Показатели пожаровзрывоопасности веществ и материалов

Рассмотрим механизм и фазы горения для более лучшего понимания образования взрывопожароопасных сред и оценки пожаровзрывоопасности технологических процессов.

Горение - это комплекс физико-химических превращений, сопровождающихся выделением тепла и в большинстве случаев излучением света. Горению относятся:

- Реакция соединения с кислородом веществ, содержащих в основном водород и углерод;

- Реакции разложения (например, ацетилена)

- Реакции соединения веществ с хлором, бромом, парами серы и т. П. Условиями горения веществ являются:

- Наличие горючего вещества;

- Наличия кислорода (окислителя) в воздухе или кислорода в чистом виде;

- Наличия источника зажигания.

Горение вещества возникнет тогда, когда горючее вещество и кислород (реагирующие вещества) будут нагреты до температуры, при которой скорость теплообразования от реакции окисления будет выше скорость теплоотдачи в окружающую среду.

Для заполнения источник должен развивать определенную температуру и иметь запас тепла. Источниками воспаления могут быть: открытый огонь; электрическая искра; искра, образующегося при ударах друг о друга металлических деталей и предметов; разряд статического или атмосферного электричества; тепло от раскаленных тел и экзотермических реакций; тепло, возникающее при адиабатическом сжатии, тертые и тому подобное.

Источником воспламенения в процессе горения является зона горения, где, собственно, протекает реакция окисления с выделением тепла. Горение возникает и продолжается, если горючее вещество и кислород в воздухе находятся в определенном соотношении. С уменьшением концентрации кислорода в воздухе, уменьшается скорость горения, а при содержании ниже 14-15% горения большинства горючих веществ прекращается.

Процесс горения, обусловливает развитие пожара, является чрезвычайно сложным. Он зависит от разных факторов. К ним относятся: условия образования горючих смесей, отвода продуктов горения и др. Условия развития процесса горения определяют разнообразие видов горения.

Горение в зависимости от свойств горючей смеси различают -гомогенне и гетерогенное. Гомогенным горения будет тогда, когда исходные вещества находятся в одинаковом агрегатном состоянии, например, при горении газов. Гетерогенное горение наблюдается в жидких и твердых горючих веществах, хотя, как правило, реакция окисления, что приводит возникновение и развитие процесса горения, проходит в газовой фазе.

Горение различают по скорости распространения пламени и в зависимости от этого оно может быть дефлаграционное (скорость - несколько метров в секунду), взрывом (десятки метров в секунду) и детонационным (тысячи метров в секунду). Большинству пожаров свойственно дефлаграционное горения.

Пожар - это горение, развивающееся во времени и пространстве и перестает быть контролируемым.

На объектах складов горюче-смазочных материалов оценка пожаровзрывоопасности проводится с учетом объема производственного помещения (объем не учитывает оборудования), производительности приточно-вытяжной вентиляции или кратности воздухообмена в помещении, горючих свойств жидкостей и их паров (нижние концентрационный и температурная Взрывные, температура самовоспламенения), времени аварийного состояния утечки горючей жидкости.

Для жидкостей установленные показатели пожаровзрывоопасности и методы определения.

1. Горючесть - это способность вещества или материала к горению. По горючести вещества и материалы делятся на три группы:

негорюч и (несгораемые) - вещества и материалы, способные к горению в воздухе (материалы минерального происхождения и изготовленные на их основе красный кирпич, силикатный кирпич, бетон, камни, асбест, минеральная вата, асбоцемент и другие материалы, а также большинство металлов).

Негорючие вещества могут быть пожароопасными, например вещества, выделяющие горючие продукты при взаимодействии с водой;

- Трудногорючие (трудновоспламеняемая) вещества и материалы, способные заниматься в воздухе от источника зажигания, но не способные самостоятельно гореть после его удаления (материалы, содержащие горючие и огнеупорные компоненты, например, древесина при глубоком пропитке антипиренами, фибролит и др;

- Горючие (сгораемые) вещества и материалы, способные самовозгораться, а также заниматься от источника зажигания и самостоятельно гореть после его удаления.

