Горение и пожарная опасность веществ и производств
2.1.Основные понятия. Физико-химические основы горения
Горением называется быстропротекающее химическое превращение веществ, сопровождающееся выделением большого количества теплоты и ярким свечением (пламенем). В зависимости от скорости протекания процесса, горение может происходить в форме собственно горения и взрыва.
Для процесса горения необходимо:1) наличие горючей среды, состоящей ив горючего вещества и окислителя; 2) источника воспламенения. Чтобы возник процесс горения, горючая среда должна быть нагрета до определенной температуры при помощи источника воспламенения (пламя, искра электрического или механического происхождения, накаленные тела, тепловое проявление химической, электрической или механической энергий).
После возникновения горения постоянным источником воспламенения является зона горения. Возникновение и продолжение горения возможно при определенном количественном соотношении горючего вещества и кислорода, а также при определенных температурах и запасе тепловой энергии источника воспламенения. Наибольшая скорость стационарного горения наблюдается в чистом кислороде, наименьшая - при содержании в воздухе 14 - 15% кислорода. При меньшем содержании кислорода в воздухе горение большей части веществ прекращается.
Различают следующие виды горения:
- полное - горение при достаточном количестве или избытке кислорода;
- неполное - горение при недостатке кислорода.
При полном горении продуктами сгорания являются двуокись углерода (CO2), вода (H2O), азот (N), сернистый ангидрид (SO2), фосфорный ангидрид. При неполном горении обычно образуются едкие, ядовитые горючие и взрывоопасные продукты: окись углерода, спирты, кислоты, альдегиды.
Горение веществ может протекать не только в среде кислорода,
но также в среде некоторых веществ, не содержащих кислорода, хлора,
паров брома, серы и т.д.
Горючие вещества могут быть в трех агрегатных состояниях:
жидком, твердом, газообразном. Отдельные твердые вещества при нагревании плавятся и испаряются, другие - разлагаются и выделяют газообразные продукты и твердый остаток в виде угля и шлака, третьи не разлагаются и не плавятся. Большинство горючих веществ независимо от агрегатного состояния при нагревании образуют газообразные продукты, которые при смешивании с кислородом воздуха образуют горючую среду. Группы горючести материалов представлены в приложении 1(табл.1).
По агрегатному состоянию горючего и окислителя различают:
- гомогенное горение - горение газов и горючих парообразующих веществ в среде газообразного окислителя;
- горение взрывчатых веществ и порохов;
- гетерогенное горение - горение жидких и твердых горючих веществ в среде газообразного окислителя;
- горение в системе «жидкая горючая смесь - жидкий окислитель».
Важнейшим вопросом теории горения является распространение пламени (зоны резкого возрастания температуры и интенсивной реакции). Различают следующие режимы распространения пламени (горения):
- нормальный режим горения;
- дефлеграционное горение;
- детонация.
а) Нормальный режим горения наблюдается при спокойном гетерогенном двухфазном диффузионном горении. Скорость горения будет определяться скоростью диффузии кислорода к горючему веществу в зону горения. Распространение пламени происходит от каждой точки фронта пламени по нормали к его поверхности. Такое горение и скорость распространения пламени по неподвижной смеси вдоль нормали к его поверхности называют нормальным (ламинарным). Нормальные скорости горения невелики. В этом случае повышения давления и образования ударной волны не происходит.
б) В реальных условиях вследствие протекания внутренних процессов и при внешних осложняющих факторах происходит искривление фронта пламени, что приводит к росту скорости горения. При достижении скоростей распространения пламени до десятков и сотен метров в секунду, но не превышающих скорости звука в данной среде (300 - 320м/сек) происходит взрывное (дефлеграционное) горение.
Взрыв - это быстрое превращение вещества, сопровождающееся выделением энергии и образованием сжатых газов, способных производить работу. Скорость пламени при взрыве достигает сотни метров в секунду. Если реагирующие вещества находятся в одинаковом агрегатном состоянии, то горение называют гомогенным, а если в различных и имеется граница раздела фаз в горючей системе, то - гетерогенным.
Гетерогенным диффузионным горением обычно характеризуются пожары. При пожарах в замкнутых объемах могут возникать условия, приводящие к взрывам и детонации.
