Пожароопасные свойства материалов и веществ. Почти во всех производствах применяются вещества, способные воспламеняться и гореть, а в некоторых случаях – образовывать с воздухом взрывоопасные смеси. Горение – быстропротекающая реакция окисления, сопровождающаяся выделением тепла и (обычно) света. Химическая реакция горения всегда является сложной и состоит из ряда элементарных химических превращений. Химическое превращение при горении протекает одновременно с физическими процессами: переносом тепла
и массы. Поэтому скорость горения всегда определяется как условиями тепло- и массопередачи, так и скоростью протекания химических превращений. Для возникновения горения необходимо наличие: горючего вещества, окислителя и импульса. Импульсом может быть: открытый огонь, искра (электрическая, статическая или от удара металлических предметов, молния, нагрев вещества выше температуры его самовоспламенения и др.). Горючие вещества бывают в трех агрегатных состояниях: твердом, жидком и газообразном (возможно и 4-ое
состояние вещества – плазма). При горении твердых материалов горючее вещество и воздух не перемешаны, имеют поверхность раздела, и горение протекает в так называемом диффузионном режиме, т.е. скорость реакции определяется скоростью подвода (отвода) продуктов реакции (лимитирующая стадия – диффузия). Если молекулы кислорода хорошо перемешаны с горючим веществом – горение определяется кинетикой химической реакции (обмен электронами), а режим – кинетическим.
Горение такой смеси может происходить в виде взрыва. Причинами взрывов и пожаров могут быть не только халатное и небрежное обращение с открытым огнем, но и ошибки в проектировании, нарушение технологического процесса, неисправность, перегрузка или неправильное устройство электрических сетей, производственного оборудования, разряды статического электричества, неисправность установок и систем. Показатели пожароопасности веществ Пожароопасность веществ и материалов – совокупность их свойств, характеризующих их способность к возникновению и распространению горения. Следствием горения может быть пожар и взрыв. Перечень показателей, характеризующих пожаро- взрывоопасность веществ приведен в табл. 1. Таблица 1 Показатели взрыво- пожароопасности веществ разных агрегатных состояний Показатель Агрегатное состояние газы жидкости твердые пыли
Группа горючести + + + + Температура вспышки – + + – Температура воспламенения – + + + Температура самовоспламенения + + + + Концентрационные пределы воспламенения + + – + Температурные пределы воспламенения – + – – Самовозгорание – – + + Минимальная энергия зажигания + + – +– Способность взрываться и гореть при взаимодействии с водой,
О2 и др. веществами + + + + Скорость распространения пламени + + – – Скорость выгорания – + – – Минимальное взрывоопасное содержание кислорода + + – + Максимальное давление взрыва + + – + Скорость нарастания давления + + – + Температура вспышки (Твсп) – наименьшая температура конденсированного вещества, при которой в условиях специальных испытаний над его поверхностью образуются пары, способные вспыхнуть в воздухе при поднесении
к ним внешнего источника зажигания (пламени или нагретого до высокой температуры тела). Устойчивое горение при этом не устанавливается вследствие малой скорости испарения горючей жидкости. Температура вспышки показывает, при какой температуре вещество подготовлено к воспламенению и становится огнеопасным в открытом сосуде. В зависимости от температуры вспышки горючие жидкости подразделяются на: • легковоспламеняющиеся (ЛВЖ) с температурой вспышки не свыше 61 °С (в закрытом тигле) или не свыше 66 °С (в открытом тигле); • горючее (ГЖ) с температурой вспышки паров выше, соответственно, 61 и 66°С. ЛВЖ в свою очередь делятся на три разряда: а) особо опасные ЛВЖ – имеющие температуру вспышки от -18°C и ниже в закрытом тигле или – 13°С и ниже в открытом; б) постоянно опасные ЛВЖ – имеющие температуру вспышки выше -18°С до +23°С в закрытом тигле или выше -13°С до +27°С – в открытом; в) опасные при повышенной температуре
ЛВЖ. К данному разряду относятся жидкости с температурой вспышки более +23°С до +61°С включительно (в закрытом тигле) или более +27°С до +66°С – в открытом. Температура воспламенения (Твоспл) – наименьшая температура вещества, при которой в условиях специальных испытаний оно выделяет горючие пары и газы с такой скоростью, что при воздействии на них источника зажигания наблюдается способность воспламениться при поднесении внешнего источника воспламенения.
Разница между температурой вспышки и воспламенения для ЛВЖ составляет 1-2°С, для ГЖ – до 10-15°С и более. Горение сопровождается выделением тепла, продуктов сгорания и свечением. Для устойчивого горения необходимо, чтобы теплообразование при этом процессе было больше теплоотдачи в окружающую среду. Если в результате горения образуются газы, то горение сопровождается пламенем.
