Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Пожарная безопасность

Пожары наносят громадный материальный ущерб и в ряде случаев сопровождаются гибелью людей. Поэтому защита от пожаров является важнейшей обязанностью каждого члена общества и проводится в общегосударственном масштабе.

Противопожарная защита имеет своей целью изыскание наиболее эффективных, экономически целесообразных и технически обоснованных способов и средств предупреждения пожаров и их ликвидации с минимальным ущербом при наиболее рациональном использовании сил и технических средств тушения.

Пожарная безопасность - это состояние объекта, при котором исключается возможность пожара, а в случае его возникновения используются необходимые меры по устранению негативного влияния опасных факторов пожара на людей, сооружения и материальных ценностей

Пожарная безопасность может быть обеспечена мерами пожарной профилактики и активной пожарной защиты. Пожарная профилактика включает комплекс мероприятий, направленных на предупреждение пожара или уменьшение его последствий. Активная пожарная защита меры, обеспечивающие успешную борьбу с пожарами или взрывоопасной ситуацией.

Курс «Теория горения и взрыва» - прикладная дисциплина, предметом изучения которой являются физические и химические процессы и явления, связанные с горением на стадии его возникновения, развития и прекращения.

Строгой теории процессов неорганизованного, случайного горения, каким является горение на пожаре, на сегодня не существует. Однако основные физические и химические процессы, происходящие в условиях горения веществ и материалов на пожаре, могут быть рассмотрены и объяснены по аналогии с процессами, происходящими в условиях организованного горения. Этот вид горения, законы тепло- и массопередачи, газодинамические явления, химизм реакции в горючих системах и т.д. изучены достаточно полно. Использование представлений о законах классического горения дает возможность правильно формулировать законы, управляющие горением на пожаре, организовывать профилактические меры против возникновения самовоспламенения, самовозгорания, воспламенения, меры по снижению интенсивности горения на пожаре, его локализации и тушению. Глубокое понимание явления горения обеспечивает успешную борьбу с пожарами.

Для того чтобы понимать, почему горение на пожаре изучено мало, почему при изучении курса рассмотрены часто самые простые случаи горения, почему для описания законов горения на пожаре чаще всего прибегают к аналогиям с процессами организованного горения, следует обратиться к историческому аспекту развития науки о горении.

Изучение процессов горения связано с постоянным желанием человека использовать энергию, выделяющуюся при горении, например, в печах, топочных устройствах, реактивных двигателях и т.д., т.е. изучать явления и процессы организованного горения. Особенно больших успехов достигли исследования в области горения в связи с использованием этого явления в двигателях внутреннего сгорания и реактивных двигателях, взрывчатых веществах, составах и др. энергосистемах. И только рост экономического потенциала, особенно развитых стран, в условиях научно - технической революции сделал проблему борьбы с пожарами, а значит и развитие науки о пожарах в целом, в том числе и изучение процессов горения на пожаре, очень важной задачей современного общества. Слишком велик экономический и моральный ущерб наносимый пожарами.

Приступая к изучению курса, необходимо представлять, что горение есть главный и основной процесс на пожаре. Знание химической и физической сути явления и законов горения необходимо для успешной работы инженера противопожарной техники и безопасности в любой области его деятельности. Этот курс является теоретической основой ряда специальных дисциплин.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРИРОДЕ ГОРЕНИЯ (ФИЗИКА И ХИМИЯ ПРОЦЕССОВ ГОРЕНИЯ)

Горение - основной процесс на пожаре, поэтому изучение явления горения следует начинать с рассмотрения механизма протекания элементарных реакций, а затем переходить к представлениям о нем на уровне брутто - реакций с позиций общей и химической термодинамики. Такой подход к проблеме горения обеспечивает понимание разнообразных практических вопросов, с которыми сталкиваются специалисты пожарной охраны в своей повседневной деятельности, будь то профилактика пожаров, динамика их развития или же вопросы тушения.

На молекулярно - кинетическом уровне представлений о химических реакциях возможность возникновения и протекания горения обусловлена числом и энергией столкновения молекул горючего и окислителя. В свою очередь оба этих параметра являются функцией температуры. С увеличением температуры возрастает скорость теплового движения молекул, увеличивается число эффективных соударений, появляются условия для реагирования горючего с окислителем, т.е. возникновения и развития горения. Здесь уместно вспомнить законы химической кинетики, которые изучались в курсе общей химии.

Представив, как протекают реакции в горючей смеси на молекулярном уровне, становится понятным смысл суммарных характеристик процесса - скорости и теплового эффекта. При изучении этого материала обратите внимание на основные законы химической кинетики, зависимость скорости реакции от температуры (закон Аррениуса) и давления горючей смеси, закон действия масс, т.е. увеличение скорости реакции с возрастанием концентрации реагентов. Скорость реакции максимальна при стехиометрическом составе смеси. Соответственно при этой концентрации максимальна и интенсивность тепловыделения экзотермических реакций.

Упомянутые вопросы из раздела химической кинетики важны в физике и химии процессов горения для объяснения понятий концентрационных пределов воспламенения, механизма действия огнетушащих веществ, гасящего влияния «холодной стенки» и т.д.

Законами химической кинетики строго можно описать только один вид горения - гомогенное кинетическое, когда горючее и окислитель находятся в одной фазе и предварительно перемешаны, тогда скорость собственно химической реакции зависит от природы реагирующих веществ. Но поскольку интенсивность протекания процесса горения зависит в общем случае от характера передачи вещества и тепла в зону реакции, т.е. от движения газа, пара, воздуха, диффузии и теплопроводности, то степень подготовленности горючей смеси в газодинамические условия, в которых находится горючая смесь, оказываются факторами, определяющими все параметры горения на пожаре. Следует различать диффузионное и кинетическое горение, гомогенное и гетерогенное, ламинарное и турбулентное, знать, что степень турбулизации газового потока определяется числом Рейнольдса и зависит от плотности и вязкости среды, скорости потока, его поперечного сечения. При Re<Re_кр, равного 2300, движение носит ламинарный характер. При более высоких числах - турбулентный, что в значительной степени определяет режим горения.

