Представления об условиях протекания химической реакции в форме взрыва и формах превращения взрывчатых систем являются теоретической основой анализа вероятности возникновения взрывоопасных ситуаций на производстве и разработки системы мероприятий по обеспечению пожаровзрывобезопасности производства. Практически эта работа начинается с определения характеристик пожаровзрывоопасности обращающихся в данном технологическом процессе или образующихся в нем веществ или их смесей.

Номенклатура показателей пожаровзрывоопасности для оценки опасности действующих производств и методы их определения установлены ГОСТ 12.1.044–89 . Для каждой группы горючих материалов (газы, жидкости, пыли, твердые материалы) введен перечень показателей, необходимое количество которых определяется в соответствии с потребностями обеспечения безопасности конкретного технологического процесса. При этом были выделены показатели, обязательные для включения в стандарты и технические условия на вещества и материалы. Например, для горючих газов и пылей – группа горючести, концентрационные пределы распространения пламени (для пылей только нижний), температура самовоспламенения, способность взрываться при взаимодействии с водой, кислородом воздуха и другими веществами. Для жидкости кроме перечисленных показателей обязательными также являлись температуры вспышки и воспламенения и температурные пределы распространения пламени.

В соответствии с Федеральным законом от 22 июля 2008 г. № 123-ФЗ "Технический регламент о требованиях пожарной безопасности", вступившим в действие с 1 мая 2009 г. , номенклатура обязательных показателей была изменена.

Обязательными показателями для включения в техническую документацию являются:

• а) для газов – группа горючести; температура самовоспламенения; концентрационные пределы распространения пламени; максимальное давление взрыва; скорость нарастания давления взрыва;
• б) для жидкостей – группа горючести; температура вспышки; температура воспламенения; температура самовоспламенения; температурные пределы распространения пламени;
• в) для твердых веществ и материалов (за исключением строительных материалов) – группа горючести; температура воспламенения; температура самовоспламенения; коэффициент дымообразования; показатель токсичности продуктов горения;
• г) для твердых дисперсных веществ – группа горючести; температура самовоспламенения; максимальное давление взрыва; скорость нарастания давления взрыва; индекс взрывоопасности.

Оценка пожаровзрывоопасности веществ начинается с их классификации по горючести . Все вещества и материалы по данному признаку разделяют на три группы:

• 1) негорючие (несгораемые), не способные к горению на воздухе. Негорючие вещества могут быть пожароопасными (например, окислители или вещества, выделяющие горючие продукты при взаимодействии с водой, кислородом воздуха или между собой);
• 2) трудногорючие (трудносгораемые), способные гореть в воздухе при воздействии источника зажигания, но неспособные самостоятельно гореть после его удаления;
• 3) горючие (сгораемые), способные самовозгораться, а также возгораться при воздействии источника зажигания и самостоятельно гореть после его удаления.

Способность взрываться и гореть при взаимодействии с водой, кислородом воздуха и другими веществами при их контакте – качественный показатель, характеризующий особую пожаровзрывоопасность некоторых веществ. Он используется при категорировании помещений и зданий по взрывопожарной и пожарной опасности, выборе безопасных условий проведения технологических процессов и условий совместного хранения и транспортирования разных материалов.

Кроме того, при оценке пожаровзрывоопасности горючих жидкостей следует иметь в виду, что их горение осуществляется в паровой фазе. Жидкость сначала испаряется, ее пары образуют горючую смесь с воздухом, способную к самовоспламенению и горению. Для устойчивого горения жидкостей необходимо, чтобы скорость их испарения была достаточной для подпитывания горения в паровой фазе. Таким образом, с одной стороны, для жидкостей применимы те же показатели, что и для газовоздушных смесей, а с другой – необходимы дополнительные показатели, учитывающие специфику механизма воспламенения и горения. К числу таких показателей относятся температуры вспышки, воспламенения и температурные пределы распространения пламени.

Под вспышкой подразумевают быстрое сгорание горючей смеси, не сопровождающееся значительным повышением давления. Температура вспышки – это наименьшая температура конденсированного вещества, при которой в условиях специальных испытаний над его поверхностью образуются пары, способные вспыхивать в воздухе от источника зажигания; устойчивое горение при этом не возникает. Разработаны экспериментальные методики определения температуры вспышки в закрытом и открытом тигле, характеризующие соответственно условия их зажигания в замкнутом объеме (емкости, цистерны) и в открытом виде (при аварийном разливе).

Температура воспламенения – это наименьшая температура вещества, при которой в условиях специальных испытаний вещество выделяет горючие пары и газы с такой скоростью, что при воздействии на них источника зажигания наблюдается пламенное горение вещества, продолжающееся и после удаления источника зажигания.

Температурные пределы распространения пламени – это температуры вещества, при которых его насыщенный пар образует в окислительной среде концентрации, равные соответственно нижнему (нижний температурный предел) и верхнему (верхний температурный предел) концентрационным пределам распространения пламени.

В Техническом регламенте о требованиях пожарной безопасности установлена классификация пожароопасных и взрывоопасных зон. Она применяется применяется для выбора электротехнического и другого оборудования по степени их защиты, обеспечивающей их пожаровзрывобезопасную эксплуатацию в указанной зоне.

Пожароопасные зоны подразделяются на следующие классы:

• 1) П-I – зоны, расположенные в помещениях, в которых обращаются горючие жидкости с температурой вспышки 61 °С и более;
• 2) П-II – зоны, расположенные в помещениях, в которых выделяются горючие пыли или волокна;
• 3) П-IIа – зоны, расположенные в помещениях, в которых обращаются твердые горючие вещества в количестве, при котором удельная пожарная нагрузка составляет не менее 1 МДж/м2;
• 4) П-III – зоны, расположенные вне зданий, сооружений, строений, в которых обращаются горючие жидкости с температурой вспышки 61 °С и более или любые твердые горючие вещества.

Взрывоопасные зоны в зависимости от частоты и длительности присутствия взрывоопасной смеси подразделяются на следующие классы:

• 1) 0-й класс – зоны, в которых взрывоопасная газовая смесь присутствует постоянно или хотя бы в течение одного часа;
• 2) 1-й класс – зоны, расположенные в помещениях, в которых при нормальном режиме работы оборудования выделяются горючие газы или пары ЛВЖ, образующие с воздухом взрывоопасные смеси
• 3) 2-й класс – зоны, расположенные в помещениях, в которых при нормальном режиме работы оборудования взрывоопасные смеси горючих газов или паров ЛВЖ с воздухом не образуются, а возможны только в результате аварии или повреждения технологического оборудования;
• 4) 20-й класс – зоны, в которых взрывоопасные смеси горючей пыли с воздухом имеют нижний концентрационный предел воспламенения менее 65 г/м3 и присутствуют постоянно;
• 5) 21-й класс – зоны, расположенные в помещениях, в которых при нормальном режиме работы оборудования выделяются переходящие во взвешенное состояние горючие пыли или волокна, способные образовывать с воздухом взрывоопасные смеси при концентрации 65 г/м3 и менее;
• 6) 22-й класс – зоны, расположенные в помещениях, в которых при нормальном режиме работы оборудования не образуются взрывоопасные смеси горючих пылей или волокон с воздухом при концентрации 65 г/м3 и менее, но возможно образование такой взрывоопасной смеси горючих пылей или волокон с воздухом только в результате аварии или повреждения технологического оборудования.

• См. ГОСТ 12.1.044–89 (ИСО 4589–84) "Система стандартов безопасности труда. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения", утвержденный постановлением Госстандарта СССР от 12 декабря 1989 г. № 3683.
• Далее – Технический регламент о требованиях пожарной безопасности.

Пожаровзрывоопасность веществ и материалов - это совокупность свойств, которые характеризуют их склонность к возникновению и распространению горения, особенности горения и способность поддаваться гашению загораний.

По этим показателям выделяют три группы горючести материалов и веществ : негорючие, трудногорючие и горючие .

Негорючие - вещества и материалы, которые неспособны к горению или обугливанию в воздухе под воздействием огня или высокой температуры.

Это материалы минерального происхождения и изготовленные на их основе материалы, - красный кирпич, силикатный кирпич, бетон, камень, асбест, минеральная вата, асбестовый цемент и другие материалы, а также большинство металлов. При этом негорючие вещества могут быть пожарноопасными, например, вещества, которые выделяют горючие продукты при взаимодействии с водой.

Трудногорючие - вещества и материалы, которые способны загораться, тлеть или обугливать в воздухе от источника зажигания, но не способные самостоятельно гореть или обугливать после его удаления (материалы, которые содержат горючие и негорючие компоненты, например, древесина при глубокой пропитке антипиреном, фибролит и т.п.);

Горючие - вещества и материалы, которые способны самовозгораться, а также загораться, тлеть или обугливать от источника зажигания и самостоятельно гореть после его удаления.

В свою очередь, в группе горючих веществ и материалов выделяют легковоспламеняющиеся вещества и материалы - это вещества и материалы, которые способны заниматься от кратковременного (до 30 с) действия источника зажигания низкой энергии.

