Лабораторна робота №15 пожежна безпека

Для горіння характерні три типові стадії: виникнення, поширення та згасання полум’я. Найбільш загальними властивостями горіння є здатність осередку полум’я, яке виникло, пересуватися по всій горючій суміші шляхом передачі тепла або дифузії активних частинок із зони горіння в свіжу суміш. Звідси виникає й механізм поширення полум’я, відповідно ТЕПЛОВИЙ та ДИФУЗІЙНИЙ.

Існує два режими проходження горіння:

САМОСПАЛАХУВАННЯ — полягає в різкому збільшені швидкості екзотермічних об’ємних реакцій, що супроводжується полуменевим горінням, тобто — це самочинне виникнення полуменевого горіння попередньо нагрітої до певної критичної температури горючої суміші. Така температура має назву ТЕМПЕРАТУРИ САМОСПАЛАХУВАННЯ.

ПОШИРЕННЯ ФРОНТУ ПОЛУМЯ (МЕЖІ ЗОНИ ГОРІННЯ В ГАЗОВІЙ ФАЗІ) здійснюється по холодній суміші під час її локального займання від зовнішнього джерела.

Надзвичайно швидке хімічне перетворення речовини, що супроводжується виділенням енергії та утворенням стиснених газів, здатних виконувати механічну роботу, називається ВИБУХОМ.

ВИДИ ГОРІННЯ. ЗОНИ Й КЛАСИ ПОЖЕЖ.

Залежно від агрегатного стану пального та окисника розрізняють три види горіння:

• 
  ГОМОГЕННЕ ГОРІННЯ газів і пароподібних горючих речовин в середовищі газоподібного окисника;
  
• 
  ГЕТЕРОГЕННЕ ГОРІННЯ твердих горючих речовин в середовищі газоподібного окисника;
  
• 
  ГОРІННЯ ВИБУХОВИХ РЕЧОВИН ТА ПОРОХІВ.
  

За швидкістю поширення полум’я горіння поділяється на:

ДЕФЛАГРАЦІЙНЕ — швидкість полум’я в межах декількох м/с;

ВИБУХОВЕ — швидкість полум’я до сотень м/с;

ДЕТОНАЦІЙНЕ — поширюється із надзвуковими швидкостями порядку тисяч м/с.

Дозвукове горіння поділяється на ламінарне та турбулентне.

ЛАМІНАРНЕ горіння характеризується пошаровим поширенням фронту полум’я по свіжій горючій суміші, ТУРБУЛЕНТНЕ — змішування шарів потоку.

Етапи розвитку пожежі:

I етап пожежі — перетворення загоряння в пожежу, тривалість — 1-3 хв.

II етап пожежі — зростання зони горіння —5-6 хв.

III етап пожежі — бурхливий процес горіння, температура всередині приміщення досягає 250-300  С, починається об’ємний розвиток пожежі, коли полум’я заповнює весь об’єм приміщення і поширення полум’я проходить вже не по поверхні, а дистанційно — через розриви. Руйнування засклення. Тривалість — 6-9 хв.

IV етап — як результат руйнування засклення, приплив свіжого повітря різко сприяє розвитку пожежі. Температура всередині приміщення підвищується з 500-600  С до 800-900  С. швидкість вигоряння максимальна. Тривалість — 9-12 хв.

V етап — стабілізація пожежі на 20-25 хв від початку горіння.

VI етап — зниження інтенсивності горіння.

Активна ділянка пожежі включає в себе чотири зони:

ЗОНА ГОРІННЯ — частина простору, в якій безпосередньо відбувається горіння.

ЗОНА ТЕПЛОВОГО ВПЛИВУ — прилеглий до зони горіння простір, в якому проходить тепловий обмін між зоною горіння та навколишнім середовищем, конструкціями та матеріалами.

ЗОНА ЗАДИМЛЕННЯ — простір, суміжний з зоною горіння, в якому можливе розповсюдження продуктів горіння.

ЗОНА ТОКСИЧНОСТІ — об’єм простору, заповнений димовими газами, що вміщують токсичні продукти горіння в концентраціях, небезпечних для життя та здоров’я людей.

Залежно від агрегатного стану й особливостей горіння різних горючих речовин і матеріалів, пожежі поділяються за ГОСТ 27331-87 на відповідні класи та підкласи, що наведені на рис. 2.

