Причины пожаров и взрывов на производстве

Для осуществления мер по предупреждению взрывов и пожаров необходимо знать основные причины образования горючих систем в производственных условиях.

Если в технологическом процессе применяются горючие вещества и существует возможность их контакта с воздухом, то опасность пожара и взрыва может возникнуть как внутри аппаратуры, так и вне нее, в помещении и на открытых площадках. Большую опасность представляют аппараты, емкости и резервуары с горючими жидкостями, так как они, как правило, не бывают заполнены до предела. В пространстве над уровнем жидкости образуется паровоздушная смесь, которая может оказаться взрывоопасной, если температура жидкости находится в интервале между нижним и верхним температурными пределами воспламенения.

В технологическом процессе могут участвовать разнообразные горючие газы, которые находятся при различных температурах и давлении. Чаще всего аппараты, емкости и трубопроводы заполнены горючими газами без примеси окислителей и сравнительно редко по технологическим условиям используется смесь горючею газа с воздухом или кислородом. Воздух может попадать в аппарат, работающий под разряжением, из-за неплотностей в разъемных соединениях. Если же аппаратура работает под давлением, то горючий газ через неплотности может поступать в помещение. Концентрация газа в смеси с воздухом опасна, если она находится между нижним и верхним концентрационными пределами воспламенения.

Причиной взрыва или пожара на производстве может явиться наличие в помещении горючей пыли и волокон. Большое количество пыли создают машины и агрегаты с механизмами ударного действия (дробилки, мельницы и т. п.), а также установки, работа которых сопряжена с использованием мощных воздушных потоков (пневмосистемы, сепараторы и т. п.) или перебросом измельченной продукции (места загрузки, пересыпания и т. д.). Некоторые осевшие пыли способны к самовозгоранию. Местная вспышка может вызвать взвихрение осевшей пыли, что в свою очередь может привести к повторному взрыву значительно большей мощности.

Нередко пожары и взрывы в технологических установках происходят при остановке аппаратов и пуске их после ремонта. Взрыв при остановке аппарата происходит в результате неполного удаления горючих паров или газов из внутреннего объема системы, а при пуске — в результате недостаточного удаления из них воздуха.

Пожаро- и взрывоопасные концентрации в производственных помещениях могут образовываться при использовании аппаратов с открытой поверхностью испарения горючих жидкостей, при периодическом опорожнении и заполнении систем, из-за неплотности соединений и, конечно, при разрушении аппаратуры, содержащей горючие газы, жидкости и измельченные твердые вещества. Такое разрушение аппаратов, машин, установок чаще всего происходит из-за температурных деформаций, превышения допустимого давления, воздействия нагрузок динамического характера, коррозии. Причинами разрушения аппаратуры могут также быть нарушение режима поступления и отвода веществ; попадание жидкостей, имеющих низкую температуру, или веществ с повышенной влажностью в установки и аппараты, нагретые до высокой температуры; нарушения теплового баланса в аппаратах с экзотермическими процессами и т. п.

Для возникновения пожара или взрыва в upon производственных условиях кроме горючей среды необходим источник энергии, называемый обычно импульсом или источником зажигания (воспламенения). Большинство импульсов (источников зажигания) можно систематизировать так, как показано на рис. 1.

Наиболее распространен тепловой импульс. Практически для воспламенения горючей смеси газов и паров с воздухом достаточно нагреть до температуры воспламенения всего 0,5...1 мм³ этой смеси. Открытое пламя практически во всех случаях вызывает зажигание горючей смеси, так как его температура (от 700 до 1500 °С) превышает температуру воспламенения смеси, а количество теплоты больше, чем это требуется для нагрева 1 мм³ газовой смеси.

Рис. 1.

Искрой обычно называют точечный источник воспламенения. Искры могут образовываться при трении, ударе или вызываться электрическим разрядом. Опасность зажигания горючей смеси искрой зависит от выделившейся с искрой энергии.

Для примера ниже приведены минимальная энергия поджигания некоторых веществ при температурах 20...25 °С, мДж:

Сероуглерод............ .0,009 Метанол........................ 0,60

Водород.................... 0,019 Этанол........................... 0,95

Бензол....................... 0,24 Аммиак.......................... 6,8

Метан........................ 0,30 Пыль ферромарганца 250,0

Минимальная энергия поджигания уменьшается при увеличении температуры.

На практике наиболее часто возникают электрические искры. В канале электрического разряда развивается температура до 10000°С. Такая температура приводит к почти мгновенному завершению химических реакций.

