Горючая среда: природа образования; понятие «горючесть материалов», группы горючести материалов и «поведение» горючей среды при пожаре

Горючесть — способность вещества, материала, изделия к самостоятельному горению.

По способности к самовозгоранию химические вещества подразделяются на три группы:

1-я группа.

Вещества, самовозгорающиеся при соприкосновении с воздухом (активированный уголь, фосфор белый, растительные масла и жиры, сернистые металлы, алюминиевый порошок, карбид щелочных металлов, порошкообразные железо, цинк и др.).
Окисление некоторых веществ этой группы, вызванное их взаимодействием с водяными парами воздуха, сопровождается выделением большого количества теплоты и протекает настолько быстро, что вскоре переходит в горение или взрыв. Для других веществ процессы самонагревания продолжаются длительное время (например, процесс самовозгорания белого фосфора заканчивается горением через несколько секунд, а процесс самовозгорания свежеприготовленного активированного угля продолжается несколько дней).

2-я группа.

Вещества, вызывающие горение при взаимодействии га с водой (щелочные металлы и их карбиды, окись кальция (негашеная известь), перекись натрия, фосфористый кальций, фосфористый натрий и др.).
Взаимодействие щелочных металлов с водой или влагой воздуха сопровождается выделением водорода, который воспламеняется за счет теплоты реакции. Попадание на негашеную известь небольшого количества воды вызывает самонагревание, заканчивающееся сильным разогревом (до свечения), поэтому находящиеся поблизости горючие материалы могуттзоспламениться.

3-я группа.

Вещества, самовозгорающиеся при смешивании одного с другим. Так, воздействие азотной кислоты на древесину, бумагу, ткани, скипидар и эфирные масла вызывает воспламенение последних; хромовый ангидрид воспламеняет спирты, эфиры и органические кислоты; ацетилен, водород, метан и этилен само­возгораются в атмосфере хлора на дневном свету; измельченное железо (опилки) самовозгорается в атмосфере хлора; карбиды щелочных металлов воспламеняются в атмосфере хлора и двуокиси углерода.

Температурой вспышки называется наименьшая температура горючего вещества, при которой в условиях специальных испытаний над его поверхностью образуются пары или газы, способные вспыхивать в воздухе от внешнего источника зажигания.

Температура вспышки является параметром, ориентировочно показывающим температурные условия, при которых горючее вещество становится огнеопасным. Температура вспышки горючих жидкостей при данной классификации определяется только в закрытом тигле.

Областью воспламенения газов (паров) в воздухе называется область концентрации данного газа в воздухе при атмосферном давлении, внутри которой смеси газа с воздухом способны воспламеняться от внешнего источника зажигания с последующим распространением пламени по смеси.

Граничные концентрации области воспламенения называют соответственно нижним и верхним пределами воспламенения газов (паров) в воздухе. Величины пределов воспламенения используют при расчете допустимых концентраций газов внутри взрывоопасных технологических аппаратов, систем вентиляции, а также при определении предельно допустимой взрывоопасной концентрации паров и газов при работах с применением огня, искрящего инструмента.

Величину концентрации газа или пара в воздухе внутри технологического аппарата, не превышающую 50% величины нижнего предела воспламенения, можно принимать как взрывобезопасную концентрацию. Обеспечение взрывобезопасности среды внутри аппа­ратуры при нормальном технологическом режиме не дает основания считать данное оборудование невзрывоопасным.

За величину предельно допустимой взрывобезопасной концен­трации (ПДВК) паров и газов при работе с применением огня, искрящего инструмента следует принимать концентрацию, которая не превышает 5% величины нижнего предела воспламенения данного пара или газа в воздухе при отсутствии в рассматриваемом аппарате конденсированной фазы.

Температурными пределами воспламенения паров в воздухе называются такие температурные границы вещества, при которых насыщенные пары образуют концентрации, равные соответственно нижнему или верхнему концентрационному пределу воспламенения.

Температурные пределы воспламенения учитывают при расчете безопасных температурных режимов в закрытых технологических объемах с жидкостями (топливные грузовые танки и т.п.), работающими при атмосферном давлении.

Безопасной, в отношении возможности образования взрыво­опасных паровоздушных смесей, следует считать температуру и максимальное давление взрыва.

Максимальное давление взрыва- это наибольшее давление, возникающее при взрыве. Его учитывают при расчете взрывоустойчивости аппаратуры с горючим газом, жидкостями и порошкообразными веществами, а также предохранительных клапанов и взрывных мембран, оболочек взрывонепроницаемого электро­оборудования.

Показатель возгораемости (коэффициент К) ~ безразмерная величина, выражающая отношение количества тепла, выделяемого образцом в процессе испытаний, к количеству тепла, выделяемому источником зажигания,

К = q/q_и,

где q - тепло, выделенное образцом в процессе горения, ккал;

q_и - тепловой импульс, т.е. тепло, подведенное к образцу от постоянного источника

поджигания, ккал.

По результатам испытаний степень возгораемости оценивается следующим образом.