Вид горения, его параметры определяются физическими процессами и условиями, они являются доминирующими, но в основе горения лежит химическое превращение горючего и окислителя в продукты горения. Поэтому все характеристики процесса горения в конечном итоге определяются условиями протекания химической реакции. В этой связи важно уметь составлять уравнения материального и теплового баланса реакции горения, учитывать влияние коэффициента избытка воздуха на состав продуктов горения и температуру горения, т.к. они определяют пожароопасные характеристики веществ и материалов, дают возможность оценивать реальную обстановку на пожаре и правильно организовывать деятельность пожарных.

ОЦЕНКА ГОРЮЧЕСТИ ВЕЩЕСТВ И МАТЕРИАЛОВ

При изучении этой темы необходимо познакомится с ГОСТ 12.1.044-84 «Пожаровзрывоопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения». Согласно ГОСТ 12.1.044-84, под горючестью понимают способность веществ к самостоятельному горению. Они классифицируются по группам на горючие, трудногорючие и негорючие. Там же дается определение каждой группы. Правильное определение группы горючести имеет большое народнохозяйственное значение, так как от этого зависят материальные затраты и надежность принимаемых мер пожарной защиты и в конечном итоге социальный и материальный ущерб, наносимый пожарами.

Следует понимать, что отсутствие единого показателя пожаро- и взрывоопасных свойств материалов связано с необходимостью определять эти свойства на всех трех стадиях процесса горения: воспламенения, горения и тушения и, кроме того, для разного агрегатного состояния материалов и веществ. В табл.1 приведены принятые в пожарной охране показатели пожарной опасности газов, жидкостей и твердых веществ.

Таблица 1

Показатели пожарной опасности газов, жидкостей и твердых веществ, принятые для оценки

Газы	Жидкости	Твердые вещества и материалы
Нормальная скорость горения	Нормальная скорость горения (для ЛВЖ)
Минимальная энергия зажигания	Минимальная энергия зажигания	Минимальная энергия зажигания (для аэровзвеси)
Температура самовоспламенения	Температура самовоспламенения	Температура самовоспламенения
	Температура воспламенения ТПВ (для ЛВЖ)	Температура воспламенения
Область воспламенения в воздухе - КПВ	КПВ (для ЛВЖ)
Максимальное давление взрыва	Максимальное давление (для ЛВЖ)	Максимальное давление взрыва (для аэровзвесей)
Категория взрывоопасной смеси
Критический (гасящий) диаметр	Критический (гасящий) диаметр (для ЛВЖ)
Характер взаимодействия горящего вещества с водо-пенными средствами тушения	Характер взаимодействия горящего вещества с водо-пенными средствами тушения	Характер взаимодействия горящего вещества с водо-пенными средствами тушения
	Температура вспышки	Температура вспышки (для веществ с температурой плавления ниже 3000С)
	ТПВ	ТПВ (для веществ с температурой плавления ниже 3000С)
Потенциал горючести	Группа горючести	Группа горючести
Минимальное взрывоопасное содержание кислорода	Минимальное взрывоопасное содержание кислорода (для ЛВЖ)	Минимальное взрывоопасное содержание кислорода (для аэровзвеси)

Для оценки пожароопасных свойств веществ и материалов используют расчетные и экспериментальные методы, причем большинство расчетных методов являются приближенными, носят характер эмпирических зависимостей, например, определение температуры самовоспламенения по средней длине углеродной цепи в молекулах горючих веществ в пределах гомологического ряда, КПВ и т.д.

В данном разделе рассматриваются такие критерии горючести, в основу которых положены термодинамические свойства горючего или горючей смеси, а может быть, и негорючего материала. Иными словами, необходимо научиться определять, является ли то или иное вещество горючим. Для этого наиболее распространен прием сравнения определяемой характеристики с критическим значением, которое заранее известно на основании обработки большого числа экспериментальных данных. Другим способом для отнесения вещества или материала к одной из классификационных групп может быть сравнение исследуемого материала с другим и вывод о том, какой из них более пожароопасен.

В качестве таких критериев пользуются теплотой сгорания, энергией Гиббса и температурой горения.

Самовоспламенение горючих веществ и материалов

Приступая к изучению этой темы, необходимо вспомнить, что в основе воспламенения и горения лежит окислительно-восстановительная реакция, протекающая между горючим и окислителем, если горючее находится в другой окислительной среде, например, хлоре, озоне и т.д. Эта реакция носит радикальный цепной характер. Энергия активации радикальных реакций составляет 0-63 кДж/моль, что ниже, чем у молекулярных реакций, поэтому в процессах воспламенения и горения реакции протекают именно по радикальному механизму. Его правомерность доказывается и экспериментальными исследованиями, например, методом парамагнитного резонанса обнаружено наличие радикалов при воспламенении горючих систем и материалов. Такие реакции могут протекать с разветвлением цепей, тогда говорят о разветвленных цепных реакциях. Особенностью таких реакций является отсутствие повышения температуры реагирующей системы в течение определенного времени, хотя реакция окисления носит экзотермический характер. Этот факт объясняется расходованием тепла на образование новых цепей. Такие реакции не подчиняются законам классической кинетики, в частности уравнению Аррениуса. В соответствии с вышеизложенным, процесс самовоспламенения некоторых горючих материалов находит объяснение с помощью цепной теории самовоспламенения. В отличие от него в большинстве горючих систем на стадии воспламенения наблюдается постепенное повышение среды, что вызвано экзотермичностью процесса, который носит на молекулярном уровне неразветвленный цепной характер. Скорость этого процесса оказывается подчиненной закону Аррениуса, увеличивается с температурой. Воспламенение по такому механизму называется тепловым самовоспламенением и хорошо объясняется тепловой теорией. Основы обеих теорий и их количественные закономерности были разработаны советской школой ученых, а академику Н.Н. Семенову за разработку цепной теории была присуждена Нобелевская премия в 1956 г.

