14.2. Показники пожежовибухонебезпеки речовин та матеріалів

14.2. Показники пожежовибухонебезпеки речовин та матеріалів

Розглянемо механізм і фази горіння для більш кращого розуміння утворення пожежовибухонебезпечних середовищ і оцінки пожежовибухонебезпеки технологічних процесів.

Горіння – це комплекс фізико-хімічних перетворень, що супроводжуються виділенням тепла і в більшості випадків випромінюванням світла. До горіння належать:

– реакція сполучення з киснем речовин, що містять в основному водень і вуглець;

– реакції розкладання (наприклад, ацетилену);

– реакції сполучення речовин з хлором, бромом, парами сірки і т. п. Умовами горіння речовин є:

– наявності горючої речовини;

– наявності кисню (окислювача) в повітрі або кисню в чистому вигляді;

– наявності джерела запалювання.

Горіння речовини виникне тоді, коли горюча речовина і кисень (реагуючі речовини) будуть нагріті до температури, при якій швидкість теплоутворення від реакції окислення буде вищою за швидкість тепловіддачі у довкілля.

Для запалення джерело повинно розвивати певну температуру і мати запас тепла. Джерелами запалення можуть бути: відкрите полум’я; електрична іскра; іскра, що утворюється при ударах одна об одну металевих деталей і предметів; розряд статичної або атмосферної електрики; тепло від розжарених тіл і екзотермічних реакцій; тепло, що виникає при адіабатичному стисненні, терті тощо.

Джерелом запалення у процесі горіння є зона горіння, де, власне, протікає реакція окислення з виділенням тепла. Горіння виникає і продовжується, якщо горюча речовина і кисень в повітрі знаходяться в певному співвідношенні. Із зменшенням концентрації кисню в повітрі, зменшується швидкість горіння, а при вмісті нижче 14-15 % горіння більшості горючих речовин припиняється.

Процес горіння, що зумовлює розвиток пожежі, є надзвичайно складним. Він залежить від різних чинників. До них належать: умови утворення горючих сумішей, відведення продуктів горіння та інш. Умови розвитку процесу горіння визначають різноманітність видів горіння.

Горіння залежно від властивостей горючої суміші розрізнюють -гомогенне і гетерогенне. Гомогенним горіння буде тоді, коли початкові речовини знаходяться в однаковому агрегатному стані, наприклад, при горінні газів. Гетерогенне горіння спостерігається у рідких і твердих горючих речовинах, хоча, зазвичай, реакція окислення, що зумовлює виникнення і розвиток процесу горіння, проходить в газовій фазі.

Горіння розрізняють за швидкістю поширення полум’я і залежно від цього воно може бути дефлаграційним (швидкість – декілька метрів в секунду), вибухом (десятки метрів в секунду) і детонаційним (тисячі метрів в секунду). Більшості пожеж властиве дефлаграційне горіння.

Пожежа – це горіння, що розвивається у часі та просторі і перестає бути контрольованим.

На об’єктах складів паливно-мастильних матеріалів оцінка пожежовибухонебезпеки проводиться з урахуванням об’єму виробничого приміщення (об’єм не враховує обладнання), продуктивності припливно-витяжної вентиляції або кратності повітрообміну в приміщенні, горючих властивостей рідин та їх парів (нижні концентраційна і температурна межі вибуховості, температура самозаймання), часу аварійного стану витоку горючої рідини.

Для рідин встановлені показники пожежовибухонебезпеки і методи визначення.

1. Горючість – це здатність речовини або матеріалу до горіння. За горючістю речовини і матеріали поділяють на три групи:

негорючі (вогнетривкі) – речовини і матеріали, нездатні до горіння в повітрі (матеріали мінерального походження і виготовлені на їх основі червона цегла, силікатна цегла, бетон, каміння, азбест, мінеральна вата, азбоцемент та інші матеріали, а також більшість металів).

Негорючі речовини можуть бути пожежонебезпечними, наприклад речовини, що виділяють горючі продукти при взаємодії з водою;

– важкогорючі (важкозаймисті) речовини і матеріали, здатні займатися в повітрі від джерела запалювання, але не здатні самостійно горіти після його віддалення (матеріали, що містять спалимі і вогнетривкі компоненти, наприклад, деревина при глибокому просоченні антипіренами, фіброліт тощо;

– горючі (спалимі) речовини і матеріали, здатні самозайматися, а також займатися від джерела запалювання і самостійно горіти після його видалення.

В групі горючих речовин і матеріалів вирізняють легкозаймисті речовини і матеріали. Легкозаймисті речовини – це речовини і матеріали, здатні зайнятися від короткочасного – до 30 хвилин – впливу джерела запалювання низької енергії. Легкозаймисті рідини (ЛЗР) це такі рідини, у яких температура спалаху не більша 61 °С в закритому тиглі і не більша 66 °С у відкритому.

2. Температура спалаху. Спалах – швидке згорання горючої суміші, що не супроводжується утворенням стислих газів.

Температура спалаху – найнижча температура горючої речовини, при якій за умов спеціальних випробувань над її поверхнею утворяться пари або гази, здатні зайнятися від джерела запалювання, але швидкість їх утворення ще не достатня для стійкого полум’яного горіння. Якщо рідину підігріти до більш високої температури, ніж температура спалаху, швидкість утворення пари може досягнути значень, достатніх для підтримки стійкого горіння суміші пари з повітрям.

