Показатели пожаро- и взрывоопасности веществ
Для оценки пожаро- и взрывоопасности производств необходимо знать показатели пожаро- и взрывоопасности веществ, используемых в производственных процессах. Горючие вещества могут находиться в трех агрегатных состояниях: газообразном, жидком и твердом. При определении пожаро- и взрывоопасности веществ принято считать: газами — вещества, абсолютное давление паров которых при температуре 50 °С равно или выше 300 кПа; жидкостями — вещества с температурой плавления не более 50 °С; твердыми веществами — вещества с температурой плавления, превышающей 50 °С; пылями — (размельченные) твердые вещества с размером частиц менее 850 мкм.
Пожаро- и взрывоопасность веществ, т. е. сравнительная вероятность их горения в равных условиях, определяется целым рядом их свойств (группой горючести, температурой самовоспламенения и вспышки, концентрационными пределами воспламенения, дисперсностью, летучестью и др.).
Прежде всего, определяют группу горючести данного вещества. По горючести все вещества подразделяются на негорючие, трудногорючие и горючие.
Негорючимисчитаются вещества, которые не способны гореть в воздухе нормального состава при температуре до 900 °С. Однако негорючие вещества могут быть пожароопасными, так как при нагревании они могут разлагаться с выделением токсичных и горючих газов (например, галогенопроизводные углеводородов) или выделять большое количество теплоты.
Трудногорючиевещества могут загораться под действием источника зажигания в воздухе нормального состава, но не способны к самостоятельному горению (например, бромметан, бромэтан, трифторбромметан и другие, содержащие не менее 50% связанного галоида).
Горючиевещества способны загораться от источника зажигания в воздухе нормального состава и продолжают гореть после его удаления. При этом следует иметь в виду, что некоторые металлы (алюминий, бериллий, никель, железо, медь, цинк и др.) в компактном состоянии (в виде слитков или блоков) не способны гореть при температуре среды 900 °С и относятся к негорючим веществам. В тонкоизмельченном (порошкообразном) состоянии они способны к возгоранию при температуре ниже 900 °С и даже проявляют пирофорные свойства, т. е. способны в обычных условиях хранения самовозгораться при контакте с кислородом воздуха.
Горючие вещества в свою очередь подразделяются на три группы: легковоспламеняющиеся — способные воспламеняться от кратковременного воздействия источника зажигания с низкой энергией (пламени спички, искры, накаленного электропровода) ; вещества средней воспламеняемости — способные воспламеняться от длительного воздействия источника зажигания с низкой энергией; трудновоспламеняющиеся — способные воспламеняться только под действием мощного источника зажигания.
Понятие легковоспламеняемости, прежде всего, относится к горючим жидкостям. Горючие жидкости обычно более пожароопасны, чем твердые горючие вещества, так как они легче воспламеняются, интенсивнее горят, образуют взрывоопасные паровоздушные смеси и плохо поддаются тушению водой.
К легковоспламеняющимся жидкостям (ЛВЖ) относят горючие жидкости с температурой вспышки в закрытом тигле не выше 61 °С или в открытом тигле не выше 66 °С . Кроме того, ЛВЖ в свою очередь делят на три разряда (Табл. 1.
Таблица 1
| Разряд | Температура вспышки в закрытом тигле, °С | Температура вспышки в открытом тигле, °С |
| Особо опасные Постоянно опасные Опасные при повышенной температуре | t ≤ -18 23 ≥t> -18 23 <t ≤ 61 | t ≤ -13 27 ≥t > -13 27 <t ≤ 66 |
Температурой вспышкиназывается наименьшая температура горючего вещества, при которой в условиях специальных испытаний над его поверхностью образуются пары или газы, способные вспыхнуть в воздухе при поднесении источника зажигания, но скорость образования паров или газов еще недостаточна для устойчивого горения.
Температурой воспламененияназывается температура горючего вещества, при которой оно выделяет горючие газы и пары с такой скоростью, что после воспламенения их от источника зажигания возникает устойчивое горение.
Температурой самовоспламененияназывается самая низкая температура вещества, при которой происходит резкое увеличение скорости экзотермических реакций, заканчивающееся пламенным горением. Самовоспламенение возможно только в том случае, если количество теплоты, выделяемое в процессе .окисления, будет превышав отдачу теплоты в окружающую среду. Наименьшая температура, до которой должна быть равномерно нагрета смесь газов и паров жидкости с воздухом для того, чтобы она воспламенилась без внесения в нее внешнего источника зажигания, называется стандартной температурой самовоспламенения(ГОСТ 13920). Минимальную температуру самовоспламенения газов и паров жидкостей определяют по методике, описанной в ГОСТ 12.1.017.
Концентрационные пределы воспламененияявляются важной характеристикой горючих систем. Смесь горючих веществ с окислителем способна гореть только при определенном содержании в ней горючего. Нижним (верхним) концентрационным пределом воспламенения называется минимальное (максимальное) содержание горючего в смеси горючее вещество — окислительная среда, при котором возможно распространение пламени по смеси на любое расстояние от источника зажигания.
Эти пределы сильно зависят от содержания в смеси инертных (негорючих) компонентов. Добавление в горючую смесь инертных газов сужает область воспламенения и, в конце концов, делает смесь негорючей. Поэтому область воспламенения горючих газов в смеси с воздухом, содержащем около 79% азота, всегда уже, чем в кислороде. При этом нижние концентрационные пределы обычно совпадают, верхние же концентрационные пределы в воздухе всегда меньше, чем в кислороде. Сильно сужают пределы воспламенения некоторые примеси, замедляющие реакции горения. Наиболее активными из них являются галоидированные углеводороды. Понижение давления смеси ниже атмосферного также сужает область воспламенения и при определенном давлении смесь становится негорючей. Увеличение давления, повышение температуры горючей смеси также расширяют область воспламенения. На концентрационные пределы воспламенения влияет также мощность источника поджигания и направление распространения пламени. Меньшие значения наблюдаются при распространении пламени снизу вверх.
Наличие областей негорючих концентраций газов и паров дает возможность выбрать такие условия их хранения, транспортирования и применения, которые предотвращают возможность возникновения пожара.
Температурными пределами воспламененияназываются такие температуры горючего вещества, при которых его насыщенные пары образуют в конкретной окислительной среде концентрации, равные соответственно нижнему и верхнему концентрационным пределам воспламенения.
Температурой самонагреванияназывается самая низкая температура, при которой в веществе возникают практически различимые экзотермические процессы окисления, разложения и т. п., могущие привести к самовозгоранию. Температура самонагревания является наименьшей температурой вещества, нагревание до которой может потенциально представлять пожарную опасность.
Минимальной энергией зажиганияназывается наименьшее значение энергии электрического разряда, достаточной для воспламенения наиболее легковоспламеняющейся смеси газов, пара или пыли с воздухом.
Минимальным взрывоопасным содержанием кислороданазывается концентрация его в горючей смеси, ниже которой воспламенение и горение смеси становятся невозможными при любой концентрации горючего в смеси.
Кроме указанных выше существует еще много других показателей пожаро- и взрывоопасности веществ, таких, например, как температура тления, кислородный индекс, скорость выгорания, коэффициент дымообразования, индекс распространения пламени, характер взаимодействия горящего вещества со средствами водопенного тушения, чувствительность к удару и т. п. Характеристика этих показателей, а также ряд методик их определения приведены в ГОСТ 12.1.017 «ССБТ. Пожаровзрывоопасность нефтепродуктов и химических органических продуктов. Номенклатура показателей».