В группе горючих веществ и материалов выделяют легковоспламеняющиеся вещества и материалы. Легковоспламеняющиеся вещества - это вещества и материалы, способные загореться от кратковременного - до 30 минут - воздействия источника зажигания низкой энергии. Легковоспламеняющиеся жидкости (ЛВЖ) это такие жидкости, в которых температура вспышки не более 61 ° С в закрытом тигле и не более 66 ° С в открытом.

2. Температура вспышки. Вспышка - быстрое сгорание горючей смеси, не сопровождающееся образованием сжатых газов.

Температура вспышки - самая низкая температура горючего вещества, при которой в условиях специальных испытаний над ее поверхностью образуются пары или газы, способные загореться от источника зажигания, но скорость их образования еще не достаточна для устойчивого пламенного горения. Если жидкость подогреть до более высокой температуры, чем температура вспышки, скорость образования пары может достичь значений, достаточных для поддержания устойчивого горения смеси паров с воздухом.

Как показатель, температура вспышки используется при классификации жидкостей по степени пожароопасности, при определении категории по взрывной, взрывопожарной и пожарной опасности, а также классов взрывоопасности и пожароопасности зон.

3. Температура воспламенения - это наименьшая температура вещества, при которой в условиях специальных испытаний вещество выделяет горючие пары и газы с такой скоростью, что после их зажигания возникает устойчивое пламени яне горения.

Температуры вспышки и воспламенения ЛВЖ отличаются на 1-5 ° С, и чем ниже температура вспышки жидкости, тем меньше разница, и следовательно, тем более пожароопасной эта жидкость. Температура воспламенения используется при определении группы горючести веществ, оценке пожарной опасности оборудования и технологических процессов, связанных с переработкой горючих веществ.

4. Температура самовоспламенения - это самая низкая температура вещества, при которой в условиях специальных испытаний происходит резкое увеличение скорости экзотермических реакций, заканчивающихся пламени пьяным горением.

Температура самовоспламенения вещества зависит от ряда факторов и изменяется в широких пределах.

Больше температура самовоспламенения зависит от объема и формы горючей смеси. С увеличением объема горючей смеси при неизменной ее форме температура самовоспламенения снижается, так как уменьшается площадь теплоотдачи на единицу объема вещества и создаются более благоприятные условия для накопления тепла в реагирующей горючей смеси. При уменьшении объема горючей смеси температура воспламенения ее повышается.

В каждой горючей смеси существует критический объем, в котором самовозгорания не происходит вследствие того, что площадь теплоотдачи, которая приходится на единицу объема, настолько велика, что скорость теплообразования за счет реакции окисления даже при очень высоких температурах не может превысить скорость теплоотвода . Это свойство горючих смесей использована в вогнезагороджува-чах, препятствующие распространению пламени. Как вогнезагороджу-тель применяют металлическую сетку специального плетения. Такая сетка размещается на пути возможного распространения пламени. Сетка разбивает горючую смесь на мелкие объемы (менее критичны), в которых самовозгорание невозможно. Такие вогнезагороджувачив используются в дыхательных клапанах резервуаров легковоспламеняющихся жидкостей и вентиляционных трубах бензохранилищ (рис. 14.1).

Вогнезагороджувачив

Щелевой вогнезагороджувачив работает по такому принципу во взрывобезопасных светильниках и электромоторах. Взрывоопасная смесь, проникая через зазоры между фланцами внутрь светильника, может взорваться и гореть в, крайнем случае, только в емкости светильника. Пламени (горения) из емкости светильника не может перекинуться наружу и вызвать взрыв в производственном помещении, так как в зазоре между фланцами благодаря большой площади теплоотдачи горючая смесь не самозапалюеться. Взрывобезопасные светильники применяются на объектах, в которых используются взрывоопасные смеси.