С точки зрения пожарной безопасности решающее значение имеют показатели пожаровзрывоопасных свойств горючих веществ и материалов . ГОСТ 12.1.044189 предусматривает свыше 20 таких показателей . Необходимый и достаточный для оценки пожаровзрывоопасности конкретного объекта перечень этих показателей зависит от агрегатного состояния вещества, вида горения (гомогенное или гетерогенное) и тому подобное и определяется специалистами.

В таблице 4.1 приведенные даны основных показателей пожарноопасных свойств веществ разного агрегатного состояния, которые используются при определении категорий взрывоопасности помещений и взрывоопасных и пожарноопасных зон в помещениях и вне их.

t всп - температура вспышки - это в условиях специальных испытаний над ее поверхностью образуется пары или газы , которые способны загораться от источника зажигания , но скорость их образования еще не достаточна для стойкого горения , то есть имеет место только вспышка - быстрое сгорание горючей смеси, которая не сопровождается образованием сжатых газов.

Значение температуры вспышки используется для характеристики пожарной опасности жидкостей.

t воспл - температура воспламенения - это наименьшая температура вещества, при которой в условиях специальных испытаний вещество выделяет горючие пары или газы с такой скоростью, что после их зажигания от внешнего источника наблюдается вспыхивание - начало стойкого горения пламени.

Таблица 4.1

Основные показатели, которые характеризуют пожарноопасные свойства веществ разного агрегатного и дисперсного состояния ♦

Агрегатный (дисперсный) состояние вещества	Основные показатели пожежонебезпеки
t всп	t воспл	t своспл	НКМПП	ВКМПП	t нкмпп	t вкмпп
Твердое вещество	-	+	+	-	-	-	-
Жидкости	+	+	+	+	+	+	+
Газы	-	-	+	+	+	-	-
Пыль	-	+	+	+	-	-	-

Температура вспышки и воспламенения легко воспламеняющихся жидкостей (ЛВЖ) отличается на 5-15 о С . Чем ниже температура вспышки жидкости, тем меньшей является эта разница , и, соответственно, более пожарноопасной эта жидкость. Температура воспламенения используется при определении группы горючести веществ, при оценке пожарной опасности оборудования и технологических процессов, связанных с переработкой горючих веществ, при разработке мероприятий по обеспечению пожарной безопасности.

t своспл - температура самовоспламенения - это наименьшая температура вещества, при которой в условиях специальных испытаний происходят резкое увеличение скорости экзотермических объемных реакций , которая приводит к возникновению горения пламени или взрыву при отсутствии внешнего источника пламени.

Температура самовоспламенения вещества зависит от ряда факторов и изменяется в широких пределах. Наиболее значительной является зависимость температуры самовоспламенения от объема и геометрической формы горючей смеси.С увеличением объема горючей смеси при неизменной ее форме температура самовоспламенения уменьшается , потому что уменьшается площадь теплоотдачи на единицу объема вещества и создаются более благоприятные условия для накопления тепла в горючей смеси. При уменьшении объема горючей смеси температура ее самовоспламенения повышается.

Для каждой горючей смеси существует критический объем, в котором самовоспламенение не происходит в силу того, что площадь теплоотдачи, которая приходится на единицу объема горючей смеси, настолько большая, что скорость теплообразования за счет реакции окисления даже при очень высоких температурах не может превысить скорость теплоотвода . Это свойство горючих смесей используется при создании препятствий для распространения пламени. Значение температуры самовоспламенения используется для выбора типа взрывозащищенного электрооборудования , при разработке мероприятий по обеспечению пожаровзрывоопасности технологических процессов, а также при разработке стандартов или технических условий на вещества и материалы.

Температура самовоспламенения горючей смеси значительно (на сотни градусов) превышает температуру вспышки и температуру воспламенения.

НКПРП и ВКПРП - соответственно, нижние и верхние концентрационные пределы распространения пламени - это минимальная и максимальная объемная (массовая) доля горючего вещества в смеси с данным окислителем , при которых возможно воспламенение ( самовоспламенение) смеси от источника зажигания с последующим распространением пламени по смеси на любое расстояние от источника зажигания.

Смеси, которые содержат горючее вещество ниже, чем НКПРП или выше, чем ВКПРП, гореть не могут: в первом случае при недостаточном количестве горючего вещества, а во втором - окислителя. Наличие областей негорючих концентраций веществ и материалов предоставляет возможность выбрать такие условия их хранения, транспортировки и использования, при которых исключается возможность возникновения пожара или взрыва. С другой стороны следует отметить, что пары и газы с НКПРП до 10% по объему в воздухе, а также горючие пылевидные вещества, особенно в зависшем состоянии при значении НКПРП менее 65 г/м 3 являются чрезвычайно взрывоопасными.

КПРП включаются в стандарты, технических условий на газы, легковоспламеняющиеся жидкости и твердые вещества, способные образовывать взрывоопасные газо-, паро- и пылевоздушные смеси, при этом для пыли устанавливается только НКПРП, потому что большие концентрации взвешенной пыли практически не могут быть достигнуты в открытом пространстве, а при любых концентрациях пыли сгорает только и ее часть, которая обеспечена окислителем. Значения концентрационных пределов применяются при определении категории помещения и класса зон по взрывопожарной и пожарной опасности, при расчете предельно-допустимих взрывобезопасных концентраций газов, паров и пыли в воздухе рабочей зоны с потенциальным источником зажигания, при разработке мероприятий по обеспечению пожарной безопасности.

t НКПРП и t ВКПРП - соответственно, нижние и верхние температурные пределы распространения пламени (КПРП) - температуры материала (вещества), при которых его(ее) насыщенные пары или горючие летучие образуют в окислительной среде концентрации, которые равняются нижний или верхний концентрационным пределам распространения пламени.

Значения КПРП используются во время разработки мероприятий по обеспечению пожаровзрывобезопасности объектов, при расчете пожаровзрывобезопасних режимов работы технологического оборудования, при оценке аварийных ситуаций, связанных с разливом горючих жидкостей, для расчета КПРП и тому подобное.

Безопасной , с точки зрения вероятности самовоспламенения газовоздушной смеси, принято считать температуру на 10 о С меньше нижней или на 15 о С выше верхнего температурного предела распространения пламени для данного вещества.

Наличие разного набора показателей пожарноопасных свойств веществ разного агрегатного состояния (см. табл. 4.1) связана с особенностями их горения.

Твердые горючие вещества в большинстве случаев сами по себя в твердом состоянии не горят, а горят горючие летучие продукты их распада под действием высоких температур в смеси с воздухом - пламенное горение . Таким образом, горение твердых веществ в большинстве случаев связано с переходом их горючей составляющей в другое агрегатное состояние - газовый. И только твердые горючие вещества с высоким содержанием горючих составляющих (антрацит, графит и т.п.) могут гореть в твердом агрегатном состоянии практически беспламенно. Поэтому твердые горючие вещества , в целом более инертные относительно возможного загорания , а большинство приведенных в табл. 4.1 показателей пожарноопасных свойств для твердых веществ, за исключением t воспл и t своспл , не имеют существенного значения.

Для твердых веществ, в целом, величины t воспл и t своспл колеблятся в пределах (2…6) 10 2о С.

Воспламеняющиеся жидкости. Характерным для процесса горения этих жидкостей является то что сами жидкости не горят, а горит их пар в смеси с воздухом . Если над поверхностью горючей жидкости концентрация пара будет меньше НКПРП, то зажечь такую жидкость от внешнего источника зажигания невозможно, не доведя температуру жидкости до значения, больше за tНКПРП. Таким образом, горение жидкостей связано с переходом их из одного агрегатного состояния (жидкости) в другой (в пар) . В связи с этим для оценки взрывопожароопасных свойств горючих жидкостей имеют значение все показатели, приведенные в табл. 4.1.

Среди приведенных показателей особенное значение имеет t всп, при которой горючие жидкости разделяются на 5 классов:

1. t всп < -13 о С;

2. t всп = - 13..28 о С;

3. t всп = 29..61 о С;

4. t всп = 66..120 о С;

5. t всп < 120 о С.

Первые 3 класса жидкостей условно относятся к легковоспламеняющимся(ЛВЖ) . Характерной особенностью для ЛВЖ является то, что большинство из них даже при обычных температурах в производственных помещениях могут образовывать паровоздушные смеси с концентрациями в пределах распространения пламени, то есть взрывоопасные паровоздушные смеси.

