Показатели, характеризующие взрывопожароопасные свойства веществ и материалов

Общие сведения о горении

Основой физико-химического процесса горения веществ и материалов является их окисление кислородом. В процессе, которого вырабатывается углекислый газ (двуокись углерода), угарный газ (окись углерода), сажа (углерод) и вода, и при этом выделяется тепло и световое излучение.

Температура воспламенения горючих веществ и материалов различна и не превышает для большинства 300°С.

Воспламенение представляет собой процесс распространение пламени по газопаровоздушной смеси. Если же скорость пламени больше скорости истечения паров и газов, то происходит выгорание газопаровоздушной смеси и самозатухание пламени, т.е.вспышка.

Горение веществ и материалов возможно только при определенном количестве кислорода в воздухе. Для каждого вещества это процентное содержание различно.

Исключение окислителя (воздуха) является одной из мер в предотвращении возникновения по-жара и его дальнейшее распространение.

Источники зажигания

Необходимым условием воспламенения горючей смеси являются источники зажигания. Источники зажигания подразделяются на открытый огонь, тепло нагревательных элементов и приборов, электрическую энергию, энергию механических искр, разрядов статического электричества и молнии, энергию процессов саморазогревания веществ и материалов (самовозгорание) и т.п. Выявлению имеющихся на производстве источников зажигания должно быть уделено особое внимание.

Характерные параметры источников зажигания:

• Температура канала молнии — 30000°С при силе тока 200000 А и времени действия около 100 мкс. Энергия искрового разряда вторичного воздействия молнии превышает 250 мДж и достаточна для воспламенения горючих материалов с минимальной энергией зажигания до 0,25 Дж. Энергия искровых разрядов при заносе высокого потенциала в здание по металлическим коммуникациям дости-гает значений 100 Дж и более, что достаточно для воспламенения всех горючих материалов.
• Поливинилхлоридная изоляция электрического кабеля (провода) воспламеняется при кратности тока короткого замыкания более 2,5.
• Температура сварочных частиц и никелевых частиц ламп накаливания достигает 2100°С. Температура капель при резке металла 1500°С. Температура дуги при сварке и резке достигает 4000°С.
• Зона разлета частиц при коротком замыкании при высоте расположения провода 10 м колеблется от 5 (вероятность попадания 92%) до 9 (вероятность попадания 6%) м; при расположении провода на высоте 3 м — от 4 (96%) до 8 м (1%); при расположении на высоте 1 м — от 3 (99%) до 6 м (6%).
• Максимальная температура, °С, на колбе электрической лампочки накаливания зависит от мощности, Вт: 25 Вт — 100°С; 40 Вт — 150°С; 75 Вт — 250°С; 100 Вт - 300°С; 150 Вт - 340°С; 200 Вт - 320°С; 750 Вт - 370°С.
• Искры статического электричества, образующегося при работе людей с движущимися диэлектрическими материалами, достигают величин от 2,5 до 7,5 мДж.
• Температура пламени (тления) и время горения (тления), °С (мин), некоторых малокалорийных источников тепла: тлеющая папироса — 320-410 (2-2,5); тлеющая сигарета — 420-460 (26-30); горящая спичка — 620-640 (0,33).
• Для искр печных труб, котельных, труб паровозов и тепловозов, а также других машин, костров установлено, что искра диаметром 2 мм пожароопасна, если имеет температуру около 1000°С, диаметром 3 мм — 800°С, диаметром 5 мм - 600°С.

Самовозгорание

Самовозгорание присуще многим горючим веществам и материалам. Это отличительная особенность данной группы материалов.

Самовозгорание бывает следующих видов:

• тепловое,
• химическое,
• микробиологическое.

Тепловое самовозгорание выражается в аккумуляции материалом тепла, в процессе которого происходит самонагревание материала. Температура самонагревания вещества или материала является показателем его пожароопасности. Для большинства горючих материалов этот показатель лежит в пределах от 80 до 150°С:

• бумага — 100°С;
• войлок строительный — 80°С;
• дерматин — 40°С;
• древесина:
• сосновая — 80;
• дубовая — 100;
• еловая — 120°С;
• хлопок-сырец — 60°С.

