Показники пожежної небезпеки речовин. Для повної оцінки пожежної небезпеки твердих речовин і матеріалів, а також рідин і газів необхідні певні показники.
Температурою займання називається найменша температура горючої речовини, при якій вона виділяє горючі пари або гази з такою швидкістю, що після займання їх від зовнішнього джерела запалювання речовина стійко горить. Температура займання - показник пожежонебезпеки тільки горючих речовин і матеріалів, оскільки вона характеризує здатність їх до самостійного горіння.
Температурою самозаймання називається найменша температура речовини (або його суміші з повітрям), при якій відбувається різке збільшення швидкості екзотермічних реакцій, що приводить до виникнення полум'яного горіння.
Температуру займання газів і парів враховують у випадках:
класифікації газів і парів легкозаймистих рідин по групам вибухонебезпечності для вибору типу електрообладнання (при цьому мають на увазі стандартну температуру самозаймання);
вибору температурних умов безпечного застосування речовини при нагріванні його до високих температур (при цьому використовують мінімальну температуру самозаймання);
обчислення максимально допустимої температури нагрівання не теплоізольованих поверхонь технологічного, електричного та іншого обладнання;
розслідування причин пожежі, якщо необхідно визначити, чи могло самозапалившись речовина від нагрітої поверхні.
Схильність до самозаймання характеризує здатність ряду речовин і матеріалів самозайматися при нагріванні до порівняно невеликих температур або контакті з іншими речовинами, а також при впливі тепла, що виділяється мікроорганізмами в процесі їх життєдіяльності. Відповідно до цього розрізняють теплове, хімічне та мікробіологічне самозаймання.
Схильність до теплового самозаймання характеризується температурами самонагревания і тління, а також залежністю температури середовища, при якій спостерігається самозаймання, від розмірів і форми зразка. Схильність до самозаймання враховують при розробці пожежно-профілактичних заходів.
Температурою самонагревания називається найменша температура, при якій в речовині або матеріалі виникають практично помітні екзотермічні процеси окислення і розкладання, які можуть привести до самозаймання.
Нагрівання до температури самонагрівання - найменшою температури речовини, потенційно може представляти пожежну небезпеку. Температуру самонагревания враховують при визначенні умов безпечного тривалого (або постійного) нагрівання речовини.
Безпечної температурою нагрівання даної речовини або матеріалу (незалежно від розмірів зразка) слід вважати температуру, що не перевищує 90% величини температури самонагрівання.
Температурою тління називається критична температура твердої речовини, при якій різко збільшується швидкість процесу самонагрівання, що призводить до виникнення вогнища тління. Температуру тління враховують при розслідуванні причин пожеж, визначенні безпечних умов нагрівання твердих матеріалів і т.д.
Розглянемо особливості протікання процесу окислення самовозгорающихся речовин рослинного походження, викопного вугілля, масла і жиру, хімічних речовин і сумішей.
До числа самовозгорающихся речовин рослинного походження відносять шрот, рибне борошно, сіно, макухи та ін. Особливо схильні до самозаймання вологі рослинні продукти, в яких триває життєдіяльність мікроорганізмів.
Наявність вологи в рослинних продуктах при певних температурах супроводжується розмноженням мікроорганізмів, інтенсифікація життєдіяльності яких викликає підвищення температури. Рослинні продукти - погані провідники тепла, тому в них відбувається подальше підвищення температури.
При сприятливих для акумуляції тепла умовах: значній масі рослинного продукту, наприклад, сіна або макухи в трюмі, температура може досягти 70 ° С.
При цій температурі мікроорганізми гинуть, а їх розкладання супроводжується подальшим підвищенням температури з утворенням пористого вугілля, який здатний поглинати пари і гази у великому обсязі.
Цей процес також супроводжується виділенням тепла і поступовим підвищенням температури до 100 - 130 ° С, при якому відбувається розпад нових з'єднань з утворенням пористого вугілля. При температурі 200 ° С розкладається клітковина, що входить до складу рослинних продуктів, і утворюється новий вид вугілля, здатний інтенсивно окислюватися. Процес окислення вугілля призводить до подальшого підвищення температури, аж до виникнення горіння.
Самозайматися здатний і вугілля, що отримується при термічному розкладанні целюлозних матеріалів, наприклад деревне вугілля. Причому це відбувається відразу після його виготовлення. З плином часу його здатність поглинати пари і гази зменшується, внаслідок чого деревне вугілля, який тривалий час був на повітрі, втрачає схильність до самозаймання.
