Защита от пожара и взрывов на производстве

Размещено на http://allbest.ru

49

Размещено на http://allbest.ru

1.СУЩНОСТЬ ПРОЦЕССА ГОРЕНИЯ. ПОЖАРО- И ВЗРЫВООПАСНЫЕ СВОЙСТВА ВЕЩЕСТВ И МАТЕРИАЛОВ. СКЛОННОСТЬ ВЕЩЕСТВ К САМОВОЗГОРАНИЮ. ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Горение -- сложный физико-химический процесс взаимодействия горючего вещества и окислителя, характеризующийся самоускоряющимся превращением и сопровождающийся выделением большого количества тепла и света.

Пожар -- неконтролируемое горение, причиняющее материальный ущерб, вред жизни и здоровью граждан, интересам общества и государства.

Взрыв -- быстрое превращение вещества (взрывное горение), сопровождающееся выделением энергии и образованием сжатых газов, способных производить работу.

Воспламенение -- начало пламенного горения под воздействием источника зажигания.

Самовозгорание -- возгорание в результате самоинициирующихся экзотермических процессов.

Самовоспламенение -- самовозгорание, сопровождающееся пламенем.

Тление -- беспламенное горение материала.

Пожарная безопасность -- состояние объекта, при котором исключается возможность пожара, а в случае его возникновения предотвращается воздействие на людей опасных факторов пожара и обеспечивается защита материальных ценностей.

Взрывобезопасность -- состояние объекта или производственного процесса, при котором исключается возможность взрыва, а в случае его возникновения предотвращается воздействие на людей вызываемых им опасных и вредных факторов и обеспечивается сохранение материальных ценностей.

2. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ГОРЕНИИ

Горение представляет собой процесс окисления, или взаимодействия горючего вещества с кислородом воздуха. Окислителями в процессе горения могут быть также хлор, бром, азотная кислота, бертолетова соль, пероксид натрия и некоторые другие вещества.

Для возникновения и развития процесса горения необходимы горючее вещество, окислитель и источник зажигания, инициирующий реакцию между горючим и окислителем.

Горючее и окислитель должны находиться в определенных соотношениях друг с другом.

Горение, как правило, происходит в газовой фазе, поэтому горючие вещества, находящиеся в конденсированном состоянии для возникновения и поддержания горения должны подвергаться газификации (испарению, разложению), в результате чего они образуют газообразную горючую смесь.

В зависимости от агрегатного состояния горение бывает гомогенным и гетерогенным.

Гомогенное горение характерно для горючих смесей, в которых компоненты находятся в газообразном состоянии. Причем если компоненты предварительно перемешаны, то такое горение называют кинетическим. Если компоненты предварительно не перемешаны, то происходит диффузионное горение.

Гетерогенное горение, характеризуется наличием поверхности раздела фаз в горючей системе.

Горение различается также по скорости распространения пламени:

1. Дефлаграционное горение (несколько метров в секунду)

2. Взрывное горение (до сотен метров в секунду)

3. Детонационное (скорость детонации несколько тысяч метров в секунду)

Различают: ламинарное и турбулентное.

Ламинарное горение характеризуется послойным распространением фронта пламени по свежей горючей смеси.

Турбулентное горение характеризуется перемешиванием слоев потока и повышенной скоростью сгорания.

В зависимости от соотношения горючего и окислителя горючие смеси подразделяются на:

1. Бедные - содержащие в избытке окислитель по сравнению со стехиометрическим соотношением компонентов.

2. Богатые - содержащие в избытке горючее.

Стехиометрическое отношение - исходное соотношение компонентов горючей смеси, при сгорании которой ни один из исходных компонентов не остается в избытке в продуктах реакции.

Расчет стехиометрического содержания горючего вещества для наиболее распространённых углеводородов и их производных осуществляется по формуле:

Стехиометрический коэффициент равен:

здесь nс, nн, n0 -- соответственно числа атомов С, Н и О в молекуле горючего.

Для СН4:

Реальные пожары характеризуются, как правило, диффузионным, гетерогенным, турбулентным и дефлаграционным горением.

Взрывное горение происходит при утечке горючего газа из трубопроводов или испарении разлитой жидкости, при содержании горючей пыли в воздухе.

Горение может осуществляться в двух режимах:

1. В режиме самовоспламенения, заключающемся в самопроизвольном возникновении пламенного горения предварительно нагретой до некоторой критической температуры горючей смеси (называемой температурой самовоспламенения) и проявляющегося в одновременном (в виде вспышки) сгорании всей горючей смеси;

2. В режиме распространения волны горения (распространения фронта пламени) по холодной смеси при ее локальном зажигании (воспламенении) внешним источником.

Пламя -- это видимая зона горения, в которой наблюдаются свечение и излучение тепла. Возникшее в результате воспламенения пламя само становится источником потока тепла и химически активных частиц в прилегающие слои свежей горючей смеси.

Для изучения распространения волны горения поставим опыт. Поместим гомогенную горючую смесь в стеклянную трубку, открытую с одного конца и воспламеним ее источником зажигания у открытого конца. Тепло из зоны реакции благодаря теплопроводности распространяется на исходную холодную смесь и нагревает ее.

Свежая горючая смесь и продукты сгорания разделены узкой зоной, называемой фронтом пламени, представляющим собой тонкий сферический слой (толщиной менее 10^-6 м), где происходит прогрев горючей смеси и быстрая химическая реакция. Тепло из зоны реакции благодаря теплопроводности распространяется на исходную холодную смесь и нагревает её. Происходит также диффузия продуктов реакции и активных радикалов из зоны реакции в исходную смесь и исходной смеси в зону реакции. Таким образом, зона реакции перемещается в направлении исходной горючей смеси. Такое ламинарное горение называется нормальным.