Температура самовоспламенения меняется при изменении объема и формы и наблюдается также в твердых и жидких горючих веществах. Температура самовоспламенения смеси горючих газов и жидкостей ниже средней арифметической температуры отдельных газов и жидкостей. Температура самовоспламенения горючей смеси зависит от соотношения между компонентом и воздухом. Наименьшую температуру самовоспламенения имеют смеси, близкие по составу к стехиометрическому (29,5%).

С повышением давления, от которого температура самовоспламенения также зависит, она снижается. Например, при атмосферном давлении температура керосина, бензина, бензола соответственно составляет 460, 480 и 680 ° С, а при давлении 490 кПа - 330, 350 и 620 ° С.

Катализаторы также влияют на температуру самовоспламенения. Катализаторами могут стать даже стенки емкостей, в которых хранятся жидкости. Например, температура самовоспламенения бензина в кварцевых емкостях на 100 ° С ниже, чем в железных. Тетраетилс-винець, пентакарбонил железа и другие антидетонаторы в небольших количествах повышают температуру самовоспламенения на 100 ° С и более.

Самовозгорание - процесс самонагревания вещества, в результате которого она самозапалюеться. Самовозгорание и самовозгорание это один и тот же процесс, только первый характерен для горючих веществ, имеющих температуру самовоспламенения значительно выше комнатной, а второй - для горючих веществ, самовоспламеняющихся при комнатной температуре и ниже (табл.14.1).

Накопление тепла - процесс (самонагревания) в самовоспламеняющихся веществ зависит от их агрегатного состояния, условий, окислительного процесса, способствует интенсивности, а также метеорологических условий. Самовозгорание веществ часто является причиной пожаров. Пожароопасность самовоспламеняющихся веществ тем выше, чем ниже температура, при которой они самовозгораются.

Следует знать, что в самовоспламеняющихся веществ относятся: растительные масла и жиры, сульфиды железа, продукты растительного происхождения, уголь, торф, химические вещества.

Наибольшую опасность возникновения пожаров составляют спецодежды и ветоши, на которых следы масел и жиров. Поэтому любой промасленную спецодежду и ветошь нужно вынести из производственных помещений и хранить в развешенном состоянии, обеспечивая большую поверхность теплоотдачи. Хранение в свернутом, помятом состоянии может привести к самовозгоранию и пожара.

Таблица 14.1

Температурные и концентрационные пределы распространения пламени

Жидкость

Температура самовоспламенения,

° С

Температурные

границы распространения

пламя, ° С

Концентрационные

пределы распространения пламени,% в

нижняя

верхняя

нижняя

верхняя

Бензин Б-95/130

440

- 35

- 5

0,98

5,48

Бензин Б-91/115

400

- 30

0

0,89

5,76

Бензин Б-70

300

- 30

0

0,79

5,76

Топливо ТС-1

220

28

57

1,2

7,1

Бензин "Галоша"

350

- 17

10

1,1

5,4

Бензол

625

- 14

12

1,1

6,8

Лигроин

380

2

34

1,4

6,0

Керосин осветительный

250

57

87

1,4

7,5

Этиленгликоль

380

112

124

3,8

6,35

Ацетон

610

- 20

6

2,6

12,2

Масло трансформаторное

300

135

163

-

-

Спирт метиловый

500

7

39

6,0

34,7

Спирт этиловый

465

11

40

3,3

18,4

Масло СМ-4,5, МК-8,

МК-8П

135

ВНИИ НП-50-1-4Ф

-

190

-

-

-

Масло Б-ЗВ

-

235

-

-

-

Масло ИПМ-10

-

190

-

-

-

Масло МС-20С

-

138

-

-

-

Масло ВТ-301

250

-

-

-

-

Тетрагидрофурфуриловий спирт (ТГФ)

282

75

Моноэтиловый эфир этиленгликоля (жидкость "И")

245

40

Особую опасность возникновения взрыва и пожара на промышленных объектах, где хранятся горюче смазочные материалы (цистерны, резервуары, танкеры) составляют самовоспламеняющиеся сульфиды железа Ге 2 Б, ГЭБ и Ге 2 Б 3 так называемые пирофорные вещества. Сульфиды образуются при взаимодействии сероводорода, содержащегося в нефтепродуктах, с продуктами коррозии стальных емкостей, трубопроводов, аппаратуры.

