Параметры, определяющие пожарные свойства вещества. Концентрационные пределы воспламенения

Взрыво- и пожароопасность веществ зависит от их агрегат­ного состояния (газообразные, жидкие, твердые), физико-хими­ческих свойств, условий хранения и применения.

При определении пожаровзрывоопасности веществ и материалов различают:

♦ газы - вещества, давление насыщенных паров кото­рых при температуре 25 °С и давлении 101,3 кПа превы­шает 101,3 кПа;

♦ жидкости — вещества, давление насыщенных паров которых при температуре 25 °С и давлении 101,3 кПа меньше 101,3 кПа. К жидкостям относят также твердые плавящиеся вещества, температура плавления и каплепадения которых меньше 50 °С;

♦ твердые вещества и материалы — индивидуальные вещества и их смесевые композиции с температурой плав­ления или каплепадения больше 50 °С, а также вещества, не имеющие температуры плавления (например, древеси­на, ткани и т.п.);

♦ пыли — диспергированные твердые вещества и мате­риалы с размером частиц менее 850 мкм.

По опасности вызвать пожар, усиливать опасные факторы пожара, отравлять среду обитания, воздействовать на человека веще­ства и материалы делятся на: безопасные, малоопасные, опасные, особо опасные.

К безопасным относят негорючие вещества и материалы в него­рючей упаковке.

К опасным относятся горючие и негорючие вещества и мате­риалы, обладающие свойствами, проявление которых может привести к взрыву, пожару, гибели, травмированию, отравлению, облучению, заболеванию людей и животных, повреждению сооружений и транс­портных средств.

К особо опасным относятся такие вещества и материалы, которые несовместимы с веществами и материалами одной с ними категории.

Классификация горючих веществ определяется ГОСТ 12.1.004—91:

— негорючее вещество (НВ) — вещество, неспособное к горению в атмосфере воздуха обычного состава;

— трудногорючее вещество (ТВ) — вещество, способное гореть под воздействием источника зажигания, но неспособное к самостоя­тельному горению после удаления его;

— горючее вещество (ГВ) — вещество, способное самостоятельно гореть после удаления источника зажигания;

— горючая жидкость (ГЖ) — жидкость, способная самостоятельно гореть после удаления источника зажигания и имеющая температуру вспышки выше 61 °С (в закрытом тигле) или 66 °С (в открытом тигле);

— легковоспламеняющаяся жидкость (ЛВЖ)— жидкость, спо­собная самостоятельно гореть после удаления источника зажигания и имеющая температуру вспышки не выше 61 °С (в закрытом тигле) или 66 °С (в открытом тигле);

— горючий газ (ГГ) — газ, способный образовывать с воздухом вос­пламеняемые и взрывоопасные смеси при температурах не выше 55 °С;

— взрывоопасное вещество (ВВ) — вещество, способное к взры­ву или детонации без участия кислорода воздуха;

По температуре вспышки жидкости делятся на легковос­пламеняющиеся (ЛВЖ),. температура вспышки которых не пре­вышает 45 °С (спирты, ацетон, бензин и др.) и горючие (ГЖ), температура вспышки которых более 45 °С (масла, мазуты, гли­церин и др.).

Основными показателями, характеризующими пожарную опасность горючих газов являются концентрационные пределы воспламенения, энергия зажигания, температура горения, нор­мальная скорость распространения пламени и др.

Горение смеси газа с воздухом возможно в определен­ных пределах, называемых концентрационными пределами воспламенения. Минимальные и максимальные концентрации горючих газов в воздухе, способные воспламеняться, называются соответственно нижним и верхним концентрационными предела­ми воспламенения.

Температура горения — это температура продукта химиче­ской реакции при горении смеси без тепловых потерь. Она зави­сит от природы горючего газа и концентрации его смеси. Наи­большая температура горения для большинства горючих газов составляет 1600-2000 °С.

Концентрационные пределы распространения пла­мени нижние или верхние — это минимальное или макси­мальное содержание горючего вещества в однородной сме­си с окислительной средой, при котором возможно распро­странение пламени по смеси на любое расстояние от источ­ника зажигания.

Концентрационные пределы могут быть выражены че­рез температуру (при атмосферном давлении). Значения температуры жидкости, при которых концентрация насы­щенных паров в воздухе над жидкостью равна концентра­ционным пределам распространения пламени, называют­ся температурными пределами распространения пла­мени (воспламенения) (нижним и верхним соответствен­но - НТПРП и ВТПРП).

Для газов и паров жидкости НКПРП и ВКПРП опреде­ляются в процентах, для пыли и волокон - в граммах на кубический метр.

На рис. 4.1 приведена зависимость давления при вос­пламенении (взрыве) газопаровоздушных смесей от их концентрации.