Материалы несгораемые - материалы, которые при нагревании до 750°С не горят и на воздухе не выделяют горючих газов в количестве, достаточном для их воспламенения от поднесенного пламени. Поскольку определенный по методу калориметрии коэффициент К < 0,1 , такие материалы не способны гореть на воздухе.

Материалы трудносгораемые - материалы, температура воспла­менения которых ниже 750°С, причем материал горит, тлеет или обугливается только под воздействием поднесенного пламени и перестает гореть или тлеть после его удаления (0,1 < К < 0,5).

Материалы трудновоспламеняемые (или самозатухающие) - мате­риалы, температура воспламе-нения которых ниже 750°С, причем материал горит, тлеет или обугливается под воздействием поднесенного пламени. После его удаления материал продолжает гореть затухающим пламенем, не рас-пространяющимся по образцу (0,5 < К < 2,1). Такие материалы не способны возгораться в воздушной среде даже при длительном воздействии источника зажигания незначительной энергии (пламени спички 750 - 800°С, тления папиросы 700 - 750°С и т.д.).

Материалы сгораемые - материалы, температура воспламенения которых ниже 750°С, причем материал, воспламенившись от поднесенного пламени, продолжает гореть или тлеть после его удаления (К > 2,1).

Скорость горения. Скорость горения твердого вещества зависит от его формы. Измельченные твердые вещества в виде опилок или стружек будут гореть быстрее, чем монолитные. У измельченного горючего вещества большая поверхность горения подвергается воздействию тепла, поэтому теплота поглощается намного быстрее, испарение происходит значительно активнее, с выделением большего количества паров. Горение протекает очень интенсивно, вследствие чего горючее вещество расходуется быстро. С другой стороны, монолитное горючее вещество будет гореть дольше, чем измельченное.

Облака пыли состоят из очень мелких частиц. Когда облако воспламеняющейся пыли (например, зерновой) хорошо перемешивается с воздухом и воспламеняется, горение происходит очень быстро и часто сопровождается взрывом. Такие взрывы наблюдались при погрузке и выгрузке зерна и других измельченных горючих веществ.

Различают две скорости горения: массовую и линейную.

Массовой скоростью горения называется масса (т, кг) вещества, выгоревшего в единицу времени (мин, ч).

Линейной скоростью горения твердых горючих веществ называется скорость распространения огня (м/мин) и скорость роста площади очага пожара (м²/мин). Скорость горения твердых веществ зависит от степени их измельчения, влажности, объемного веса, доступа воздуха и ряда других факторов.

Изучение случаев пожара на судах дает возможность принять следующую среднюю линейную скорость горения (м/мин) различных объектов:

Посты управления.....................................................................0,5

Жилые помещения...................................................................1,0-1,2

Хозяйственные помещения, кладовые сгораемых материалов .....0,6-1,0

Грузовые помещения..................................... .........................0,5-0,7

Палубы автомобильных паромов ............... ...............................1,5

Машинное отделение с ДВС при горении дизельного топлива под плитами ....10

Отделения вспомогательных механизмов ......... .........................1,2

Помещения электрооборудования .............................................0,8

Котельные отделения при горении мазута под плитами .............8,0

Примерно в течение первых 2-3 мин пожара быстро увели­чивается площадь его очага (на пассажирских судах - до 20 м²/мин). Это время уходит обычно на сбор по тревоге экипажа судна и поэтому активная борьба с пожаром еще не ведется. В последующие 10 мин, когда начинают использоваться стационарные средства водо- и пенотушения, рост площади очага пожара замедляется.

Линейная скорость распространения огня определяет площадь очага пожара, а степень выгорания всего, что может гореть на этой площади, — продолжительность пожара.

Линейная скорость горения жидкости характеризуется высотой ее слоя (мм, см), выгоревшего в единицу времени (мин, ч). Скорость распространения пламени при воспламенении горючих газов составляет от 0,35 до 1,0 м/с.

Скорость выгорания характеризуется количеством горючего, сгорающего в единицу времени с единицы площади горения. Она определяет интенсивность сгорания материалов при пожаре. Ее необходимо знать для расчета продолжительности пожара в любых жидкостях. Скорость выгорания жидкости, разлитой на поверхности морской воды, примерно такая же, как и при выгорании ее с открытых поверхностей емкостей.

Температура. Важнейшим параметром судового пожара, в значи­тельной мере определяющим не только инженерно-профилактические мероприятия, но и тактические действия аварийных партий и групп судов является температура. Особенно большое значение имеет температура при внутренних судовых пожарах.

От температуры пожара зависит интенсивность теплопередач от зоны пожара в окружающую среду, скорость движения газовых потоков, а также возможность взрывов, представляющих крайнюю опасность при тушении пожара.

Температурное поле пожара весьма неоднородно. Чем ближе к зоне пожара, тем температура, как правило, выше. В верхней части помещений воздух обычно более нагрет, чем у палуб. С учетом поведения судовых конструкций и материалов и с пожарно-тактической точки зрения удобнее всего за температуру пожара принять среднюю температуру дымовых газов, заполняющих зону пожара. Существенное значение имеют также температуры на поверхностях судовых конструкций, ограждающих зону пожара: температура на поверхности, обращенной к огню, и температура на противоположной огню поверхности.

