полягає у тому, що схильні до такого самозаймання речовини при їх нагріві до порівняно незначних температур (60…80 °С), за рахунок інтенсифікації процесів окислення і недостатнього тепловідводу, саморозігріваються, що, в свою чергу, призводить до підвищення інтенсивності окислення і, врешті, до самозаймання.

До хімічного самозаймання схильні речовини, до складу яких входять неорганічні (ненасичені) вуглеводні, які включають тільки вуглець і водень, за наявності подвійних і потрійних зв’язків між атомами вуглецю.

Для таких вуглеводнів характерним є приєднання по лінії цих зв’язків окисників, у тому числі і галогенів, що супроводжується підвищенням температури речовини і інтенсивності її подальшого окиснення. За певних умов цей процес може завершуватись самозайманням. Хімічному самозайманню сприяє наявність у речовині сполук сірки.

Вугільний пил, з підвищеним вмістом сполук сірки, і тканини, просочені нафтопродуктами, до складу яких входять сполуки сірки, особливо небезпечні для самозаймання.

До мікробіологічного самозаймання схильні продукти рослинного походження – трава, подрібнена деревина, зерно тощо. За певних умов вологості і температури в рослинних продуктах виникає павутинний глет – специфічний ниткопавутиноподібний білий грибок. Його життєдіяльність пов’язана із підвищенням температури. При температурі 80…90 °С павутинний глет перетворюється в тонкопористий, схильний до подальшого самоокислення з підвищенням температури самозаймання.

Необхідною умовою для розглянутих видів самозагоряння є наявність схильних до самозаймання речовин, окислювача і недостатній відвід супутнього процесам окислення тепла в навколишнє середовище.