4-й и 5-й классы жидкостей по t всп относятся к горючим (ГЖ). Паровоздушные смеси с концентрациями в пределах распространения пламени для ГЖ могут иметь место при температурах, не характерных для производственных помещений, - при температурах, которые превышают соответствующие t всп этих жидкостей.Такие температуры возможны в технологических процессах, связанных с нагревом ГЖ к температурам, больших t всп и при таких условиях ГЖ тоже

Горючие газы горят в смеси образуют взрывоопасные паровоздушные смеси с воздухом в концентрациях в пределах НКПРП - ВКПРП , и такие смеси газы создают без агрегатных переходов веществ. Поэтому горючие газы имеют большую готовность к горению, чем твердые горючие вещества и воспламеняющиеся жидкости, следовательно являются более опасными с точки зрения взрывопожарной опасности, а соответствующие их свойства характеризуются только тремя показателями - t своспл, НКПРП и ВКПРП (см. табл. 4.1).

Пылевоздушные смеси - смеси с воздухом измельченных к размерам до 850 мкм частей твердых горючих веществ . Процесс горения пыли, в целом, подобный процессу горения твердых веществ. Но наличие большой удельной поверхности пылинок (отношение площади поверхности к их массе), которая контактирует с окислителем (воздухом), и способность к быстрому их прогреву по всей массе под действием источника зажигания, делают пыль опаснее

Физико-химические основы процессов горения (взрывов). Горение – сложное быстропротекающее химическое превращение, сопровождающееся выделением значительного количества тепла и (обычно) свечением. В большинстве случаев горение представляет собой экзотермическое окислительное взаимодействие горючего вещества с окислителем. К горению относят не только процессы взаимодействия веществ с кислородом (или другими окислителями), но и разложение взрывчатых веществ, соединение ряда веществ с хлором и фтором, оксидов натрия и бария с диоксидом углерода и т. д. Химическая реакция горения всегда является сложной, т. е. состоит из ряда элементарных химических превращений. Химическое превращение при горении происходит одновременно с физическими процессами: переносом тепла и массы. Поэтому скорость горения всегда определяется как условиями тепло- и массопередачи, так и скоростью протекания химических реакций.

Условия возникновения и виды горения. Всё разнообразие процессов горения может быть сведено к двум основным явлениям: возникновению и распространению пламени. Появлению пламени всегда предшествует процесс прогрессирующего самоускорения реакции, вызванный изменением внешних условий: появлением в горячей среде источника зажигания, нагревом смеси горючего с окислителем до некоторой критической температуры стенками аппарата или в результате адиабатического сжатия. Зажигание горючей смеси инициируется внешним источником зажигания (электрической или фрикционной искрой, высоко нагретой поверхностью, открытым пламенем).

Если ограничиться рассмотрением зажигания газов искрой, то процесс может быть представлен в следующем виде: температура в канале электрической искры достигает 10 000 °С. В этой зоне происходит термическая диссоциация и ионизация молекул, что приводит к интенсивному протеканию химических реакций. Однако, вызвав горение в зоне разряда, искра может не вызвать дальнейшего распространения пламени по смеси. Горючую смесь может зажечь только такая искра, в канале которой выделяется энергия, достаточная для обеспечения условий распространения пламени на весь объём смеси. Для этого надо, чтобы близлежащие слои горючей смеси успели воспламениться, прежде чем нагретый искрой объём остынет. При горении химически неоднородных горючих систем, т. е. систем, в которых горючее вещество и воздух не перемешаны и имеют поверхности раздела (твёрдые материалы и жидкости, струи газов и паров, поступающие в воздух), время диффузии окислителя 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 же 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 окислителя хорошо перемешаны с молекулами горючего вещества и не затрачивается время на смесеобразование (гомогенное горение). 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 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 твёрдые вещества горят диффузионным пламенем. Наиболее характерным свойством возникновения очага пламени является его способность к самопроизвольному распространению по горючей смеси. В понятие распространение пламени объединены разнообразные явления, сопровождающиеся образованием дефлаграционных (распространяющихся с дозвуковой скоростью) и детонационных (распространяющихся со сверхзвуковой скоростью) пламён. Дефлаграционные пламёна, в свою очередь, подразделяются на ламинарные и турбулентные. Для объяснения процессов, приводящих к возникновению горения и развитию процессов горения, предложены так называемые тепловая и цепная теории.

Тепловой взрыв. Под тепловым взрывом (или тепловым самовоспламенением) понимают процесс развития химических реакций, протекающих с достаточно большим выделением тепла, характеризующихся достаточно высокой энергией активации и заканчивающихся появлением пламени. Основной идеей тепловой теории является представление о наличии обратной связи между химической реакцией и выделяемым ею теплом. В ходе протекания экзотермического превращения выделяется тепло, пропорциональное скорости реакции, и вещество разогревается. При этом, в зависимости от интенсивности химической реакции и условий теплообмена с внешней средой, возможны следующие варианты развития процесса:

· если реакция идёт достаточно медленно и, значит, скорость тепловыделения невелика, стенки реакционного сосуда успевают выделяющееся тепло отводить в окружающую среду. В результате этого при некоторой температуре, лишь немного превышающей температуру окружающей среды, устанавливается тепловое равновесие между реагирующей системой и внешней средой;

· если начальная температура реагирующей системы достаточно высока и выделяющееся тепло не успевает отводиться во внешнюю среду, наблюдается процесс быстрого повышения температуры реагирующей системы, заканчивающийся появлением пламени. Этот процесс мы воспринимаем как самовоспламенение или взрыв. Тепловой взрыв возникает тем легче, чем выше скорость тепловыделения и больше температура сгорания. Анализ экспериментальных данных свидетельствует о том, что в одних случаях самовоспламенение носит тепловой характер, а в других – цепной.

Цепной взрыв представляет собой разновидность автокаталитических реакций. Характерной особенностью цепного самовоспламенения является его автокатализ не конечными продуктами реакции (СО 2 и Н 2 О), а образующимися в результате промежуточных химических превращений свободными радикалами. К самовоспламенению и взрыву даже в изотермических условиях могут приводить разветвлённые цепные реакции. Отличие разветвлённых цепных реакций от других типов автокаталитических процессов заключается в периодическом возникновении реакций, в которых вместо одного активного атома или радикала возникает два или несколько новых.

Показатели пожаровзрывоопасности веществ и материалов. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов – совокупность свойств, характеризующих их способность к возникновению и распространению горения. Следствием горения может быть пожар или взрыв. Всего показателей пожаровзрывоопасности более двадцати. Но нам будет достаточно рассмотреть наиболее часто применяющиеся (см. ГОСТ 12.1.044–89 «Пожаровзрывоопасность веществ и материалов»).

Группа горючести – классификационная характеристика способности веществ и материалов к горению. По горючести вещества и материалы подразделяются на три группы:

· негорючие (несгораемые) – вещества (материалы), не способные к горению. 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 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 61 °С, зафлегматизированные смеси, не имеющие вспышки, относятся к легковоспламеняющимся (ЛВЖ). Особо опасными называют ЛВЖ с температурой вспышки не более 28 °С.

Температура вспышки – наименьшая температура конденсированного вещества, при которой над её поверхностью образуются пары, способные вспыхивать в воздухе от источника зажигания; устойчивое горение при этом не возникает. Значение температуры вспышки применяется при характеристике пожарной опасности жидкости. Температура вспышки жидкостей, принадлежащих к одному и тому же классу, закономерно зависит от физических свойств членов гомологического ряда. Она повышается с увеличением молекулярной массы, температуры кипения и плотности. Так, метиловый спирт имеет М=32 и t всп. =8 °С, а последний член ряда, Н-амиловый спирт, – t всп =40 °С.

Температура воспламенения – наименьшая температура вещества, при которой 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.

Нижние (верхние) концентрационные пределы распространения пламени (НКПРП и ВКПРП) – минимальное (максимальное) содержание горючего вещества в однородной смеси с окислительной средой, при которой возможно распространение пламени по смеси на любое расстояние от источника зажигания. Невозможность воспламенения горючей смеси при концентрации ниже НКПРП объясняется малым количеством горючего вещества и избытком воздуха. Смесь, имеющая небольшое количество горючего и избыток воздуха, характеризуется минимальной скоростью распространения пламени, низкой температурой горения (до 1 300 °С) и небольшим давлением взрыва (~0,3 МПа). При концентрации горючего в смеси выше НКПРП горение проходит с большой скоростью, давление при взрыве повышается. Верхний концентрационный предел распространения пламени (ВКПРП) характеризуется избытком горючего и малым количеством воздуха. Концентрационная область распространения пламени различных газо- и паровоздушных смесей неодинакова. Наибольшую область имеют оксид этилена, водород, а наименьшую – пропан, бутан. Чем ниже НКПРП и больше концентрационная область распространения пламени, тем большую пожарную опасность они представляют. Зная область распространения пламени в процессе применения и хранения газов и горючих жидкостей, можно поддерживать такой режим, при котором концентрации горючего будут выше верхнего или ниже нижнего КП. Концентрационная область сильно зависит от температур и давлений в аппаратах и хранилищах. Поскольку НКПРП большинства горючих газов сравнительно невелик, переработка таких газов при концентрациях, меньших НКПРП, малоэффективна. Для взрывоопасных смесей с ВКПРП до 15…30 % об. целесообразно переобогащение смеси горючим и поддержание такой концентрации на заданном уровне в течение всего цикла технологического процесса. Например, для смесей углеводородов от метана до гексана с кислородом при нормальных условиях ВКПРП составляет 61…40 % об, для смесей с воздухом максимальное взрывоопасное содержание горючего составляет 15…7 % об.

Для газовых смесей заметное изменение области воспламенения наблюдается при пониженном давлении; при этом происходит её сокращение вплоть до смыкания нижней и верхней границ области воспламенения. Ниже этого давления воспламенение смеси любого состава невозможно. При повышении температуры на каждые 100 °С НКПРП снижается на 10 % от первоначальной величины, ВКПРП увеличивается на 15 %. В тех случаях, когда по технологическим (или экономическим) причинам процесс нужно вести при такой концентрации горючего газа с воздухом, которая находится в области распространения пламени, в смесь вводят флегматизаторы, в присутствии которых смесь становится негорючей. В качестве инертных флегматизаторов применяют азот, аргон, диоксид углерода, водяной пар, продукты сгорания топлива (Н 2 О, СО 2 , N 2).

Минимальное взрывоопасное содержание кислорода при флегматизации и ингибировании газовых смесей (МВСК) – это такая концентрация кислорода в газо- или паровоздушной смеси, ниже которой воспламенение и горение смеси становится невозможными при любом содержании горючего в этой смеси.

Мощность источника и минимальная энергия зажигания . С изменением мощности источника зажигания может изменяться область воспламенения. Особенно это характерно для диэлектрических разрядов. Так, увеличение мощности искры приводит к расширению пределов воспламенения горючей смеси, причём наиболее сильно увеличивается ВКПРП. Однако расширение области воспламенения происходит до определённого предела. Искры, которые не вызывают дальнейшего расширения области воспламенения, называются насыщенными . Допустимая энергия искрового разряда не должна превышать 40 % минимальной энергии зажигания.

Минимальной энергией зажигания называется наименьшее значение энергии электрического разряда, способное воспламенить наиболее легковоспламеняющуюся смесь газа (пара или пыли) с воздухом.

Температурные пределы распространения пламени (воспламенения) – такие температуры вещества, при которых его насыщенный пар образует в окислительной среде концентрации, равные соответственно нижнему (НТПРП) и верхнему (ВТПРП) концентрационным пределам распространения пламени. Для обеспечения безопасности технологический процесс проводят при температуре ниже НТПРП на 10 °С или выше ВТПРП на 15 °С. На температурные пределы распространения пламени оказывает влияние начальное давление: уменьшение начального давления по сравнению с атмосферным приводит к снижению этого показателя, повышение – к увеличению.

Защита ТП и оборудования от аварий и взрывов

Действующей системой стандартов безопасности труда установлено, что производственные процессы и производственное оборудование должны быть пожаро- и взрывобезопасными (ГОСТ12.3.0002–75, ГОСТ 12.2.003–74). Стандарты предусматривают систему контроля и управления технологическим процессом, обеспечивающую защиту работающих и аварийное отключение производственного оборудования. В комплекс пожаровзрывозащиты должен входить ряд вариантов защиты, связанных с исключением из процесса горючей (взрывоопасной) системы или возможных источников зажигания, а также с использованием способов ограничения и подавления взрывов. Следует учитывать, что мероприятия по защите от взрывов лучше всего осуществляются в оборудовании наименьшего объёма.

Распространённым способом снижения вероятности взрыва является установление безопасного технологического регламента, когда даже при резких возмущениях процесса его «опасные» параметры (температура, давление) не могут приблизиться к границе устойчивости. Снижение скорости протекания процесса достигается уменьшением скорости подачи исходных компонентов, варьированием температурного режима и применением специальных разбавителей.

Осуществление технологического процесса в среде инертного разбавителя (N 2 , CO 2 , H 2 O) позволяет снизить вероятность взрыва смеси, однако добавки инертного компонента (70…110 % об. от горючей смеси) затрудняют отделение от них конечного продукта, требуют использования дополнительного технологического оборудования и контрольно-измерительной аппаратуры. Инертные разбавители целесообразно использовать также на некоторых стадиях технологического процесса.

Значительное сужение концентрационных пределов воспламенения и подавление взрывов достигается при комбинированном действии химических ингибиторов (фторбромсодержащих углеводородов) с диоксидом углерода, азота, диэтиламином.

Предотвратить взрыв можно регулированием и поддержанием такого состава смеси, при котором содержание горючего компонента находится вне концентрационных пределов воспламенения. Поскольку НКПРП большинства горючих газов, используемых при получении полимеров, сравнительно невелик, переработка таких газов при концентрациях, меньших НКПРП, малоэффективна. Для взрывоопасных смесей с верхним концентрационным пределом воспламенения до 15…30 % целесообразно переобогащение смеси горючим и поддержание такой концентрации на заданном уровне в течение всего технологического цикла. Однако если процесс осуществляется в вакууме, то в случае нарушения герметичности аппарата возможны подсос воздуха и образование взрывоопасных концентраций и, как следствие, взрыв и разрушение технологического оборудования.

Технологическим способом снижения опасности является также перевод периодического или полунепрерывного технологического процесса в непрерывный. Вследствие уменьшения объёма реактора непрерывного действия, по сравнению с объёмом реактора периодического действия, при той же производительности снижается общий объём реакционной массы, находящейся в цехе. Тем самым облегчаются возможные последствия аварии, однако вероятность возникновения самой аварии и взрыва не уменьшается. Технологический режим (t , p ) при непрерывном процессе поддерживается постоянным, что существенно облегчает автоматизацию технологического процесса и снижает его опасность.

Для производств, связанных с применением мелкодисперсных материалов (пылей), одной из задач является снижение летучести пыли. Для этого пыль увлажняют в местах её образования или в местах, где возможно увеличение содержания пыли в воздухе. Увлажнение проводят до такого состояния пыли, при котором не образуется аэрозоль. Замена пылесборников скрубберами с увлажнением помогает решить эту задачу. Для улучшения смачивания к воде добавляют ПАВ.

Достаточно эффективными мерами, обеспечивающими безопасность процесса, являются своевременное удаление скоплений пыли, обеспечение надёжной герметизации соответствующего оборудования, применение вакуумного транспортирования пылевидных материалов, снижающего содержание кислорода в горючей смеси, взамен транспортирования под давлением воздуха. Для уменьшения опасности взрыва очень часто оборудование для опасных операций или выносят на открытый воздух, или размещают в небольших обособленных зданиях. Одним из важных мероприятий по предотвращению действия давления взрыва в системе является сброс давления через вышибаемые проёмы, к которым относятся остеклённые части здания, двери, распашные ворота, легкопанельные стены, лёгкие сбрасываемые крыши.

Ограничение и подавление взрывов. Механизм ограничения и подавления взрывов, как и в случаях тушения пожаров, основан на охлаждении, инертизации и ингибировании горения. Устройство, служащее для подавления взрыва, включает в себя три основных элемента:

· чувствительный датчик, реагирующий на определённый параметр взрыва (давление, температуру, тепловую радиацию);

· исполнительный механизм, который под влиянием начального импульса обеспечивает срабатывание устройства и диспергирование вещества, тушащего пламя. Скорость срабатывания устройства должна быть больше максимальной скорости нарастания давления взрыва;

· тушащее средство.

Период между моментами воспламенения и достижения разрушающего давления составляет примерно 30¸40 мс, поэтому автоматическая блокировка с тушащим средством должна срабатывать в течение более короткого времени. Широкое применение в химической промышленности нашли автоматические системы взрывозащиты, которые подразделяются на системы предупреждения, локализации и подавления взрывов.

Системы предупреждения аварий и взрывов могут быть двух видов:

· основные защитные воздействия первого вида, возвращающие процесс в режим нормального функционирования: подача «жёсткого» хладагента – она применяется в случае, когда развитие аварийной ситуации приводит к нарушению температурного режима, а резкое охлаждение не вызывает полного прекращения процесса; прекращение подачи одного или нескольких компонентов, когда причиной возникновения аварийной ситуации является нарушение расхода или соотношения исходных компонентов или когда нарушается температурный режим в сторону увеличения опасности; стравливание избыточного давления из аппарата – применяется, когда предаварийное состояние характеризуется повышением давления; подключение дополнительного технологического оборудования, например через ловушку, когда защитные воздействия первого вида приводят к временному замедлению процесса;

· прекращение процесса – осуществляется защитными воздействиями второго вида: сброс реакционной массы в специальную ёмкость, заполненную разбавителем; подача в реактор разбавителя, резко затормаживающего процесс и делающего невозможным дальнейшее использование реакционной массы; подача «жёсткого» хладагента, если последовавшее за этим снижение температуры вызывает такие необратимые реакции, которые приводят к невозможности дальнейшего использования реакционной массы.

