Лекции по БЖД

Лекция 20. ПОЖАРОБЕЗОПАСНОСТЬ

 

1. Общие сведения о процессе горения

1. Основные определения

 

Пожар - неконтролируемое горение вне специального очага, наносящих материальный ущерб (стандартное определение).

• Для людей при пожаре опасными факторами являются:
• открытый огонь, искры, повышенная температура воздуха и предметов;
• лучистые потоки энергии, повышение температуры среды, вдыхание горячего воздуха, поражение и  некроз верхних дыхательных путей
• токсичные продукты горения, дым, обеднение воздуха кислородом
• потеря видимости из-за задымления
• обрушение зданий и их элементов, установок, оборудования
• взрывы.

Токсичные вещества, образующиеся при  пожаре обусловлены химическим составом сгорающего вещества:  волос, кожа, ткани, шерсть - неприятно пахнущие продукты, цианистые соединения, содержащие соду, альдегиды, кетоны, Каучук, резина - изопрен, углеводороды, лаки, продукты, содержащие нейроцеллюлоид - СО, N₂O, HCN, Пластмассы, целлулоид - СО, N₂O, цианиды, формальдегиды, фенол, фторфосин, аммиак, ацетон, стирол и др. являются высокотоксичными соединениями.

Загорание - горение, не причинившее материального ущерба.

У человека, получившего ожоги  II степени более 30% площади тела мало шансов выжить (без оказания специализированной медицинской помощи). Время получения ожогов II степени:

1. 26 с при t^° = 71^°C
2. 15c при t^° = 100°С
3. 7с при t = 176°С.

Исследования, проведенные в Канаде, показали, что во влажной среде, типичной для пожара, II степени ожога вызывает t = 55°С при воздействии в течение 28с и 70°С - в течение 1 с.

Так, при пожаре в универмаге «Инвацион» в г. Брюсселе за 10 мин пожара погибло 350 и было ранено 150 человек. За это время большой универмаг, по площади занимающий целый гектар, превратился в костер.

 

  1.2. Виды горения

 

Горение - быстро протекающая химическая реакция (чаще всего окисление), сопровождающаяся выделением большого количества теплоты и обычно ярким свечением (пламенем).

Для горения необходимо наличие  3-х факторов:

1. окислителя (обычно О₂, также Сl, F, Br, I, NOX)
2. горючего вещества
3. источника загорания (т.е. начало импульса).

 

В зависимости от свойств и состава  горючего вещества различают:

А. Гомогенное горение (одинаковый агрегатный состав, например, газы)

Б. Гетерогенное горение (например, твердое вещество и жидкость).

В зависимости от скорости распространения пламениразличают:

А. Дефлаграционное (свойственно пожарам)

~h 10 м/с

Б. Взрывное ~h×100 м/с

В. Детонационное ~ 1000 м/с ¸ 5000 м/с

 В зависимости от условий  образования горючей смеси:

Диффузионное  горение - характеризуется тем, что образование горючей смеси происходит в процессе горения в результате диффузии кислорода в зону горения. Например, горение жидкости с открытой поверхности или газов, выходящих через неплотности оборудования

 

 

Дефлаграционное горение - это диффузионное горение.

Кинетическое горение соответствует взрывному горению. В этом случае горючее вещество и кислород поступают в зону горения предварительно смешанными. Определяющим фактором является скорость химической реакции окисления между окислителем и горючем веществе, происходящей во фронте пламени. Если процесс кинетического горения происходит в замкнутом объеме, то давление в этом объеме повышается, температура продуктов горения увеличивается.

По соотношению горючего и окислителя выделяют:

А. Горение  бедных горючих смесей (в субъекте - окислитель, горение лимитируется соединением горючего компонента).

Б. Горение  богатых горючих смесей - соответственно наоборот - горючее лимитирует содержание окислителя (содержит горбчего выше стеклометрического соотношения компонентов).

Возникновение горения связано с обязательным самоускорением реакции. Существует 3 вида самоускорения:

1. тепловой: при условии аккумуляции теплоты в системе повышается температура, что приводит к ускорению химических реакций;
2. цепной: связан с катализом химических превращений промежуточными продуктами реакций, обладает особой химической активностью (активные центры). (т.е. химический процесс происходит не путем непосредственного взаимодействия исходных молекул, а с помощью осколков, образующихся при распаде этих молекул).