Рис. 1. Изменение температуры перед фронтом пламени и за ним:

1 -- зона продуктов горения; 2 -- фронт пламени; 3 -- зона самовоспламенения;

4 -- зона предварительного прогрева; 5 -- исходная смесь.

Скорость перемещения пламени по неподвижной смеси вдоль нормали к его поверхности -- нормальной скоростью распространения пламени U_н. Величина U_н, являясь физико-химической константой горючей смеси, представляет собой минимально возможную величину, которая не зависит от условий, а определяется лишь химическим составом горючей смеси и соотношением горючего и окислителя.

При закрытой трубке продукты горения давят на фронт пламени и стенки, увеличивая скорость его перемещения. Суммарная скорость такого перемещения называется видимой скоростью.

где ., е - степень расширения продуктов сгорания; Т_Г и T_Н -- температуры горения и начальная; з - отношение числа молей продуктов сгорания к числу молей исходной смеси (для углеводородных горючих веществ значение з близко к единице).

При воспламенении горючей смеси в длинной трубе в результате расширения продуктов сгорания возникают волны сжатия; фронт пламени вместе с горючей смесью вовлекается в быстрое движение со скоростью, в 10--20 раз выше чем величина .

Дальнейшее развитие процесса связано с турбулизацией потока газа перед фронтом пламени и увеличением скорости распространения пламени. В конечном счёте, возникают условия для адиабатического самовоспламенения горючей смеси - т.е. детонации.

Таким образом, при детонации пламя распространяется не в результате теплопроводности, а вследствие ударной волны, приводящей к быстрому нагреву и самовоспламенению смеси. За ударной волной возникает зона быстрой реакции; вместе они образуют детонационную волну, которая распространяется со скоростью 1,5--3,5 км/с.

В случае диффузионного горения, схема которого показана на рис., пламя как бы стоит на месте, а в него втекают с одной стороны (область а) горючие пары, а с другой стороны (область в) -- воздух. Наиболее характерным примером диффузионного пламени является горящая свеча.

Схема диффузионного ламинарного горения:



а -- зона горючих паров;

б -- зона горения;

в -- окружающая среда (воздух).

Важнейшей особенностью процесса горения является самоускоряющийся характер химического превращения, переходящего в реакцию горения. Такой процесс возникновения горения называется самовоспламенением. Самовоспламенение может быть тепловое и цепное. При тепловом самовоспламенении причиной ускорения реакции окисления и возникновения горения является превышение скорости выделения тепла над скоростью теплоотвода, а при цепном -- превышение вероятности разветвления цепей над вероятностью их обрывов.

Теории механизмов самоускоряющихся превращений при горении разработаны лауреатом Нобелевской премии академиком Н.Н. Семеновым.

При низкой температуре Т0 реакция между горючим и окислителем практически не протекает, так как отсутствуют активные молекулы. Для того чтобы они появились и началась реакция окисления, нужно горючую смесь нагреть до более высокой температуры Т1.

Возникшая при этом реакция окисления сопровождается выделением тепла, за счет чего горючая смесь нагревается. Скорость выделения тепла q1 будет пропорциональна скорости реакции окисления и теплоте сгорания смеси:



где Q -- теплота сгорания горючего вещества; V -- объем горючей смеси; к₀ -- пред экспоненциальный множитель; с -- концентрация горючего в смеси; н -- суммарный порядок реакции; е -- основание натурального логарифма; Е -- энергия активации; R -- универсальная газовая постоянная; Т₁ - температура стенок сосуда.

Как только температура горючей смеси превысит температуру стенок сосуда и внешней среды Т₁ и поднимется до Т₂ сразу возникает теплоотвод от горючей смеси и внешней среды через стенки сосуда.

Скорость теплоотвода равна:

где б -- коэффициент теплоотдачи от горючей смеси к стенкам сосуда; S -- общая поверхность стенок сосуда; Т₂ -- температура горючей смеси; Т₁ -- температура стенок сосуда.

График зависимости скоростей тепловыделения (q₁) и теплоотвода (q₂) от температуры (Т) горючей смеси:

При создавшейся разности температур Т₁ и Т₂, нагрев горючей смеси будет зависеть от соотношения скорости тепловыделения q₁ и теплоотвода q₂.

1. Если q₁ > q₂, то горючая смесь, окисляясь саморазогревается.

2. Если q₁ = q₂, то горючая смесь окисляется при постоянной температуре, но горения не происходит.

Угол наклона прямой теплоотвода зависит от численного значения множителя (бS). При температуре стенки, а значит, и начальной температуре горючей смеси Т_о'' q₁ > q₂ следовательно, происходит саморазогрев горючей смеси до возникновения горения, т. е. самовоспламенение. При температуре же стенки T_о' саморазогрев горючей смеси происходит только до температуры Т (точка А), B (точка А) q₁=q₂, выше этой температуры нагревание невозможно, т.к. q₁<q₂.

Границей между областями неограниченного и ограниченного разогрева горючей смеси является прямая теплоотвода при температуре стенки Т_с. Эта прямая касается кривой тепловыделения в точке С, где существует неустойчивое тепловое равновесие. Даже незначительное повышение температуры Т_с' вызовет прогрессивный саморазогрев смеси, приводящий к самовоспламенению.

Следовательно, температурой самовоспламенения является та минимальная температура горючей смеси, при которой начинается саморазогрев, приводящий к возникновению горения.

Температура самовоспламенения горючей смеси обычно относится к горючему веществу. Она не является постоянной для одного и того же горючего вещества и зависит от его концентрации, давления, от размеров, формы и материала сосудов и других факторов. Определяется температура самовоспламенения экспериментальным путем при нормальном давлении и стехиометрической концентрации горючих газов или паров в воздухе.

При цепном самовоспламенении причиной ускорения реакции окисления является превышение скорости разветвления цепей над скоростью их обрыва.