Искры, образующиеся от разряда статического электричества, также часто могут поджечь горючую смесь, хотя их энергия, как правило, меньше. Искры от удара представляют меньшую опасность, чем электрические искры, но они более опасны, чем искры от трения. Например, приближенный расчет показывает, что искра, образовавшаяся при ударе стального стержня, охлаждаясь от 1630 до 1430 °С, отдает в окружающую среду энергию 38 мДж. Искры, образующиеся при трении стали о сталь, представляют собой небольшие частицы металла размером 0,1...0,5 мм, частично окисленные и нагретые до весьма высоких температур (для малоуглеродистой стали до 1640...1660°С). Причем температура поверхности искры тем выше, чем сильнее удар или сила трения.

Вообще, причин возникновения источников зажигания в производственных условиях очень много. Источниками открытого огня являются технологические нагревательные печи; различные реакторы; регенераторы, где выжигают органические вещества из негорючих катализаторов; установки для сжигания отходов, факельные устройства для сжигания отходящих газов, обогрева труб; аппараты для газовой резки и сварки металлов и т. п.

Весьма распространенными источниками пожаров является курение в недозволенных местах. Распространены и источники зажигания, связанные с использованием электрической энергии. Это, прежде всего короткие замыкания, которые сопровождаются большим тепловыделением, образованием в зоне замыкания дуги с разбрызгиванием металла. Например, при коротком замыкании алюминиевых проводов образовавшиеся расплавленные частички металла загораются на воздухе, и темпера тура их достигает 3000 °С.

Опасна перегрузка сетей и устройств, которая влечет за собой сильный разогрев токоведущих проводников и загорание изоляции. Плохой электрический контакт в местах соединений проводников приводит к возникновению больших переходных сопротивлений и повышенному выделению теплоты. В ряде случаев к загоранию может привести даже соприкосновение электроламп с горючими материалами, так как температура поверхности стеклянной колбы ламп накаливания может достичь 300...550 °С, а в особых случаях и большей температуры.

Особую группу представляют химические и микробиологические источники зажигания.

Химический импульс обусловлен тем, что некоторые химические вещества при взаимодействии с кислородом воздуха, водой и другими веществами способны к экзотермическим реакциям. Теплота реакции разогревает зону и продукты реакции до опасных температур. Если реагирующие вещества или продукты реакции горючие, то они воспламеняются и становятся очагом пожара или взрыва. Если сами вещества и продукты их взаимодействия негорючие, то, разогреваясь до высоких температур, они могут явиться источниками зажигания находящихся рядом горючих веществ. Например, при взаимодействии металлического натрия с водой температура в зоне реакции достигает 600... 650 °С, что выше температуры самовоспламенения выделяющегося водорода. При получении ацетилена действием воды на карбид кальция в зоне реакции температура повышается до 830 °С, что может привести к самовоспламенению не только образовавшегося ацетилена, но и других горючих веществ, оказавшихся в зоне реакции. Такие случаи на практике имели место.

При взаимодействии хлористого алюминия с водой (негорючие вещества) температура в зоне реакции превышает 100 °С, что может вызвать испарение находящихся рядом горючих жидкостей и создать пожаровзрывоопасную ситуацию. Самовозгорание возникает и при взаимодействии ряда веществ друг с другом, например пероксидов щелочных металлов со спиртами, серной кислоты с хлоратом калия и каким-либо горючим веществом, тетрахлорметана со щелочными металлами и др. Контакт фосфорорганических веществ (фосфамида, карбофоса и др.) с хлоратом магния и натрия, хлорной известью (сухой или подсохшей) протекает с большим выделением теплоты, вплоть до появления пламени. Перекись натрия и марганцовокислый калий вызывают самовозгорание глицерина. Ацетилен, водород, метан, этилен, скипидар под действием хлора самовозгораются на свету. Азотная кислота может вызвать самовозгорание древесной стружки, соломы, хлопка.

Микробиологический импульс связан с жизнедеятельностью микроорганизмов в таких средах, как, например, влажные сено, опилки, торф. Для самовозгорания необходимы большие объемы этих веществ, обусловливающие плохой теплообмен с окружающей средой.

Самовозгораниемназывается возникновение горения без воздействия источника зажигания (СТ СЭВ 383), причем процесс разогрева вещества начинается при обычной температуре (10...30°С). К самовозгоранию склонны твердые пористые или измельченные горючие вещества.

Явление самовозгорания представляет большую опасность и часто бывает причиной пожаров.

Самовозгораться могут некоторые вещества растительного происхождения (например, опилки, особенно влажные); торф и некоторые виды ископаемых углей; масла и жиры (особенно растительные); химические вещества и смеси, самовозгорающиеся при контакте с кислородом воздуха, водой и друг с другом.

С этой точки зрения опасность представляют промасленные спецодежда и обтирочные материалы, сложенные в кучи. При условии плохого теплоотвода в окружающую среду нагревание, начавшееся при 10...15°С, через 3...4 ч может закончиться самовозгоранием.