Процесс воспламенения горючих газов и жидкостей без поднесения к ним открытого огня, а только под влиянием внешнего воздействия тепла называется самовоспламенением. Температура самовоспламенения – самая низкая температура вещества, при которой происходит резкое увеличение скорости экзотермической реакции, заканчивающейся пламенным горением. Взрыв – процесс чрезвычайно быстрого, под влиянием внешнего источника воспламенения, химического превращения вещества, сопровождающегося выделением газов и большого количества тепла, нагревающего эти газы до высокой температуры, в результате чего газы совершают работу. Взрывная способность горючих газов, паров и пыли в воздухе сохраняется в определенных интервалах их концентраций. Существуют нижние и верхние концентрационные и температурные пределы распространения пламени. Нижний (верхний) концентрационные пределы распространения пламени – минимально (максимальное) содержание
горючего вещества в однородной смеси с окислительной средой, при которой возможно распространение пламени по смеси на любое расстояние от источника зажигания. Невозможность воспламенения горючей смеси при концентрации ниже НКПРП объясняется малым количеством горючего вещества и избытком воздуха. Чем меньше коэффициент избытка воздуха, тем больше скорость горения и выше давление паров при взрыве.
Верхний концентрационный предел распространения пламени характеризуется избытком горючего и малым количеством воздуха. Чем ниже нижний концентрационный предел и больше концентрационная область распространения пламени, тем большую пожарную опасность они представляют. В первом случае взрыв не происходит из-за недостатка горючего вещества, во втором – из-за недостатка воздуха (кислорода), необходимого для окисления горючего вещества. Температурные пределы воспламенения паров в воздухе определяются температурами вещества, при
которых его насыщенные пары образуют концентрации, соответствующие нижнему и верхнему концентрационным пределам воспламенения. Категории помещений и зданий по взрывопожарной и пожарной опасности В соответствии с общесоюзными нормами технологического проектирования все производственные здания и помещения по взрывопожарной опасности подразделяются на категории А, Б, В1 – В4, Г и Д (табл. 2). Таблица 2 Категории помещений по взрывопожарной и пожарной опасности Категория помещен. Характеристика веществ и материалов, находящихся (образующихся) в помещении А взрыво-пожаро-опасная Горючие газы, легковоспламеняющиеся жидкости с температурой вспышки не более 28°С в таком количестве, что могут образовать взрывоопасные парогазовоздушные смеси, при воспламенении которых развивается расчетное избыточное давление взрыва в помещении, превышающее 5 кПа. Вещества и материалы, способные взрываться и гореть при взаимодействии с водой, кислородом воздуха
или друг с другом в таком количестве, что расчетное избыточное давление взрыва в помещении превышает 5 кПа. Б взрывопожароопасная Горючие пыли или волокна, легковоспламеняющиеся жидкости с температурой вспышки более 28°С в таком количестве, что могут образовывать взрывоопасные пылевоздушные или паровоздушные смеси, при воспламенении которых развивается расчетное избыточное давление взрыва в помещении, превышающее 5 кПа. В1–В4 пожаро-опасная Горючие и трудно горючие жидкости, твердые горючие и трудно горючие вещества
и материалы, способные при взаимодействии с водой, кислородом воздуха или друг с другом только гореть при условии, что помещения, в которых они имеются в наличии или применяются, не относятся к категориям А или Б. Г Негорючие вещества и материалы в горячем, раскаленном или расплавленном состоянии, процесс обработки которых сопровождается выделением лучистого тепла, искр и пламени; горючие газы, жидкости и твердые вещества, которые сжигаются или утилизируются в качестве топлива.
Д Негорючие вещества и материалы в холодном состоянии. Токсичные и пожароопасные свойства веществ Вещество и формула Характеристика вещества Плотность паров и газов по воздуху Температура кипения Температура вспышки Температура воспламенения Предельнодопустимая концентрация, мг/м³ Пределы воспламенения смеси с воздухом (нижний-верхний) Токсическое действие (характер действия на организм человека) Азота оксиды (в пересчете на NO2) Бурый газ, при низких тепературах жидкость 1,45 21,3 – – 5 С парами многих органических веществ дает взрывчатые смеси Вызывает общую слабость, головокружение, онемение ног, раздражение дыхательных путей, отравление, отек легких. Аммиак NH3 Бесцветный горючий газ с резким запахом 0,597 33,4 –
650 20 15 – 28 Вызывает острое раздражение слизистых оболочек, удушье Ацетилен С2Н2 Бесцветный горючий взрывоопасный газ 0,9107 83,6 – 335 – 2,5 – 100 Обладает наркотическим действием. Отравления вызываются примесями, главным образом фосфористым водородом. Бензины Бесцветные лековоспламеняющиеся жидкости 2,7-3,5 – -17 –
44 255-474 100 – 300 0,76 – 8,12 Слабый наркотик, отравления возможны изредка. Может вызвать хронические дерматиты, экземы кожи Бензол С6Н6 Бесцветная лековоспламеняющаяся жидкость 2,77 80,1 -11 562 5 1,4 – 7,1 Весьма токсичен, действует на кровь кровотворные органы и центральную нервную систему. Бутан С4Н10 Бесцветный горючий газ 2,0665 0,5 – 405 300 1,8 –
9,1 Обладает наркотическим действием. Бутилен С4Н8 Бесцветный грючий газ 1,9336 6,25 – 384 – 1,6 – 9,4 Обладает наркотическим действием. н Бутиловый спирт (С4Н9ОН) Легковоспламеняющаяся жидкость 2,6 117,5 -34 345 10 1,7 – 12 Действует как наркотик, обладает раздражающим действием.