ГОРІННЯ ТВЕРДИХ РЕЧОВИН ТА МАТЕРІАЛІВ

Коли тверда речовина піддається впливу полум’я, його температура підвищується, що може викликати пожежу. Ймовірність виникнення пожежі залежить від таких факторів:

• 
  характеру твердої речовини, яка може бути горючою або негорючою;
  
• 
  маси твердої речовини — зрозуміло, що невелика кількість матеріалу не здатна виділити достатню кількість теплоти згоряння для розповсюдження пожежі;
  
• 
  стану твердої речовини — легко запалити за допомогою сірника деревну стружку або окремі листки паперу, оскільки у цих матеріалів більша площа поверхні, відкритої для доступу повітря, і, отже, висока швидкість окиснення, тоді як для займання колоди або щільної пачки паперу треба потужніше джерело запалювання;
  
• 
  спосіб, за допомогою якого запалюється тверда горюча речовина; якщо предмет з цієї речовини знаходиться над вогнем вертикально, він загориться швидше, ніж при горизонтальному розташуванні.
  

РІДИНИ — речовини, тиск насичених парів яких при температурі 25 °С та тиску 101,3 кПа (1 атм) менше 101,3 кПа. До рідин належать також тверді плавкі речовини, температура плавлення або краплепадіння яких менше 50 °С.

Рідини, які горять, поділяються на ГОРЮЧІ та ЛЕГКОЗАЙМИСТІ. До легкозаймистих належать всі горючі рідини, що мають температуру спалаху нижче 61 °С (при визначенні в лабораторних умовах у закритому тиглі) або 66 °С (у відкритому тиглі).

Горіння рідин відбувається у газовій фазі та являє собою складний фізико-хімічний процес. Як результат випаровування, над поверхнею рідини утворюється паровий потік, змішування та хімічна взаємодія якого з киснем повітря забезпечує формування зони горіння, тобто тонкого шару газів, що світиться. Стехіометрична суміш, що виникає, згоряє за частку секунди. Оскільки швидкість хімічного перетворення в зоні горіння залежить від швидкості надходження реагуючих компонентів до поверхні полум’я шляхом молекулярної та конвективної дифузії, процес горіння рідин називається дифузійним горінням.

Розміри та форма полум’я рідин суттєво залежать від діаметра резервуара, в якому відбувається горіння. Зі збільшенням діаметра резервуара висота полум’я збільшується. Полум’я рідин у пальниках малого діаметра буде ламінарним, у резервуарах — турбулентним.

Стійкість полум’я над поверхнею рідини, що горить, забезпечується надходженням до нього з певною швидкістю горючих парів та кисню. Швидкість надходження пального, в свою чергу, залежить від тиску його парів над поверхнею рідини і отже, від її температури.

ГОРІННЯ ГАЗІВ

ГАЗИ — речовини, тиск насичених парів яких при температурі 25 °С та тиску 101,3 кПа перевищує 101,3 кПа.

Будь-яка суміш горючого газу з повітрям спалахує при контакті з розжареним тілом, та полум’я,

що виникає, поширюється, якщо концентрація газу знаходиться в інтервалі між нижньою та верхньою концентраційними межами поширення полум’я. Швидкість поширення вогню залежить від природи горючого газу, температури навколишнього середовища і тиску та змінюється від 1 до 2000 м/с.

Ініціювання горіння газової суміші в одній точці приводить до нагрівання ближче розташованих шарів, де починаються хімічні перетворення. Згорання таких шарів викликає за собою горіння наступних — і так до повного вигорання горючої суміші, яка таким чином згоряє пошарово.

Межа зони горіння в газовій фазі, де здійснюється хімічне перетворення та проходить інтенсивний розігрів газу, є фронтом полум’я. Якщо свіжа суміш рухається назустріч фронту полум’я зі швидкістю, яка дорівнює швидкості поширення полум’я, полум’я буде нерухомим (наприклад, у газовому пальнику).

У процесі поширення полум’я тепло, що виділяється під час реакції, витрачається на нагрівання свіжої суміші та частково витрачається в навколишнє середовище. Якщо втрати тепла перевищать певне критичне значення, то виникне прогресивне зниження температури полум’я, а потім його загасання.
ГОРІННЯ ПИЛУ
ПИЛ — дисперговані тверді речовини та матеріали з розміром частинок менше 850 мкм.

Пил з горючих речовин, зважених у повітрі (газозавись), поводить себе значною мірою як газоповітряна суміш і теж здатний вибухати.

Вибухи газозависей твердих палив належать до типових теплових вибухів. Фронт полум’я поширюється по зависі як результат передачі тепла від продуктів горіння в свіжу суміш.

