Лекция 8. ПОЖАРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ

Горение – это самораспространяющаяся химическая реакция окисления, протекающая в узкой зоне фронта пламени и сопровождающаяся выделением большого количества тепла и обычно свечением. Для возникновения горения требуется наличие трех факторов: горючего вещества, окислителя (обычно кислорода) и источника возгорания (инициирующего импульса). Окислителями могут быть также хлор, фтор, бром, йод, оксиды азота и др.

В зависимости от свойств горючей смеси горение может быть гомогенным (одинаковое состояние исходных веществ) и гетерогенным (горение твердых и жидких веществ). По скорости распространения пламени горение дифференцируется на нормальное, взрывное и детонационное.

Нормальное горение – это горение, при котором распространение пламени происходит в направлении, перпендикулярном фронту пламени, при отсутствии газодинамических эффектов, связанных с градиентом давления или турбулентностью. Скорость нормального горения зависит не только от кинетики реакции, но и от коэффициентов теплопроводности и диффузии.

Скорость распространения пламени (до нескольких метров в секунду) во много раз меньше скорости звука. Это объясняется тем, что скорость передачи энергии посредством теплопроводности (тепловое горение) невелика по сравнению со скоростью распространения в нем упругих колебаний. Для некоторых систем реакция горения может самоускоряться не только вследствие разогрева, но и в результате накопления активных промежуточных продуктов химической реакции (цепное горение).

Скорость взрывного горения для газо-, паро- и пылевоздушных смесей может достигать сотен метров в секунду. Это объясняется переходом теплопередачи на более эффективный конвективный режим в результате перемешивания горячих продуктов горения с исходной смесью. Как правило, ускорение горения происходит при распространении его снизу вверх, при искажении формы фронта пламени в результате взаимодействия с препятствиями или трения о стенки трубопроводов, а также турбулизации газового потока.

Детонация – это распространение горения ударной волной, представляющей собой мгновенный скачок давления, распространяющейся в среде со сверхзвуковой скоростью. Детонационное горение происходит с равномерной, вполне определенной для каждой горючей смеси скоростью в диапазоне 1000–3000 м/с. В механизме такого распространения пламени теплопередача и диффузия не играют существенной роли. Сжатие исходной смеси в ударной волне приводит к мгновенному изменению состояния газа, увеличивая его плотность и температуру.

Следом за ударной волной движется зона быстрой реакции в смеси, нагретой ударной волной. Повышение давления в этой зоне, вызванное быстрым разогревом вещества в собственном объеме, поддерживает устойчивое состояние ударной волны. Возникает детонационная волна, распространяющаяся без изменения структуры на весь объем смеси.

Для возникновения процесса горения (воспламенения) необходимо создать определенные начальные условия в горючей среде. Различают два способа воспламенения: самовоспламенение и вынужденное воспламенение, или зажигание.

Самовоспламенение происходит в результате экзотермической химической реакции вследствие нагрева всей горючей смеси до температуры, при которой она воспламеняется самостоятельно, без внешнего воздействия. Для твердых веществ применяется также термин самовозгорание. Оно может быть тепловым, микробиологическим и химическим.

Вынужденное воспламенение происходит в результате зажигания холодной горючей смеси в какой-либо точке каким-либо высокотемпературным источником тепла – пламенем, накаленным телом, электрической искрой и т.д.

Понятие "пожарная опасность" включает совокупность условий, способствующих возникновению и развитию пожара и определяющих его возможные масштабы и последствия:

– пожарная опасность жидкостей определяется температурой вспышки, в зависимости от которой они подразделяются на легковоспламеняющиеся (ЛЖВ) с температурой вспышки паров не выше 61 °С (бензин, этиловый спирт, ацетон, керосин и др.) и горючие (ГЖ) – с температурой вспышки паров выше 61 °С (минеральные и растительные масла). Особо опасными считаются ЛВЖ с температурой вспышки не более 28 °С.

Кроме того, пожароопасность жидкостей характеризуется концентрационными пределами распространения пламени воспламенения смесей их паров с воздухом (нижним и верхним), температурой самовоспламенения, скоростями распространения пламени и выгорания;

– пожарная опасность газовоздушных смесей характеризуется в первую очередь концентрационными пределами распространения пламени, а также температурой самовоспламенения, минимальной энергией зажигания, скоростью распространения пламени, максимальным давлением взрыва и скоростью его нарастания;

– пожарная опасность горючих пылей, находящихся во взвешенном состоянии (аэровзвесей), характеризуются нижним концентрационным пределом воспламенения (в производственных условиях реальность образования больших концентраций пыли невелика), минимальной энергией зажигания, максимальным давлением взрыва и скоростью его нарастания, а также минимальным взрывоопасным ОГЛАВЛЕНИЕм кислорода в смеси;

– пожарная опасность твердых веществ и материалов оценивается по температурам их воспламенения и самовоспламенения. Пористые, волокнистые и сыпучие материалы (в том числе осевшие горючие пыли) дополнительно характеризуются температурами самонагревания и тления, температурными условиями теплового самовозгорания, минимальной энергией зажигания, способностью гореть и взрываться при взаимодействии с водой, кислородом воздуха и другими веществами.

Данные о способности веществ взрываться и гореть при взаимном контакте следует использовать при определении категорий помещений по взрывопожарной и пожарной опасности в соответствии с требованиями норм технологического проектирования; при выборе безопасных условий проведения технологических процессов и условий совместного хранения и транспортирования веществ и материалов; выборе или назначении средств пожаротушения.

Значение нормальной скорости распространения пламени учитывается в расчетах скорости нарастания давления взрыва газо- и паровоздушных смесей в оборудовании и помещениях, критического (гасящего) диаметра при разработке и создании огнепреградителей, площади легкосбрасываемых конструкций, предохранительных мембран и других разгерметизирующих устройств; разработке мероприятий по обеспечению пожаровзрывобезопасности технологических процессов.

Значение скорости выгорания следует применять при расчетных определениях продолжительности горения жидкости в резервуарах, интенсивности тепловыделения и температурного режима пожара, интенсивности подачи огнетушащих веществ.

Значения минимальной флегматизирующей концентрации флегматизатора ^[1], минимального взрывоопасного содержания кислорода, максимального давления взрыва и скорости его нарастания следует применять при разработке мероприятий но обеспечению пожаровзрывобезопасности технологических процессов.

Показатели пожарной опасности веществ определяются по стандартным методикам и являются основным критерием при оценке пожарной опасности производств и производственных помещений.