Системы локализации взрывов. Системы приводятся в действие при возникновении загораний и угрозе разрушения технологического оборудования и здания от избыточного давления. Принцип действия систем локализации заключается в обнаружении аварийного состояния датчиком – преобразователем, подаче исполнительной команды на срабатывание устройства разгерметизации, инертизации и пожаротушения. После срабатывания устройств разгерметизации (предохранительной мембраны) в очаг возгорания подаётся флегматизирующий инертный разбавитель или (через насадки – распылители) огнетушащее вещество для ликвидации или локализации загорания.

Чтобы предотвратить распространение пламени на смежные аппараты, применяют устройства блокирования – огнепреградители различных типов и пламеотсекатели. По способу устройства огнепреградители могут быть сухими, орошаемыми, с водяным статическим затвором. По конструкции они делаются с насадкой из гранулированных материалов, пластинчатые, сетчатые, металлокерамические или металловолокнистые. Огнепреградители используют также для оборудования «дыхательных», продувочных и сбросных линий аппаратов и ёмкостей с ЛВЖ, газопаровоздушных линий со взрывоопасными концентрациями смесей, коммуникаций с газами, способными к взрывному разложению. Пламегасящий эффект огнепреградителей определяется в основном диаметром пламегасящих каналов, поскольку длина и материал стенок этих каналов мало влияют на теплоотвод из зоны горения. При уменьшении диаметра пламегасящего канала увеличивается его поверхность на единицу массы реагирующей смеси, вследствие этого возрастают потери тепла из зоны горения. При критическом диаметре скорость реакции горения резко уменьшается, так что дальнейшее распространение пламени полностью прекращается.

Для локализации пламени в трубопроводах, транспортирующих различные горючие вещества (газы, пыли), применяют форсуночные пламепреградители. Принцип их действия заключается в создании огнетушащей зоны впереди движущегося фронта пламени специальными устройствами, которые обеспечивают высокоскоростную подачу жидкого или газообразного огнепреградителя в полость защищаемого трубопровода.

В качестве пламеотсекателей, предотвращающих распространение огня по газопроводу, используют изолирующие клапаны, а также гидрозатворы, которые обеспечивают механическое перекрытие рабочего сечения газопровода шиберами или заслонками и одновременную подачу внутрь газопровода огнетушащей жидкости.

Устройства разгерметизации предназначены для обеспечения необходимого по условиям взрывозащиты проходного сечения для сброса избыточного давления, возникающего при взрыве внутри аппарата. При этом давление в аппарате не должно превышать допустимого значения.

Для обеспечения необходимой площади разгерметизирующих разгрузочных отверстий наибольшее применение нашли предохранительные устройства – клапаны и разрушающиеся мембраны. Разгрузка противовзрывных устройств должна быть организована таким образом, чтобы избежать выброса пламени в рабочее помещение и повторного взрыва. Для этого рекомендуется противовзрывные устройства снабжать трубами, площадь сечения которых должна быть не менее площади разгрузочного отверстия, а длина – не более 3 м. Трубы выводят наружу, причём они должны быть по возможности прямыми.

Пожаровзрывоопасность электроустановок. Во взрыво- и пожароопасных производствах, особенно при работе с взрывоопасными газами, парами, пылями (ацетиленом, оксидом этилена, ацетоном, диэтиловым эфиром), электроустановки могут быть источниками воспламенения. Так, при неправильной эксплуатации или неисправности электрооборудования возможны его перегрев или появление искровых разрядов, которые могут вызвать пожар или взрыв горючей среды, наносящий большой материальный ущерб. Поэтому электрооборудование, работающее во взрывоопасных средах, выполняется по специальным правилам и может эксплуатироваться без опасности их воспламенения.

Электрическая искра является одним из наиболее мощных источников воспламенения. Большая температура (около 10 000 °С) в канале искрового разряда способствует протеканию интенсивных окислительно-восстановительных реакций. Возникновение электрических искр в производственных условиях возможно при замыкании и размыкании электрических цепей в выключателях, рубильниках, пусковой и другой аппаратуре, а также при коротком замыкании, плохих электрических контактах.

Основными способами борьбы с воспламенением от электрооборудования являются правильный выбор и надлежащая эксплуатация этого оборудования во взрыво- и пожароопасных производствах. В связи с этим все помещения (цехи, участки), наружные установки, согласно «Правилам устройства электроустановок» (ПУЭ), классифицируют на взрывоопасные (В-I, В-Iа, В-Iб, В-Iг, В-II, В-IIа) и пожароопасные (П-I, П-II, П-IIа, П-III) зоны.

Взрывоопасная зона – это пространство, в котором имеются или могут появиться взрывоопасные смеси и в пределах которого на исполнение электрооборудования накладываются ограничения с целью уменьшения вероятности возникновения взрыва, вызванного электрооборудованием.

К классу В-I относятся зоны производственных помещений, в которых выделяются горючие газы и пары в таком количестве и обладают такими свойствами, что они могут образовывать с воздухом или другими окислителями взрывоопасные смеси при нормальных недлительных режимах работы, например: при загрузке и разгрузке технологических аппаратов, хранении или переливании ЛВЖ, находящихся в открытых сосудах.

К классу В-Iа относятся зоны производственных помещений, в которых взрывоопасная концентрация газов и паров возможна только в результате аварии или неисправностей.

К классу В-Iб относятся те же зоны, что и к классу В-Iа, но имеющие одну из следующих особенностей:

· горючие газы в этих зонах обладают высоким нижним концентрационным пределом воспламенения (>15 % об.) и резким запахом при ПДК;

· при аварии в этих зонах возможно создание только местной взрывоопасной концентрации, распространяемой на объём не более 5 % общего объёма зоны;

· горючие газы и жидкости используются в небольших количествах без применения открытого пламени, в вытяжных шкафах или под вытяжными зонтами.

К классу В-Iг относятся наружные установки, содержащие взрывоопасные газы, пары, жидкости, причём взрывоопасная концентрация может создаться только в результате аварии или неисправностей.

К классу В-II относятся зоны производственных помещений, в которых возможны образования взрывоопасных концентраций пылей или волокон с воздухом или другим окислителем при нормальных, недлительных режимах работы.

К классу В-IIа относятся зоны, аналогичные зонам класса В-II, в которых взрывоопасные концентрации пылей и волокон могут образоваться только в результате аварий или неисправностей.

Пожароопасная зона – это открытое пространство, в котором могут находиться горючие вещества как при нормальном технологическом процессе, так и при возможных его нарушениях.

К классу П-I относятся зоны производственных помещений, в которых применяют или хранят жидкости с температурой вспышки выше 61 °С.

К классу П-II относятся зоны производственных помещений, в которых при проведении технологического процесса выделяются горючая пыль или частицы волокон с нижним концентрационным пределом воспламенения более 65 г/м 3 к объёму воздуха или взрывоопасные пыли, содержание которых в воздухе производственных помещений по условиям эксплуатации не достигает взрывоопасных концентраций.

К классу П-IIа относятся зоны производственных и складских помещений, в которых содержатся или перерабатываются твёрдые или волокнистые горючие вещества; горючие пыли и волокна здесь не выделяются.

К классу П-III относятся наружные установки, в которых применяются или хранятся горючие жидкости с температурой вспышки паров выше 61 °С, а также твёрдые горючие вещества.

Применяемые в означенных помещениях электроустановки должны обеспечивать как необходимую степень защиты их обмоток от воздействия окружающей среды, так и необходимую безопасность в отношении пожара или взрыва по причине их неисправности. В соответствии с ПУЭ в пожароопасных зонах используется электрооборудование закрытого типа, внутренняя полость которого отделена от внешней среды оболочкой. Аппаратуру управления, защиты и светильники рекомендуется применять в пыленепроницаемом исполнении. Вся электропроводка должна быть обеспечена надёжной изоляцией. Во взрывоопасных зонах и наружных установках необходимо использовать взрывозащищённое электрооборудование, изготовленное в соответствии с ГОСТ12.2.020–76 «Электрооборудование взрывозащищённое». В соответствии с ним всё электрооборудование по уровню взрывозащиты, т. е. степени взрывозащиты, подразделяется на три класса:

· класс 2 – повышенной надёжности против взрыва, в котором взрывозащита обеспечена только при нормальном режиме работы;

· класс 1 – взрывобезопасное, в котором взрывозащита обеспечивается и при признанных вероятных повреждениях, кроме повреждений средств взрывозащиты;

· класс 0 – особо взрывобезопасное, в котором по отношению к взрывобезопасному приняты дополнительные средства взрывозащиты.

Взрывозащита обеспечивается взрывонепроницаемой оболочкой, искробезопасными электрическими цепями, недопущением появления опасных нагревов, искр, дуг; продувкой внутренних полостей чистым воздухом или инертным газом; заполнением токоведущих полостей минеральным маслом, любым жидким негорючим диэлектриком; кварцевым заполнением оболочек; заполнением эпоксидными смолами, имеющими оболочку под постоянным избыточным давлением воздуха или инертного газа.