Викопне вугілля деяких видів здатний окислюватися при низьких температурах і поглинати кисень з повітря і інші гази або пари. Але головною причиною самозаймання є окислення вугілля. Поглинання вугіллям парів і газів також супроводжується підвищенням температури.
Найбільшою поглинальною здатністю володіє молодий вугілля, що містить вологу. Так, свежедобитий буре вугілля містить 10 - 20% гігроскопічної вологи, а худий - приблизно 1%, тому останній більш стійкий до самозаймання. Підвищення вологи викликає підвищення температури вугілля до 60 - 75 ° С, а подальше виділення тепла відбувається за рахунок окислення органічної маси.
Розвиток процесу самозаймання викопного вугілля залежить від ступеня його подрібнення: чим дрібніше вугілля, тим більше поверхня поглинання і окислення, більше швидкість їх протікання, тим більше виділяється тепла.
Нерідко причиною пожежі є самозаймання жирів і масел мінерального, рослинного або тваринного походження, якими просякнуті волокнисті матеріали та тканини.
Мінеральні масла (машинне, соляровое, трансформаторне) представляють собою суміш граничних вуглеводнів і в чистому вигляді самозайматися не можуть. Самозаймання їх можливо при наявності домішок рослинних масел. Рослинні масла (конопляне, лляне, соняшникова, бавовняне) і масла тваринного походження (вершкове) представляють собою суміш гліцеридів жирних кислот.
Багато хімічних речовин і їх суміші при зіткненні з повітрям або вологою здатні самонагрівається. Ці процеси нерідко закінчуються самозаймання.
За здатністю до самозаймання хімічні речовини поділяються на три групи:
1-я група.
Речовини, самозаймається при зіткненні з повітрям (активоване вугілля, фосфор білий, рослинні масла і жири, сірчисті метали, алюмінієвий порошок, карбід лужних металів, порошкоподібні залізо, цинк і ін.).
Окислення деяких речовин цієї групи, викликане їх взаємодією з водяними парами повітря, супроводжується виділенням великої кількості теплоти і протікає настільки швидко, що незабаром переходить в горіння або вибух. Для інших речовин процеси самонагрівання тривають тривалий час (наприклад, процес самозаймання білого фосфору закінчується горінням через кілька секунд, а процес самозаймання свіжоприготованого активованого вугілля триває кілька днів).
2-я група.
Речовини, що викликають горіння при взаємодії га з водою (лужні метали і їх карбіди, окис кальцію (негашене вапно), перекис натрію, фосфористий кальцій, фосфористий натрій і ін.).
Взаємодія лужних металів з водою або вологою повітря супроводжується виділенням водню, який запалюється за рахунок теплоти реакції. Попадання на негашене вапно невеликої кількості води викликає самонагрівання, що закінчується сильним розігрівом (до світіння), тому що знаходяться поблизу горючі матеріали могуттзоспламеніться.
3-тя група.
Речовини, самозаймається при змішуванні одного з іншим. Так, вплив азотної кислоти на деревину, папір, тканини, скипидар і ефірні масла викликає запалення останніх; хромовий ангідрид запалює спирти, ефіри і органічні кислоти; ацетилен, водень, метан і етилен самовозгораются в атмосфері хлору на денному світлі; подрібнене залізо (тирса) самозаймається в атмосфері хлору; карбіди лужних металів спалахують в атмосфері хлору і двоокису вуглецю.
Температурою спалаху називається найменша температура горючої речовини, при якій в умовах спеціальних випробувань над його поверхнею утворюються пари або гази, здатні спалахувати в повітрі від зовнішнього джерела запалювання.
Температура спалаху є параметром, орієнтовно показує температурні умови, при яких горюча речовина стає вогненебезпечним. Температура спалаху горючих рідин при даній класифікації визначається тільки в закритому тиглі.
Областю займання газів (парів) в повітрі називається область концентрації даного газу в повітрі при атмосферному тиску, всередині якої суміші газу з повітрям здатні займатися від зовнішнього джерела запалювання з подальшим поширенням полум'я по суміші.