Реальные процессы горения обычно осуществляются по комбинированному цепочно-тепловому механизму.

 

1.3 Виды процесса возникновения  горения

 

Вспышка - быстрое (практически мгновенное) сгорание горючих смесей, не сопровождающиеся образованием сжатых газов.

Возгорание-возникновение горения под воздействием источника зажигания (с t°>t воспламенения или самовозгорания)

Воспламенение - возгорание, сопровождающееся появлением пламени.

Самовозгорание - резкое увеличение скорости экзотермических реакций, приводящих к горению вещества (смеси) при отсутствии источника зажигания. Это может происходить и при температуре окружающей среды <  температуры воспламенения. Такая возможность обусловлена склонностью веществ к окислению и условиями аккумуляции в них теплоты, выделяющейся при окислении. Таким образом, при самовозгорании имеется как бы внутренний импульс.

В зависимости от импульса процессы самовозгорания делятся на:

1. тепловые,
2. микробиологические,
3. химические.

Тепловое самовозгорание/самовоспламенение происходит в результате продолжительного действия незначительного источника тепла. При этом вещества разлагаются, адсорбируются и в результате действия окислительных процессов самовозгораются. Так при t° ~ 100 °С к самовозгоранию склонны древесные опилки, ДВП, паркет.

Химическое самовозгорание/самовоспламенение происходит от воздействия на вещества кислорода воздуха, воды или от взаимодействия веществ. (Пожары от самовозгорания промасленной ветоши, спецодежды, ваты, а иногда даже металлических стружек).

О склонности масла или жира к самовозгоранию можно судить по его йодному числу (количество I [2], поглощенное 100 г испытываемого масла или жира).

Чем выше йодное число, тем ниже температура  самовозгорания, тем опаснее вещество.

Микробиологическое самовозгорание - при соответственной влажности и температуре в растительных продуктах при интенсификации жизнедеятельности организмов (образуется грибок - так называемый паутинный глет), которое вызывает повышение температуры.

(Для предотвращения - регулярный  контроль температуры и влажности, ограничение влажности и температуры

Самовоспламенение -  самовозгорание, сопровождающееся появлением пламени.

Взрыв - чрезвычайно быстрое химическое превращение, сопровождающееся выделением энергии и сжатых газов, способных производить работу.

Детонация - передача теплоты от слоя к слою происходит за счет    распространения ударной волны.

При оценке пожарной опасности веществ  необходимо учитывать их агрегатное состояние.

Поскольку горение идет обычно в газовой среде, в качестве показателей пожарной безопасности (ПБ) необходимо учитывать условия, при которых образуется достаточное для горения количество газообразных продуктов.

 

1.4 Характеристики пожароопасных  веществ

 

Основные показатели пожарной опасности (ПО), определяющие критические условия возникновения и развития процесса горения, следующие:

1. Температура самовоспламенения
2. Концентрационные пределы воспламенения

 

1. Температура самовоспламенения -

минимальная температура вещества или материала, при которой происходит резкое увеличение скорости экзотермических реакций, приводящих к пламенному горению.

2. Нижний концентрационный предел воспламенения (для газов)-

минимальная концентрация горючих  газов и паров в воздухе, при  которой они способны воспламеняться.

3. Верхний  концентрационный предел воспламенения (для газов)-

максимальная концентрация горючих  газов и паров, при которой  еще возможно распространение пламени

 

 

Пыль также способна образовывать с воздухом взрывоопасные смеси. Для них существует также понятие  «нижнего предела воспламенения», термин «верхний предел...» к пыли не применяется, так как достижение таких концентраций практически недостижимо (наиболее взрывоопасные пыли с С_н до 15 г/м³, взрывоопасность - 15 ¸ 65 г/м³.

Это все говорилось о показателях, определяющих критические условия  возникновения процесса горения.

Однако важно знать и критические  условия образования (т.е. испарения) достаточного для горения газообразных продуктов или разложения конденсированных веществ и материалов. Эти показатели используются для оценки пожароопасности жидкостей. К ним относятся:

Температура вспышки - самая низкая температура горючего вещества, при которой над поверхностью образуются пары и газы, способные вспыхивать в воздухе от источника зажигания, но скорость их образования еще недостаточна для последующего горения.

