Пожарная безопасность и взрывобезопасность

 

Опасность пожара и взрыва необходимо выделить особо, так как их последствия часто приводят к значительным человеческим жертвам и материальным потерям.

Горение – сложное быстропротекающее химическое превращение, сопровождающееся интенсивным выделением значительного количества тепла и (обычно) свечением.

В большинстве случаев горение представляет собой экзотермическое окислительное взаимодействие горючего вещества с окислителем. Согласно современным представлениям к горению относят не только процессы взаимодействия веществ с кислородом (кислородом воздуха), но и разложение взрывчатых веществ, соединение ряда веществ с хлором, фтором, диоксидом углерода и т.д.

Тепловая теория горения устанавливает условие возникновения процесса горения. Таким условием является превышение скорости выделения теплоты химической реакции горения над скоростью отвода теплоты в окружающую среду. Если это условие обеспечивается, то происходит саморазогрев горючей смеси и скорость реакции увеличивается. И наоборот, превышение скорости отвода теплоты над скоростью ее выделения приводит к затуханию процесса горения. Кинетику процесса горения объясняет теория цепных реакций. В процессе горения, при котором имеет место разветвляющаяся реакция, происходит самоускорение реакции окисления. Указанные закономерности являются основой решения задачи выбора эффективного метода борьбы с пожаром. При тушении пожара должны учитываться особенности вида процесса горения: диффузионное горение поверхности твердого тела (при диффузии кислорода в зону горения) и кинетическое – однородных горючих смесей; дефлаграционное горение с малой скоростью перемещения фронта пламени и горение взрывное и детонационное с высокой скоростью перемещения пламени (десятки и тысячи метров в секунду). Детонационное горение чаще возникает при горении газов в длинных трубопроводах и вызывает наиболее сильные разрушения производственного оборудования.

Горение различных веществ имеет свои особенности. Горение газов является гомогенным и протекает как в диффузионной, так и в кинетической области и может носить характер взрывного или детонационного горения. При горении жидкости происходит ее испарение и сгорание паровоздушной смеси над поверхностью жидкости. Определяющим является процесс испарения жидкости, который зависит от ее физико-химических свойств, теплового процесса в ней и других факторов. Процесс горения паров не отличается от горения газов. Горение твердых веществ – гетерогенно-диффузионное. Как правило, оно сопровождается плавлением, разложением и испарением с выделением газо-и парообразных продуктов, которые образуют с воздухом горючую смесь.

Повышенную пожарную опасность имеет пыль горючих веществ. Причем с увеличением дисперсности пыли возрастает ее химическая активность, снижается температура самовоспламенения, усиливается адсорбционная способность, что повышает ее пожарную опасность. Горение аэровзвесей подчиняется законам горения газовых смесей, но происходит более медленно. Скорость горения высокодесперсной пыли приближается к скорости горения газа. Воспламенение (взрыв) аэровзвеси в замкнутом пространстве сопровождается образованием большого объема газообразных продуктов и нагреванием их до высоких температур. Взрывоопасной является не только взвешенная, но и осевшая пыль, так как при воспламенении она переходит во взвешенное состояние, что приводит к вторичным взрывам.

Все разнообразие процессов горения может быть сведено к двум основным явлениям:

возникновению и распространению пламени, причем появлению пламени всегда предшествует процесс прогрессирующего самоускорения реакции, вызванный изменением внешних условий;

появлением в горючей среде источника зажигания, нагревом смеси горючего с окислением до некоторой критической температуры.

Зажигание горючей смеси инициируется внешним источником зажигания (электрической или фрикционной искрой, высоко нагретой поверхностью, открытым пламенем).

Если для процесса зажигания решающими факторами являются температура источника зажигания и величина первоначально-нагретого объема, то для процесса самовоспламенения основное значение имеют условия концентрации тепла. При горении химически неоднородных горючих систем, в которых горючее вещество и воздух не перемешаны и имеют поверхности раздела (твердые материалы и жидкости; струи паров и газов, поступающие в воздух), время диффузии кислорода к горючему веществу несоизмеримо больше времени, необходимого для протекания химической реакции. В этом случае процесс протекает в диффузионной области. Такое горение называют диффузионным.

Все пожары представляют собой диффузионное горение.