2.2.Свойства веществ, характеризующие их пожарную опасность
Причинами пожаров могут быть нарушения регламентов технологических процессов, небрежное и невнимательное обращение с огнём и электронагревательными приборами, несоблюдение инструкций (норм) пожарной безопасности, самонагревание и самовозгорание легкоокисляемых веществ и материалов из-за неправильного хранения и размещения горючих веществ и материалов и т.д. К легковоспламеняющимся жидкостям (ЛВЖ) относятся жидкости, способные самостоятельно гореть после удаления источника зажигания и имеющие температуру вспышки не выше 61°С в закрытом тигле и 66°С в открытом тигле. В приложении 1(табл.4) приведены показатели некоторых взрывопожароопасных ЛВЖ и ГЖ.К горючим жидкостям (ГЖ) относятся жидкости, способные самостоятельно гореть после удаления источника зажигания и имеющие температуру вспышки выше 61°С в закрытом тигле и 66°С в открытом тигле.
По происхождению пожары делятся на: экзогенные, возникающие от внешнего теплового источника (открытого взрыва, короткого замыкания); эндогенные, возникающие от самонагревания, самовозгорания (угля, зерновых). Для зарождения эндогенного пожара необходимо наличие вещества, способного быстро окислятся при низких температурах, в результате чего может произойти самовозгорание. Это свойство вещества получило название химической активности к самовозгоранию. В результате окисления и накопления тепла самонагревание переходит в воспламенение.
Воспламенение – это качественно новый и отличный от самонагревания процесс, отличающийся большими скоростями окисления, выделением теплоты и излучением света. Самонагревание и самовоспламенение зарождается отдельными небольшими гнёздами, в связи с чем, обнаружить его очень трудно. Самовозгорание происходит вследствие накопления тепла внутри вещества и не зависит от воздействия внешнего источника тепла. Классификация строительных материалов по группам воспламеняемости представлены в приложении 1 (табл. 2).
Пожары имеют социально-экономическое значение, так как, во- первых, приводят к гибели людей (социальный фактор); во-вторых, существенно влияют на экономические показатели (ущерб от пожаров настолько велик, что сказывается на бюджете страны); в-третьих, наносят ущерб природе, оказывая влияние на экологическое равновесие в природе.
Пожары сопровождаются опасными и вредными явлениями, которые необходимо учитывать при проектировании и строительстве зданий и сооружений. С точки зрения пожарной безопасности очень важно принять правильное планировочное решение, предложить защиту строительных конструкций, предусмотреть необходимые пути эвакуации и обеспечить их безопасность, спроектировать автоматические средства тушения пожаров.
Можно выделить несколько основных свойств пожаров:
Высокая температура пламени, достигающая в наиболее горячей части 1200-14000С, передача тепла теплоизлучением, конвекции. Например, при пожаре в помещении с закрытой дверью около 40% тепла передаётся посредством излучения пламени на стены, 5% - через проёмы наружу и 50-55% уносится конвективными потоками также наружу через верхнюю часть окон.
Излучение пламени вызывает ожоги и болевые ощущения у людей, находящихся в зоне пожара. Минимальное расстояние от очага пожара, на котором может находиться человек, м: R=1,6H, где H – средняя высота факела пламени. Эту формулу нужно знать и в случае необходимости уметь применить. Люди в возбуждённом состоянии могут не заметить, что обожглись, или заметить это слишком поздно.
Наличие дыма резко снижает видимость внутри зданий и сооружений. Задымление создаёт угрозу для жизни людей, затрудняет спасение пострадавших.
Наличие токсичных газов в дыме (оксид углерода, оксид азота, сернистый газ, фосген) может привести к отравлению и смерти.
Температура дыма также представляет собой большую опасность для жизни людей. Этот факт часто не учитывают. Так, при температуре вдыхаемого дыма 600С (при отсутствии токсичных веществ) может наступить смерть.
Перенос огня на смежные здания и сооружения искрами, излучением, конвекцией. Возможность взрыва оборудования, аппаратуры на промышленных предприятиях.
В случае пожара, до прибытия пожарных команд, руководитель производства обязан определить минимальное расстояние от очага пожара, на котором могут находиться люди; выставить охрану, которая должна не пускать в опасную зону людей; организовать правильное тушение (в основном с наветренной стороны); установить контроль над близлежащими зданиями и оценить возможность их загорания от пожара с учётом интенсивности горения и метеорологических условий; выявить места, где может произойти взрыв, и принять соответствующие меры.
2.3.Общие требования пожарной безопасности к производственным объектам.