По этому признаку все горючие  жидкости делятся на:

а) легковоспламеняющиеся (ЛВЖ) (температура  вспышки до 61° С) - спирт этиловый, бензин, ацетон, нитроэмали;

б) горючие (ГЖ) (температура  вспышки > 61° С) - масло, мазут, формалин и др.

Температура воспламенения - температура горючего вещества, при которой оно выделяет горючие пары и газы с такой скоростью, что после воспламенения их от источника зажигания возникает устойчивое горение (нижний, конец, предел).

Температурные пределы воспламенения - температуры, при которых насыщенные пары вещества образуют в данной окислительной среде концентрации, равные, соответственно, нижнему и верхнему концентрационным пределам воспламенения жидкостей.

Пожароопасность веществ характеризуется также линейной (см/с) и массовой (г/с) скоростями горения (распространение пламени) и выгорания ( ), предельным содержанием О₂, при котором еще возможно горение.

Иногда учитывается минимальное  содержание кислорода в воздухе, при котором еще возможно горение. (Для обычных горючих веществ - 12-14%, для водорода, сероуглерода, окиси этилена - 5% и менее).

Пыль не имеет верхнего концентрационного  предела воспламенения, а лишь нижний (НПВ)

(НПВ < 65 г/м³ - взрывоопасная,

НПВ < 15 г/м³ - наиболее взрывоопасная).

 

Кроме того, вещества делятся по степени  горючести:

1) негорючие, т.е. вещества, которые неспособны гореть в воздухе при температуре до 900° С;

2) трудногорючие - могут зажигаться в воздухе под действием источника зажигания, но и самостоятельно гореть не могут;

3) горючие - способны зажигаться от источника и далее гореть самостоятельно.

Горючие вещества, в свою очередь, подразделяются на

легковоспламеняющиеся, которые загораются от кратковременного воздействия источника с низкой энергией (пламя спички, искра),

средней воспламеняемости, которые  загораются от длительного воздействия  источника с низкой энергией,

трудновоспламеняющиеся, которые  воспламеняются только под действием  мощного источника зажигания.

 

Минимальная энергия зажигания - энергия искры электрического разряда или статического электричества, достаточная для легковоспламеняемой газо-, паро- или пылевоздушной смеси (для Н₂ - 0,019 мДж, H₂S - 0,009, Z₂ - 15, Mg - 20, CH₂OH - 0,6, NY₃ - 6,8).

В приборостроении широко применяются порошкообразные металлы (Ih, Zr,        Al, Zn, P, сернистные соединения металлов), которые являются самовозгорающимися при соприкосновении с воздухом (так называемые пирофоры)  и Na, K , карбиды кальция и щелочных металлов, которые взрываются при соприкосновении с водой.

 

2. Основные источники возникновения пожаров 

     на промышленных предприятиях

 

Использование ЛВЖ, ГГ, твердых горючих  материалов, сложное оборудование, разветвленная система трубопроводов, большое количество электроустановок - все это обусловливает опасность возникновения пожара на предприятии.

Основные причины пожаров - это  нарушение технологического режима (по статистике это самая частая причина - до 33% случаев), затем следует неисправность электрооборудования (короткое замыкание, перегрузки, большие переходные сопротивления) плохая подготовка к ремонту. Отмечаются также и другие причины, в частности:

• самовозгорание промасленной ветоши и др.,
• несоблюдение графика ремонта, ремонт на ходу,
• износ оборудования,
• неисправность запорной арматуры,
• отсутствие заглушек на ремонтируемых или законсервированных трубопроводах
• искры при сварочных работах
• конструктивные недостатки
• реконструкция с отклонением от технологии,
• перегрев деталей в радиоэлектронной аппаратуре (РЭА); от перегретых радиодеталей могут загореться печатные платы из смолистых, стеклопластика, текстолита, гетинанса.

Технологические процессы, осуществляемые на производстве, отличаются большим разнообразием и сложностью Это и механическая обработка деталей, и процессы очистки, обслуживания, сушки, окраски - т.е. применяются пожароопасные вещества. Встречаются также операции с применением открытого огня.