Пусковую аппаратуру (выключатели, магнитные пускатели) в классах В-I и В-II необходимо выносить за пределы взрывоопасных помещений и снабжать устройством дистанционного управления. Провода внутри взрывоопасных помещений следует прокладывать в стальных трубах или использовать для этих целей бронированный кабель. Светильники для классов В-I, В-II и В-Iа также должны быть взрывозащищёнными.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Физико-химические свойства горючих веществ и методы их определения

Введение

1. Основные положения

1.1 Показатели пожаровзрывоопасности

1.2 Условия пожаровзрывобезопасности при использовании веществ и материалов

1.3 Метод определения максимальной скорости нарастания давления взрыва пылевоздушных смесей

Список использованных источников

Расчетная часть

Введение

Пожары и взрывы являются распространенными чрезвычайными событиями в индустриальном обществе.

Пожары в России приобрели масштабы национального бедствия. Например, в 1993 году их зафиксировано 331 тыс. Они причинили материальный ущерб на сумму около 200 млрд. рублей.

Горит все - от квартир и дач до цехов крупнейших заводов и животноводческих ферм. Возьмем объекты оборонного комплекса. Здесь в технологических процессах используются радиационно и химически опасные, а также взрывчатые вещества и материалы. В большинстве зданий и сооружений, где они применяются, старые системы пожаротушения не заменены на более эффективные современные - нет на это денег. Нет средств для этого даже на объектах ядерной энергетики.

Горим мы и потому что неосторожны в обращении с огнем (почти 42 процента всех пожаров), и что нарушаем правила безопасности при эксплуатации электрооборудования и электробытовых приборов (примерно каждый пятый случай возгораний), и что до сих пор пользуемся печным отоплением (около 11 процентов пожаров), из-за шалостей детей возникает 8,8 % бедствий. Наконец, в 6,7 % случаев нас умышленно поджигают.

В Уголовном кодексе РФ имеется ряд статей, предусматривающих ответственность за преступления, связанные с пожарами. В частности, за совершение поджогов чужого имущества, за нарушение правил пожарной безопасности.

1 . Основные положения

Особую опасность с точки зрения возможных потерь и ущерба представляют взрывы и пожары.

Взрывы происходят за счет высвобождения химической энергии, главным образом взрывчатых веществ.

Взрывоопасный объект - это объект, на котором производят, используют, перерабатывают, хранят и транспортируют легковоспламеняющиеся и взрывоопасные вещества, создающие реальную угрозу возникновения технологических ЧС.

Взрывоопасными производствами на сегодняшний день являются не только предприятия и объекты химической, горнорудной, нефтегазодобывающей, атомной промышленностей. К взрыво и пожароопасным относятся, например, предприятия по производству продуктов питания: мукомольные, кондитерские, вино-водочные; а также деревообрабатывающие и целлюлозно-бумажные комбинаты, цементные и железо-бетонные заводы, и т. д. Кроме того, современное предприятие любой отрасли имеет в своей структуре взрывоопасные зоны, т. к. на любом современном производстве есть склады ГСМ и лакокрасочных изделий, участки гальванической и высокой температурной обработки, покрасочные цеха или камеры и т. п.

Показатели пожаровзрывоопасности веществ и материалов определяют с целью получения исходных данных для разработки систем по обеспечению пожарной безопасности и взрывобезопасности.

В большинстве случаев пожары на обжитых человеком территориях, на предприятиях возникают в связи с нарушением технологического режима.

Государством, для того, чтобы предотвратить пожароопасные ситуации, созданы специальные документы, описывающие основы противопожарной защиты, например, следующие стандарты: ГОСТ 12.1.044-89 "Пожаровзрывоопасность веществ и материалов" и ГОСТ 12.1.010-76 "Взрывобезопасность", проводятся различные мероприятия по пожарной профилактике.

Эти стандарты распространяются на простые вещества, химические соединения и их смеси в различных агрегатных состояниях и комбинациях, в том числе полимерные и композитные материалы, применяемые в отраслях народного хозяйства, распространяется на производственные процессы (включая транспортирование и хранение), в которых участвуют вещества, способные образовать взрывоопасную среду. Стандарты устанавливают номенклатуру показателей пожаровзрывоопасности веществ и материалов, методы их определения и общие требования по обеспечению их взрывобезопасности. Это важно для обеспечения безопасности на предприятиях, работающих с взрывоопасными веществами, материалами.

Пожаровзрывоопасность веществ и материалов -- совокупность свойств, характеризующих их способность к возникновению и распространению горения. Следствием горения, в зависимости от его скорости и условий протекания, могут быть пожар (диффузионное горение) или взрыв (дефлаграционное горение предварительно перемешанной смеси горючего с окислителем).

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

Горение -- экзотермическая реакция, протекающая в условиях ее прогрессивного самоускорения.

· негорючие (несгораемые) -- вещества и материалы, не способные к горению в воздухе. 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 61°С в закрытом тигле или 66°С в открытом тигле, зафлегматизированных смесей, не имеющих вспышку в закрытом тигле, относят к легковоспламеняющимся. Особо опасными называют легковоспламеняющиеся жидкости с температурой вспышки не более 28 °С.

Показатели пожаровзрывоопасности веществ и материалов определяют с целью получения исходных данных для разработки систем по обеспечению пожарной безопасности и взрывобезопасности в соответствии с требованиями нормативной документации.

Пожаровзрывоопасность веществ и материалов определяется показателями, выбор которых зависит от агрегатного состояния вещества (материала) и условий его применения.

При определении пожаровзрывоопасности веществ и материалов различают:

1. Газы--вещества, давление насыщенных паров которых при температуре 25 °С и давлении 101,3 кПа превышает 101,3 кПа;

2. Жидкости--вещества, давление насыщенных паров которых при температуре 25°С и давлении 101,3 кПа меньше 101,3 кПа. К жидкостям относят также твердые плавящиеся вещества, температура плавления или каплепадения которых меньше 50 °С;

3. Твердые вещества и материалы--индивидуальные вещества и их смесевые композиции с температурой плавления или каплепадения больше 50 °С, а также вещества, не имеющие температуру плавления (например, древесина, ткани и т. п.);

4. Пыли--диспергированные твердые вещества и материалы с размером частиц менее 850 мкм.

Номенклатура показателей и их применяемость для характеристики пожаровзрывоопасности веществ и материалов приведены в табл. 1.

Табл. 1 - Номенклатура показателей и их применяемость для характеристики пожаровзрывоопасности веществ и материалов

Показатель	Агрегатное состояние веществ и материалов
		жидкости
Группа горючести
Температура вспышки
Температура воспламенения
Температура самовоспламенения
Концентрационные пределы распространения пламени (воспламенения)
Температурные пределы распространения пламени (воспламенения)
Температура тления
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
Показатель токсичности продуктов горения полимерных материалов
Минимальное взрывоопасное содержание кислорода
Минимальная флегматизирующая концентрация флегматизатора
Максимальное давление взрыва
Скорость нарастания давления взрыва
Концентрационный предел диффузионного горения газовых смесей в воздухе

Примечания:

Знак “+” обозначает применяемость, знак “--” -- неприменяемость показателя. Кроме указанных в табл. 1, допускается использовать другие показатели, более детально характеризующие пожаровзрывоопасность веществ и материалов.

1.1 Показатели пожаровзрывоопасности

Группа горючести .

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

Горение -- экзотермическая реакция, протекающая в условиях ее прогрессивного самоускорения.

По горючести вещества и материалы подразделяют на три группы:

1. Негорючие (несгораемые) -- вещества и материалы, не способные к горению в воздухе. Негорючие вещества могут быть пожаровзрывоопасными (например, окислители или вещества, выделяющие горючие продукты при взаимодействии с водой, кислородом воздуха или друг с другом);

2. Трудногорючие (трудносгораемые) -- вещества и материалы, способные гореть в воздухе при воздействии источника зажигания, но не способные самостоятельно гореть после его удаления:

3. 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 61°С в закрытом тигле или 66°С в открытом тигле, зафлегматизированных смесей, не имеющих вспышку в закрытом тигле, относят к легковоспламеняющимся. Особо опасными называют легковоспламеняющиеся жидкости с температурой вспышки не более 28 °С.

Сущность экспериментального метода определения горючести заключается в создании температурных условий, способствующих горению, и оценке поведения исследуемых веществ и материалов в этих условиях.

Температура вспышки .

Температура вспышки -- наименьшая температура конденсированного вещества, при которой в условиях специальных испытаний над его поверхностью образуются пары, способные вспыхивать в воздухе от источника зажигания; устойчивое горение при этом не возникает.

Вспышка -- быстрое сгорание газопаровоздушной смеси над поверхностью горючего вещества, сопровождающееся кратковременным видимым свечением.

Значение температуры вспышки следует применять для характеристики пожарной опасности жидкости.

Сущность экспериментального метода определения температуры вспышки заключается в нагревании определенной массы вещества с заданной скоростью, периодическом зажигании выделяющихся паров и установлении факта наличия или отсутствия вспышки при фиксируемой температуре.