Ориентировочно температуру в некоторых точках зоны пожара можно определить косвенным путем - по оплавлению несгоревших материалов, находившихся в зоне пожара, или по цвету каления нагретых тел (табл. 4.1).

Таблица 4.1

Зависимость цвета каления от температуры

Цвет каления	Температура, °С	Цвет каления	Температура, °С
Начало темно-красного Темно-красный Начало вишневого Вишневый Светло-вишневый		Темно-оранжевый Светло-оранжевый Белый Ярко-белый Ослепительно-белый

При горении твердых материалов температура пожара зависит главным образом от рода материалов, величины пожарной нагрузки, условий притока воздуха и удаления продуктов сгорания, а также продолжительности горения.

Зависимость температуры пожара от продолжительности горения для всех твердых веществ имеет приблизительно одинаковый характер. Вначале температура резко возрастает до максимума, а по мере выгорания материала происходит ее постепенный спад. При повышении пожарной нагрузки увеличивается общая продолжи­тельность горения, возрастает максимальная температура пожара, спад температуры происходит медленнее, но характер зависимости остается неизменным.

В условиях ограниченного газообмена, например при закрытых проемах в жилом помещении, увеличение температур происходит значительно медленнее. Максимальная температура достигает 800 -900°С.

Температурный режим в помещениях при горении жидкостей имеет свои особенности. Поскольку жидкости обычно находятся в каких-либо сосудах (в поддонах, цистернах и т.д.), их горение зачастую имеет локальный характер. В этих условиях, если отношение площади горения к площади палубы близко к единице, температура пожара составляет приблизительно 1100°С. Если же площадь горения составляет лишь небольшую часть площади палубы, температура значительно ниже.

Температурный режим пожара при одновременном горении жидкостей и твердых материалов зависит от того, какие горючие материалы преобладают: если жидкости составляют лишь небольшую часть пожарной нагрузки, то температурный режим мало отличается от режима твердых материалов.

При внутренних пожарах в зоне агрессивного воздействия тепла могут быть внезапные конвективные потоки раскаленных газов, которые возникают при изменении условий газообмена, вызываемых открыванием дверей и других проемов.

Зона агрессивного воздействия тепла является частью зоны задымления, в ней возможны опасные для человека температуры. Человек способен очень короткое время находиться в сухом воздухе, имеющем температуру 80 - 100°С. Длительное пребывание при температуре 50 - 60°С вызывает тягчайшие последствия от перегре­вания. Влажный воздух при температуре 50 - 60°С для многих людей становится непереносимым через несколько минут.

При оценке пожарной опасности газов определяют область воспламенения в воздухе, максимальное давление взрыва, температуру самовоспламенения, категорию взрывоопасной смеси, минимальную энергию зажигания, минимальное взрывоопасное содержание кисло­рода, номинальную скорость горения.

При оценке пожарной опасности жидкостей определяют группу горючести, температуру вспышки, температуру воспламенения, темпе­ратурные пределы воспламенения, скорость выгорания. Для легко­воспламеняющихся жидкостей дополнительно определяют область вос­пламенения в воздухе, максимальное давление взрыва, категорию взрывоопасной смеси, минимальную энергию зажигания, минимальное взрывоопасное содержание кислорода, нормальную скорость горения.

При оценке пожарной опасности всех твердых веществ и материалов определяют группу возгораемости, температуру воспла­менения. Для твердых веществ с температурой плавления ниже 300°С дополнительно определяют: температуру вспышки, температурные пределы воспламенения паров в воздухе.
Для пористых, волокнистых и сыпучих материалов при необходимости дополнительно определяют температуру самонагревания, температуру тления при самовозгорании, температурные условия теплового самовозгорания.
Для веществ порошкообразных или способных образовать пыль дополнительно определяют нижний предел воспламенения аэровзвеси, максимальное давление взрыва аэровзвеси, минимальную энергию зажигания аэро­взвеси, минимальное взрывоопасное содержание кислорода.

При оценке пожарной опасности вещества необходимо изучить его свойства, выявить возможность их изменения с течением времени и при использовании в определенных условиях. В особенности это важно учитывать при контакте вещества с другими активными веществами при длительном нагреве, облучении и других внешних воздействиях, в результате которых могут измениться его физико-химические свойства.

При испытании судостроительных, а также других твердых материалов на возгораемость первоначально выявляется группа сгораемых материалов методом огневой трубы.

Материал считается сгораемым, если при испытании методом огневой трубы время самостоятельного горения или тления превышает 1 мин, а потеря веса образца - 20%. К сгораемым материалам относятся также материалы, самостоятельно горящие пламенем по всей поверхности образца, независимо от потери веса и времени его горения. Такие материалы дальнейшим испытаниям не подвергаются.

Материалы, имеющие потерю веса менее 20%, а также материалы, теряющие 20% веса и более, но самостоятельно горящие или тлеющие менее 1 мин для окончательной оценки степени возгораемости подвергаются дополнительным испытаниям по методу калориметрии.