Чисто цепное самовоспламенение -- довольно редкое явление, так как оно протекает при таких низких давлениях (значительно ниже 0,1 МПа).

3. Пожаровзрывобезопасность. Показатели пожаро- и взрывоопасности

В ГОСТ 12.1.044 - 89 регламентирована система оценки пожарной опасности веществ и материалов.

В соответствии с этим стандартом при оценке пожарной опасности веществ различают:

- газы -- вещества, абсолютное давление паров которых при 50 °С равно или более 300 кПа или критическая температура которых менее 50 °С;

- жидкости -- вещества с температурой плавления ниже 50 °С;

- твердые вещества и материалы с температурой плавления более 50 °С;

- пыли -- диспергированные твердые вещества и материалы с частицами размером менее 850 мкм.

Перечень показателей, характеризующих пожаро- и взрывоопасность веществ и материалов, приведен в табл.1.

Таблица 1. Показатели, характеризующие пожаро- и взрывоопасность веществ и материалов

Показатели	Применимость показателей
	для газов	для жидкостей	для твердых веществ	для пылей
Группа горючести	+	+	+	+
Температура вспышки	-	+	-	-
Температура воспламенения	-	+	+	+
Температура самовоспламенения	+	+	+	+
Нижний и верхний концентрационные пределы распространения пламени	+	+	-	+
Температурные (нижний и верхний) пределы распространения пламени	-	+	-	-
Температура саморазогрева	-	-	+	+
Температура тления	-	-	+	+
Температурные условия теплового самовозгорания	-	-	+	+
Минимальная энергия зажигания	+	+	-	+
Кислородный индекс	-	-	+	-
Способность взрываться и гореть при взаимодействии с водой, кислородом воздуха и другими веществами	+	+	+	+
Нормальная скорость распространения пламени	+	+	-	-
Скорость выгорания	-	+	-	-
Коэффициент дымообразования	-	-	+	-
Индекс распространения пламени	-	-	+	-
Показатели токсичности продуктов горения полимерных материалов	-	-	+	-
Минимальное взрывоопасное содержание кислорода	+	+	-	+
Минимальная флешатизирующая концентрация флегматизатора	+	+	-	+
Максимальное давление взрыва	+	+	-	+
Скорость нарастания давления при взрыве	+	+	-	+
Примечание. Знак «+» означает применимость показателя, знак «-» - неприменимость показателя

Наименьшая (наибольшая) концентрация горючих газов, паров жидкостей или пылей в смеси с воздухом, при которой смесь уже (еще) может воспламениться от источника зажигания и пламя распространяется на весь объем горючей смеси, называется нижним (верхним) концентрационным пределом распространения пламени -- НКПР (ВКПР).

Чем шире область воспламенения, тем опаснее горючее вещество.



Температура самовоспламенения (T_{самовоспл}) -- самая низкая температура вещества, при которой в условиях специальных испытаний происходит резкое увеличение скорости экзотермических реакций, заканчивающихся пламенным горением.

Нормальная скорость распространения пламени (U_H, м/с) -- скорость перемещения плоского фронта пламени относительно не сгоревшей горючей смеси в направлении, перпендикулярном к его поверхности.

Минимальная энергия зажигания (W_мин, Дж) -- наименьшее значение энергии электрического разряда, способной воспламенить наиболее легковоспламеняющуюся смесь газа, пара или пыли с воздухом.

Максимальное давление взрыва (Р_макс, кПа) -- наибольшее давление, возникающее при дефлаграционном взрыве газо-, паро- или пылевоздушной смеси в замкнутом сосуде (аппарате) при начальном давлении смеси 101,3 кПа.

Скорость нарастания давления взрыва (dP/dф, кПа/с) -- производная давления взрыва по времени на восходящем участке зависимости давления взрыва газо-, паро- или пылевоздушной смеси в замкнутом сосуде (аппарате) от времени.

Минимальное взрывоопасное содержание кислорода (МВСК, % (об.)) -- концентрация кислорода в горючей смеси, ниже которой воспламенение и горение смеси становятся невозможными.

Температура вспышки (Т_всп, °С) -- самая низкая температура горючего вещества, при которой в условиях специальных испытаний над его поверхностью образуются пары или газы, способные вспыхивать от источника зажигания, но при этом скорость их образования еще недостаточна для возникновения устойчивого горения.

ЛВЖ -- это жидкости, имеющие температуру вспышки не выше 61 °С (в закрытом тигле) или 66 °С (в открытом тигле).

ГЖ --это жидкости, имеющие температуру вспышки выше 61 °С (в закрытом тигле) или 66 °С (в открытом тигле).

Температура воспламенения (T_ВОСПЛ, °С) -- наименьшая температура горючего вещества, при которой в условиях специальных испытаний вещество выделяет горючие пары или газы с такой скоростью, что после их зажигания возникает устойчивое пламенное горение. Для ЛВЖ Т_воспл обычно на 1--5°С выше температуры вспышки, а для ГЖ эта разница может достигать 30--35 °С.

Зависимость между НТПР (ВТПР) и НКПР (ВКПР) выражается следующим образом:

,

Где , - давления насыщенных паров при НТПР и ВТПР соответственно, - атмосферное давление.

Свойства пожаровзрывоопасных веществ:

1. Горючесть зависит от состояния системы: вещество - окислитель, от температуры, давления, объема. Горючесть пыли зависит от ее измельченности.

По горючести вещества и материалы делятся на 3 группы:

- не горючие (не сгораемые) - не способны гореть в воздухе;

- трудно горючие вещества - способны возгораться в воздухе от источника зажигания, но не способны самостоятельно гореть;

- горючие вещества и материалы - способные самовозгораться, а так же возгораться от источника зажигания и даже гореть самостоятельно.