Температура воспламенения .

Температура воспламенения -- наименьшая температура 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.

Воспламенение -- пламенное горение вещества, инициированное источником зажигания и продолжающееся после его удаления.

Сущность экспериментального метода определения температуры воспламенения заключается в нагревании определенной массы вещества с заданной скоростью, периодическом зажигании выделяющихся паров и установлении факта наличия или отсутствия воспламенения при фиксируемой температуре.

.

Температура самовоспламенения -- наименьшая температура окружающей среды, при которой в условиях специальных испытаний наблюдается самовоспламенение вещества.

Самовоспламенение -- резкое увеличение скорости экзотермических объемных реакций, сопровождающееся пламенным горением и/или взрывом.

Сущность метода определения температуры самовоспламенения заключается во введении определенной массы вещества в нагретый объем и оценке результатов испытания. Изменяя температуру испытания, находят ее минимальное значение, при котором происходит самовоспламенение вещества.

Концентрационные п ределы распространения пламени.

Нижний (верхний) концентрационный предел распространения пламени --минимальное (максимальное) содержание горючего вещества в однородной смеси с окислительной средой, при котором возможно распространение пламени по смеси на любое расстояние от источника зажигания.

Сущность метода определения концентрационных пределов распространения пламени заключается в зажигании газо-, паро- или пылевоздушной смеси заданной концентрации исследуемого вещества в объеме реакционного сосуда и установлении факта наличия или отсутствия распространения пламени. Изменяя концентрацию горючего в смеси, устанавливают ее минимальное и максимальное значения, при которых происходит распространение пламени.

Температурные пределы распрос транения пламени .

Температурные пределы распространения пламени -- такие температуры вещества, при которых его насыщенный пар образует в окислительной среде концентрации, равные соответственно нижнему (нижний температурный предел) и верхнему (верхний температурный предел) концентрационным пределам распространения пламени.

Сущность метода определения температурных пределов распространения пламени заключается в термостатировании исследуемой жидкости при заданной температуре в закрытом реакционном сосуде, содержащем воздух, испытании на зажигание паровоздушной смеси и установлении факта наличия или отсутствия распространения пламени. Изменяя температуру испытания, находят такие ее значения (минимальное и максимальное), при которых насыщенный пар образует с воздухом смесь, способную воспламеняться от источника зажигания и распространять пламя в объеме реакционного сосуда.

Нормальная скорость распространения пламени .

Нормальная скорость распространения пламени -- скорость перемещения фронта пламени относительно несгоревшего газа в направлении, перпендикулярном к его поверхности.

Сущность метода определения нормальной скорости распространения пламени заключается в приготовлении горючей смеси известного состава внутри реакционного сосуда, зажигании смеси в центре точечным источником, регистрации изменения во времени давления в сосуде и обработке экспериментальной зависимости “давление--время” с использованием математической модели процесса горения газа в замкнутом сосуде и процедуры оптимизации. Математическая модель позволяет получить расчетную зависимость “давление--время”, оптимизация которой по аналогичной экспериментальной зависимости дает в результате изменение нормальной скорости в процессе развития взрыва для конкретного испытания.

1.2 У словия пожаровзрывобезопасности при использовании веществ и материалов

Для обеспечения пожаровзрывобезопасности процессов производства необходимо данные о показателях пожаровзрывоопасности веществ использовать с коэффициентами безопасности, приведенными в табл. 2.

Табл. 2 - Коэффициенты безопасности.

Способ предотвращения пожара, взрыва	Регламентируемый параметр	Условия пожаровзрывобезопасности
Предотвращение		г, без 0,9 (н - 0,7 R)
образования горючей		г, без 1,1 (фв+0,7 R)
		ф, без 1,1 (ф +0,7 R)
		Без 0,9 (- 0,7 R )
Ограничение воспламеняемости и горючести веществ и материалов	Горючесть вещества (материала)	Горючесть вещества (материала) не должна быть более регламентированной
	t всп,д	t всп,д t всп(з.т.) - 35С
Предотвращение образования в горючей среде (или внесения в нее) источников зажигания		Wбез 0,4 Wмин tбез 0,8 tтл

		кислородный индекс, % об.;
		допустимый кислородный индекс при нормальной температуре, % об.;
		воспроизводимость метода определения показателя пожарной опасности при доверительной вероятности 95%;
t без		безопасная температура, °С;
t всп,д		допустимая температура вспышки, °С;
t всп(з.т.)		температура вспышки в закрытом тигле, °С;
		минимальная температура среды, при которой наблюдается самовозгорание образца,. °С;
		температура тления, °С;
		безопасная энергия зажигания, Дж;
		минимальная энергия зажигания, Дж;
		верхний концентрационный предел распространения пламени по смеси горючего вещества с воздухом, % об. (г м-3);
		безопасная концентрация горючего вещества, % об. (гм-3);
		нижний концентрационный предел распространения пламени по смеси горючего вещества с воздухом, % об. (г м-3);
		минимальное взрывоопасное содержание кислорода в горючей смеси, % об.;
		безопасная концентрация кислорода в горючей смеси, % об.;
		минимальная флегматизирующая концентрация флегматизатора, % об.;
		безопасная флегматизирующая концентрация флегматизатора, % об.

1.3 Метод определения максимальной скорости нарастания давления взрыва пылевоздушных смесей

Аппаратур а .

Установка для определения показателей взрыва пылевоздушных смесей (рис. 1) включает в себя следующие элементы.

Реакционный сосуд, представляющий собой цилиндр рассчитанный на рабочее давление до 1 МПа. Сосуд снабжен штуцерами для подачи газовых компонентов и подсоединения датчика давления. Кроме металлического реакционного сосуда установка снабжена реакционным сосудом из стеклянной трубы. Система газоприготовления и распыления исследуемого вещества, состоит из:

Рис. 1. - Установка для определения показателей взрыва пылевоздушных смесей.

1 -- реакционный сосуд;

2 -- конус распылителя;

3 -- форкамера;

4 -- обратный клапан;

5 -- клапан с электроприводом;

6 -- манометр;

7 -- ресивер;

8 -- газоанализатор:

9 -- пульт управления;

10 -- источник зажигания;

11 -- регистрирующая аппаратура;

12 -- датчик давления

Подготовка к испытаниям .

· Устанавливают соответствие исследуемого вещества паспортным данным по внешнему виду, влажности, зольности.

· Исследуемые вещества рассеивают.

· Проверяют стальной реакционный сосуд на герметичность.

· Тарируют систему регистрации давления.

· Пригодность установки к работе проверяют.

Проведение испытаний .

В реакционном сосуде готовят газовую смесь с таким расчетом, чтобы общее давление газовой смеси превышало атмосферное не менее чем на 50 кПа. Затем сбрасывают избыточное давление через газоанализатор, определяя при этом содержание кислорода в реакционном сосуде.

В ресивере готовят газовую смесь с таким расчетом, чтобы общее давление газовой смеси превышало атмосферное не менее чем на 350 кПа. Затем сбрасывают избыточное давление через газоанализатор до начального давления распыления, определяя при этом содержание кислорода в ресивере. Взвешивают образец исследуемого вещества и помещают его в форкамеру.

Устанавливают на пульте управления продолжительность распыления образца. Включают источник зажигания и по выходу последнего на режим распыляют образец, фиксируя при этом изменение давления в реакционном сосуде и конечное давление в ресивере. После распыления образца определяют массу оставшегося в форкамере нераспыленного вещества.

Повторяют испытания с различными по массе образцами исследуемого вещества. давление взрыв пылевоздушный горючий

Оценка результатов .

По результатам единичного испытания определяют наибольшие значения избыточного давления взрыва и концентрацию исследуемого вещества во взвеси по формулам:

где p взр, p --соответственно значения избыточного давления взрыва и максимального изменения давления в процессе единичного испытания, кПа;

p а --атмосферное давление, кПа;

p 0 -- размерный коэффициент, кПа;

s --концентрация исследуемого вещества в реакционном сосуде для единичного испытания, кгм-3;

m -- масса образца в единичном испытании, кг;

V к, V --соответственно вместимость реакционного сосуда и ресивера, м3;

p н, p к --соответственно начальное и конечное давления в ресивере в процессе единичного испытания, кПа.

Для определения максимального давления взрыва исследуемого вещества строят кривую зависимости давления взрыва (p взр) от концентрации вещества (s). Массу образца, соответствующую наибольшему из полученных значений p взр , принимают за оптимальную (типичные значения оптимальных масс образца находятся в диапазоне от 1,5 до 5,0 г). Наибольшее из полученных значений давления взрыва принимают за максимальное давление взрыва исследуемого вещества.

Если в процессе испытании пылевоздушных смесей максимальное давление взрыва не превышает 50 кПа, то исследуемое вещество можно отнести к взрывобезопасным только при условии, что оно является трудногорючим или негорючим по результатам определения группы горючести. Для горючих веществ в таком случае рекомендуется провести испытания в крупномасштабной взрывной камере вместимостью не менее 20 дм3 с использованием источника зажигания большей энергии и мощности (например, пиротехнического с запасом химической энергии не менее 10 кДж.).