Важность представлений о механизме процесса самовоспламенения объясняется необходимостью проведения профилактических мер по предотвращению возгорания, самовозгорания, самовоспламенения горючих веществ и материалов и выработкой ГОСТ и ОСТ на хранение, эксплуатацию и транспортировку горючих веществ и материалов, что, безусловно, способствует снижению материального и экономического ущерба, наносимого пожарами.

Практический интерес представляет вывод этой теории о существовании предельных условий самовоспламенения, определяемых равенством скоростей тепловыделения и теплоотвода и равенством изменения этих скоростей при некоторой определенной температуре, называемой температурой самовоспламенения. Превышение скорости тепловыделения за счет реакции окисления в горючей системе при некоторой температуре над скоростью теплоотвода приводит к воспламенению и горению. Температура самовоспламенения принята в качестве показателя пожарной опасности веществ и материалов. Поскольку она не является физической константой, а зависит от ряда факторов, например давления, поверхности теплоотвода, начальной температуры, концентрации горючего, ее стандартизируют и за показатель пожарной опасности принимают самую низкую температуру самовоспламенения горючей смеси, т.е. смеси стехиометрического состава. Все остальные условия определения T_св оговорены в специальных методиках. Поэтому необходимо познакомиться с экспериментальными методами определения T_св.

К параметрам процесса самовоспламенения относится период индукции, характеризующий время от начала реакции окисления до воспламенения. Этот период зависит от начальной температуры, давления, химической природы горючего материала и т.д.

Стандартную температуру самовоспламенения как показатель пожарной опасности определяют и расчетными методами. Зная закон изменения температуры самовоспламенения от средней длины углеродной цепи, ее можно определить расчетным путем, вводя соответствующие коэффициенты. Этот способ расчета T_св применим для гомологического ряда предельных углеводородов, спиртов, ароматических углеводородов. При этом получается хорошая сходимость расчетных данных с экспериментальными. Необходимо уметь оценивать погрешность метода при сравнении расчетных и экспериментальных данных.

При изучении самовоспламенения рассматривается частный случай самовоспламенения - самовозгорание веществ и материалов. Обратите внимание, что между самовоспламенением и самовозгоранием нет принципиальной разницы, критические условия воспламенения одни и те же.

Условно, если температура начала процесса лежит в пределах 290-320 К, то говорят о самовозгорании, а если она выше, то процесс возникновения пламени называют самовоспламенением. Причиной самовозгорания могут быть микробиологические процессы, адсорбция паров и газов, сопровождающиеся повышением температуры и, как следствие, - началом реакции окисления, большая реакционная способность некоторых веществ, например, щелочных металлов и т.д. Обратите внимание, что самовозгоранию способствует развитая поверхность материалов, термическая неустойчивость и ряд других факторов, т.е. для самовозгорания и самовоспламенения наблюдаются одни и те же зависимости.

Поскольку процесс самовоспламенения как ранняя стадия реакции горения определяется физическими и химическими факторами, целесообразно рассмотреть отдельно влияние химического строения горючих веществ на температуру самовоспламенения в гомологических рядах, роль дефектности кристаллической решетки межмолекулярных связей и т.д. Наибольшее значение понимание этих вопросов приобретает при исследовании пожарной опасности аэрозолей и аэрогелей, определении T_св, КПВ и т.д.

Пожары, вызванные самовоспламенением пыли, чаще всего происходят в сушильном производстве, при складировании и транспортировке пылевидных материалов. В соответствии с тепловой теорией самовоспламенения T_св аэрозоля зависит от формы и размеров частиц, природы пыли и т.д. Самовоспламенение (самовозгорание) бывают трех видов: тепловое, химическое, микробиологическое. Но во всех случаях причиной возгорания остается экзотермический процесс, приводящий к нарушению теплового равновесия.

Пожар как фактор техногенной катастрофы

Пожар - это горение вне специального очага, которое не контролируется и может привести к массовому поражению и гибели людей, а также к нанесению экологического, материального и другого вреда.

Горение это химическая реакция окисления, сопровождающаяся выделением теплоты и света. Для возникновения горения требуется наличие трех факторов: горючего вещества, окислителя и источника загорания. Окислителями могут быть кислород, хлор, фтор, бром, йод, окиси азота и другие. Кроме того, необходимо чтобы горючее вещество было нагрето до определенной температуры и находилось в определенном количественном соотношении с окислителем, а источник загорания имел определенную энергию.

Наибольшая скорость горения наблюдается в чистом кислороде. При уменьшении содержания кислорода в воздухе горение прекращается. Горение при достаточной и надмерной концентрации окислителя называется полным, а при его нехватке - неполным.

Выделяют три основных вида самоускорения химической реакции при горении: тепловой, цепной и цепочно-тепловой. Тепловой механизм связан с экзотермичностью процесса окисления и возрастанием скорости химической реакции с повышением температуры. Цепное ускорение реакции связано с катализом превращений, которое осуществляют промежуточные продукты превращений. Реальные процессы горения осуществляются, как правило, по комбинированному (цепочно-тепловой) механизму.

Процесс возникновения горения подразделяется на несколько видов.

Вспышка быстрое сгорание горючей смеси, не сопровождающееся образованием сжатых газов.