Продолжительное тление до начала пламенного горения является отличительной характеристикой процессов теплового самовозгорания. Данные процессы обнаруживаются по длительному и устойчивому запаху тлеющего материала.

Химическое самовозгорание сразу проявляется в пламенном горении. Для органических веществ данный вид самовозгорания происходит при контакте с кислотами (азотной, серной), растительными и техническими маслами. Масла и жиры, в свою очередь, способны к самовозгоранию в среде кислорода. Неорганические вещества способны самовозгораться при контакте с водой (например, гидросульфит натрия). Спирты самовозгораются при контакте с перманганатом калия. Аммиачная селитра самовозгорается при контакте с суперфосфатом и пр.

Микробиологическое самовозгорание связано с выделением тепловой энергии микроорганизмами в процессе жизнедеятельности в питательной для них среде (сено, торф, древесные опилки и т.п.).

На практике чаще всего проявляются комбинированные процессы самовозгорания: тепловые и химические.

Показатели, характеризующие взрывопожароопасные свойства веществ и материалов

Изучение пожаровзрывоопасных свойств веществ и материалов, обращающихся в процессе производства, является одной из основных задач пожарной профилактики, направленной на исключение горючей среды из системы пожара.

По агрегатному состоянию вещества и материалы подразделяются на:

• ГАЗЫ - вещества, давление насыщенных паров которых при температуре 25°С и давлении 101,3 кПа (1 атм) превышает 101,3 кПа (1 атм).
• ЖИДКОСТИ - то же, но давлении меньше 101,3 кПа (1 атм). К жидкостям относят также твердые плавящиеся вещества, температура плавления или каплепадения которых меньше 50°С.
• ТВЕРДЫЕ - индивидуальные вещества и их смеси с температурой плавления или каплепадения больше 50°С (например, вазелин - 54°С), а также вещества, не имеющие температуру плавления (например, древесина, ткани и т.п.).
• ПЫЛИ - диспергированные (измельченные) твердые вещества и материалы с размером частиц менее 850 мкм (0,85 мм).

Номенклатура показателей и их применяемость для характеристики пожаровзрывоопасности веществ и материалов приведены в табл.1

Примечания:

• Знак "+" обозначает, что показатель необходимо применять.
• Знак "-" обозначает, что показатель не применяется.

· Температура ВСПЫШКИ (Твсп) - только для жидкостей - наименьшая температура конденсированного вещества, при которой в условиях специальных испытаний над его поверхностью образуются пары, способные вспыхивать в воздухе от источника зажигания; устойчивое горение при этом не возникает.

· Температура ВОСПЛАМЕНЕНИЯ (Тв) - кроме газов - наименьшая температура вещества, при которой вещество выделяет горючие парьг и газы с такой скоростью, что при воздействии на них источника зажигания наблюдается воспламенение.

· Температура САМОВОСПЛАМЕНЕНИЯ (Тсв) - наименьшая температура окружающей среды, при которой наблюдается самовоспламенение вещества.

· УСЛОВИЯ ТЕПЛОВОГО САМОВОЗГОРАНИЯ - только для твердых и пылей - экспериментально выявленная зависимость между температурой окружающей среды, количеством вещества (материала) и временем до момента его самовозгорания.

· Температура САМОНАГРЕВАНИЯ - самая низкая температура вещества, при которой самопроизвольный процесс его нагревания не приводит к тлению или пламенному горению.

· Безопасной температурой длительного нагрева вещества считают температуру, не превышающую 90% температуры самонагревания.

· СПОСОБНОСТЬ ВЗРЫВАТЬСЯ И ГОРЕТЬ ПРИ ВЗАИМОДЕЙСТВИИ С ВОДОЙ, КИСЛОРОДОМ ВОЗДУХА И ДРУГИМИ ВЕЩЕСТВАМИ (взаимный контакт веществ) - это качественный показатель, характеризующий особую пожарную опасность некоторых веществ.