Як показник, температура спалаху використовується під час класифікації рідин за ступенем пожежонебезпеки, при визначенні категорії щодо вибухової, вибухопожежної і пожежної небезпеки, а також класів вибухонебезпеки і пожежонебезпеки зон.

3. Температура запалення – це найменша температура речовини, при якій за умов спеціальних випробувань речовина виділяє горючі пари і гази з такою швидкістю, що після їхнього запалювання виникає стійке полум ‘яне горіння.

Температури спалаху і запалення ЛЗР відрізняються на 1-5°С, і чим нижча температура спалаху рідини, тим меншою є різниця, і отже, тим більш пожежонебезпечною є ця рідина. Температура запалення використовується при визначенні групи горючості речовин, оцінці пожежної небезпеки устаткування і технологічних процесів, пов’язаних з переробкою горючих речовин.

4. Температура самозаймання – це найнижча температура речовини, при якій за умов спеціальних випробувань відбувається різке збільшення швидкості екзотермічних реакцій, що закінчуються полум ‘яним горінням.

Температура самозаймання речовини залежить від ряду чинників і змінюється в широких межах.

Найбільше температура самозаймання залежить від об’єму і форми горючої суміші. Із збільшенням об’єму горючої суміші при незмінній її формі температура самозаймання знижується, тому що зменшується площа тепловіддачі на одиницю об’єму речовини і створюються більш сприятливі умови для накопичення тепла в реагуючій горючій суміші. При зменшенні об’єму горючої суміші температура запалення її підвищується.

У кожної горючої суміші існує критичний об’єм, в якому самозаймання не відбувається внаслідок того, що площа тепловіддачі, котра припадає на одиницю об’єму, настільки велика, що швидкість теплоутворення за рахунок реакції окислення навіть при дуже високих температурах не може перевищити швидкість тепловідведення. Ця властивість горючих сумішей використана у вогнезагороджува-чах, що перешкоджають поширенню полум’я. Як вогнезагороджу-вач застосовують металеву сітку спеціального плетіння. Така сітка розміщується на шляху можливого поширення полум’я. Сітка розбиває горючу суміш на дрібні об’єми (менш критичні), в яких самозаймання є неможливим. Такі вогнезагороджувачі використовуються в дихальних клапанах резервуарів легкозаймистих рідин і вентиляційних трубах бензосховищ (рис. 14.1).

Щілинний вогнезагороджувач працює за таким принципом у вибухобезпечних світильниках і електромоторах. Вибухонебезпечна суміш, проникаючи через зазори між фланцями всередину світильника, може вибухнути і горіти в, крайньому випадку, тільки в ємкості світильника. Полум’я (горіння) з ємкості світильника не може перекинутися назовні і викликати вибух у виробничому приміщенні, тому що в зазорі між фланцями завдяки великій площі тепловіддачі горюча суміш не самозапалюється. Вибухобезпечні світильники застосовуються на об’єктах, в яких використовуються вибухонебезпечні суміші.

Температура самозаймання змінюється при зміні об’єму і форми і спостерігається також у твердих і рідких горючих речовинах. Температура самозаймання суміші горючих газів і рідин нижча від середньої арифметичної температури окремих газів і рідин. Температура самозаймання горючої суміші залежить від співвідношення між компонентом і повітрям. Найменшу температуру самозаймання мають суміші, близькі за складом до стехіометричної (29,5 %).

З підвищенням тиску, від якого температура самозаймання також залежить, вона знижується. Наприклад, при атмосферному тиску температура гасу, бензину, бензолу відповідно становить 460, 480 і 680 °С, а при тиску 490 кПа – 330, 350 і 620 °С.

Каталізатори також впливають на температуру самозаймання. Каталізаторами можуть стати навіть стінки ємкостей, в яких зберігаються рідини. Наприклад, температура самозаймання бензину в кварцових ємкостях на 100 °С нижча, ніж у залізних. Тетраетилс-винець, пентакарбоніл заліза та інші антидетонатори в невеликих кількостях підвищують температуру самозаймання на 100 °С і більше.

Самозагоряння – процес самонагрівання речовини, внаслідок якого вона самозапалюється. Самозаймання і самозагоряння це один і той же процес, тільки перший характерний для горючих речовин, що мають температуру самозаймання значно вищу від кімнатної, а другий – для горючих речовин, самозаймистих при кімнатній температурі і нижче.

Накопичення тепла – процес (самонагрівання) у самозаймистих речовин залежить від їхнього агрегатного стану, умов, окислювального процесу, що сприяє інтенсивності, а також метеорологічних умов. Самозагоряння речовин часто є причиною пожеж. Пожежонебезпека самозаймистих речовин тим вища, чим нижчою є температура, при якій вони самозаймаються.

Слід знати, що до самозаймистих речовин належать: рослинні масла і жири, сульфіди заліза, продукти рослинного походження, вугілля, торф, хімічні речовини.

Найбільшу небезпеку виникнення пожеж становлять спецодяги і дрантя, на яких є сліди масел та жирів. Тому будь-який промаслений спецодяг і дрантя потрібно винести з виробничих приміщень і зберігати в розвішеному стані, забезпечуючи велику поверхню тепловіддачі. Зберігання в згорнутому, зім’ятому стані може призвести до самозагоряння і пожежі.