Из группы горючих веществ и материалов выделяют легковоспламеняющиеся вещества, к ним относятся вещества и материалы, способные воспламеняться (менее 50⁰ С) от источника зажигания с низкой энергией.

2. Температура вспышки.

Вспышка - быстрое сгорание горючей смеси не сопровождающееся образованием газов и не переходящее в продолжительное горение.

Температура вспышки (Т_всп, °С) -- самая низкая температура горючего вещества, при которой в условиях специальных испытаний над его поверхностью образуются пары или газы, способные вспыхивать от источника зажигания, но при этом скорость их образования еще недостаточна для возникновения устойчивого горения.

3. Температура воспламенения (Т_воспл, °С) -- наименьшая температура горючего вещества, при которой в условиях специальных испытаний вещество выделяет горючие пары или газы с такой скоростью, что после их зажигания возникает устойчивое пламенное горение.

4.Температура самовоспламенения (Т_{самовоспл}) -- самая низкая температура вещества, при которой в условиях специальных испытаний происходит резкое увеличение скорости экзотермических реакций, заканчивающихся пламенным горением.

5.Нижний и верхний предел распространения пламени.

Нижний концентрационный предел распространения пламени - такая объемная массовая доля горючего вещества в смеси с окислительной средой выраженное в % или мг/м3, при которой смесь становится не способной к распространению пламени, т.е. это минимальное содержание горючего вещества в горючей смеси, при которой возможно распространение от источника зажигания.

Верхний концентрационный предел распространения пламени - такая объемная (массовая) доля горючей смеси со средой, выше которой смесь становится не способной к распространению пламени.

Область распространение пламени - область объемных (массовых) долей горючего вещества, заключенное между нижним и верхним концентрационными пределами.

6.Температурные пределы распространения пламени -- такие температуры вещества, при которых его насыщенные пары образуют в определенной окислительной среде концентрации, равные соответственно нижнему и верхнему концентрационным пределам распространения пламени (НКПР и ВКПР).

7.Минимальная энергия зажигания - наименьшая энергия искрового разряда, способная воспламенить наиболее легковоспламеняемые смеси вещества с воздухом.

4.Оценка пожаро и взрывоопасности производств

Пожаро-взрывоопасность производств, зданий и сооружений оценивается с учетом количества обращающихся там веществ и материалов, обладающих пожаро-взрывоопасными свойствами.

Оценка пожаровзрывоопасных свойств регламентируется нормативными документами:

Существуют 2 подхода к оценке пожаро- и взрывоопасности производств: детерминированный и вероятностный.

Детерминированный метод - основан на определении количественной дифференциации производств (разделение на категории и классы) СНиП II - 90 - 81* «Производственные здания промышленных предприятий”, СНиП 2.09.02-85 «Производственные здания”, ПУЭ.

Вероятностный метод - основан на расчете вероятности достижения определённого уровня пожаровзрывоопасности ГОСТ 12.1.004 - 85 Пожарная безопасность.

СНиП II-90 - 81* регламентирует категорирование производств пожаровзрывоопасности.

СНиП II-90 - 81* предусматривает 6 категорий производств (А, Б, В, Г, Д, Е).

А и Б - взрывопожароопасные производства, критериями назначения которых являются наличие в рассматриваемых объектах веществ, способных создавать взрывоопасные среды в объеме превышающем 5 % от объема всего помещения или обуславливать высокую пожароопасную нагрузку.

В - пожароопасная категория, характеризуемая наличием горючих материалов и веществ, способные только гореть, но не создавать взрывоопасные среды.

Г - характеризуется отсутствием горючих материалов, но с применением высоких температур.

Д - не пожароопасная, связана с применением несгораемых материалов в холодном состоянии.

Е - взрывоопасная категория, связана с применением горючих газов, способные создать взрывоопасные среды в объеме превышающем 5 % от объема помещения, но не могут высокую пожарную нагрузку.

Для определения категории производства по пожаро- и взрывоопасности пользуются СН 463-74, где имеется методика расчета взрывоопасной среды горючих газов с учетом аварийного режима выхода горючих газов жидкостей в производственное помещение.

Согласно этой методике максимальное количество горючих веществ, которое может попасть в помещение, рассчитывается из возможности аварий одной из наиболее крупной единицы горючего оборудования и утечки горючего из подводимого трубопровода в течении времени до исходного отключения оборудования.

В случае утечки и выброса горючих газов к взрывоопасным категориям относят производства, где выполняется следующее условие:

V - взрывоопасный объем, м³ , V_П - объем помещения, м³ , m - максимально возможная масса утечки газа, г, с - плотность утечки газа, г/м³ С_Н - нижний концентрационный предел газа, % об. , К - коэффициент, учитываемый при наличии аварии А - кратность вентиляции, с^-1.

В случае аварийного пролива горючей жидкости категории (А, Б) назначают по времени испарения жидкости в количестве, создающем взрывоопасную паровоздушную среду, в объеме превышающем 0,05 V_П.

Время испарения рассчитывается по формуле:

з - коэффициент, зависящий от скорости и температуры воздушного потока на испарение жидкости. М - масса вещества в молях. Р - давление паров в кПа.

F - площадь пролива.

При ф_и < 1 часа, производство считается взрывопожарным.

Скорость испарения с 1м² от пролитой жидкости рассчитывается по формуле:

В результате развития принципа детерминированного категорирования промышленных объектов по пожаровзрывоопасности в последних нормах категорируют не производства, а здания и сооружения, в которых размещаются эти производства.

В новом нормативном документе оставлено 5 категорий, категория Е исключена (табл. 2).

Количество поступивших веществ, которые могут образовать взрывоопасные воздушные смеси, определяют исходя из:

1. Происходит расчетная наиболее неблагоприятная авария на 1 аппарат.

2. Все содержимое аппарата поступает в помещение.

