Общие сведения о процессах горения и пожарной опасности веществ

 

Под пожарной опасностью понимают совокупность условий, способствующих возникновению и развитию пожара, а также определяющих его продолжительность и размеры.

Для оценки пожарной опасности веществ и материалов необходимо знать основы процесса горения.

Горением называется физико-химический процесс, сопровождающийся выделением тепла и излучением света.

Горением может быть всякая экзотермическая химическая реакция, как соединения веществ, так и их разложения. Например, взрыв ацетилена – это реакция его разложения.

Для процесса горения необходимы определённые условия: горючее вещество, способное самостоятельно гореть после удаления источника зажигания, воздух (кислород), а также источник воспламенения, обладающий определённой температурой и достаточным запасом теплоты. Если одно из этих условий отсутствует, процесса горения не будет. Так называемый пожарный треугольник (кислород воздуха, теплота, горючее вещество) может дать простейшее представление трех факторов, необходимых для существования пожара.

Символический пожарный треугольник, изображенный на рис. 21 наглядно иллюстрирует это положение и дает представление о важных факторах, необходимых для предотвращения и тушения пожаров:

- если одна из сторон треугольника отсутствует, пожар не может начаться;

- если одну из сторон треугольника исключить, пожар погаснет.

 

1-,

 

Рис. 21. Пожарный треугольник 1 - кислород воздуха, 2- теплота 3 – горючее вещество.

Рис. 22. Пожарный тетраэдр 1 – теплота; 2 – горючее вещество; 3 – кислород; 4 – цепная реакция

 

Однако, пожарный треугольник – простейшее представление о трех факторах, необходимых для существования пожара, не полностью поясняет природу пожара. В частности, он не включает цепную реакцию, возникающую между горючим веществом, кислородом и теплотой в результате химической реакции. Пожарный тетраэдр (рис. 22) – более наглядная иллюстрация процесса сгорания (тетраэдр – это многоугольник с четырьмя треугольными гранями). Он позволяет понять процесс сгорания, так как в нем имеется место для цепной реакции и каждая грань касается трех других. Основная разница между пожарным треугольником и пожарным тетраэдром заключается в том, что тетраэдр показывает, каким образом за счет цепной реакции поддерживается пламенное горение – грань цепной реакции удерживает остальные три грани от падения. Этот важный фактор используется во многих современных переносных огнетушителях, автоматических системах тушения пожаров и предотвращения взрывов – огнетушащие вещества оказывают воздействие на цепную реакцию и прерывают процесс ее развития.

Пожарный тетраэдр дает наглядное представление о том, каким образом можно потушить пожар. Если убрать горючее вещество, или кислород, или источник теплоты, пожар прекратится.

Если цепная реакция будет прервана, то в результате последующего уменьшения образования паров и выделения тепла пожар также будет потушен. Однако, при наличии тления или возможности повторной вспышки необходимо обеспечить дальнейшее охлаждение.

Горючее вещество может находиться в любом агрегатном состоянии (твердом, жидком, газообразном). Источником воспламенения может быть пламя, искра, накаленное тело и тепло, выделяющееся в результате химической реакции, при механической работе, электрической дуги между проводниками и т. д.

После возникновения горения постоянным источником воспламенения является зона горения, т.е. область, где происходит реакция с выделением тепла и света.

Горение возможно при определённом количественном соотношении горючего вещества и окислителя. Например, при пламенном горении веществ в воздухе зоны горения концентрация кислорода должна быть не ниже 16 …18 %. Горение прекращается при снижении содержания кислорода в воздухе ниже 10…12%. Однако тление может происходить и при содержании в воздухе около 3 % кислорода.

Исключением являются вещества (в основном взрывчатые), горение которых происходит за счет окислителей, входящих в их состав. Молекулы таких веществ как хлораты, нитраты, хроматы, окиси, перекиси и др. содержат свободные атомы кислорода. При нагревании, а иногда при соприкосновении с водой, они выделяют кислород, который поддерживает горение.

Взрыв – это частный случай горения. В соответствии с ГОСТ 12.1.010-76ССБТ взрывом считается быстрое экзотермическое химическое превращение взрывоопасной среды, сопровождающееся выделением энергии и образованием сжатых газов, способных проводить работу. Газы, быстро расширяясь, создают огромное давление на окружающую среду, в которой возникает воздушная сферическая волна, движущаяся с большой скоростью. При определенных условиях опасность взрыва могут представлять смеси газов, паров и пыли с воздухом. Условия для возникновения взрыва – это наличие определённой концентрации газо-, пыле- или паро-воздушной смеси и импульса (пламя, искра, удар), способного нагреть смесь до температуры самовоспламенения. Предотвращение образования взрывоопасной смеси в производственных помещениях достигается:

· применением рабочей и аварийной вентиляции;

· отводом, удалением взрывоопасной среды и веществ, способных привести к её образованию;

· контролем состава воздушной среды и отложений взрывоопасной пыли (ГОСТ 12.1.010 – 76 п. 2.4).

При рассмотрении вопроса взрывобезопасности электроустановок, размещаемых во взрывоопасных зонах внутри и вне помещений, следует руководствоваться главой 7.3 Правил устройства электроустановок (ПУЭ).