Пирофорном железо имеет вид черного осадка, покрывающего внутренние стенки емкостей и аппаратуры. Столкновение сульфидов железа, накопившихся под слоем нефтепродуктов, с воздухом приводит взрыв и пожар нефтепродуктов, поскольку окисления сульфидов протекает с большей скоростью и они нагреваются до 600-700 ° С. Такое же-возгорание происходит чаще всего при полном сливе нефтепродуктов из емкостей, резервуаров, танкеров.

5. Нижняя и верхняя концентрационные пределы распространения пламени я (воспаление) - это соответственно минимальный (максимальный) содержание горючего в смеси "горючее вещество - окислительное среда", при котором возможно распространение пламени по смеси на любое расстояние от источников зажигания.

Область распространения пламени - воспаление или взрыва это интервал концентраций между нижним и верхним пределами взрыва. Диапазон Взрывные является важнейшей характеристикой взрывобезопасности паров и газов горючих веществ. В табл. 14.1 приведены пределы воспламенения и взрываемости некоторых веществ при атмосферном давлении и комнатной температуре.

Концентрационные пределы воспламенения горючих смесей нижняя (НП) и верхняя (ОП) такие

в промилях:

где: N - число грамм-атомов кислорода, необходимое для сгорания одного моля горючего газа (вещества) М - масса одного моля горючего вещества в смеси, г; в. - Объем 1 моля газа при начальной температуре смеси, л.

Пример 14.1. Рассчитать концентрационные пределы воспламенения или взрыва смеси пар ацетона с воздухом.

Решение. Количество грамм-атомов кислорода, необходимое для сгорания одного моля ацетона, определим из уравнения реакции

От температуры горючей жидкости зависит концентрация насыщенных паров, то есть, при температуре жидкости над ее поверхностью может находиться только определенное упругость паров. Концентрационную границу нижнюю распространения пламени (воспаление) используют для классификации производств с пожаровзрывоопасности. Она применяется при расчете взрывобезопасных концентраций газов и паров внутри насосов топлив, трубопроводов, при проектировании вентиляционных систем насосных станций, складов хранения горючесмазочных материалов в таре, лабораториях, а также при расчете предельно взрывоопасных концентраций газов и паров в резервуарах при их зачистки, в насосных станциях, лабораториях с потенциальными источниками зажигания.

Например, при сливе-наливе происходит разлив горючей жидкости. Необходимо определить, горючие жидкости, в течение какого времени, с которой поверхности и в каком количестве при испарении могут образовать взрывоопасные концентрации паров в воздухе.

Пример 14.2. Случайно на бетонный пол разлили 3 л бензина Б-70 при температуре 25 ° С и атмосферном давлении р в = 9,81-10 4 Па образовалась лужа бензина диаметром 1,5 м.

Определить скорость испарения бензина, объемную концентрацию его через час после пролива и время, за которое в помещении объемом 15 м 3 образуется концентрация паров бензина равна верхней концентрационной границы распространения пламени ВП = 5,76%.

Решение. Определим скорость испарения бензина

Концентрационный верхний предел взрываемости бензина Б-70 будет достигнута г = ВП% / С% = 5,76 / 0,11 = 52,3 ч

Пример 14.3. Бензин Б-95/130 100 м 3 перекачали из резервуара объемом 500 м 3. Остаток хранился при температуре 25 ° С и давлении р в = 9,8110 4 Па неопределенно долго, а при пожаре в соседнем резервуаре его перекачали в безопасное хранилище. Следует определить, была концентрация бензина в резервуаре взрывоопасная до и после перекачки из него бензина?