Граничні концентрації області займання називають відповідно нижньою і верхньою межами займання газів (парів) в повітрі. Величини меж займання використовують при розрахунку допустимих концентрацій газів всередині вибухонебезпечних технологічних апаратів, систем вентиляції, а також при визначенні гранично допустимої вибухонебезпечної концентрації парів і газів при роботах із застосуванням вогню, іскристого інструменту.
Величину концентрації газу або пари в повітрі усередині технологічного апарату, що не перевищує 50% величини нижньої межі займання, можна приймати як вибухобезпечну концентрацію. Забезпечення вибухобезпеки середовища всередині апаратури при нормальному технологічному режимі не дає підстави вважати дане обладнання невибухонебезпечним.
За величину гранично допустимої вибухобезпечної концентрації (ГДВК) парів і газів при роботі із застосуванням вогню, іскристого інструменту слід приймати концентрацію, яка не перевищує 5% величини нижньої межі займання даного пари або газу в повітрі при відсутності в даному апараті конденсованої фази.
Температурними межами займання парів у повітрі називаються такі температурні межі речовини, при яких насичені пари утворюють концентрації, рівні відповідно нижнього або верхнього концентраційного межі займання.
Температурні межі запалення враховують при розрахунку безпечних температурних режимів в закритих технологічних обсягах з рідинами (паливні вантажні танки і т.п.), які працюють при атмосферному тиску.
Безпечної, щодо можливості утворення вибухонебезпечних пароповітряних сумішей, слід вважати температуру і максимальний тиск вибуху.
Максимальний тиск вибуху - це найбільший тиск, що виникає при вибуху. Його враховують при розрахунку вибухостійкого апаратури з пальним газом, рідинами і порошкоподібними речовинами, а також запобіжних клапанів і вибухових мембран, оболонок вибухонепроникна електрообладнання.
Показник возгораемости (коефіцієнт К) ~ безрозмірна величина, що виражає відношення кількості тепла, що виділяється зразком в процесі випробувань, до кількості тепла, що виділяється джерелом запалювання,
К = q / Qи,
де q - тепло, виділене зразком в процесі горіння, ккал;
Qи - теплової імпульс, тобто тепло, підведене до зразка від постійного джерела
підпалювання, ккал.
За результатами випробувань ступінь займистості оцінюється наступним чином.
Матеріали вогнетривкі - матеріали, які при нагріванні до 750 ° С не горять і на повітрі не виділяють горючих газів в кількості, достатній для їх займання від піднесеного полум'я. Оскільки визначений за методом калориметрії коефіцієнт К <0,1, такі матеріали не здатні горіти на повітрі.
Матеріали важкозгораємі - матеріали, температура займання яких нижче 750 ° С, причому матеріал горить, жевріє або обвуглюється тільки під впливом піднесеного полум'я і перестає горіти або тліти після його видалення (0,1 <К <0,5).
Матеріали важкозаймисті (або самозагасаючі) - матеріали, температура воспламе-вати яких нижче 750 ° С, причому матеріал горить, жевріє або обвуглюється під впливом піднесеного полум'я. Після його видалення матеріал продовжує горіти загасаючим полум'ям, що не рас-ється за зразком (0,5 <К <2,1). Такі матеріали не здатні займатися в повітряному середовищі навіть при тривалому впливі джерела запалювання незначної енергії (полум'я сірника 750 - 800 ° С, тління цигарки 700 - 750 ° С і т.д.).
Матеріали спаленні - матеріали, температура займання яких нижче 750 ° С, причому матеріал, запаливши від піднесеного полум'я, продовжує горіти або тліти після його видалення (К> 2,1).
Швидкість горіння. Швидкість горіння твердого речовини залежить від його форми. Подрібнені тверді речовини у вигляді тирси або стружок будуть горіти швидше, ніж монолітні. У подрібненого горючої речовини більша поверхня горіння піддається впливу тепла, тому теплота поглинається набагато швидше, випаровування відбувається значно активніше, з виділенням великої кількості парів. Горіння протікає дуже інтенсивно, внаслідок чого горюча речовина витрачається швидко. З іншого боку, монолітне горюча речовина буде горіти довше, ніж подрібнене.
Хмари пилу складаються з дуже дрібних частинок. Коли хмара займистою пилу (наприклад, зерновий) добре перемішується з повітрям і запалюється, горіння відбувається дуже швидко і часто супроводжується вибухом. Такі вибухи спостерігалися при навантаження і вивантаження зерна та інших подрібнених горючих речовин.
