Пожароопасные свойства веществ и материалов

Пожарная и взрывная опасность веществ и материалов - близкие характеристики, для рассмотрения которых используются, в основном, одни и те же показатели. Различие между характеристиками заключаются в скорости распространения пламени, которая для взрывных процессов существенно выше, чем при пожаре.

Необходимо подчеркнуть, что фактическая (реальная) скорость распространения пламени не является постоянной и зависит от ряда факторов. Причинами ускорения пламени (интенсификация горения) могут быть различные газодинамические и теплофизические явления. Пожароопасность веществ и материалов определяется показателями, характеризующими предельные условия возникновения горения и максимальную опасность, создаваемую при возникновении горения. При этом необходимо помнить, что собственно сгорание различных веществ, как правило, происходит в газовой фазе. Поэтому характер показателей и их количество зависят от агрегатного состояния горючих материалов.

Одной из важнейших пожароопасных характеристик веществ и материалов является их горючесть, под которой понимаются способность веществ и материалов распространять по себе горение. Горючесть - это весьма сложное понятие, определяемое совокупностью ряда явлений и теплофизических свойств, как исходных материалов, так и продуктов их превращения при горении, расположения материалов в пространстве и их размеров. Показатели, характеризующие горючесть веществ и материалов, зависят так же от их агрегатного состояния. В частности, горючесть газов и паров характеризуются наличием у них концентрационного предела распространения пламени, горючесть жидкостей - температуры воспламенения. Горючесть твердых материалов определяют: по приросту температуры в печи, потере массы образца и продолжительности устойчивого пламенного горения.

Горючие газы

В простейшем случае, когда горючим веществом является газ, основными показателями пожарной опасности являются: концентрационные пределы воспламенения или распространения пламени, температура самовоспламенения, нормальная скорость распространения пламени и минимальная энергия зажигания.

Физический смысл концентрационного предела воспламенения может быть объяснен следующим образом. При последовательном повышении содержания компонентов горючей смеси от их нулевого значения до некоторой их вполне определённой концентрации будет достигнуто условие, когда интенсивность тепловыделения будет обгонять интенсивность теплоотвода. Наинизшая температура, при которой достигается это условие, и есть температура самовоспламенения. При соблюдении такого неравенства возникает пламя, распространяющееся с нормальной скоростью. Предел, определяемый минимальным содержанием горючего компонента в бедной смеси, называется нижним концентрационным пределом распространения пламени, а предел, лимитируемый содержанием окислителя в богатой смеси и характеризуемый максимально возможным содержанием горючего компонента, при котором ещё возможно распространение пламени, называется верхним концентрационным пределом распространения пламени. Горение возможно в области составов между нижним и верхним концентрационными пределами распространения пламени. Вне этой области горение в режиме распространения пламени невозможно.

Предельное содержание кислорода в горючей смеси, разбавленной не участвующим в горении газом (инертным разбавителем или избыточным компонентом горючей смеси) определяют путём построения кривых флегматизации, ограничивающих область воспламенения.

На рисунке 2.1 показан типичный график флегматизации, на котором на оси ординат показано содержание горючего компонента, на оси абсцисс - концентрация разбавителя (флегматизатора). Горение возможно внутри области, ограниченной кривой флегматизации.

Рисунок 2.1 – График флегматизации

Содержание воздуха в каждой точке кривой флегматизации определяется выражением:

, (2.1)

где , , - концентрация воздуха, горючего и флегматизатора соответственно, % по объему.

Минимальное содержание кислорода, при котором ещё может гореть разбавленная горючая смесь, соответствует мысу кривой флегматизации. Обычно предельное содержание кислорода в горючей смеси определяют при флегматизации горючих смесей азотом и диоксидом углерода.

Горючие жидкости

Поскольку, как отмечалось выше, собственно горение осуществляется в газовой фазе, то оценка пожароопасности конденсированных веществ должна дополнятся показателями, характеризующими условия газообразной горючей смеси. При этом важнейшим является показатель, определяющий достаточную для поддержания распространения пламени интенсивность поступления в зону горения потока горючих паров. При оценке пожароопасности жидкостей перечисленные выше показатели для горючих газов дополняют следующими: температура вспышки, температура воспламенения и температурные пределы воспламенения. Определения указанных показателей приведено в 1 главе.

В зависимости от летучести жидкости, характеризуемой температурой вспышки и позволяющей судить о возможности образования взрывоопасной среды, жидкости подразделяются на легковоспламеняющиеся (ЛВЖ) и горючие (ГЖ). К легковоспламеняющимися жидкостям относятся жидкости с температурой вспышки менее 61 ^о С, к горючим - с температурой вспышки более 61 ^оС. Нагрева жидкостей до температуры вспышки недостаточно для возникновения устойчивого горения жидкости. Для обеспечения требуемой интенсивности испарения для устойчивого горения необходим нагрев жидкости до более высокой температуры, называемой температурой воспламенения. Если нагрев до температуры вспышки для устойчивого горения жидкости недостаточен, то для достижения концентрационных пределов паров необходим нагрев именно до этой температуры. Взрывоопасность жидкостей можно характеризовать как концентрационными пределами распространения пламени, так и температурными пределами. Температурные пределы - это температуры жидкостей, при которых давление насыщенных паров создаёт концентрацию паров, соответствующую концентрационному пределу распространения пламени.

Зависимость между пределами распространения пламени выражается следующим образом:

(%); (2.2)

(%); (2.3)

где НКП, ВКП - нижний и верхний концентрационный предел распространения пламени, соответственно;

, - давление насыщенных паров при нижнем температурном пределе (НТП) и верхнем температурном пределе (ВТП) соответственно, Па;

- атмосферное давление, Па.

Концентрационные пределы могут выражаться в процентах по объему или в граммах на кубический метр. Перевод значений концентрационных пределов из объёмных в массовые и наоборот производится по формулам:

; (2.4)

; (2.5)

где М - молярная масса горючего, кг/моль;

Т – температура, К.