3. Происходит одновременная утечка веществ из трубопроводов питающих аппарат по прямому и обратному потокам, в течении времени необходимого для отключения трубопроводов.

Расчетное время отключения трубопроводов определяется в каждом конкретном случае, исходя из реальной обстановки, оно должно быть минимальным с учетом отключения и зависит от характера технологического процесса.

Расчетное время отключения трубопровода принимается:



1. Время срабатывания системы автоматического отключения трубопроводов, согласно паспортным данным установки, если вероятность отказа системы автоматики не превышает 10^-6 в год или обеспечено резервирование ее элементов (но не более 3 секунд).

2. 120 секунд в случае, если вероятность отказа систем автоматики превышает 10^-6 в год и не обеспечено резервирование ее элементов.

3. 300 секунд при ручном отключении.

Время отключения - промежуток времени от начала возможного поступления вещества из трубопровода до полного прекращения поступлений газа или жидкости в данное помещение.

Превышение приведенных значений времени отключения трубопроводов допускается:

- происходит испарение с поверхности разлитой жидкости, площадь испарения при разливе на пол определяется исходя из расчета, что 1 литр смеси и растворов, содержащих 70 % растворителей, разливается на площади 0.5 м², а остальных жидкостей на 1 м² пола помещения.

- происходит также испарение жидкости из емкостей эксплуатируемых с открытым зеркалом жидкости или со свежеокрашенных поверхностей.

- длительность испарения жидкости превышает или равно времени полного испарения, но не более часа.

Тоже самое действует для пыли.

Категорирование зданий по взрывопожарной и пожарной опасности производится на основании классификации помещений, наличия автоматических установок пожаротушения и площадей помещений, составляющих здание. Здание относится к категории А, если в нем суммарная площадь помещений категорий А превышает 5% площади всех помещений или равна 200 м². Допускается не относить здание к категории А, если суммарная площадь помещений категории А в здании не превышает 25% площади всех размещенных в нем помещений (но не более 1000 м²) и эти помещения оборудованы установками автоматического пожаротушения.

Здание относится к категории Б, если одновременно выполнены два условия:

- здание не относится к категории А;

- суммарная площадь помещений категории А и Б превышает 5% суммарной площади всех помещений или равна 200 м².

Допускается не относить здание к категории Б, если суммарная площадь помещений категорий А и Б в здании не превышает 25% суммарной площади всех размещенных в ней помещений (но не более 1000 м²) и эти помещения оборудованы установками автоматического пожаротушения.

Здание относится к категории В, если одновременно выполнены два условия:

- здание не относится к категориям А и Б;

- суммарная площадь помещений А, Б, В в здании превышает 5% (10%,если в здании отсутствуют помещения категорий А и Б) суммарной площади всех помещений.

Допускается не относить здание к категории В, если суммарная площадь помещений категорий А, Б и В в здании не превышает 25% суммарной площади всех размещенных в ней помещений (но не более 3500 м²) и эти помещения оборудуются установками автоматического пожаротушения.

Здание относится к категории Г, если одновременно выполнены два условия:

- здание не относится к категориям А. Б. В;

- суммарная площадь помещений категорий А, Б, В и Г превышает 5% суммарной площади всех помещений.

Допускается не относить здание к категории Г, если суммарная площадь помещений А, Б, В, Г в здании не превышает 25% суммарной площади всех помещений (но не более 5000 м²) и помещения А, Б, В оборудованы установками автоматического пожаротушения.

Здание относится к категории Д, если оно не относится к категориям А, Б, В или Г.

При наличии паровоздушного пространства в закрытых аппаратах с горючими однородными жидкостями область воспламенения паровоздушной смеси определяется соотношением рабочей температуры жидкости и её температурных пределов распространения пламени.

Горючая (взрывоопасная) паровоздушная смесь образуется в случае, когда рабочая температура жидкости (Т_раб) находится в интервале между нижним и верхним температурными пределами распространения пламени, т. е.

НТПР<Траб<ВТПР

Так как температурные пределы распространения пламени, взятые из справочных пособий, могут не в полной мере соответствовать свойствам данной жидкости и, кроме того, в реальных условиях возможно неравномерное распределение концентрации в паровом объеме аппарата, то необходимо учитывать определенный запас надежности:

(НТПР - 10 °С) < Траб < (ВТПР + 10 ^оС)

Применительно к температурным пределам запас надёжности как бы расширяет зону взрывоопасности на 10 С ниже нижнего и на 10 С выше верхнего температурных пределов распространения пламени. Запас надежности расширяют зону взрывоопасности на 20^оС.

В случае, когда Т_раб жидкости в аппарате находится в области опасных температур, предусматривают один из следующих способов противопожарной защиты:

1. Ликвидация паровоздушного объема аппарата.

Когда, например сероуглерод находится под слоем воды или бензин над слоем воды.

Способы хранения легковоспламеняющихся жидкостей:

а) Горючая жидкость хранится под слоем жидкости (воды).

б) Горючая жидкость (нефтепродукт) хранится над водой.

1. Сосуд

2. Наполнительный трубопровод

3. Расходный трубопровод

4. Линия подачи и вытеснения воды.

Применение резервуаров с плавающими крышками и понтонами.



1. Резервуар

2. Плавающий понтон

Использование полых микрошариков способных плавать на поверхности горючей жидкости.

2. Создание в аппарате температурных условий, исключающих образование взрывоопасных концентраций. Поддержание температуры жидкости ниже нижнего или выше верхнего температурного предела.

3. Введение негорючих газов в паровоздушный объем аппарата (азот, диоксид углерода, инертные газы, выхлопные газы автомобилей).

Разбавление горючей смеси инертным компонентом (флегматизаторов) приводит к изменению концентрационных пределов распространения пламени.

Учитывая коэффициент запаса надежности, безопасная концентрация смеси по инертному компоненту принимается равной

с_б.ин=1,2_сфл(%).