1.1 Требования к технической документации на производственны объекты
Техническая документация на производственные объекты, в том числе на здания, сооружения и технологические процессы, должна содержать пожарно-технические характеристики, предусмотренные настоящим техническим регламентом. Состав и функциональные характеристики систем обеспечения пожарной безопасности производственных объектов должны быть оформлены в виде самостоятельного раздела проекта, который подлежит согласованию с органами государственного пожарного надзора в порядке, установленном федеральным органом исполнительной власти, специально уполномоченным на решение задач в области пожарной безопасности.
1.2 Нормативные значения пожарного риска для производственных объектов
Индивидуальный пожарный риск в зданиях, сооружениях и на территории производственных объектов не должен превышать значения 10(-6)·год (-1).
Риск гибели людей в результате воздействия опасных факторов пожара должен определяться с учетом функционирования систем обеспечения пожарной безопасности зданий и сооружений.
Для производственных объектов, на которых обеспечение индивидуального пожарного риска 10(-6)·год(-1) невозможно в связи со спецификой функционирования технологических процессов, допускается увеличение индивидуального пожарного риска до значения 10(-4)·год(-1). При этом должны быть предусмотрены меры социальной защиты работников, компенсирующие их работу в условиях повышенного риска.
Индивидуальный пожарный риск воздействия опасных факторов пожара на производственном объекте для людей, находящихся в селитебной зоне объекта, не должен превышать 10(-8)·год(-1).
Социальный пожарный риск воздействия опасных факторов пожара на производственном объекте для людей, находящихся в селитебной зоне объекта, не должен превышать 10(-7)·год(-1).
Индивидуальный и социальный пожарные риски воздействия опасных факторов пожара на людей, находящихся в селитебной зоне, рассчитываются для производственных объектов, перечень которых определяется федеральным органом исполнительной власти, специально уполномоченным на решение задач по пожарной безопасности.
2.4.Порядок анализа пожарной опасности производственного объекта и расчета пожарного риска
2.4.1 Последовательность оценки пожарного риска производственного объекта
1.Оценка пожарного риска на производственном объекте должна предусматривать:
анализ пожарной опасности производственного объекта;
определение частоты реализации пожароопасных аварийных ситуаций на производственном объекте;
построение полей опасных факторов пожара для различных сценариев его развития;
оценку последствий воздействия опасных факторов пожара на людей для различных сценариев его развития;
вычисление пожарного риска.
2.Анализ пожарной опасности производственных объектов должен предусматривать:
анализ пожарной опасности технологической среды и параметров технологических процессов на производственном объекте;
определение перечня пожароопасных аварийных ситуаций для каждого технологического процесса;
определение перечня причин возникновения пожароопасных аварийных ситуаций для каждого технологического процесса;
построение сценариев возникновения и развития пожаров с гибелью людей.
2.4.2 Анализ пожарной опасности производственных объектов
1. Анализ пожарной опасности технологических процессов предусматривает сопоставление показателей пожарной опасности веществ и материалов, обращающихся в технологическом процессе, с параметрами технологического процесса.
2. Определение пожароопасных аварийных ситуаций на производственном объекте должно осуществляться на основе анализа пожарной опасности каждого из технологических процессов и предусматривать выбор ситуаций, при реализации которых возникает опасность для людей, находящихся в зоне поражения опасными факторами пожара и вторичными последствиями воздействия опасных факторов пожара. К пожароопасным аварийным ситуациям не относятся аварийные ситуации, в результате которых не возникает опасность для жизни и здоровья людей. Эти ситуации не учитываются при расчете пожарного риска.
Для каждой пожароопасной ситуации на производственном объекте должно быть приведено описание причин возникновения и развития пожароопасных ситуаций, места их возникновения и факторов пожара, представляющих опасность для жизни и здоровья людей в местах их пребывания.
Для построения основных сценариев пожароопасных ситуаций используется метод логических деревьев событий, обуславливающий возникновение и развитие пожароопасных ситуаций (далее _ логическое дерево).
Логическое дерево является основой для расчета пожарного риска. Сценарий возникновения и развития пожароопасной ситуации на логическом дереве отображается в виде последовательности событий от исходного до конечного события (ветвь логического дерева), приводящего к возникновению пожара (взрыва). Анализ событий, входящих в каждую из ветвей логического дерева, и их последовательность обуславливает необходимость сбора и объем информации, требуемых для расчета частот реализации каждого из событий.