Характерною особливістю горіння пилоповітряних сумішей в реальних умовах є те, що первісно об’єм газозависі, що утворився, може викликати переведення до стану зависі (взмучування) відкладеного пилу та їх наступне вигорання.

Залежно від первісної причини самозаймання розрізняють три його види: теплове, хімічне та мікробіологічне.

ТЕПЛОВЕ САМОЗАЙМАННЯ виникає в масі матеріалів при їх помірному нагріванні ззовні. Найбільш інтенсивне самонагрівання виникає в місці, де досягаються найкращі умови акумуляції тепла. Таким умовам відповідають глибинні шари матеріалів, найбільш віддалені від зовнішньої поверхні.

До типових прикладів теплового самозаймання належать випадки самозаймання теплової ізоляції опалювальних комунікацій та теплообмінних апаратів, яка виконана з мінераловатних плит, тирси тощо.

До ХІМІЧНОГО САМОЗАЙМАННЯ належать випадки, зумовлені екзотермічною взаємодією речовин. Наприклад, самозаймання може виникнути у разі розливання концентрованої азотної кислоти на стружку або тирсу.

Широко відомі випадки самозаймання промащених матеріалів. Більшість мастил, в особливості рослинних, легко окиснюються.

До того ж класу самозаймистих хімічним способом речовин належать й так звані ПІРОФОРНІ РЕЧОВИНИ, що загоряються у контакті з повітрям, наприклад: тонкоподрібнений алюміній, тетрагідрид кремнію, сульфід заліза, деякі металоорганічні з’єднання тощо.

До МІКРОБІОЛОГІЧНОГО САМОЗАЙМАННЯ належать випадки самозаймання матеріалів, які є живильним середовищем для так званих термофільних мікроорганізмів, що виділяють теплову енергію в процесі своєї життєдіяльності. За таким механізмом проходить самозаймання сіна, торфу та інших органічних матеріалів.

Суттєвий вплив на процес самозаймання органічних речовин має їх зволоження волога стимулює дію термофільних мікроорганізмів.

ПОКАЗНИКИ ПОЖЕЖОВИБУХОНЕБЕЗПЕКИ РЕЧОВИН І МАТЕРІАЛІВ

ГРУПА ГОРЮЧОСТІ — класифікаційна характеристика речовин (матеріалів) за горючістю, що визначається встановленими умовами випробувань.

За горючістю речовини та матеріали поділяються на три групи (будівельні матеріали — на дві):

• 
  негорючі (неспалимі) — під впливом вогню або високої температури не спалахують, не тліють і не обвуглюються;
  
• 
  важкогорючі (важкоспалимі) — під впливом вогню або високої температури спалахують, чи тліють, чи обвуглюються та продовжують горіти, чи тліти, чи обвуглюватись при наявності джерела запалювання, а після його видалення горіння чи тління припиняється;
  
• 
  горючі (спалимі) — під впливом вогню або високої температури спалахують, чи тліють, чи обвуглюються та продовжують горіти, чи тліти, чи обвуглюватись після видалення джерела запалювання.
  

СПАЛАХ — короткочасне інтенсивне згорання обмеженого об’єму газоповітряної суміші над поверхнею горючої речовини або пилоповітряної суміші, що супроводжується короткочасним видимим випромінюванням, але без ударної хвилі та стійкого горіння.

Приклади значень показників температури спалаху: ацетон — мінус 17,8 °С, бензол — мінус 11°С, метанол — +11 °С, газойль — 40 °С.

ТЕМПЕРАТУРА СПАЛАХУВАННЯ — найменша температура матеріалу (речовини), за якої згідно з встановленими умовами випробування матеріал (речовина) виділяє горючі пару та гази з такою швидкістю, що під час впливу на них джерела запалювання спостерігається спалахування.

СПАЛАХУВАННЯ — це початок полуменевого горіння під впливом джерела запалювання.

ТЕМПЕРАТУРА САМОСПАЛАХУВАННЯ — найменша температура навколишнього середовища, за якої за встановленими умовами випробування спостерігається самоспалахування матеріалу (речовини).

Приклади стандартних температур самоспалахування: метан +537 °С; ацетон +465 °С, дизельне паливо +250 °С.

Гранично допустима температура безпечного нагрівання поверхонь технологічного та іншого устаткування й трубопроводів не повинна перевищувати 80% величини стандартної температури самоспалахування речовин, які можуть потрапити на нагріту поверхню при нормальній роботі або у разі аварії.