4. Флегматизация горючих смесей химически активными веществами, например галоидзамещенными углеводородами, подавляющими активные центры цепной реакции окисления. Это приводит к обрыву молекулярных цепей и к торможению процесса горения.

Наличие горючей газовоздушной смеси внутри аппаратов отвечает следующей зависимости:

С_НКПР ?С_раб ? С_ВКПР

Содержание газа в воздухе внутри технологического аппарата, не превышающее 50 % нижнего концентрационного предела распространения пламени, принимают за взрывобезопасную концентрацию.

Обеспечить безопасную эксплуатацию аппаратов с горючими газами можно с помощью следующих технических решений:

1) при использовании смеси горючего газа с окислителем рабочая концентрация в аппаратах должна устанавливаться ниже нижнего или выше верхнего концентрационных пределов распространения пламени с учетом коэффициентов запаса надежности;

2)установленную пожаро- и взрывобезопасную концентрацию смеси горючего газа с окислителем необходимо поддерживать автоматическими регуляторами соотношения газов, установленными на питательных линиях;

3)для непрерывного контроля рабочей концентрации горючего газа аппараты оборудуют стационарными газоанализаторами, автоматически сигнализирующими об отклонении от нормы;

4)при нарушении установленной концентрации обеспечивают автоматическое отключение питающих аппарат линий с одновременным пуском в систему негорючего газа;

5)при наличии смеси горючего газа с окислителем, находящейся в концентрационных пределах распространения пламени, следует применять флегматизирующие добавки.

Горючие пыли во взвешенном состоянии (аэрозоли) способны образовывать с воздухом взрывоопасные концентрации. Величины концентрационных пределов распространения пламени пылевоздушных смесей зависят не только от химического состава вещества, но и в значительной степени от дисперсности, влажности, зольности.

Наиболее важное значение для обеспечения безопасной эксплуатации систем пневмотранспорта, дробилок, мельниц, сепараторов и т. п. имеет нижний концентрационный предел распространения пламени, так как значение ВКПР очень высоко и практически редко достигается.

Существование взрывоопасной концентрации пыли внутри технологических аппаратов выражается соотношением

С_д ? 0,5 С_НКПР

где С_д --действительная концентрация пыли, определяется опытным путем с учетом наличия взвешенной и осевшей пыли, которая при определенных условиях может перейти в состояние аэрозоля.

Для уменьшения пожаровзрывоопасности аппаратов с наличием пылевоздушных смесей целесообразно использовать следующие способы защиты:

а)применять менее «пылящие» процессы измельчения (вместо дробилок и мельниц использовать вибрационный помол, измельчение с увлажнением и т. п.);

б)вести процессы под защитой негорючего газа;

в)устраивать системы отсоса пыли из машин и агрегатов;

г)использовать негорючие газы для пневмотранспорта сыпучих материалов, при сушке материалов во взвешенном слое;

д)устанавливать оптимальные скорости воздуха при пневмотранспорте измельченных материалов (чтобы избежать осаждения пыли);

е)использовать вибраторы для предотвращения образования пробок пыли в бункерах и трубопроводах;

ж)применять конструктивные решения, обеспечивающие минимальное скопление осевшей пыли (плавные повороты трубопроводов, гладкие внутренние поверхности аппаратов, уклоны конусной части аппаратов не менее 60° и т. п.);

з)предохранять внутренние поверхности аппаратов от увлажнения;

и)производить периодическую очистку аппаратов от осевшей пыли.

Горючая концентрация смеси паров с воздухом над поверхностью открытого аппарата образуется, если рабочая температура жидкости Т_раб равна или выше температуры вспышки с учетом коэффициента надежности:

Траб ? Твсп - 10°С

Размер взрывоопасной зоны паров с воздухом определяется условиями испарения:

- испарения в неподвижную среду;

- испарения в движущуюся среду.

Испарение горючих жидкостей в неподвижную среду:

где с₃ -- концентрация насыщенных паров при данной температуре жидкости, об. доли;

у -- плотность паров жидкости, кг/м³;

F -- поверхность испарения, м²;

D - коэффициент диффузии паров жидкости в воздухе, м²/ч;

ф --время испарения жидкости, ч.

Испарение горючих жидкостей в движущуюся среду: конвективная диффузия.



F - площадь испарения, м²

К - коэффициент массопередачи, кг/м²ч

?С - средняя движущая сила массопередачи

ф - длительность испарения.

Снижение пожаро- и взрывоопасности производства при наличии аппаратов с открытой поверхностью испарения обеспечивается следующими техническими решениями:

а)заменой ЛВЖ и горючих жидкостей в открытых аппаратах менее пожароопасными и негорючими жидкостями;

б)устройством местных отсосов паров над открытыми аппаратами с пожаровзрывоопасными жидкостями;

в)использованием систем аварийного слива жидкостей при возникновении пожара;

г)использованием стационарных установок пожаротушения локального действия.

Емкости, резервуары, промежуточные сосуды и другие емкостные аппараты в процессе эксплуатации наполняются ЛВЖ и горючими жидкостями и опорожняются (согласно тех. процессу).

При заполнении таких аппаратов происходит вытеснение паровоздушной смеси по дыхательной линии наружу, а при опорожнении -- подсос воздуха в аппарат. Такое явление называется «большим дыханием».

Вытеснение паровоздушной смеси или подсос воздуха в аппарат при изменении температурных условий называется «малым дыханием».

Основной источник вытеснения паровоздушных смесей по дыхательной линии из подземных резервуаров -- большое дыхание (потери от малого дыхания практически отсутствуют).