Горение - это сложный химический процесс, который может протекать не только при окислении веществ кислородом, но и при соединении их с многими другими веществами. Например, фосфор, водород, измельченное железо (опилки) горят в хлоре, карбид щелочных металлов воспламеняются в атмосфере хлора и двуокиси углерода, медь горит в парах серы и т. д.

Разные по химическому составу вещества горят неодинаково. Например, воспламеняющиеся жидкости выделяют теплоту в 3…10 раз быстрее чем дерево, поэтому обладают высокой пожароопасностью.

Независимо от первоначального агрегатного состояния большинство горючих веществ при нагревании переходит в газообразную фазу и, смешиваясь с кислородом воздуха, образует горючую среду. Этот процесс называется пиролизом. При горении веществ выделяются углекислый газ, окись углерода и дым. Дым представляет собой смесь мельчайших твердых частиц веществ - продуктов горения (угля, золы). Углекислый газ, или углекислота, является инертным газом. При значительной концентрации его в помещении (8 - 10 % по объему) человек теряет сознание и может умереть от удушья. Окись углерода - бесцветный газ без запаха, обладающий сильным отравляющим свойством. При объемной доле его в воздухе помещения от 1 % и выше почти мгновенно наступает смерть.

Пожароопасные свойства горючих веществ определяются рядом характерных показателей.

Вспышка - это быстрое сгорание смеси паров вещества с воздухом при поднесении к ней открытого огня. Самая низкая температура горючего вещества, при которой над его поверхностью образуются пары или газы, способные вспыхивать в воздухе от внешнего источника зажигания, называется температурой вспышки. Температура вспышки, определяемая в условиях специальных испытаний, является показателем, ориентировочно определяющим тепловой режим, при котором горючее вещество становится опасным.

Воспламенением называют горение, возникающее под воздействием источника зажигания и сопровождающееся появлением пламени. Температура горючего вещества, при которой после воспламенения возникает устойчивое горение, называется температурой воспламенения.

Самовоспламенением называют возгорание вещества без подведения к нему источника зажигания, сопровождающееся появлением пламени. Самая низкая температура, при которой начинается этот процесс, т. е. когда медленное окисление переходит в горение, называется температурой самовоспламенения. Эта температура значительно выше температуры его воспламенения.

Способность некоторых веществ, называемых пирофорными (растительные продукты, уголь, сажа, промасленная ветошь, различные предметы судового снабжения и т. д.), самовозгораться при тепловых, химических или микробиологических процессах учитывается при разработке пожарно-профилактических мероприятий.

Физико-химические свойства всех опасных веществ, способных самовозгораться при смешении одного с другим, при контакте вещества с другими активными веществами и пр. изложены в Правилах морской перевозки опасных грузов (МОПОГ), которые используются в морской практике. При перевозке опасных грузов все члены экипажа инструктируются по соблюдению мер предосторожности при обращении с конкретными перевозимыми веществами.

Интенсивность горения зависит и от физического состояния вещества. Измельчённые и распылённые вещества горят более интенсивно, чем массивные и плотные.

Промышленная пыль представляет значительную пожарную опасность. Имея большую поверхность и электроёмкость, она способна приобретать заряды статического электричества в результате движения, трения и ударов пылинок друг о друга, а также о частицы воздуха. Поэтому при обработке сыпучих грузов необходимо принимать противопожарные меры согласно инструкциям.

По степени возгораемости все вещества и материалы разделяют на четыре категории: несгораемые, трудно сгораемые, трудновоспламеняемые (само затухающие) и сгораемые.

Воспламеняющиеся жидкости условно подразделяют на три разряда в зависимости от температуры вспышки, определяемой в условиях специальных лабораторных испытаний: 1 – имеющие температуру вспышки паров ниже 23^оС; 2 – имеющие температуру вспышки паров в диапазоне от 23^оС до 60^оС; 3 – имеющие температуру вспышки паров выше 60^оС.

Воспламеняющиеся жидкие грузы подразделяются на легко воспламеняющиеся жидкости (ЛВЖ) и горючие жидкости (ГЖ).

Легко воспламеняющиеся жидкости, в свою очередь, разделяются на три категории в зависимости от температуры вспышки и пожаробезопасности (особо опасные, постоянно опасные, опасные при повышенной температуре воздуха).

Для перевозки сжиженных горючих газов, большинство которых являются опасными в пожарном отношении, на флоте широкое распространение получают специализированные суда.

Опасность, возникающая при перевозке грузов на судах в грузовых резервуарах и сосудах под давлением, определяется по пределам воспламенения их в воздухе. Горючими называются газы, воспламеняющиеся в воздухе при определённых условиях. Газы, не воспламеняющиеся в воздухе, называются негорючие.

При оценке пожарной опасности твёрдых веществ важно знать группу возгораемости и температуру воспламенения. Для веществ имеющих низкую температуру плавления – 573 К и ниже, необходимо также определять температуру вспышки и пределы воспламенения паров в воздухе. При подготовке материалов и веществ к хранению и транспортировке необходимо предварительно тщательно ознакомиться с их физико-химическими свойствами, выявить возможность их изменения с течением времени, при контактах с другими веществами, нагреве, облучении и при других внешних воздействиях.

Соблюдение рекомендуемых правил обращения с пожароопасными веществами и материалами в полной мере обеспечивает безопасность труда при перевозке.