 

 

Рис. 4.1. Зависимость давления при воспламенении (взрыве) горю­чих газопаровоздушных смесей от их концентрации

 

 

Интервал между нижним и верхним концентрацион­ными пределами называется областью воспламенения.

Величины пределов воспламенения используют при расчете допустимых концентраций внутри технологиче­ских аппаратов, систем рекуперации, вентиляции, а так­же при определении предельно допустимой взрывоопасной концентрации (ПДВК) паров и газов при работе с при­менением искрящего инструмента.

Процесс воспламенения и горения жидкостей можно представить следующим образом. Для воспламенения не­обходимо, чтобы жидкость была нагрета до определенной температуры (не меньше нижнего температурного преде­ла распространения пламени). После воспламенения па­ров жидкости скорость испарения должна быть достаточ­ной для поддержания постоянного горения. Эти особен­ности горения жидкостей характеризуются температура­ми вспышки и воспламенения.

 

Горение легковоспламеняющихся и горючих жидкостей происходит только в паровой фазе. Горение паров в воздухе, также как и газов, возможно и в определенном диапазоне концентраций. Так как максимально возможное содержание пара в воздухе не может быть больше, чем в состоянии насыщения, то концентрационные пределы воспламенения могут быть выражены через температуру. Значения температуры жидкости, при которых концентрация насыщенных паров в воздухе над жидкостью равна концентрацион­ным пределам воспламенения, называется температурными пре­делами воспламенения (нижним и верхним соответственно).

Таким образом, для воспламенения и горения жидкости не­обходимо, чтобы жидкость была нагрета до температуры, не меньшей, чем нижний температурный предел воспламенения. После воспламенения скорость испарения должна быть достаточной для поддержания постоянного горения. Эти особенности горения жидкостей характеризуются температурами вспышки и воспла­менения.

Температурой вспышки называется наименьшее значение температуры жидкости, при которой над ее поверхностью образу­ется паровоздушная смесь, способная вспыхивать от постороннего источника зажигания. При этом устойчивого горения жидкости не возникает.

Температурой воспламенения называется наименьшее значение температуры жидкости, при которой интенсивность ис­парения ее такова, что после зажигания внешним источником возникает самостоятельное пламенное горение. Для ЛВЖ темпе­ратура воспламенения обычно на 1-5 °С выше температуры вспышки, а для ГЖ эта разница может достигать 30-35 °С.

Пожарную опасность веществ и материалов характеризуют; и такие свойства как склонность некоторых веществ и материалов к электризации и самовозгоранию при соприкосновении с возду­хом (фосфор, сернистые металлы и др.) водой (натрий, калий, карбид кальция и др.) и друг с другом (метан + хлор, азотная ки­слота + древесные опилки и т.д.).

Пожарная опасность негорючих веществ и материалов опре­деляется температурой, при которой они обрабатываются, воз­можностью выделения искр, пламени, лучистого тепла, а также потерей несущей способности и разрушением.

Паровоздушные смеси, также как и газовоздушные, явля­ются взрывоопасными. Их взрывоопасность характеризуется па­раметрами, определяющими взрывоопасность газовоздушных сме­сей, — энергией зажигания, температурой горения, нормальной скоростью распространения пламени и др.

Пожарная опасность твердых горючих веществ и материа­лов характеризуется теплотворной способностью 1 кг вещества, температурами горения, самовоспламенения и воспламенения, скоростью выгорания и распространения горения по поверхности материалов.

Пожаро- и взрывоопасные свойства пылей определяются концентрациями пылевоздушной смеси, наличия источника за­жигания с достаточной тепловой энергией, размера пылинок и др.

Мелкие частицы твердых горючих веществ размеров 10~5-10~7 см могут долгое время находиться в воздухе во взвешен­ном состоянии, образуя дисперсную систему — аэровзвесь. Для воспламенения аэровзвеси необходимо, чтобы концентрация пыли в воздухе была не менее нижнего концентрационного предела воспламенения. Верхний концентрационный предел воспламене­ния пылевоздушной смеси в большинстве случаев является очень высоким и трудно достижимым (для торфяной пыли — 2200 г/м3, сахарной пудры — 1350 г/м3). Тепловая энергия источника зажигания для воспламенения пылевоздушной смеси должна быть порядка нескольких МДж и более. В зависимости от значения нижнего концентрационного предела воспламенения пыли подразделяются на взрывоопасные и пожароопасные. К взрывоопасным относятся пыли с нижним концентрационным пределом воспламенения до 65 г/м3 (пыль се­ры, сахара, муки), а пожароопасным — пыли с нижним пределом воспламенения выше 65 г/м3 (табачная и древесная пыль).