За температурою самоспалахування вибухонебезпечні суміші газів і парів поділяють на такі групи за ГОСТ 12.1.011-78:

Т1 › 450 °С (наприклад, метан, аміак, бензол, етан, пропан);

Т2 300-450 °С (наприклад, бутан, бензин, ацетилен);

Т3 200-300 °С (наприклад, гексан, гептан, нафта, газойль);

Т4 135-200 °С (наприклад, діоксан);

Т5 100-135 °С (наприклад, сірковуглець);

Т6 85-100 °С.

НИЖНЯ (ВЕРХНЯ) КОНЦЕНТРАЦІЙНА МЕЖА ПОШИРЕННЯ ПОЛУМ’Я (відповідно НКМП та ВКМП) — мінімальний (максимальний) вміст горючої речовини в однорідній суміші з окиснювальним середовищем, за якого можливе поширення полум’я по суміші на будь-яку відстань від джерела запалювання.

Прийнято вважати, що горючі пари й гази з нижньою концентраційною межею поширення полум’я до 10% по об’єму повітря й зависі з НКМП до 15 г/м³ являють особливу вибухонебезпеку.

Приклади концентраційних меж поширення полум’я (в % по об’єму в повітрі): ацетон — 2,6 та 12,8; ацетилен — 2,5 та 81,1; водень — 4,1 та 74,2; бутан — 1,9 та 8,5; бензин — 0,96 та 4,96; метан — 5,3 та 14.

ТЕМПЕРАТУРНІ МЕЖІ ПОШИРЕННЯ ПОЛУМ’Я — температури матеріалу (речовини), за яких його (її) насичена пара утворює в окиснювальному середовищі концентрації, що дорівнюють нижній та верхній концентраційним межам поширення полум’я.

Безпечною з точки зору ймовірності самоспалахування газоподібної суміші прийнято вважати температуру на 10 °С меншу за нижню або на 15 °С вищу за верхню температурну межу поширення полум’я для даної речовини.

Приклади температурних меж поширення полум’я:

Дизельне паливо — + 27 °С та + 69 °С, легка нафта — - 21 °С та – 8 °С.

ТЕМПЕРАТУРА ТЛІННЯ — температура матеріалу (речовини), за якої відбувається різке збільшення швидкості екзотермічних реакцій окиснення матеріалу (речовини), що приводить до його (її) тління.

ТЛІННЯ — це безполуменеве горіння твердого матеріалу (речовини) при відносно низьких температурах (400-600 °С), яке часто супроводжується виділенням диму.

УМОВИ ТЕПЛОВОГО САМОЗАЙМАННЯ — експериментально встановлена сукупність факторів, які визначають залежність між температурою навколишнього середовища, масою матеріалу (речовини) та часом до моменту його (її) самозаймання за встановленими умовами випробування.

МІНІМАЛЬНА ЕНЕРГІЯ ЗАПАЛЮВАННЯ — найменше значення енергії джерела запалювання, за якого можливе спалахування суміші горючої речовини в повітрі за встановленими умовами випробування.

КИСНЕВИЙ ІНДЕКС — мінімальний вміст кисню в киснево азотній суміші, за якого можливе полуменеве горіння матеріалу (речовини) за встановленими умовами випробування.

ШВИДКІСТЬ ВИГОРЯННЯ — кількість рідини, що згоряє в одиницю часу з одиниці площі.

КОЕФІЦІЄНТ ДИМОУТВОРЕННЯ — показник, що характеризує оптичну густину диму, який утворюється під час горіння певної кількості матеріалу (речовини) за встановленими умовами випробування.

ОПТИЧНА ГУСТИНА ДИМУ — десятковий логарифм відношення світлового потоку, що падає до світлового потоку, який пройшов крізь дим, віднесений до шляху проходження світла.

ПОКАЗНИК ТОКСИЧНОСТІ ПРОДУКТІВ ГОРІННЯ — відношення кількості матеріалу (речовини) до одиниці об’єму замкненого простору, в якому газоподібні продукти горіння матеріалу (речовини) спричиняють до загибелі 50% піддослідних тварин.

МІНІМАЛЬНИЙ ВИБУХОНЕБЕЗПЕЧНИЙ ВМІСТ КИСНЮ — така концентрація кисню в горючій суміші, що складається з горючої речовини (матеріалу), повітря і флегматизатора, менше за якої поширення полум’я в суміші стає неможливим за будь-якої концентрації горючого матеріалу (речовини) в суміші, що розбавлена даним флегматизатором.