Возгорание возникновение горения под воздействием источника зажигания.

Воспламенение возгорание, сопровождающееся появлением пламени.

Самовозгорание явление резкого увеличения скорости экзотермических реакций, приводящее к возникновению горения вещества при отсутствии источника зажигания. Различают несколько видов самовозгорания :

химическое- от воздействия на горючие вещества кислорода, воздуха, воды или взаимодействия веществ;

микробиологическое - происходит при определенной влажности и температуры в растительных продуктах (самовозгорание зерна);

тепловое - вследствие долговременного воздействия незначительных источников тепла (например ,при температуре 100 С тирса ,ДВП и другие склоны к самовозгоранию).

Самовоспламенение самовозгорание, сопровождается появлением пламени.

Взрыв чрезвычайно быстрое (взрывчатое) превращение, сопровождающееся выделением энергии с образованием сжатых газов.

Основными показателями пожарной опасности являются температура самовоспламенения и концентрационные пределы воспламенения.

Температура самовоспламенения характеризует минимальную температуру вещества, при которой происходит резкое увеличение скорости экзотермических реакций, заканчивающееся возникновением пламенного горения.

Температура вспышки самая низкая (в условиях специальных испытаний) 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 этой характеристике горючие жидкости делятся на 2 класса:

1) жидкости с t_всп 61⁰ C (бензин, этиловый спирт, ацетон, нитроэмали и т.д.) легковоспламеняющиеся жидкости (ЛВЖ); 2) жидкости с t_всп 61⁰ C (масло, мазут, формалин и др.) горючие жидкости (ГЖ).

Температура воспламенения температура горения вещества, при которой оно выделяет горючие пары и газы с такой скоростью, что после воспламенения их от источника зажигание возникает устойчивое горение.

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

Горючими называются вещества, способные самостоятельно гореть после изъятия источника загорания.

По степени горючести вещества делятся на: горючие (сгораемые), трудногорючие (трудносгораемые) и негорючие (несгораемые).

К горючим относятся такие вещества, которые при воспламенении посторонним источником продолжают гореть и после его удаления.

К трудногорючим относятся такие вещества, которые не способны распространять пламя и горят лишь в месте воздействия источника зажигания.

Негорючими являются вещества, не воспламеняющиеся даже при воздействии достаточно мощных источников зажигания (импульсов).

Горючие вещества могут быть в трех агрегатных состояниях: жидком, твердом и газообразном. Большинство горючих веществ независимо от агрегатного состояния при нагревании образует газообразные продукты, которые при смешении с воздухом, содержащим определенное количество кислорода, образуют горючую среду. Горючая среда может образоваться при тонкодисперсном распылении твердых и жидких веществ.

Из горючих газов и пыли образуются горючие смеси при любой температуре, в то время как твердые вещества и жидкости могут образовать горючие смеси только при определенных температурах.

В производственных условиях может иметь место образование смесей горючих газов или паров в любых количественных соотношениях. Однако взрывоопасными эти смеси могут быть только тогда, когда концентрация горючего газа или пара находится между границами воспламеняемых концентраций.

Минимальная концентрация горючих газов и паров в воздухе, при которой они способны загораться и распространять пламя, называющееся нижним концентрационным пределом воспламенения.

Максимальная концентрация горючих газов и паров, при которой еще возможно распространение пламени, называется верхним концентрационным пределом воспламенения.

Указанные пределы зависят от температуры газов и паров: при увеличении температуры на 100 ⁰С величины нижних пределов воспламенения уменьшаются на 810 %, верхних увеличиваются на 1215 %.

Пожарная опасность вещества тем больше, чем ниже нижний и выше верхний пределы воспламенения и чем ниже температура самовоспламенения.

Пыли горючих и некоторых не горючих веществ ( например алюминий, цинк ) могут в смеси с воздухом образовать горючие концентрации.

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

Минимальная концентрация пыли в воздухе, при которой происходит ее загорание, называется нижним пределом воспламенения пыли.

Поскольку достижение очень больших концентраций пыли во взвешенном состоянии практически нереально, термин "верхний предел воспламенения" к пылям не применяется.

Воспламенение жидкости может произойти только в том случае, если над ее поверхностью имеется смесь паров с воздухом в определенном количественном соотношении, соответствующим нижнему температурному пределу воспламенения.

Причины пожаров на машиностроительных предприятиях

Машиностроительные предприятия отличаются повышенной пожарной опасностью, так как характеризуется сложностью производственных процессов; наличием значительных количеств ЛВЖ и ГЖ, сжиженных горючих газов, твердых сгораемых материалов; большой оснащенностью электрическими установками и другое.

Причины:

1) Нарушение технологического режима 33.

2) Неисправность электрооборудования 16 .

3) Плохая подготовка к ремонту оборудования 13.

4) Самовозгорание промасленной ветоши и других материалов 10

А также нарушение норм и правил хранения пожароопасных материалов, неосторожное обращение с огнем, использование открытого огня факелов, паяльных ламп, курение в запрещенных местах, невыполнение противопожарных мероприятий по оборудованию пожарного водоснабжение, пожарной сигнализации, обеспечение первичными средствами пожаротушения и др.

Основы противопожарной защиты предприятий определены стандартами

ГОСТ 12.1. 004 76 "Пожарная безопасность"

ГОСТ 12.1.010 76 "Взрывобезопасность. Общие требования"

Этими ГОСТами возможная частота пожаров и взрывов допускается такой, чтобы вероятность их возникновения в течении года не превышала 10⁶ или чтобы вероятность воздействия опасных факторов на людей в течении года не превышала 10⁶ на человека.

Мероприятия по пожарной профилактике разделяются на организационные, технические, режимные и эксплуатационные.

Организационные мероприятия: предусматривают правильную эксплуатацию машин и внутризаводского транспорта, правильное содержание зданий, территории, противопожарный инструктаж и тому подобное.

Технические мероприятия: соблюдение противопожарных правил и норм при проектировании зданий, при устройстве электропроводов и оборудования, отопления, вентиляции, освещения, правильное размещение оборудования.

Режимные мероприятия запрещение курения в неустановленных местах, запрещение сварочных и других огневых работ в пожароопасных помещениях и тому подобное.

Эксплуатационные мероприятия своевременная профилактика, осмотры, ремонты и испытание технологического оборудования.

ОЦЕНКА ПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ

В соответствии со СНиП 2280 все производства делят по пожарной, взрывной и взрывопожарной опасности на 6 категорий.

А взрывопожароопасные: производства, в которых применяют горючие газы с нижним пределом воспламенения 10 и ниже, жидкости с t_всп 28⁰ C при условии, что газы и жидкости могут образовывать взрывоопасные смеси в объеме, превышающем 5 объема помещения, а также вещества которые способны взрываться и гореть при взаимодействии с водой, кислородом воздуха или друг с другом (окрасочные цехи, цехи с наличием горючих газов и тому подобное).

Б взрывопожароопасные: производства, в которых применяют горючие газы с нижним пределом воспламенения выше 10; жидкости t_всп = 28...61⁰С включительно; горючие пыли и волокна, нижний концентрационный предел воспламенения которых 65 ^Г/м³ и ниже, при условии, что газы и жидкости могут образовывать взрывоопасные смеси в объеме, превышающем 5 объема помещения (аммиак, древесная пыль).

В пожароопасные: производства, в которых применяются горючие жидкости с t_всп 61⁰С и горючие пыли или волокна с нижним пределом воспламенения более 65 ^Г/м³, твердые сгораемые материалы, способные гореть, но не взрываться в контакте с воздухом, водой или друг с другом.

Г производства, в которых используются негорючие вещества и материалы в горячем, раскаленном или расплавленном состоянии, а также твердые вещества, жидкости или газы, которые сжигаются в качестве топлива.

Д производства, в которых обрабатываются негорючие вещества и материалы в холодном состоянии (цехи холодной обработки материалов и так далее).

Е взрывоопасные: производства, в которых применяют взрывоопасные вещества (горючие газы без жидкостной фазы и взрывоопасные пыли) в таком количестве при котором могут образовываться взрывоопасные смеси в объеме превышающем 5 объема помещения, и в котором по условиям технологического процесса возможен только взрыв (без последующего горения); вещества, способные взрываться (без последующего горения) при взаимодействии с водой, кислородом воздуха или друг с другом.

Правила устройства электроустановок ПУЭ регламентируют устройство электрооборудования в промышленных помещениях и для наружных технологических установок на основе классификации взрывоопасных зон и смесей.

Зона класса В. Помещения, в которых могут образовываться взрывоопасные смеси паров и газов с воздухом при нормальных условиях работы (слив ЛВЖ в открытые сосуды).

Зона класса Ва. Взрывоопасные смеси не образуются при нормальных условиях эксплуатации оборудования, но могут образоваться при авариях и неисправностях.

Зона класса Вб:

а) помещения, в которых находятся горючие газы и пары с высоким нижним пределом воспламенения (15 и более) с резким запахом (аммиак);

б) помещения, в которых могут образовываться взрывоопасные смеси в объеме превышающем 5 объема помещения.

Зона класса Вв. Наружные установки, в которых находятся взрывоопасные газы, пары и ЛВЖ.

Зона класса В. Обработка горючих пылей и волокон, которые могут образовать взрывоопасные смеси при нормальном режиме работы.

Зона класса Ва. В при авариях или неисправностях.

Помещения и установки, в которых содержатся ГЖ и горючие пыли с нижним концентрационным пределом выше 65 ^Г/м³, относят к пожароопасным и классифицируют.

Зона класса П . Помещения, в которых содержатся ГЖ.

Зона класса П . Помещения, в которых содержатся горючие пыли с нижним концентрационным пределом выше 65 ^Г/м³.

Зона класса П а. Помещения, в которых содержатся твердые горючие вещества, не способные переходить во взвешенном состояние.

Установки класса П . Наружные установки, в которых содержатся ГЖ (t_восп 61⁰С) и твердые горючие вещества

ОБЩИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАЗВИТИЯ ОТКРЫТЫХ ПОЖАРОВ

Открытые пожары и их отличительные особенности

К открытым пожарам относятся пожары газовых и нефтяных фонтанов, пожары складов древесины, хлопка, караванов торфа и других горючих веществ и материалов; пожары горючих жидкостей в резервуарах, сжиженных газов в газгольдерах; пожары на технологических установках, таких, как ректификационные колонны, сорбционные башни, этажерки и технологические установки на объектах нефтяной, химической, нефтехимической, газовой промышленности.

К открытым пожарам относятся также лесные и степные пожары, пожары на торфополях, открытых складах каменного угля, сланца и других горючих материалов. В открытые пожары могут перейти обычные внутренние пожары в зданиях и сооружениях V степени огнестойкости.

Особенностью всех этих пожаров являются условия тепло и газообмена. На этих пожарах не происходит "накопления" тепла в газовом пространстве зоны горения. горение происходит в более естественных условиях, не ограниченных строительными конструкциями. Теплообмен осуществляется практически с неограниченным окружающим пространством. Поэтому за температуру таких пожаров, как правило принимают температуру пламени, так как она несколько выше температуры внутренних пожаров, где за температуру пожара принимают среднюю температуру газовой среды в помещении.

Газообмен на открытых пожарах также отличается от газообмена на внутренних пожарах. На открытых пожарах он не ограничен конструктивными элементами зданий и сооружений и, следовательно, более интенсивен. Поэтому он в большей степени зависит от внешних естественных газовых потоков: интенсивности и направления ветра. Интенсивность и направление ветра оказывают большое влияние на процесс горения на открытых пожарах и на зоны горения.

Зона горения определяется, главным образом, распределением горючих веществ в пространстве и формирующими ее конвективными газовыми потоками. Зона теплового воздействия определяется преимущественно лучистым тепловым потоком, так как конвективные тепловые потоки уходят вверх в неограниченное пространство и почти не влияют на зону теплового воздействия на поверхности земли; поэтому они чаще всего не препятствуют ведению боевых действий на пожаре. Мощные восходящие конвективные газовые потоки у основания очага горения создают разрежение. Например, у основания газового фонтана, горящего резервуара эти потоки создают столь интенсивный обдув свежим воздухом, что несколько снижают тепловое воздействие.

Соответственно меняется и характер зоны задымления. За исключением горения торфа на больших площадях и леса в безветренную влажную (сырую) погоду, зона задымления, как правило, не создает затруднений по борьбе с открытыми пожарами, как на некоторых внутренних пожарах. Эти особенности открытых пожаров в значительной степени определяют и специфику методов борьбы с ними, особенности применяемых приемов и способов их тушения и характер боевых действий подразделений пожарной охраны.

Открытые пожары, связанные с горением твердых горючих материалов. К открытым пожарам, связанным с горением твердых горючих материалов, относятся: пожары на складах лесоматериалов, лесные пожары, пожары торфополей, а также пожары хлебных массивов и степные пожары.

Пожары на складах лесоматериалов

Как и все открытые пожары, пожары на складах лесоматериалов характерны отсутствием ограничений газообмена и своеобразием параметров зон пожара. Отличительной особенностью этих пожаров от газонефтяных фонтанов и резервуаров с ЛВЖ и ГЖ является большая скорость их распространения, особенно при наличии ветра, а также распространение пожара на значительные расстояния вследствие разлета искр и головней, переносимых мощными конвективными потоками, возникающими в результате образования аэродинамического вихря в зоне горения.

Характерной особенностью пожаров на складах лесоматериалов является большой объем зоны горения, что обусловлено значительным объемом продуктов термического разложения, выделяющихся с сильно развитой поверхности горючего материала. Сгорая, эти вещества образуют большое количество нагретых продуктов горения, поднимающихся вверх. Вследствие этого формируются мощные потоки нагретых продуктов горения и свежего воздуха, приводящие к созданию локальной аэродинамической обстановки, практически не зависящей от метеорологических условий. Аэродинамические потоки увлекают за собой горящие доски и другие предметы, способные привести к возникновению новых очагов пожаров, как правило, на большом расстоянии от основной зоны горения (до нескольких сотен метров).

Анализ имевших место пожаров и результаты экспериментальных исследований показывают, что средняя линейная скорость распространения фронта пламени на складах лесоматериалов изменяется в широких пределах от 0,1 до 4 м/мин, а в некоторых случаях достигает 10м/мин и более. Скорость распространения огня зависит, во-первых, от размеров материалов и изделий, а во-вторых, от их влажности. Как известно, ассортимент лесоматериалов, хранящихся на складах, достаточно широк: от щепы и древесных отходов, имеющих минимальные размеры 1 мм, до круглого леса с наименьшим размером бревен 10 см и более.

Горение распространяется по горючему материалу тогда, когда температура материала достигает температуры воспламенения, т.е. той температуры при которой состав и количество выделяющихся продуктов разложения обеспечивают образование горючей смеси их с воздухом. То есть время распространения пламени на данный участок поверхности, а следовательно, и скорость распространения пламени определяются временем прогрева поверхностного слоя материала до температуры воспламенения.

Таким образом, уменьшение линейных размеров пожарной нагрузки приводит к интенсификации теплового воздействия на подготавливаемые к горению участки материала, а следовательно, и к увеличению скорости распространения пламени.

Рассмотрим, как линейные размеры элементов пожарной нагрузки влияют на теплоотвод от поверхностных слоев материала. Чем больше, например, толщина досок, тем больше тепла теряется теплопроводностью на прогрев материала. Так как пламя распространяется преимущественно по поверхности материала, то увеличение линейных размеров элементов пожарной нагрузки приводит к возрастанию времени прогрева поверхностного слоя до температуры воспламенения, а следовательно, к снижению скорости распространения пламенного горения.

В натурных условиях скорость распространения пламени по штабелям из досок толщиной 25 мм в 2-2,5 раза выше, чем по штабелям из досок толщиной 50 мм.

Большое влияние на скорость распространения пламени оказывает влажность древесины. Во-первых, повышается теплоемкость влажного материала, следовательно, увеличиваются затраты тепла на его нагрев; во-вторых, требуются дополнительные затраты тепла на испарение влаги; в-третьих, увеличивается теплопроводность материала, что вызывает дополнительные потери тепла на прогрев материала.

Увеличение влажности материала с 11 до 28% приводит к снижению скорости распространения пламени в 4 раза.

Большое влияние на распространение пламени на складах лесоматериалов оказывает направление и скорость ветра. При увеличении скорости ветра до 20 м/с происходит возрастание скорости распространения пламени почти в 2 раза, причем интенсивность нарастания скорости распространения пламени снижается с увеличением скорости ветра.

Пожары на складах лесоматериалов, особенно пиломатериалов, характеризуются высокими скоростями выгорания. Это связано прежде всего с тем, что штабели, в которых хранятся пиломатериалы, обладают сильно развитой поверхностью горения. Поэтому приведенная массовая скорость выгорания (с единицы площади пожара) может составлять при горении штабелей несколько десятков килограммов с 1 м² пожара в минуту.

Лесные пожары

Вероятность возникновения и распространения лесных пожаров существенно возрастает в сухую жаркую погоду, когда происходит не только подсушивание, но и предварительный разогрев горючих материалов. Скорость распространения огня днем больше, чем ночью. В ночное время, кроме охлаждения материала за счет снижения температуры окружающей среды, происходит увеличение равновесной влажности горючих материалов.

На распространение лесных пожаров влияет рельеф местности. Если пожар распространяется вверх по склону, его распространению способствует предварительный разогрев лесных горючих материалов конвективными потоками нагретых продуктов горения. Скорость распространения пожара в этом случае больше, чем на горизонтальном участке леса. При распространении пожара вниз по склону скорость уменьшается.

В зависимости от вида горючих материалов, по которым происходит распространение пожара, различают низовые и верховые лесные пожары.

При низовом пожаре сгорает и выделяет тепло лесная подстилка, состоящая из опавших листьев, хвои, сучьев и веток. При низовых пожарах сгорает также живой покров: мох, кустарник и трава. Особенностями этих пожаров являются сравнительно невысокая скорость распространения (до 5 км/час) и небольшая высота пламени (до 2 -2,5 м).

При низкой влажности горючих материалов подстилки и живого покрова, а также при их большом количестве низовой пожар может видоизменяться в верховой, когда распространение пламени происходит по кронам деревьев. Этот вид пожаров является наиболее губительным для лесных массивов.

При благоприятных погодных и рельефных условиях скорость распространения верховых пожаров может достигать 25 км/час. Быстрому развитию лесных верховых пожаров способствует ветер, достигающий 6 -12 м/с. Другим фактором, способствующим быстрому увеличению площади лесных пожаров, является создание мощной конвективной колонки (высотой до 5 км), за счет которой на высоту свыше 1 км поднимаются горящие угли. Выпадая на еще не горящие участки леса, они образуют новые очаги пожаров, которые затем сливаются с основной зоной горения.

Торфяные пожары

Торф в естественных условиях не способен к самостоятельному горению из-за значительной равновесной влажности. Однако при длительном сохранении жаркой засушливой погоды создаются условия для возникновения торфяных пожаров даже на неосушенных полях. Залежи торфа, подготовленные к разработке (осушенные), способны гореть даже весной. Особенно опасными с точки зрения возникновения и распространения пожара являются караваны, а ьакже торфополя на предприятиях фрезерной добычи, где торфяная масса перерабатывается в мелкую крошку, затем высушивается.

На скорость распространения пожара большое влияние оказывает скорость ветра. Так, при скорости ветра 10 м/с и более горящая крошка легко поднимается воздушными потоками и переносится на значительные расстояния (до 50 м), образуя новые очаги пожара. Скорость распространения пожара достигает 20 -25 м/мин.

Форма площади пожара на торфополях чаще всего бывает угловой с расширением ее по направлению ветра. Переносимая ветром горящая крошка представляет опасность для людей.

Торфяная масса содержит в своем составе (в порах) достаточное количество воздуха, поэтому способна гореть по гетерогенному механизму (тлеть) даже без доступа воздуха, образуя подземные прогары, которые при тушении пожаров представляют серьезную опасность для людей и техники. Скорость распространения подземного пожара невелика и, как правило, не превышает нескольких метров в сутки.

Степные пожары и пожары хлебных массивов

Эти пожары являются наиболее опасными в периоды устойчивой засушливой погоды. Скорость распространения пожара достигает 700 м/мин. Такая высокая скорость распространения пламени при горении растительного покрова обуславливается характеристиками горючего материала. Трава и злаковые растения, по которым распространяется пожар (листья, веточки), имеют очень незначительные размеры сечения. Стебли высохших растений представляют собой тонкостенные полые трубки и легко воспламеняются под воздействием фронта пламенного горения. Наличие ветра способствует увеличению скорости распространению пламени вследствие наклона факела пламени к еще не горящим материалам, а также из-за переноса искр воздушными потоками.

Другой особенностью таких пожаров является сравнительно небольшая ширина фронта пламенного горения, что обусловлено малым запасом горючих материалов на единице площади пожара и высокой скоростью выгорания. Иногда при таких пожарах образуются так называемые смерчи, которые способствуют переходу огня через естественные и искусственные препятствия (реки, дороги, перепаханные полосы и т.д.) шириной до 12 м.

Степные пожары, пожары лугов, полей и хлебных массивов могут переходить в лесные, торфяные пожары и вызывать пожары населенных пунктов, сельскохозяйственных и промышленных предприятий, к которым прилегают территории, покрытые соответствующими горючими материалами. Не отличаются по механизму распространения и выгорания от рассмотренных видов пожаров пожары буртов хлопка, стогов сена и соломы.

В случаях загорания этих объектов пламя быстро распространяется по их поверхности, а затем происходит процесс относительно медленного выгорания. Выгорание резко интенсифицируется при наличии ветра, когда скорость подвода воздуха к тлеющей поверхности горючего увеличивается. В этом случае возможен перенос горящих частиц и увеличение площади пожара.

ГОРЕНИЕ ТВЕРДЫХ ВЕЩЕСТВ

Твердые вещества и материалы являются наиболее распространенными в производстве и быту. В настоящее время наряду с материалами естественного происхождения весьма широкое применение находят твердые вещества, получаемые синтетически.

Мировое производство полимеров удваивается через каждые пять лет. При этом в строительстве используется 20--25% от производимого количества полимерных материалов.