Если время физической стадии процесса оказывается несоизмеримо меньше времени, необходимого для протекания химической реакции, то можно принять, что время сгорания химически неоднородной системы примерно равно времени протекания самой химической реакции. Скорость процесса практически определяется только скоростью химической реакции. Такое горение называют кинетическим, например, горение химически однородных горючих систем, в которых молекулы кислорода хорошо перемешаны с молекулами горючего вещества и не затрачивается время на смесеобразование. Поскольку скорость химической реакции при высокой температуре велика, горение таких смесей происходит мгновенно в виде взрыва.

Если продолжительность химической реакции и физическая стадия процесса горения соизмеримы, то горение протекает в так называемой промежуточной области, в которой на скорость горения влияют как химические, так и физические факторы.

Пространство, в котором сгорают пары и газы, называется пламенем, или факелом. В случае, когда горит заранее не подготовленная смесь паров или газов с воздухом, пламя называют диффузионным. Если такая смесь образуется в пламени в процессе горения - пламя кинетическое. В условиях пожара газы, жидкости и твердые вещества горят диффузионным пламенем.

Наиболее характерным свойством возникновения очага пламени является его способность к самопроизвольному распространению по горючей смеси. В понятие распространения пламени объединены разнообразные явления, сопровождающиеся образованием дефлаграционных (распространяющихся с дозвуковой скоростью) и детанационных (распространяющихся со сверхзвуковой скоростью) видов пламени.

Эффективность мероприятий пожарной профилактики в значительной степени зависит от правильности оценки пожарных характеристик веществ, которые применяются в быту.

При оценке пожарной опасности вещества нужно рассмотреть его свойства, возможность их изменения с течением времени, в процессе производства (при нагреве, взаимодействии с другими веществами, при механических и других внешних воздействиях).

Пожароопасность веществ и материалов представляет собой совокупность их свойств, характеризующих способность к возгоранию и распространению горения. Оценка пожароопасности включает определение основных показателей пожарной опасности веществ и материалов, используемых в бытовых условиях.

При оценке пожаровзрывобезопасности к газам относят вещества, абсолютное давление паров которых при температуре 50⁰С равно или превышает 300 КПа, или критические температуры которых менее 50⁰С; к жидкостям – вещества с температурой плавления менее 50⁰С; к твердым – вещества с температурой плавления от 50⁰С и выше; к пылям – диспергированные твердые вещества с частицами размером менее 50 мкм.

Группа горючести – классификационная характеристика способности веществ и материалов к горению.

По горючести вещества и материалы подразделяются на три группы: негорючие (несгораемые), трудногорючие (трудносгораемые) и несгораемые.

Негорючие вещества могут быть пожаровзрывоопасными (например, окислители или вещества, выделяющие горючие продукты при взаимодействии с водой, кислородом воздуха или друг с другом;

Трудногорючие (трудносгораемые) – вещества и материалы, способные гореть в воздухе при воздействии источника зажигания, но не способные самостоятельно гореть после его удаления;

Горючие (сгораемые) – вещества и материалы, способные самовозгораться, а также возгораться при воздействии источника зажигания и самостоятельно гореть после его удаления. Горючие жидкости с температурой вспышки не более 61⁰С в закрытом тигле или 66⁰С в открытом тигле, зафлегматизированные смеси, не имеющие вспышки в закрытом тигле, относят к легковоспламеняющимся. Особо опасными называют легковоспламеняющиеся жидкости с температурой вспышки не более 28⁰С.

Результаты оценки группы горючести применяют при классификации веществ и материалов по горючести с включением этих данных в стандарты и технические условия на вещества и материалы при определении категорий помещений по взрывопожарной и пожарной опасности.

Температура вспышки – наименьшая температура конденсированного вещества, при которой в условиях специальных испытаний над ее поверхностью образуются пары, способные вспыхивать в воздухе от источника зажигания, устойчивое горение при этом не возникает. Температура вспышки для жидкости определенного состава можно вычислить по формуле:

(35.1)

где t_к – начальная точка кипения жидкости, ⁰С, К – число атомов соответствующих элементов, входящих в состав молекул вещества.