Розрізняють дві швидкості горіння: масову і лінійну.
Масової швидкістю горіння називається маса (т, кг) речовини, вигорілого в одиницю часу (хв, ч).
Лінійної швидкістю горіння твердих горючих речовин називається швидкість поширення вогню (м / хв) і швидкість росту площі вогнища пожежі (м2 / хв). Швидкість горіння твердих речовин залежить від ступеня їх подрібнення, вологості, об'ємної ваги, доступу повітря і ряду інших чинників.
Вивчення випадків пожежі на судах дає можливість прийняти наступну середню лінійну швидкість горіння (м / хв) різних об'єктів:
Пости управління ................................................ ..................... 0,5
Жилі приміщення................................................ ................... 1,0-1,2
Господарські приміщення, комори горючих матеріалів ..... 0,6-1,0
Вантажні приміщення ..................................... ........... .............. 0,5-0,7
Палуби автомобільних поромів ............... ............................... 1 , 5
Машинне відділення з ДВС при горінні дизельного палива під плитами .... 10
Відділення допоміжних механізмів ......... ......................... 1,2
Приміщення електрообладнання ............................................. 0,8
Котельні відділення при горінні мазуту під плитами ............. 8,0
Приблизно протягом перших 2-3 хв пожежі швидко збільшується площа його вогнища (на пасажирських суднах - до 20 м2 / хв). Це час йде зазвичай на збір по тривозі екіпажу судна і тому активна боротьба з пожежею ще не ведеться. У наступні 10 хв, коли починають використовуватися стаціонарні засоби водо- і пенотушения, зростання площі вогнища пожежі сповільнюється.
Лінійна швидкість поширення вогню визначає площа вогнища пожежі, а ступінь вигоряння всього, що може горіти на цій площі, - тривалість пожежі.
Лінійна швидкість горіння рідини характеризується висотою її шару (мм, см), вигорілого в одиницю часу (хв, ч). Швидкість поширення полум'я при запаленні горючих газів становить від 0,35 до 1,0 м / с.
Швидкість вигоряння характеризується кількістю пального, згорає в одиницю часу з одиниці площі горіння. Вона визначає інтенсивність згоряння матеріалів під час пожежі. Її необхідно знати для розрахунку тривалості пожежі в будь-яких рідинах. Швидкість вигоряння рідини, розлитої на поверхні морської води, приблизно така ж, як і при вигорянні її з відкритих поверхонь ємностей.
Температура. Найважливішим параметром суднового пожежі, в значній мірі визначає не тільки інженерно-профілактичні заходи, а й тактичні дії аварійних партій і груп судів є температура. Особливо велике значення має температура при внутрішніх суднових пожежах.
Від температури пожежі залежить інтенсивність теплопередачі від зони пожежі в навколишнє середовище, швидкість руху газових потоків, а також можливість вибухів, що представляють крайню небезпеку при гасінні пожежі.
Температурний поле пожежі дуже неоднорідній. Чим ближче до зони пожежі, тим температура, як правило, вище. У верхній частині приміщень повітря зазвичай більш нагрітий, ніж у палуб. З урахуванням поведінки суднових конструкцій і матеріалів і з пожежно-тактичної точки зору найзручніше за температуру пожежі прийняти середню температуру димових газів, що заповнюють зону пожежі. Суттєве значення мають також температури на поверхнях суднових конструкцій, що обгороджують зону пожежі: температура на поверхні, зверненої до вогню, і температура на протилежній вогню поверхні.
Орієнтовно температуру в деяких точках зони пожежі можна визначити непрямим шляхом - по оплавлення незгорілих матеріалів, які перебували в зоні пожежі, або за кольором розжарювання нагрітих тіл (табл. 4.1).
Таблиця 4.1
Залежність гартування від температури
колір гартування
Температура, ° С
колір гартування
Температура, ° С
Початок темно-червоного
Темно червоний
початок вишневого
Вишневий
Світло-вишневий
525
700
800
900
1000
Темно-оранжевий
Світло-оранжевий
білий
Яскраво-білий
Сліпуче-білий
1100
1200
1300
1400
1500
При горінні твердих матеріалів температура пожежі залежить головним чином від роду матеріалів, величини пожежного навантаження, умов і повітряно-димових газів, а також тривалості горіння.