Несмотря на большую работу по огнезащите естественных и особенно искусственных материалов, основная их масса относится к группе горючих. Это обстоятельство является одной из причин, неуклонного увеличения количества пожаров твердых материалов и ущерба от них. Большой проблемой в настоящее время являются и пожары естественных материалов. Так, еще в 50-х годах на всех континентах возникало около 200 тысяч лесных пожаров в год. Поэтому изучение механизмов возникновения и развития горения твердых веществ и материалов является необходимым условием для целенаправленной деятельности органов пожарной охраны по предотвращению и ликвидации пожаров с наименьшим ущербом для народного хозяйства. Большое значение эти знания имеют при решении очень сложной проблемы создания негорючих или трудногорючих полимерных материалов.

1. Общие закономерности и отличительные особенности горения веществ различного агрегатного состояния

Анализ современных представлений о механизмах диффузионного горения газов и жидкостей позволяет сделать вывод, что принципиального различия между ними нет. Действительно, в обоих случаях химическому взаимодействию горючего и окислителя, которое протекает в газовой зоне, предшествует смешение этих компонентов за счет процессов молекулярной и конвективной диффузии. Факторы, ускоряющие эти процессы, например, турбулизация, способствуют повышению скорости горения. Диффузионные процессы обусловливают большую протяженность (толщину) зоны химической реакции, неоднородность ее по составу: взаимодействие горючего начинается при недостатке кислорода, а завершается при его избытке, чем и объясняется образование в зоне пламени больших концентраций частиц углерода, которые дают ярко-желтое свечение при температурах пламени.

Главное отличие в горении газов и жидкостей заключается в механизме доставки горючего в зону химической реакции. При горении газов количество доставляемого горючего определяется его расходом и не зависит от процессов, протекающих в зоне пламени.

Размеры и форма пламени в этом случае формируются под влиянием расхода газа. В случае горения жидкости в результате тепло - и массообмена устанавливается определенная взаимосвязь между характеристиками зоны горения и скоростью поступления горючего в зону пламени.

Таким образом, процесс горения жидкости в принципе аналогичен диффузионному горению газов. При этом жидкая фаза может быть представлена как газовая горелка, обеспечивающая некоторый расход или скорость поступления горючего в зону пламени. Основным физическим процессом, определяющим закономерности поставки горючего в зону пламени, является в этом случае испарение, протекающее под воздействием теплового потока от зоны реакции.

Подавляющее большинство твердых материалов также горят в диффузионном режиме. Превращение твердого вещества в продукты горения, как и газообразных и жидких веществ, происходит вследствие химической реакции в газовой зоне; при этом скорость превращения лимитируется физическим процессом смешения газообразных продуктов термического разложения твердой фазы с воздухом. Поэтому принципиального различия в механизме горения газообразных, жидких и большинства твердых веществ нет: это гомогенный, диффузионный процесс превращения горючего вещества в конечные продукты с интенсивным выделением тепла и света.

Если рассматривать горение только жидких и твердых веществ, то, кроме принципиального сходства, отмеченного выше, можно найти еще несколько общих закономерностей: зажигание образца и распространение пламени происходит в результате образования над его поверхностью газовоздушной смеси, концентрация которой превышает НКПВ; распространение пламени и выгорание протекает за счет потока тепла от высокотемпературной зоны пламени.

Кроме общих черт с жидкостями, в процессах горения твердых веществ существует и целый ряд особенностей, обусловленных агрегатным состоянием и различиями в строении.

Поведение при нагревании. Если при нагревании жидкостей происходит лишь их испарение, то в случае твердых материалов процессы, сопровождающие нагревание, значительно более сложны и многообразны. Для одних твердых веществ процесс газификации сопровождается плавлением. При этом плавление может протекать без разложения исходного вещества (парафин, стеарин и др.) или с разложением (натуральный или искусственный каучуки).

Для других веществ переход из твердой фазы в газообразную протекает, минуя жидкую. Это может происходить или без образования остатка твердой фазы -- возгонка (сублимация), или с образованием нелетучего остатка. Без остатка, например, происходит превращение уротропина, нафталина и других, с остатком разлагаются древесина, торф, сланцы.

Таким образом, если при горении жидкости тепловой поток, поступающий к поверхности от зоны пламени, расходуется только на нагрев и испарение жидкой фазы, то для твердых веществ, кроме этого, необходимы теплозатраты на плавление и разложение.

Следовательно, для твердых веществ тепло - и массообмен между зоной пламени и твердой фазой можно записать в виде уравнения:

q0 = m [ с (Тпл - Т0) + Qпл + с' (Tк - Тпл) + Qисп + Qp +Qт.о ] (1)

где q₀ - интенсивность потока, поступающего от зоны пламени к поверхности твердого вещества, кВт/м²;

m - массовая скорость выгорания, кг/(м²- с);

с, с' - соответственно теплоемкости твердой фазы и расплава, кДж/(кг·К);

Q_пл, Q_исп, Q_p - соответственно теплоты плавления, испарения и разложения, кДж/кг;

Q_т.о - теплота, пошедшая на нагрев твердого остатка, кДж/кг;

T_к, Т_пл - соответственно температуры кипения и плавления вещества, К;

Т₀ - начальная температура, К.

Режимы горения. Горение жидкостей, как и газов, протекает по гомогенному режиму. Твердые вещества в зависимости от строения и поведения при нагревании могут гореть по гомогенному, гомогенно-гетерогенному или только гетерогенному режимам.

Тепловые эффекты термического разложения. Переход жидкости в парообразное состояние всегда является эндотермическим процессом. Для твердых веществ этот процесс в большинстве случаев также является эндотермическим, однако известны случаи, когда разложение сопровождается выделением тепла, при этом превращение твердой фазы в газообразную может быть суммарно экзотермическим. В практике известны случаи загорания в результате длительного хранения древесных опилок при температуре 100°С. Это происходит в результате интенсивного протекания химических реакций между активными промежуточными соединениями первичного распада. Эти реакции, как правило, являются самоускоряющимися автокаталитическими реакциями, т. е. катализируются продуктами разложения.