Значение температуры вспышки следует применять при характеристике пожарной опасности жидкостей. Температура воспламенения – наименьшая температуры вещества, при которой в условиях специальных испытаний вещество выделяет горючие пары и газы с такой скоростью, что при воздействии на них источника зажигания наблюдается воспламенение.

Температура самовоспламенения – самая низкая температура вещества, при которой происходит резкое увеличение скорости экзотермических реакций, заканчивающихся пламенным горением. Температуру самовоспламенения веществ (⁰К) можно рассчитать по формуле:

 

Т_i=Т₀+RТ₀²/Е, (35.2)

где Т₀ – начальная температура, ⁰К;

R – газовая постоянная, Дж/(моль К);

Е – энергия активации, Дж.

Интервал концентрации газов и паров в воздухе, при которых возможно воспламенение смеси и распространение пламени по всему объему, называется нижним (НКПРП) и верхним (ВКПРП) концентрационным пределом распространения пламени.

Различают нижний и верхний концентрационные пределы, минимальную и максимальную концентрации, ниже и выше которой невозможно поджигание смеси.

Приближенная оценка (%) определяется по формуле для нижнего предела:

П_н=100/[4,76 (N-1)+4], (35.3)

 

для верхнего предела:

Пв=400/(4,76N+4), (35.4)

где N – число атомов кислорода, требуемое для сгорания одной молекулы горючей компоненты смеси.

Для смесей нескольких горючих газов с воздухом пределы взрываемости равны:

 

Н_н= 100/(С₁/П_н1+С₂/П_н2+…), (35.5)

 

Н_в= 100/ (С₁/П_в1 + С₂/П_в2 +…), (35.6)

С₁, С₂ – концентрация газов в смеси, %;

П_н1, П_н2, П_в1, П_в2 – нижние и верхние концентрационные пределы каждого газа, %.

Взрывоопасные смеси разделяют на четыре категории взрывоопасности по способности передавать взрыв из одной оболочки в другую через зазор. Наиболее взрывоопасны смеси 4-й категории, способные передавать взрыв через зазор менее 0,35 мм.

Важной характеристикой взрывобезопасности являются температурные пределы воспламенения паров - температура, при которой пары имеют концентрацию, соответствующую верхнему или нижнему концентрационному пределу воспламенения. Считается взрывоопасной температура на 10⁰С ниже нижнего или на 15⁰С выше верхнего температурного пределов.

Минимальная энергия зажигания – наименьшее значение энергии искры электрического разряда (Дж), достаточное для воспламенения смеси газа или пара с воздухом.

Минимальная энергия зажигания является оценкой опасности источника воспламенения. Чем больше мощность источника воспламенения, тем больше энергия передается от источника к граничному слою газовоздушной смеси, тем шире диапазон концентрации, при котором возможно распространение пламени.

При оценке пожарной опасности газов определяют область воспламенения в воздухе, максимальное давление взрыва, температуру самовоспламенения, минимальную энергию зажигания, нормальную скорость горения, минимальное взрывоопасное содержание кислорода, категорию взрывоопасной смеси, характер взаимодействия горящего вещества и средств тушения.

Пожарную опасность жидкости определяют: группа горючести, температура вспышки, температура воспламенения, температура самовоспламенения, температурные пределы воспламенения, скорость выгорания, скорость прогрева при выгорании, минимальные огнегасительные концентрации средств объемного тушения, характер взаимодействия горящего вещества и средств тушения.

Для оценки пожарной опасности всех твердых веществ определяют группу горючести (возгораемости), температуру воспламенения, температуру самовоспламенения, характер взаимодействия горящих веществ и средств тушения.

Под огнестойкостью понимают способность строительных конструкций сопротивляться воздействию высокой температуры в условиях пожара и сохранять при этом свои эксплуатационные функции. Огнестойкость строительных конструкций определяется на основании испытаний образцов конструкций в специальных печах и характеризуется для данной конструкции пределом огнестойкости, определяемым временем в (часах и минутах) от начала теплового испытания конструкции до возникновения одного из предельных состояний ее по огнестойкости:

потеря несущей способности конструкций и узлов (обрушение или прогиб в зависимости от типа конструкции);

повышение температуры, не обогреваемой поверхности в среднем более чем на 160⁰С по сравнению с температурой конструкции до испытания;

образование в конструкциях сквозных трещин или сквозных отверстий, через которые проникают продукты горения или пламя.