· КОЭФФИЦИЕНТ ДЫМООБРАЗОВАНИЯ - только для твердых - показатель, характеризующий оптическую плотность дыма, образующегося при пламенном горении или термоокислительной деструкции (тлении) определенного количества твердого вещества (материала) в условиях специальных испытаний.

Различают 3 группы материалов:

У материалов с умеренной дымообразующей способностью количество дыма, когда человек теряет способность ориентироваться, меньше или равно количеству продуктов горения, при котором возможно смертельное отравление. Поэтому вероятность потери видимости в дыму выше вероятности отравления.

ПОКАЗАТЕЛЬ ТОКСИЧНОСТИ ПРОДУКТОВ ГОРЕНИЯ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ - отношение количества материала к единице объема замкнутого пространства, в котором образующиеся при горении материала газообразные продукты вызывают гибель 50% подопытных животных.

Сущность метода заключается в сжигании исследуемого материала в камере сгорания и выявлении зависимости летального эффекта газообразных продуктов горения от массы материала (в граммах), отнесенной к единице объема (1 кв м) экспозиционной камеры.

Классификация материалов приведена в таблице 3:

Для материалов чрезвычайно опасных по токсичности масса не превышает 25 грамм, чтобы создать смертельную концентрацию в объеме 1 м3 за время 5 мин. Соответственно, за время 15 мин - до 17; 30 мин - до 13; 60 мин - до 10 грамм.

Например, сосна Дугласа - 21; виниловая ткань - 19; поливинилхлорид - 16; пенополиуретан эластичный - 18 (жесткий - 14} г/м3 при времени экспозиции 15 мин.

КОНЦЕНТРАЦИОННЫЕ ПРЕДЕЛЫ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ПЛАМЕНИ (ВОСПЛАМЕНЕНИЯ) - кроме твердых.

Нижний (верхний) концентрационные пределы распространения пламени (воспламенения) - минимальное (максимальное) содержание горючего вещества в однородной смеси с окислительной средой, при котором возможно распространение пламени по смеси на любое расстояние от источника зажигания.

Некоторые примеры нижнего-верхнего концентрационных пределов, %:

• Ацетилен - 2,2-81;
• водород - 3,3-81,5;
• природный газ - 3,8-24,6;
• метан - -4,8-16,7;
• пропан - 2-9,5;
• бутан - 1,5-8,5;
• пары бензина - 0,7-6;
• пары керосина - 1-1,3.

ГРУППА ГОРЮЧЕСТИ - классификационная характеристика способности веществ и материалов к горению.

По горючести вещества и материалы подразделяются на три группы: негорючие, трудногорючие и горючие.

· НЕГОРЮЧИЕ (несгораемые) - вещества и материалы, не способные к горению в воздухе. Негорючие вещества могут быть пожаровзрывоопасными (например, окислители или вещества, выделяющие продукты при взаимодействии с водой, кислородом воздуха или друг с другом).

· ТРУДНОГОРЮЧИЕ (трудносгораемые) - вещества и материалы, способные гореть в воздухе при воздействии источника зажигания, но не: способные самостоятельно гореть после его удаления.

· ГОРЮЧИЕ (сгораемые) - вещества и материалы, способные самовозгораться, а также возгораться при воздействии источника зажигания и самостоятельно гореть после его удаления.

Горючие жидкости (ГЖ) с Твсп < 61°С в закрытом тигле или бб°С в открытом тигле относят к легковоспламеняющимся (ЛВЖ). Особо опасными ГЖ называют ЛВЖ с Т <= 28°С.

ГАЗЫ считаются:

• горючими при наличии концентрационных пределов воспламенения (КПВ);
• трудногорючими - при отсутствии КПВ и наличии Тсв;
• негорючими - при отсутствии КПВ и Тсв.

ЖИДКОСТИ считаются:

• горючими при наличии Тв;
• трудногорючими - при отсутствии Тв и наличии Тсв;
• негорючими - при отсутствии Тв Тсв, Твсп, температурных и концентрационных пределов распространения пламени (воспламенения).

Горючие твердые материалы в зависимости от времени достижения максимальной температуры газообразных продуктов горения исследуемого материала (t) подразделяют на: