Раздел 4.2. СВОЙСТВА ВЕЩЕСТВ, ХАРАКТЕРИЗУЮЩИЕ ИХ ПОЖАРНУЮ ОПАСНОСТЬ

4.2.1. ПОЖАР И ЕГО СВОЙСТВА
4.2.2. САМОВОЗГОРАНИЕ, ВОСПЛАМЕНЕНИЕ, ТЕМПЕРАТУРА ВСПЫШКИ И ГОРЕНИЯ, ВЗРЫВ ВЕЩЕСТВА
4.2.3. КАТЕГОРИИ ПРОИЗВОДСТВ И ПОМЕЩЕНИЙ ПО ВЗРЫВОПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ

ПОЖАР И ЕГО СВОЙСТВА.

Пожары – быстроразвивающиеся процессы горения, при которых пламя уничтожает всё, что встречается на его пути. Основными документами, регулирующими пожарную безопасность, являются Закон Украины “О пожарной безопасности”, “Правила пожарной безопасности в Украине”, ГОСТ 12.1004-91, ГОСТ 12.1044-89, ГОСТ 19433-88, СТ СЭВ 383-87 и др.
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.
Возникший в 99% по вине человека пожар является, своего рода, стихийным не контролируемым человеком процессом, развивающимся по геометрической прогрессии. Любое промедление в его подавлении грозит непредсказуемыми последствиями.
Неорганизованные процессы горения веществ, приводящие к потере материальных ценностей, травматизму и гибели людей, называют пожарами. В огне пожара на открытом воздухе температура достигает 700-900⁰С, в закрытых помещениях до 1200-1300⁰С.
По происхождению пожары делятся на: экзогенные, возникающие от внешнего теплового источника (открытого взрыва, короткого замыкания);эндогенные, возникающие от самонагревания, самовозгорания (угля, зерновых).
Горение веществ может происходить в твёрдом, жидком или газообразном (пароподобном) состоянии.
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.
Ориентировочно продолжительность пожара можно определить из уравнения:

(4.2.1.)

где – удельное количество теплоты пожара, Дж/м² ;
- продолжительность пожара, ч;
– площадь поверхности горения, м²;
– количество теплоты сгорания, Дж/кг;
– объём горючих веществ, м³;
-плотность горючих веществ, кг/м³.

Если площадь пола равна площади поверхности горения, то:
(4.2.2.)

Разделив объём горючих материалов на площадь пола, получим удельную загрузку помещения, кг/м²:
(4.2.3.)
Тогда
(4.2.4.)

На основании опытных данных, а также с учётом того, что сгораемую нагрузку жилых и большей части общественных зданий в основном составляют изделия из дерева, удельную сгораемую нагрузку для этих зданий принимают 56 кг/м², для квартир, заполненных мебелью - 50 кг/м², для кладовых, складов, книгохранилищ – 100…800 кг/м².
Удельная теплота пожара:
(4.2.5.)
где z – коэффициент химического недожёга;
n – весовая скорость сгорания, кг/м².

Коэффициент химического недожёга z для практических расчётов принимается 0,9 при горении жидких углеродов; 0,95…0,99 – при горении твёрдых горючих веществ.
По мере развития пожара скорость горения изменяется и зависит от площади проёмов F_ок, которые обуславливают приток кислорода. Изменение скорости сгорания учитывается коэффициентом β.
Тогда формула (4.2.4) принимает вид:

(4.2.6.)

Коэффициент β можно установить по таблицам или определить по эмпирическим формулам:
(4.2.7.)

где F_n – площадь пола.
Таким образом, на объекте можно оценить удельную загрузку каждого помещения, рассчитать время возможного горения с учётом этого разработать меры по предупреждению пожаров. Эти меры заключаются в обеспечении необходимым количеством средств тушения и правильном их расположении. В помещениях с высокой удельной загрузкой необходимо особое внимание и контроль над соблюдением этих мер.
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.

4.2.2. САМОВОЗГОРАНИЕ, ВОСПЛАМЕНЕНИЕ, ТЕМПЕРАТУРА ВСПЫШКИ И ГОРЕНИЯ, ВЗРЫВ ВЕЩЕСТВА

Горением называют сложный физико-химический процесс взаимодействия горючего вещества и окислителя, характеризующийся самоускоряющимся химическим превышением и сопровождающийся выделением большого количества теплоты и лучистой энергии.
Для возникновения и развития процесса горения необходимы горючее вещество, окислитель и источник воспламенения, инициирующий реакцию между горючим и окислителем. Горение отличается многообразием видов и особенностей. В зависимости от агрегатного состояния горючих веществ горение может быть гомогенным и гетерогенным.
При гомогенном горении компоненты горючей смеси находятся в одинаковом агрегатном состоянии (чаще в газообразном). Причём если реагирующие компоненты перемешаны, то происходит горение предварительно перемешанной смеси, которое иногда называют кинетическим (поскольку скорость горения в этом случае зависит только от кинетики химических превращений).
Если газообразные компоненты не перемешаны, то происходит диффузное горение (например, при поступлении потока горючих паров в воздух). Процесс горения лимитируется диффузией окислителя. Горение, характеризующееся наличием раздела фаз в горючей системе (например, горение жидкости и твёрдых материалов), является гетерогенным.
Горение дифференцируется также по скорости распространения пламени, и в зависимости от этого фактора оно может быть дефлаграционным (в пределах нескольких м/с), взрывным (десятки и сотни м/с) и детонационным (тысячи м/с). Кроме того, горение бывает ламинарным (послойное распространение фронта пламени по свежей горючей смеси) и турбулентным (перемешивание слоёв потока с повышенной скоростью выгорания).
Как правило, пожары характеризуются гетерогенным диффузным горением, а скорость горения зависит от диффузии кислорода воздуха в среде. Возникновение и развитие пожаров существенно зависит от степени пожарной опасности веществ. Одним из критериев пожарной опасности твёрдых, жидких и газообразных веществ является температура самовоспламенения, т.е. способность вещества самовоспламеняться.
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.
Все вещества по их опасности в отношении самовозгорания можно разделить на четыре группы:
вещества, способные самовозгораться при контакте с воздухом при обычной температуре (растительные масла, олифа, масляные краски, грунтовки, бурые и каменные угли, белый фосфор, алюминиевая и магниевая пудра, сажа и т.д.);
вещества, способные самовозгораться при повышенных температурах окружающего воздуха (50°С и выше) и в результате внешнего нагрева до температур, близких к температурам их воспламенения и самовоспламенения (пленки нитролаков пироксилиновые и нитроглицериновые пороха, растительные полувысыхающие масла и приготовленные из них олифы, скипидар и т.д.);
вещества, контакт которых с водой вызывает процесс горения (щелочные металлы, карбиды щелочных металлов, карбид кальция, алюминия и т.д.);
вещества, вызывающие самовозгорание горючих веществ при контакте с ними (азотная, магниевая, хлорноватистая, хлористая и другие кислоты, их ангидриды и соли; перекиси натрия, калия, водорода и др.; газы – окислители – кислород, хлор и др.).
Важнейшей характеристикой твердых сыпучих материалов является степень их возгораемости.
Все материалы, независимо от области применения делятся на три группы:
Несгораемые материалы, которые под воздействием огня или высокой температуры не воспламеняются, не тлеют и не обугливаются.
Трудносгораемые материалы, которые под воздействием огня или высокой температуры воспламеняются, тлеют или обугливаются и продолжают гореть или тлеть при наличии источника огня, а после удаления источника огня горение и тление прекращается.
Сгораемые материалы, которые под воздействием огня или высокой температуры воспламеняются или тлеют и продолжают гореть или тлеть после удаления источника огня.
Некоторые химические вещества, горючие и смазочные материалы в определенных концентрациях и условиях способны не только к возгоранию от источников тепла, но и к взрыву.
Пожарная опасность веществ (газообразных, жидких, твердых) определяется рядом показателей, характеристика и количество которых зависят от агрегатного состояния данного вещества.
Критериями пожарной опасности твердых, жидких и газообразных веществявляются: температура вспышки, температура воспламенения и самовоспламенения, индекс распространения пламени, кислородный индекс, коэффициент дымообразования, показатель токсичности продуктов горения и т.д.
Для отнесения строительных материалов к группе негорючих или горючих, испытания проводят согласно ДСТУ Б В.2.7.19-95 (ГОСТ 30244 – 94) «Материалы строительные. Методы испытаний на горючесть».
Метод I. Для испытания готовят пять образцов цилиндрической формы: диаметр (45 ± 0,2) мм, высота (50 ± 3) мм. Испытания проводят в печи при 835°С в течение 30 мин.
Если выполняются следующие действия:
- прирост температуры в печи не превышает 50°С;
- потеря массы образца не более 50%;
- продолжительность стойкого пламенного горения не более 10 с,
то материал относится к негорючим. При невыполнении этого условия испытания продолжают по методу II данного стандарта для определения группы горючести материалов: Г1, Г2, Г3, Г4.
При определении группы горючести оценку производят по четырем критериям (табл.4.2.1.).
Группу горючих и трудногорючих твёрдых материалов определяют по ГОСТ 12.1.044-98, п. 4.3. на приборе ОТМ – “Керамический короб”. Испытатели подвергают образцы 150 х 60 х 30 в течение 5мин. Если выполняются условия (потеря массы Δm < 60%, повышение температуры в камере Δt < 60°С) материал считается трудногорючим.

Таблица 4.2.1.

Группы горючести материалов

Одним из критериев пожарной опасности горючих жидкостей является температура вспышки.
Температурой вспышки паров горючей жидкости называется та минимальная температура жидкости, при которой в условиях нормального давления жидкость выделяет над своей свободной поверхностью пары в количестве, достаточном для образования с окружающим воздухом смеси, вспыхивающей при поднесении к ней открытого огня.
Группу воспламенения строительных материалов определяют согласно ДСТУ Б.В.1.1. – 2 – 97 (ГОСТ 3042). Параметром воспламеняемости материалов является критическая поверхностная плотность теплового потока (КППТП).
В зависимости от КППТП материалы подразделяются на три группы: В1, В2, В3 (табл.4.2.2.).

Таблица 4.2.2.

Классификация строительных материалов по группам воспламеняемости

Группа воспламеняемости материала	КППТП, кВт/м2
В 1	35 ≤ КППТП
В 2	20 ≤ КППТП < 35
В 3	КППТП < 20

Распространение пламени по материалам оценивают по ДСТУ Б В.2. 7-70-98 (ГОСТ 30444-97).
В зависимости от величины КППТП строительные материалы подразделяют на четыре группы распространения пламени: РП1, РП2, РП3, РП4 (табл. 4.2.3.).

Таблица. 4.2.3.

Классификация строительных материалов по группам распространения пламени

Группа распространения пламени	Критическая поверхностная плотность теплового потока, кВт/м2
РП 1	11,0 и более
РП 2	от 8,0, но не менее 11,0
РП 3	от 5,0, но не менее 8,0
РП 4	менее 5,0

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.
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.
Температурой воспламенения называют ту минимальную температуру, при которой нагреваемая в определённых условиях жидкость загорается при поднесении к ней пламени и горит в течение (не менее) 5с. Температура воспламенения опаснее, чем температура вспышки, так как пары и жидкость при воспламенении продолжают гореть после удаления пламени.
При строительных работах, особенно при приготовлении мастик, покрасочных работах, необходимо чётко знать степень возгораемости находящихся поблизости материалов и конструкций, правильно организовать контроль по предупреждению пожаров и обеспечить необходимым количеством средств тушения.
В зависимости от вида горючего материала пожары подразделяются на классы: А, В, С и Д (рис. 4.2.1.).
При горении твёрдых и жидких горючих веществ различают три стадии развития пожара.
Начальная стадия (загорание) характеризуется неустойчивостью, сравнительно низкой температурой в зоне пожара, малой высотой факела пламени и небольшой площадью очага горения (длится обычно 5 – 20 мин). В этой стадии горение может быть быстро прекращено с применением простейших средств (1 – 2 огнетушителя и т. п.).
Медленное развитие пожара объясняется тем, что приток свежего воздуха затруднён, так как закрыты окна и двери, кроме того, много тепла тратится на прогрев и подготовку горючих материалов к воспламенению.
Вторая стадия характеризуется тем, что выделяющееся при горении тепло усиливает процесс разложения и испарения горючих веществ. Площадь горения и факел пламени увеличиваются, и горение переходит в устойчивую форму. Для ликвидации пожара в этой стадии уже требуется применение водяных или пенных струй объёмного тушения.
Третья стадия отличается большой площадью горения, высокой температурой, большим размером излучающих поверхностей, конвективными потоками, деформацией и обрушением конструкций. В третьей фазе по мере выгорания содержимого температура в помещении начинает падать.
При воспламенении горючих газов горение развивается настолько быстро, что стадии развития пожара обычно не различаются (скорость распространения пламени не менее 1,0 м/с).
Пожары сопровождаются опасными и вредными явлениями, которые необходимо учитывать при проектировании и строительстве зданий и сооружений, ведении работ. С точки зрения пожарной безопасности очень важно принять правильное планировочное решение, предложить защиту строительных конструкций, предусмотреть необходимые пути эвакуации.
Взрыв – это разновидность горения и характеризуется чрезвычайно быстрыми процессами физико- химических превращений горючих веществ с образованием огромных количеств тепловой энергии, практически, без рассеивания тепла в окружающую среду.
Различают два концентрационных предела взрываемости веществ.
Минимальная концентрация газа, пара или пыли в смеси с воздухом, способная к воспламенению или взрыву называется нижним пределом воспламенения (НП).
Наибольшая концентрация газов или паров в воздухе, при которой ещё возможно воспламенение или взрыв (в дальнейшем с повышением концентрации воспламенение или взрыв считаются невозможными) называется верхним пределом воспламенения (ВП).
Все концентрации смеси газа с воздухом, в пределах нижней и верхней границы взрыва, взрывоопасны.
Для обеспечения пожаровзрывобезопасности производств в 1985г. ГОСТ 12.1.004-91 был введён новый критерий – ПДВК (предельно допустимая взрывобезопасная концентрация), обеспечивающий на каждом рабочем месте безопасность 10-6.