Для наружных стен, покрытий, балок, ферм, колонн и столбов предельным состоянием является только потеря несущей способности конструкций и узлов. Здания и сооружения по огнестойкости разделяют на восемь степеней.

Степень огнестойкости характеризуется пределом огнестойкости основных строительных конструкций и пределами распространения огня по этим конструкциям. Распространение огня по строительным конструкциям определяют на основании испытаний образцов в специальных огневых печах из огнеупорного кирпича или жаростойкого бетона. За предел распространения огня принимают размеры поврежденной зоны образца в плоскости конструкций от границы зоны нагрева, перпендикулярной поврежденной до наиболее удаленной точки повреждения (для вертикальных конструкций – вверх, для горизонтальных – в каждую сторону).

Здание отвечает требованиям огнестойкости, если выполнено условие:

 

О_ф ≥ S · О_тр, (35.7)

где О_ф – фактическая степень огнестойкости здания;

S – коэффициент;

О_тр – требуемая степень огнестойкости по СНиП.

Мероприятия по предотвращению пожара и взрыва подразделяются на организационные, технические, эксплуатационные и режимные. К организационным мероприятиям относятся различные виды обучения работающих и населения противопожарным правилам. К техническим мероприятиям относятся соблюдение противопожарных норм при установке газового и электрического оборудования. Эксплуатационные мероприятия предусматривают правильную эксплуатацию газового и электрического оборудования.

Режимные мероприятия регламентируют ограничения или запрещения открытого огня, курения и др.

Наиболее опасным является возможность взрыва или возгорания газа, который используется для нагрева воды, обогрева помещения. Необходимо следить за исправностью оборудования. При возникновении неисправностей или запаха газа следует незамедлительно вызвать работников газовой службы для устранения причин, которые могут привести к пожару или взрыву.

При ремонте зданий и помещений целесообразно использовать несгораемые и трудносгораемые материалы, особенно в местах установки газового или электрического оборудования. Изделия из древесины целесообразно пропитывать антипиренами.

Для тушения пожара целесообразно иметь огнетушители.

Вода является наиболее дешевым и распространенным средством тушения пожаров. Вода обладает высокой теплоемкостью (теплота парообразования 2258 Дж/г), повышенной термической стойкостью, значительным увеличением объема при парообразовании (1 кг воды образует при испарении свыше 1700 л пара). Воду применяют для тушения пожаров твердых горючих материалов, создания водяных завес и охлаждения газового оборудования вблизи очага горения.

Учитывая высокую электропроводность воды, ее не применяют для тушения пожаров, аппаратов и приборов, находящихся под напряжением.

Воду падают в очаг горения в виде сплошных или распыленных струй. Сплошные (компактные) струи сбивают пламя, одновременно охлаждая поверхность. Сплошные струи применяют при подаче воды на большое расстояние или для придания ей ударной силы.

При тушении пожара распыленная струя во многих случаях более эффективна, чем сплошная, вследствие создания наилучших условий для испарения воды, и следовательно, для повышения охлаждения и разбавления горючей среды.

В состав дыма входят окись углерода (СО), раздражающие и токсичные продукты сгорания и пиролиза, цианистый и хлористый водород, фосген и другие опасные для человека вещества.

По задымленным коридорам пробирайтесь на четвереньках или ползком – внизу меньше дыма. Закрывайте за собой двери. Отправляясь на поиски людей, обвяжитесь веревкой и кто-то должен вас страховать.

Одна из самых частых причин пожара –нарушение пожарной безопасности, курение в необорудованных местах.

В некоторых случаях приходится преодолевать пространство, где уже разгорелся огонь. Для этого закройте лицо, руки, наденьте шапку, пальто, укройтесь одеялом, предварительно намочив все это. Место, охваченное огнем можно пробежать, задержав дыхание после вдоха. Если вы выносите человека, который потерял сознание, накиньте на него мокрую тряпку или мокрое одеяло.

Поддерживайте у других и у себя присутствие духа. Часто во время пожара люди прыгают с большой высоты, хотя возможности спасения далеко не исчерпаны.

Помните, что от предпринятых действий зависит ваша жизнь, а также жизнь близких людей [12,64,27,28].