Приклади мінімальних концентрацій кисню, що являє небезпеку з точки зору утворення вибуху, в сумішах пожежонебезпечних речовин з інертними газами (флегматизаторами):

ацетилен з діоксидом вуглецю — 14,9%;

ацетилен з азотом — 11,9%;

метан з діоксидом вуглецю — 15,6%;

метан з азотом — 12,8%;

бензол з діоксидом вуглецю — 14,4%;

бензол з азотом — 11,5%;

МАКСИМАЛЬНИЙ ТИСК ВИБУХУ — найбільший надлишковий тиск, що виникає при дефлаграційному згоранні газо-, паро- або пилоповітряної суміші в замкненій посудині при початковому тиску суміші 101,3 кПа.

Методи визначення та розрахунку пожежовибухонебезпеки речовин й матеріалів викладені в ГОСТ 12.1.044-89.

КЛАСИФІКАЦІЯ ОБЄКТІВ ЗА ЇХ

ВИБУХОПОЖЕЖОНЕБЕЗПЕКОЮ
КАТЕГОРІЇ ПРИМІЩЕНЬ ЗА ВИБУХОПОЖЕЖНОЮ

І ПОЖЕЖНОЮ НЕБЕЗПЕКОЮ

Категорії вибухопожежної та пожежної небезпеки приміщень та будівель визначаються для найбільш несприятливого у відношенні можливості виникнення пожежі або вибуху періоду.

КАТЕГОРІЇ БУДІВЕЛЬ ЗА ВИБУХОПОЖЕЖНОЮ

І ПОЖЕЖНОЮ НЕБЕЗПЕКОЮ
БУДІВЛЯ (БУДИНОК) НАЛЕЖИТЬ ДО КАТЕГОРІЇ А, якщо у ньому сумарна площа приміщень категорії А перевищує 5% площі всіх приміщень, або 200 .

Допускається не відносити будівлю до категорії А, якщо сумарна площа приміщень категорії А в будівлі не перевищує 25% сумарної площі усіх розташованих у ній приміщень (але не більше 1000 м²) і ці приміщення обладнані устаткуванням автоматичного пожежогасіння.

БУДІВЛЯ (БУДИНОК) НАЛЕЖИТЬ ДО КАТЕГОРІЇ Б, якщо одночасно виконуються дві умови:

1. 
   будівля не відноситься до категорії А;
   
2. 
   сумарна площа приміщень категорій А і Б перевищує 5% сумарної площі всіх приміщень, або 200.
   

БУДІВЛЯ (БУДИНОК) НАЛЕЖИТЬ ДО КАТЕГОРІЇ В, якщо одночасно дотримані дві умови:

1. 
   будівля не відноситься до категорій А і Б;
   
2. 
   сумарна площа при­міщень категорій А, Б і В перевищує 5% (10%, якщо в будівлі немає приміщень категорій А і Б) сумарної площі всіх приміщень.
   

БУДІВЛЯ (БУДИНОК) НАЛЕЖИТЬ ДО КАТЕГОРІЇ Г, якщо одночасно дотримані дві умови:

1. 
   будівля не відноситься до категорій А, Б або В;
   
2. 
   сумарна площа приміщень категорій А, Б, В і Г в будівлі перевищує 5% сумарної площі всіх приміщень.
   

БУДІВЛЯ (БУДИНОК) НАЛЕЖИТЬ ДО КАТЕГОРІЇ Д, якщо вона не відноситься до категорій А, Б, В або Г.

ВИБУХОНЕБЕЗПЕЧНИХ ЗОН

Характеристика пожежо- та вибухонебезпеки може бути загальною для усього приміщення або неоднаковою в окремих його частинах (ділянках). Це стосується також надвірних установок і ділянок території. Залежно від класу зони здійснюється вибір виконання електроустановок таким чином, щоб під час їх нормальної експлуатації виключити можливість виникнення пожежі від теплового прояву електричного струму.

ПОЖЕЖОНЕБЕЗПЕЧНОЮ ЗОНОЮ називається простір усередині і навколо приміщення (зовнішньої установки або навколо неї), в межах якого постійно або періодично обертаються горючі речовини. У такому приміщені вони можуть перебувати як при нормальному технологічному процесі, так і в разі його порушення. Ці зони в разі використання в них електроустаткування поділяються на чотири класи: П-І, П-ІІ, П-ІІа, П-ІІІ.

До ВИБУХОНЕБЕЗПЕЧНИХ ЗОН належать приміщення або обмежений простір у приміщенні (зовнішній установці чи навколо неї), в яких є в наявності чи здатні утворюватися вибухонебезпечні суміші. Ці зони поділяються на шість класів: 0, 1, 2, 20, 21, 22.