3. Для определения причин возникновения пожароопасных ситуаций должны быть установлены события, реализация которых может привести к образованию горючей среды и появлению источника зажигания.
2.4.3. Оценка пожарного риска на производственном объекте
1. Для определения частоты реализации пожароопасных ситуаций на производственном объекте используется информация по:
отказам оборудования, используемого на производственном объекте;
параметрам надежности применяемого оборудования;
ошибочным действиям персонала производственного объекта;
гидрометеорологической обстановке в районе размещения производственного объекта;
географическим особенностям местности в районе размещения производственного объекта.
2. Построение полей опасных факторов пожара (взрыва) для различных сценариев его развития осуществляется на основе сопоставления информации по моделированию динамики опасных факторов пожара на территории, прилегающей к производственному объекту, и информации о критических для жизни и здоровья людей значениях опасных факторов анализируемого пожара (взрыва).
3. Оценка последствий воздействия опасных факторов пожара на людей для различных сценариев развития пожароопасных ситуаций предусматривает определение числа людей, попавших в зону поражения опасными факторами пожара.
Для оценки последствий воздействия опасных факторов пожара на людей используются как детерминированные, так и вероятностные модели развития пожароопасных ситуаций и воздействия их опасных факторов на людей.
4. Методика и порядок оценки пожарного риска устанавливаются федеральным органом исполнительной власти, специально уполномоченным на решение задач в области пожарной безопасности.
2.4.4.Требования к генеральным планам производственных объектов
1. Зонирование территории производственных объектов
При проектировании производственных объектов необходимо предусматривать зонирование их территории по функциональному признаку размещаемых зданий и сооружений с учетом технологических связей и обязательным соблюдением требований пожарной безопасности. Указанное зонирование должно быть отражено на генеральных планах производственных объектов, являющихся самостоятельным разделом проектной документации.
2.Размещение пожарных депо на территории производственных объектов.
При создании на территории производственного объекта объектовых подразделений пожарной охраны пожарные депо для размещения пожарной техники и личного состава этих подразделений должны располагаться на земельных участках, примыкающих к дорогам общего пользования.
Дислокация подразделений объектовой пожарной охраны на территории производственного объекта должна определяться расчетом в зависимости от пожарной опасности защищаемых объектов и целей выезда подразделения пожарной охраны для тушения пожара или устанавливаться исходя из условия, что радиус выезда пожарных подразделений не должен превышать 2 км.
Выезды из пожарных депо должны быть расположены таким образом, чтобы выезжающие пожарные автомобили не пересекали основных транспортных потоков.
Количество пожарных автомобилей и численность личного состава пожарных подразделений устанавливаются администрацией предприятия самостоятельно.
3.Требования к дорогам, въездам и проездам на территории производственного объекта.
Производственные объекты с площадками размером более 5 га должны иметь не менее двух въездов, за исключением складов нефти и нефтепродуктов I и II категорий, которые независимо от размеров площадки должны иметь не менее двух выездов на автомобильные дороги общей сети или на подъездные пути склада или предприятия.
При размере стороны площадки производственного объекта более 1000 м и расположении ее вдоль улицы или автомобильной дороги на этой стороне следует предусматривать не менее двух въездов на площадку. Расстояние между въездами не должно превышать 1500 м.
Огражденные участки внутри площадок производственных объектов (открытые трансформаторные подстанции, склады и т. п.) площадью более 5 га должны иметь не менее двух въездов.
К зданиям и сооружениям по всей их длине должен быть обеспечен подъезд пожарных автомобилей, с одной стороны _ при ширине здания или сооружения до 18 м и с двух сторон при ширине более 18 м, а также при устройстве замкнутых и полузамкнутых дворов.
К зданиям с площадью застройки более 10 га или шириной более 100 м подъезд пожарных автомобилей должен быть обеспечен со всех сторон.
Расстояние от края проезжей части или спланированной поверхности обеспечивающей проезд пожарных автомобилей, до стен зданий высотой до 12 м должно быть не более 25 м, при высоте зданий свыше 12 до 28 м _ не более 8 м, а при высоте зданий свыше 28 м _ не более 10 м.
К водоемам, являющимся источниками противопожарного водоснабжения, а также к градирням, брызгальным бассейнам и другим сооружениям, вода из которых может быть использована для тушения пожара, надлежит предусматривать подъезды с площадками для разворота пожарных автомобилей их установки и забора воды размером не менее 12х12 м.
Пожарные гидранты надлежит располагать вдоль автомобильных дорог на расстоянии не более 2,5 м от края проезжей части, но не ближе 5 м от стен здания.
Подъезды для пожарных машин не следует предусматривать к зданиям и сооружениям, материалы и конструкции которых, а также технологические процессы, исключают возможность возгорания.
Переезды или переходы через внутриобъектовые железнодорожные пути должны быть всегда свободны для пропуска пожарных автомобилей и иметь сплошные настилы заподлицо с головками рельсов.
Ширина ворот автомобильных въездов на площадку производственного объекта должна обеспечивать беспрепятственный проезд основных и специальных пожарных автомобилей.
4. Требования к источникам водоснабжения на производственных объектах
На производственных объектах должен предусматриваться наружный противопожарный водопровод. Источником водоснабжения объединенной или отдельной системы наружного противопожарного водопровода должна быть сеть городского водопровода или водозаборные скважины, а источником водоснабжения отдельной системы наружного противопожарного водопровода, водозаборные скважины или наземные водоемы. Сеть объединенного водопровода должна обеспечивать расчетный расход воды с учетом хозяйственно-питьевых нужд и целей пожаротушения. Расстановка пожарных гидрантов на водопроводной сети должна обеспечивать пожаротушение любого обслуживаемого данной сетью здания, сооружения или его части.
Запас воды для целей пожаротушения в пожарных резервуарах и других искусственных водоисточниках должен определяться исходя из расчетных расходов воды на наружное пожаротушение и продолжительности тушения пожаров.
5. Требования по ограничению распространения пожара на производственных объектах
Расстояния между зданиями и сооружениями, от складов до зданий и сооружений, между складами, открытыми технологическими установками, агрегатами и оборудованием, а также от них до зданий и сооружений, от газгольдеров для горючих газов до зданий и сооружений на территории производственного объекта в зависимости от степени огнестойкости, категории зданий по взрывопожарной и пожарной опасности и других характеристик должны приниматься в соответствии с требованиями технических регламентов и (или) нормативных документов по пожарной безопасности.
Резервуарные парки производственных объектов или отдельно стоящие резервуары с нефтепродуктами, сжиженными горючими газами, ядовитыми веществами должны располагаться на более низких отметках по отношению к зданиям и сооружениям производственного объекта и в соответствии с требованиями нормативных документов по пожарной безопасности должны быть обнесены (с учетом рельефа местности) сплошными стенами из негорючих материалов или земляными валами.
В случаях размещения указанных сооружений на более высоких отметках должны быть предусмотрены дополнительные меры по предотвращению при авариях наземных резервуаров возможности проникновения разлившейся горючей жидкости за пределы ограждающих сооружений.
Размещение наружных сетей с горючими жидкостями и газами под зданиями и сооружениями производственных объектов не допускается.
По периметру площадок производственных объектов хранения нефтепродуктов в таре должно быть предусмотрено устройство замкнутого обвалования или ограждающей стены из негорючих материалов.
Свободный от застройки объем обвалованной территории, образуемый между внутренними откосами обвалования или ограждающими стенами, следует определять по расчетному объему разлившейся жидкости, равному номинальному объему наибольшего резервуара в группе или отдельно стоящего резервуара.
Обвалование подземных резервуаров следует предусматривать только при хранении в этих резервуарах нефти и мазутов. Объем, образуемый между внутренними откосами обвалования, следует определять из условия удержания разлившейся жидкости в количестве, равном 10 % объема наибольшего подземного резервуара в группе.
На территории производственного объекта запрещается размещение надземных сетей трубопроводов с горючими жидкостями и газами: транзитных внутриплощадочных трубопроводов с горючими жидкостями и газами по эстакадам, отдельно стоящим колоннам и опорам из горючих материалов, а также по стенам и кровлям зданий, за исключением зданий I и II степеней огнестойкости; трубопроводов с горючими жидкостями и газами в галереях, если смешение этих продуктов может вызвать взрыв или пожар; трубопроводов с горючими жидкостями и газами, по сгораемым покрытиям и стенам;
по покрытиям и стенам зданий категорий А и Б по взрывопожарной и пожарной опасности; газопроводов горючих газов по территории складов твердых и жидких горючих материалов. Надземные трубопроводы для горючих жидкостей, прокладываемые на отдельных опорах и эстакадах следует размещать на расстоянии не менее 3 м от стен зданий с проемами и не менее 0,5 м от стен зданий без проемов.