Сходимость и воспроизводимость метода определения показателей взрыва пылевоздушных смесей при доверительной вероятности 95 % не должна превышать значений, приведенных в табл.3.

Табл. 3 - Сходимость и воспроизводимость метода определения показателей взрыва пылевоздушных смесей.

Выводы

Методы определения физико-химических свойств горючих веществ основаны на создании определенных температурных условий для исследуемых веществ и оценке их поведения в этих условиях.

При определении пожаровзрывоопасности веществ и материалов различают газы, жидкости, твердые вещества и пыли. По горючести вещества и материалы подразделяют на негорючие, трудногорючие и горючие.

Основные свойства горючих веществ: температура вспышки, температура воспламенения, температура самовоспламенения, концентрационные пределы распространения пламени, температурные пределы распространения пламени, нормальная скорость распространения пламени и др.

Методы определения физико-химических свойств горючих веществ необходимы: для выявления их пожароопасности при работе с данными веществами в различных видах промышленности; для обеспечения безопасности персонала предприятий, работающих с ГВ; для быстрого выявления причин пожара и его устранения и т.д.

С писок использованных источников

1. ГОСТ 12.1.044-89 "Пожаровзрывоопасность веществ и материалов"

2. ГОСТ 12.1.010-76 "Взрывобезопасность"

Расчетная часть

§ Г.В. - Гексиловый спирт С6Н14О;

§ Температура Т = 283К;

§ Давление Р = 110000Па;

§ Коэффициентт избытка воздуха б = 1,6;

§ Объем помещения Vпом = 1890м3;

§ Поверхность испарения Sис = 3 м2;

Определить:

VB; VПГ; % состав П.Г.; QH; tr; d; Снас; Сст; Рвз; НКПР; ВКПР; НТПР; ВТПР; tвс; фис.

Решение:

Рассчитаем объем воздуха, необходимого для полного сгорания 1 кг ГВ.

А) Составим уравнение реакции горения гексилового спирта на воздухе

С6Н14О + 9О2 + 93,76N2 = 6CO2 + 7H2O + 93.76N2

Б) Определяем массу 1 Кмоля Г.В.: М = 126 + 114 + 16 = 102 кг.

В) определяем объем 1 Кмоля любого газа или пара при заданных условиях:

Объем любого газа из уравнения реакции горения можно определить по формуле:

nГВ = 1; nCO2 = 6; nO2 = 9; nN2 = 9; nН20 = 7

г) Определяем реальный расход воздуха с учетом заданных условий и избытка воздуха:

Определим объем и процентный состав ПГ 1 кг гексилового спирта.

А) Определяем объем ПГ:

Б) Определить процентный состав ПГ, приняв VПГ за 100%

С помощью формулы Менделеева определим теплоту сгорания для 1 кг ГВ.

А) Приняв массу 1 Кмоля за 100%, опр. массовое процентное содержание элементов в ГВ:

Б) по формуле Менделеева:

Определим плотность паров гексилового спирта по отношению к плотности воздуха:

Рассчитаем концентрацию насыщенных паров гексилового спирта.

А) находим давление насыщенных паров при 283 К. Оно равно примерно 177 Па

Б) концентрация паров в % по объему составит:

Рассчитаем стехиометрическую концентрацию паров гексилового спирта в смеси с воздухом, приняв объем всей смеси за 100%.

А) в процентах по объему:

Рассчитаем концентрационные пределы распространения пламени паров гексилового спирта.

А) в % по объему:

Определим время образования минимальной взрывоопасной концентрации паров гексилового спирта.

А) Взрывоопасная концентрация паров образуется при достижении НКПР =

Определим массу жидкости, которую нужно испарить, чтобы образовалась НКПР:

Б) Определить время испарения из формулы массовой скорости испарения:

По условию задачи: S = 3м2; G = 0,12 г/м2с,

Определим температуру горения

Для этого рассчитаем теплосодержание ПГ при нескольких температурах и выберем 2 значений при Дt = 100о, между которыми находится значение QH.

А) Определим среднее теплосодержание 1 м3 ПГ:

Б) Исходя из состава ПГ (›70% приходится на долю азота), примем t1 = 1500оС, т.к. при этой температуре qср ближе всего к табличному значению qN2, рассчитаем теплосодержание ПГ.

В) Т.к. теплосодержание ПГ не может быть меньше тепловыделения, примем t2 = 1600оС и рассчитаем теплосодержание ПГ при этой t2

Г) истинную температуру горения находим интерполяцией

1500 1522 1600 toC

Более точно рассчитываем температуру по формуле:

Рассчитаем температурные пределы распростран ения пламени гексилового спирта

А) определим давление пара на нижнем и верхнем пределах распространения пламени:

Б) по таблице давлений пара опр. ТПР гексилового спирта по вычисленным значениям. Для этого выберем две температуры с разностью в 10оС так, чтобы при одной из них табличное значение давления насыщенных паров было больше расчетного, при другой - меньше. Интерполяцию выполняем аналогично п.4. Искомый ТПР должен получиться в выбранном температурном интервале:

Рас c читаем температуру вспышки.

А) по таблице определим температуру кипения гексилового спирта tкип= 157,2оС

Б) определим коэффициент горючести, зависящий от содержащихся в молекуле атомов:

В) Определим температуру вспышки по формуле Элея:

Рас c читаем давление при взрыве паров при стехиометрической концентрации, считая, что tвз=t r

Выводы:

Определены показатели пожарной опасности гексилового спирта при заданных параметрах.

1. Расход воздуха на горение VB = 14,376 м3

2. Объем и процентный состав продуктов горения VПГ = 15,206 м3 (цСО2 = 8,27%, цО2 = 7,44%, цN2 = 74,64%, цН2О = 9,65%)

3. Низшая теплота сгорания QH = 36376 кДж/кг

4. Плотность паров по воздуху d = 3,52 ,т.е. пары гексилового спирта в 3,52 раз тяжелее воздуха.

5. Давление и концентрация насыщенных паров: СНАС = 7,68 г/м3; РНАС = 177 Па; цНАС = 0,161%

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

Особенности распространения пожара. Особенности пожаровзрывоопасности горючих веществ. Расчет критериев пожарной опасности при сгорании веществ. Основные направления технических мер по взрывозащите и по взрывопредупреждению. Системы локализации взрыва.

курсовая работа , добавлен 22.12.2015


Физико-химические свойства и характеристика бензола, метод его промышленного получения. Расчет избыточного давления взрыва для индивидуальных горючих газов, паров легковоспламеняющихся и горючих жидкостей. Категории помещений по пожарной опасности.

курсовая работа , добавлен 25.01.2012


Общие положения, мероприятия по пожарной профилактике. Процессы и условия горения и взрыва, свойства веществ и материалов, применяемых в технологическом процессе, способов и средств защиты от пожара и взрыва. Состояние пожароопасности населенных пунктов.

реферат , добавлен 12.05.2009


Классификация объектов по пожаро- и взрывопожароопасности. Расчет избыточного давления взрыва для горючих пылей; веществ и материалов, способных взрываться и гореть при взаимодействии с водой, кислородом воздуха. Огнестойкость зданий и сооружений.

курсовая работа , добавлен 12.05.2015


Анализ пожаровзрывоопасности веществ, участвующих в производстве полиэтилена. Расчет давления взрыва в аппаратах. Определение вероятности их безаварийной работы. Показатели надёжности и техногенного риска. Установление наиболее опасной причины аварии.

курсовая работа , добавлен 11.12.2012


Правильный выбор и средств пожаротушения в зависимости от особенностей защищаемых объектов. Физико-химические и пожаровзрывоопасные свойства веществ и материалов. Проектирование и расчет основных параметров системы автоматического пожаротушения.

курсовая работа , добавлен 20.07.2014


Физико-химические и пожаровзрывоопасные свойства веществ и материалов, обращающихся при производстве. Определение критической продолжительности пожара. Выбор типа установки пожаротушения. Компоновка установки пожаротушения и описание ее работы.

курсовая работа , добавлен 20.07.2014


Характеристика опасных веществ, обращающихся на предприятии. Оценка вероятности реализации аварийных ситуаций. Расчет избыточного давления взрыва для горючих пылей. Определение значений энергетических показателей взрывоопасности технологических блоков.

дипломная работа , добавлен 10.11.2014


Происхождение и классификация взрывчатых веществ. Основные свойства взрывчатых веществ. Особенности факторов поражения и зоны действия взрыва. Последствия воздействие взрыва на человека. Техника предотвращения взрывов. Действия населения при взрывах.

реферат , добавлен 22.02.2008


Основные свойства газов и меры безопасности при обращении с ними. Физико-химические свойства сжиженных углеводородных газов. Анализ особенностей их воздействия на организм человека. Техническая характеристика установки для одоризации сжиженного газа.