где К''_б.э – коэффициент безопасности к нижнему концентрационному пределу воспламенения. Значения К''_б.э определены экспериментально и приведены в табл. 1 и 2 ГОСТ 12.1.004-85.

,
где С_н - нижний концентрационный предел воспламенения газа или пара в воздухе при атмосферном давлении и температуре 25°С, % об;
t – температура пара или газа, °С.
В таблице 4.2.4. приведены показатели некоторых взрывопожароопасных ЛВЖ и ГЖ.
Взрыв от горения отличается ещё большей скоростью распространения огня. Так, скорость распространения пламени во взрывчатой смеси, находящейся в закрытой трубе, 2000 – 3000 м/с. Сгорание смеси с такой скоростью называется детонацией.
Возникновение детонации объясняется сжатием, нагревом и движением несгоревшей смеси перед фронтом пламени, что приводит к ускорению распространения пламени и возникновению в смеси ударной волны. Образующиеся при взрыве газовоздушной смеси воздушные ударные волны обладают большим запасом энергии и распространяются на значительные расстояния.
Во время движения они разрушают сооружения и могут стать причиной несчастных случаев. Оценка опасности воздушных ударных волн для людей и различных сооружений производится по двум основным параметрам – давлению во фронте ударной волны ΔP и сжатию τ. Под фазой сжатия понимается время действия избыточного давления в волне.
При τ≤ 11 мс безопасным для людей считается давление 0,9-113 Па. Расчёты безопасных расстояний для людей при потенциальной угрозе взрыва ведутся только по давлению во фронте ударной волны, так как при взрывах всегда τ во много раз больше 11 мс

Таблица 4.2.4.

Показатели некоторых взрывоопасных ЛВЖ и ГЖ

п/п	Название веществ	Температура вспышки (t всп), °С	Температура самовоспламенения (t св), °С	Концентрационные пределы распространения пламени, % объём	Температурные границы распространения пламени, °С
НКП	ВКП	НТП	ВТП
	Ацетон	-18		2,2		-20
	Бензин автомобильный А-76	-36		0,76	5,16	-36	-4
	Бензол	-11		1,4	7,1	-14
	Бутилацетат			2,2	14,7
	Ксилол			1,2	6,2
	Спирт этиловый			3,6
	Спирт метиловый			6,0	34,7
	Скипидар			0,8	-
	Толуол			1,3	6,7
	Уай-спирт	33-36		-	-

При ведении взрывных работ колебания грунта могут быть опасными для зданий и сооружений, а взрывная волна – опасной для человека и оконного остекления зданий. Разрушение остекления происходит тогда, когда на фронте ударной волны импульс давления достигает критических величин с учётом того, что время положительной фазы τ ≤ 0,25мс.
Критический импульс, при действии которого отмечались начальные повреждения, - 2,9 Н ∙ с/м² для стёкол, толщиной 2; 3мм, закреплённых без замазки. Для стёкол толщиной 2; 3мм, закреплённых замазкой, критический импульс 4,5 Н ∙ с/м² .
В Единых правилах безопасности при взрывных работах даны расчёты по определению безопасных расстояний при взрывах с учётом колебания грунта для зданий обычного типа с кирпичными и подобными несущими стенами малой этажности, находящимися в удовлетворительном техническом состоянии.
При наличии повреждений в зданиях (например, трещин в стенах), а также при проведении многократных взрывов около одних и тех же зданий рассчитанные расстояния должны быть увеличены не менее чем в два раза.