Водород Н2 Бесцветный гючий газ, без запаха и вкуса 0,0695 252,8 – 510 – 4,0 – 75,0 В больших концентрациях вызывает удушье, возможны отравления примесями. Дихлорэтан (СН2С1-СН2С1) Бесцветная лековоспламеняющаяся жидкость 3,4 83,5 9 413 10 6,2 – 16 Наркотик, вызывающий дистрофические именения в печени, в почках, а также в других органах. Метан СН4 Бесцветный грючий газ без запаха 0,5543 161,58 – 537 300 5 – 15 В больших концентрациях обладает наркотическим действием. Метиловый спирт (метанол) СН3ОН Бесцветная лековоспламеняющаяся жидкость 1,1 64,7 8 460 5 6 – 34,7 Сильный нервнососудистый яд. Особенно типичны поражения зрительного нерва. Нафталин С10Н8 Горючее белое кристаллическое вещество. Блестящие лепестки с характерным запахом. Пыль нафталина с воздухом взрывоопасна 4,45 217,9 80 530 20 0,37
– 6,9 Обладает общетоксическими свойствами. Отмечается действие на нервную систему, глаза и почки. Раздражает кожные покровы. Нефть Горючая жидкость 3,5 30 -40 – 17 270-320 300 1,26- 6,5 Обладает наркотич. свойствами Оксид углерода (СО) Горючий бесцв газ без запаха 0,967 191,5 – 610 20 12,5 – 74 Обладает общеядовитыми свойствами.
Оксид этилена (С2Н4О) Горючий и взрывоопасный газ 1,50 10,4 -18 429 1 3,0 – 80,0 Наркотик, обладает специфической ядовитостью. Пропан (СН3)2СН2 Бесцветный горючий газ 1,5617 42,06 – 466 300 1,4 – 7,8 При высоких концентрациях оказывает наркотическое действие. Пропилен СН2=СНСН3 Бесцветный грючий газ 1,4504 47,75 –
410 – 2,2 – 10,3 При высоких концентрациях оказывает наркотическое действие. Ртуть металлческая, Hg Жидкий металл, не окисляется на воздухе – 354,0 – – 0,01 – Сильный яд. Отравление происходит главным образом вследствии вдыхания паров. При хронических отравлениях поражает ЦНС и почки. Сероводород H2S Бесцветный грючий газ 1,191 59,5 – 246 10 4,3 –
46 Сильный и весьма опасный нервный яд. Сероуглерод (CS2) Бесцветная легковоспламеняющаяся жидкость 2,6 46,25 -43 90 1 1,0 – 50,0 При больших концентрациях действует наркотически; при малых вызывает заболевание нервной системы. Стирол (С6Н5СН3) Бесцв. легковоспламен. жидкость 3,59 146 30 530 5 1,1 – 5,2 Весьма токсичен, действует на кровь, кровотворные органы и ЦНС. Толуол (С6Н5СН3) Бесцветная летучая легковоспламеняющаяся жидкость 3,2 110,626 4 536 50 1,3 – 6,7 Наркотик, весьма токсичен, действует на кровь, кровотворные органы и ЦНС. Уксусная кислота СН3СООН Бесцветная легковоспламеняющаяся жидкость 2,06 118,1 38 454 5 3,3 – 22 Пары уксусной кислоты вызывают раздражение слизистых оболочек, верхних дыхательных путей. Ожоги кожи. Фенол (карболовая кислота) С6Н5ОН Бесцветн. горюч. кристаллическое в-во с сильным запахом 3,24 181,9 75 595 0,3 0,3
– 2,4 Нервный яд, обладает сильным местным раздражающим действием. Формальдегид СН2=О Бесцветный горюч. и взрывооп. газ с резким запахом 1,1 -21,0 – 430 0,5 7 – 73 Обладает общей протоплазматической ядовитостью, вызывает заболевание костей и кожи. Хлор Cl2 Газ с резким запахом 2,486 33,8 – – 1 – Ядовит, раздражает дыхательные пути, может вызвать отек легких. Этан С2Н6 Бесцветный горючий газ 1,04 -88,63 –
515 300 2,9 – 15,0 Обладает наркотическим действием. Этилбензол С6Н5СН2СН3 Бесцветная ЛВЖ 3,66 136,2 20 420 – 0,9 – 3,9 Весьма токсичен. Действует на кровь, кровотворные органы и на ЦНС. Этилен (этен) СН2=СН2 газ бесцветный горючий и взрывоопасный 0,974 -103,7 – 540 – 3 – 32 Обладает наркотическим действием. Этиловый спирт
С2Н5ОН Бесцветная ЛВЖ 1,6 78,37 13,0 404 1000 3,6 – 19,0 Обладает наркотическим действием.