Залежність температури пожежі від тривалості горіння для всіх твердих речовин має приблизно однаковий характер. Спочатку температура різко зростає до максимуму, а в міру вигоряння матеріалу відбувається її поступовий спад. При підвищенні пожежної навантаження збільшується загальна тривалість горіння, зростає максимальна температура пожежі, спад температури відбувається повільніше, але характер залежності залишається незмінним.
В умовах обмеженого газообміну, наприклад при закритих прорізах в житловому приміщенні, збільшення температур відбувається значно повільніше. Максимальна температура досягає 800 -900 ° С.
Температурний режим в приміщеннях при горінні рідин має свої особливості. Оскільки рідини зазвичай знаходяться в будь-яких судинах (в піддонах, цистернах і т.д.), їх горіння найчастіше має локальний характер. У цих умовах, якщо відношення площі горіння до площі палуби близько до одиниці, температура пожежі становить приблизно 1100 ° С. Якщо ж площа горіння становить лише невелику частину площі палуби, температура значно нижче.
Температурний режим пожежі при одночасному горінні рідин і твердих матеріалів залежить від того, які горючі матеріали переважають: якщо рідини складають лише невелику частину пожежної навантаження, то температурний режим мало відрізняється від режиму твердих матеріалів.
При внутрішніх пожежах в зоні агресивного впливу тепла можуть бути раптові конвективні потоки розпечених газів, які виникають при зміні умов газообміну, що викликаються відкриванням дверей та інших отворів.
Зона агресивного впливу тепла є частиною зони задимлення, в ній можливі небезпечні для людини температури. Людина здатна дуже короткий час перебувати в сухому повітрі, що має температуру 80 - 100 ° С. Тривале перебування при температурі 50 - 60 ° С викликає найтяжчі наслідки від перегрівання. Вологе повітря при температурі 50 - 60 ° С для багатьох людей стає нестерпним через кілька хвилин.
При оцінці пожежної небезпеки газів визначають область займання в повітрі, максимальний тиск вибуху, температуру самозаймання, категорію вибухонебезпечної суміші, мінімальну енергію запалювання, мінімальне вибухонебезпечне вміст кисню, номінальну швидкість горіння.
При оцінці пожежної небезпеки рідин визначають групу горючості, температуру спалаху, температуру займання, температурні межі займання, швидкість вигоряння. Для легкозаймистих рідин додатково визначають область займання в повітрі, максимальний тиск вибуху, категорію вибухонебезпечної суміші, мінімальну енергію запалювання, мінімальне вибухонебезпечне вміст кисню, нормальну швидкість горіння.
При оцінці пожежної небезпеки всіх твердих речовин і матеріалів визначають групу займистості, температуру займання. Для твердих речовин з температурою плавлення нижче 300 ° С додатково визначають: температуру спалаху, температурні межі займання парів у повітрі.
Для пористих, волокнистих і сипучих матеріалів при необхідності додатково визначають температуру самонагрівання, температуру тління при самозаймання, температурні умови теплового самозаймання.
Для речовин порошкоподібних або здатних утворити пил додатково визначають нижню межу займання аерозависі, максимальний тиск вибуху аерозависі, мінімальну енергію запалювання аерозависі, мінімальне вибухонебезпечне вміст кисню.
При оцінці пожежної небезпеки речовини необхідно вивчити його властивості, виявити можливість їх зміни з плином часу і при використанні в певних умовах. Особливо це важливо враховувати при контакті речовини з іншими активними речовинами при тривалому нагріванні, опроміненні та інших зовнішніх впливах, в результаті яких можуть змінитися його фізико-хімічні властивості.
При випробуванні суднобудівних, а також інших твердих матеріалів на горючість спочатку виявляється група горючих матеріалів методом вогневої труби.
Матеріал вважається горючих, якщо при випробуванні методом вогневої труби час самостійного горіння або тління перевищує 1 хв, а втрата ваги зразка - 20%. До горючих матеріалів відносяться також матеріали, самостійно палаючі полум'ям по всій поверхні зразка, незалежно від втрати ваги і часу його горіння. Такі матеріали подальшим випробуванням не піддаються.
Матеріали, що мають втрату ваги менше 20%, а також матеріали, що втрачають 20% ваги і більше, але самостійно палаючі або тліючі менше 1 хв для остаточної оцінки ступеня займистості піддаються додатковим випробуванням за методом калориметрії.