При вытеснении паровоздушной смеси из аппарата около дыхательного устройства образуется взрывоопасная концентрация, если температура жидкости в аппарате будет равна или больше, чем

Количество паров огнеопасной жидкости, вытесненных из аппарата при его заполнении (большое дыхание), можно определить по формуле:

где V₁ -- V₂ -- объем вытесняемой из аппарата паровоздушной смеси, м³ (здесь V₁ -- рабочий объем аппарата, м³; V₂ -- начальный объем огнеопасной жидкости в аппарате, м³);

P_раб -- рабочее давление в аппарате, кгс/м²;

t_раб -- температура жидкости в аппарате, К;

C_S -- объемная концентрация паров жидкости в паровоздушной смеси при рабочей температуре;

М_п -- молекулярная масса паров огнеопасной жидкости.

Для снижения пожаро- и взрывоопасности и сокращения потерь огнеопасных жидкостей при эксплуатации аппаратов с дыхательными устройствами предусматривают:

а)использование аппаратов без паровоздушного пространства (аппараты с плавающими крышами и понтонами);

б)оборудование дыхательных линий резервуаров с ЛВЖ дыхательными клапанами, работающими под небольшим избыточным давлением;

в)улавливание паров, выбрасываемых через дыхательные устройства, абсорберами или адсорберами;

г)окраску внешней поверхности резервуаров и емкостей светлыми лучеотражающими составами.

Загрузка аппаратов периодического действия жидкими и твердыми горючими веществами и выгрузка сопряжены с необходимостью открывания люков крышек, загрузочных приспособлений и выходом наружу горючих веществ. К таким аппаратам относятся смесители, клеемешалки, экстракторы, фильтр-прессы и т. п.

Для снижения пожаровзрывоопасности процессов, схемы которых включают в себя периодически действующие аппараты, необходимо:

а)во всех случаях, где это осуществимо по условиям технологического процесса, заменять периодически действующие аппараты аппаратами непрерывного действия;

б)максимально герметизировать загрузочные и разгрузочные устройства;

в)оборудовать аппараты системами местных отсосов газов, паров и пылей;

г)продувать аппараты инертным газом при их остановке на длительный срок;

д)оборудовать аппараты с открытыми процессами загрузки и выгрузки горючих веществ стационарными установками пожаротушения локального действия.

При эксплуатации закрытых аппаратов, находящихся под давлением, происходят утечки горючих веществ через прокладки и разъемные соединения.

Для ориентировочного определения количества газов и паров, выходящих из аппарата, можно использовать формулу Репина:

(кг/ч)

К -- коэффициент, учитывающий степень износа оборудования (принимается в пределах от 1 до 2);

С -- коэффициент, зависящий от давления газов и паров в аппарате;

V-- внутренний (свободный) объем аппаратов и коммуникаций, находящихся под давлением, м³;

М-- молекулярная масса газов или паров, находящихся под давлением в аппаратах;

Т_раб -- температура газов или паров, К.

Ниже приведены значения коэффициента С в зависимости от рабочего давления в аппарате:

Рраб	<1	1	6	16	160
С	0,121	0,166	0,182	0,189	0,298

Количество газов и паров, выходящих из аппаратов, работающих под давлением, учитывают при расчетах приточно-вытяжной вентиляции.

Из аппаратов с сальниковыми уплотнениями возможна утечка газов, паров, жидкостей.

В целях снижения пожаровзрывоопасности при перекачке ЛВЖ и сжиженных газов применяют бессальниковые насосы. При использовании сальниковых насосов применяют торцевые уплотнения или сальниковые уплотнения с противодавлением.

Насосы и компрессоры с обычными сальниковыми уплотнениями, при работе которых наблюдаются утечки взрывоопасных и ядовитых веществ, оборудуют местными отсосами. Электропривод местных отсосов блокируют с пусковым устройством машин -- пуск насоса или компрессора может быть осуществлен только после пуска системы вентиляции. Надежными и более безопасными являются бессальниковые насосы, например мембранные насосы, жидкостные и газовые эжекторы, приводы с экранированными электродвигателями и т. п.

Количество жидкости, просачивающейся через сальниковые уплотнения, примерно можно определить по эмпирическим формулам:

(г/ч)

где G -- количество жидкости, просачивающейся через сальник штока (г/ч) на 1 мм периметра штока;

А -- коэффициент (для высоко летучих жидкостей принимают А = 5,0; для керосина А = 2,5);

р -- давление, создаваемое насосом, атм.

Утечка через сальники центробежных насосов при перекачке легких углеводородов может быть определена по формуле:

(кг/ч)

где G --количество жидкости, просачивающейся через сальники насоса, кг/ч;

d - диаметр вала насоса, м;

y -- плотность жидкости, кг/м³;

К -- коэффициент испаряемости жидкости;

H -- рабочий напор насоса, м вод. ст.

Тепловыми источниками зажигания горючих смесей могут быть открытый огонь, раскалённые продукты горения, нагретые поверхности, разряды статического электричества, молнии.

Источниками открытого огня в производственных условиях являются технологические нагревательные печи, реакторы огневого действия, регенераторы с выжиганием органических веществ из негорючих катализаторов, печи для сжигания и утилизации отходов; факельные устройства для сжигания отходящих газов, аппараты для газовой резки и сварки металлов.

Открытый огонь может воспламенить во всех случаях горючие смеси газов и паров с воздухом, так как температура пламени (более 1000 °С) всегда превышает температуру самовоспламенения газов и паров.

Основной мерой противопожарной защиты от стационарных источников открытого огня является их изоляция от горючих газов и паров при авариях и повреждениях. Поэтому аппараты огневого действия располагают на открытых площадках на определённом расстоянии от потенциальных объектов воспламенения. При газосварочных работах необходимы специальные меры, применение защитных экранов для предотвращения разлета раскаленных частичек металла и т. п.

Нагретые поверхности технологического оборудования

Правила техники безопасности предусматривают установление допустимой температуры поверхности такого оборудования.

Предельно допустимая температура безопасного нагрева неизолированных поверхностей технологического (электрического) оборудования составляет 80 % от величины стандартной температуры самовоспламенения газов или паров жидкостей и не должна быть выше минимальной температуры самовоспламенения.

В технологических процессах с использованием горючих пылей и волокон температура поверхности оборудования, на которую могут осесть горючие пыли или волокна, должна быть не менее чем на 50°С ниже температуры тления пылей (для тлеющих пылей):

t_{пов. оборуд} = t_{тления пыли} - 50^оС

Для нетлеющих пылей:

t_{пов. оборуд} ? 2/3 t_{самовоспл}

Фрикционные искры (искры удара и трения).

Являются наиболее распространенными источниками зажигания горючих смесей во взрывоопасных производствах. Они образуются при трении или соударении рабочих органов технологических машин и механизмов, а также при выполнении обслуживающим персоналом некоторых технологических операций. При обработке абразивные частицы могут разогреваться до температуры видимого свечения. Такие частицы принято называть фрикционными искрами.

Фрикционные искры металлов в определенных условиях разогреваются до температуры, при которой происходит воспламенение частиц. В этом случае за очень малый промежуток времени выделяется количество тепла, достаточное для прогревания прилегающего к частице объема горючей газовой смеси до температуры самовоспламенения.

При окислении металлических частиц кислородом воздуха на поверхности частиц образуются оксидные плёнки.

Все металлы можно разделить на две группы.

К первой группе относятся металлы Li, Na, Mg, К и др., у которых отношение объемов оксида и металла меньше единицы.

Ко второй группе относятся Fе, Аl, Тi, Сu и др., у которых отношение объемов оксида и металла больше единицы.

Основное влияние на скорость окисления таких частиц оказывает диффузия кислорода внутрь кристаллической решетки оксида.

Рассмотрим разогрев частиц металлов первой группы.



Частицы Mg размером 10 мкм разогреваются за счет реакции окисления до температуры 1381 К. Над поверхностью частицы появляется диффузионное пламя, которое существует до полного сгорания металла.

При трении и соударении частиц металлов второй группы, например пары сталь -- сталь, максимальная температура отрывающихся частиц определяется температурой плавления железа или его оксидов, что приводит к поверхностному горению до полного сгорания металла.

Растворённые в металлах и образующиеся при горении углерода газы раздувают пузырёк жидкого оксида, в результате чего после выгорания всего металла и охлаждения оксида образуется полый пузырёк.

Схема окисления фрикционных частиц стали приведена на рис. ниже.

Определяющее влияние на разогрев частиц оказывает содержание кислорода в газовой среде. При увеличении содержания кислорода в 3 раза в смеси с азотом температура фрикционных частиц углеродистых сталей возрастает с 2100 К до 2600 К.

Схемы искрообразующих установок на производстве.

Исследования процессов искрообразования и поджигания горючих газовоздушных смесей проводят на экспериментальных установках, моделирующих реально существующие условия во взрывоопасных помещениях.

1 -- установка копрового типа для испытания материалов;

2 -- установка обстрела для испытания материалов, работающих в режиме одиночного соударения при больших скоростях относительного перемещения;

3 -- маятниковый копер для испытания материалов, работающих в режиме одиночных скользящих соударений;

4 -- установка для испытания материалов, работающих в режиме непрерывного трения;

5 -- установка для испытания материалов, работающих в режиме быстрочередующихся ударов.

Исследования процессов искрообразования и поджигания, горючих газопаровоздушных смесей проводятся на экспериментальных установках, моделирующих реально существующие условия во взрывоопасных помещениях на рис. установка 5: монтируется во взрывной камере, продуваемой горючей смесью. Стол камеры служит для крепления пластин, изготовленных из исследуемых материалов. Включается привод, и механизмом подъема закрепленная на столе пластина прижимается к вращающейся детали.

Скорость скольжения (V, м/с) определяется из уравнения:

где d -- диаметр вращающегося элемента,

f -- частота соударений, с^-1.

Число соударений n подсчитывается по формуле:

где S -- количество «ударников» на вращающемся элементе;

ф -- время работы механизма, с.

Вероятность Р воспламенения исследуемой горючей смеси при соударении различных материалов определяется как отношение количества поджиганий к количеству соударений n:

Испытываемые материалы считаются искробезопасными по отношению к данной горючей газовой смеси, если максимальное значение вероятности зажигания горючей смеси Р не превышает 10^-5 для любого состава горючей смеси.

В целях обеспечения фрикционной искробезопасности технологических процессов промышленность выпускает вентиляторы с применением защитных покрытий деталей проточной полости.

Во время проведения технологических операций и ремонтных работ во взрывоопасных зонах используется искробезопасный инструмент, выполненный из материалов, не дающих искр.

Наибольшее распространение получили искробезопасные бериллиевые бронзы. Ударные инструменты, выполненные из таких материалов не образуют искр, так как энергия соударения расходуется на пластическую деформацию материала инструмента.

Разряды статического электричества (СЭ)

Под СЭ принято понимать электрические заряды, находящиеся в состоянии относительного покоя, распределенные на поверхности или в объеме диэлектрика или на поверхности изолированного проводника.

Электризацией сопровождаются процессы, протекающие в аппаратах с интенсивным механическим воздействием: смесителях, дробилках, мельницах, пневмотранспортных системах и т. п.

Электризация отдельных частиц диспергированных материалов происходит при их соударении друг с другом и со стенками технологических аппаратов.

Основная опасность электризации -- возможность воспламенения горючей смеси искровыми разрядами СЭ.

Токи электризации, как правило, не превышают десятков микроампер. Они не могут вызвать поражение человека. Однако разряды СЭ между телом человека и заряженным объектом вызывают испуг, сопровождающийся непроизвольными некоординированными движениями, что может привести к несчастному случаю.