Молярная масса бензина М = 120-10 ~ 3 кг / моль; г. н - давление насыщенного пара бензина Б-95/130 примем 1,95-10 4 Па; V - молярный объем паров бензина 2410 -3 м 3 / моль. В процессе перекачки испарением пренебрегаем.

Решение. Весовая концентрация паров бензина

Такая объемная концентрация не является взрывоопасной, потому что она выше верхней границы распространения пламени, которая для бензина Б-95/130 составляет 5,48% об. (Табл.14.1).

После перекачки бензина его пары заполнили объем в пять раз больше, и концентрация составляла 20: 5 = 4 %%. Такая концентрация паров бензина является взрывоопасной, потому что она находится в диапазоне Взрывные бензина Б-95/130 0,98 <4,0 <5,48 %%.

6. Нижняя и верхняя температурные пределы распространения пламени заполнения. Это соответственно такие температуры вещества, при которых его насыщенные пары образуют в конкретном окислительной среде концентрации, равные нижней и верхней концентрационным пределам распространения пламени. По температурным пределами распространения пламени воспламенение горючих веществ можно определить концентрационные пределы распространения пламени заполнения в%:

где: г. н и г в - давление насыщенных паров при температурах, соответствующих нижней и верхней температурным пределам, Па; г. атм - атмосферное давление, составляет 9,8-10 4 Па.

Пример 14.4. Рассчитать концентрационные пределы распространения пламени топлива ТС-1 по значениям температурных границ.

Решение. Давление насыщенного пара топлива ТС-1 при 28 ° С составляет 0,11-10 4 Па, при 57 ° С - 0,68-10 4 Па.

Пример 14.5. В емкости сохраняется бензин "Галоша". Есть концентрация паров взрывной в емкости - летом при температуре воздуха 30 ° С и - зимой при -15 ° С?

Решение. Согласно температурными пределами, распространения пламени (воспаление) бензина "Галоша" (табл.14.1) определим, что в летнее время при 30 ° С концентрация паров в емкости выше верхней границы (распространение пламени ) и поэтому не представляет опасности взрыва, а зимой при -15 ° С концентрация паров находится в области Взрывные и поэтому она является взрывоопасной.

Концентрационные пределы распространения пламени (воспаление) смеси нескольких паров и газов могут быть определены в промилле по формулам Ле-Шателье:

где: ЧП см и ОП см - соответственно нижняя и верхняя концентрационные пределы воспламенения (взрыва) смеси нескольких газов и паров, %%; С 1, С 2, С п - концентрация отдельных компонентов смеси, %%; при этом С + 4 + ... + С, = 100%; ЧП 1, ЧП 2, ЧП п; ОП 2, ОП п - соответственно нижние и верхние пределы воспламенения (взрыва) отдельных компонентов смеси,%.

Пример 14.6. Определить верхнюю концентрационную предел распространения пламени (Взрывные) смеси, состоящей из 30% топлива ТС-1 и 70% воздуха, к которой добавили 3% этиленгликоля. Верхний предел распространения пламени ТС-1 ВП = 7,1% о, этиленгликоля ВП = 6,35% (табл.14.1).

Смесь топлива с воздухом и этиленгликолем стала взрывной, так как концентрация топлива ТС-1 (7,05%) находится в зоне взрываемости.

Температурные пределы воспламенения используют при расчете пожеховибухонебезпечних режимов работы технологического оборудования, при оценке аварийных ситуаций, связанных с разливом горючих жидкостей, а также для расчета концентрационных пределов заполнения.

7. Минимальная энергия зажигания. Наименьшее значение энергии электрического разряда, способной зажечь наиболее легковоспламеняющуюся смесь газа или пыли с воздухом. Показатель применяют для оценки электростатической искробезопасности от разрядов статического электричества, возникающего во время приема, хранения и отпуска нефтепродуктов, а также для обеспечения пожаровзрывобезопасными условий переработки горючих веществ.

8. Способность взрываться и гореть при взаимодействии с водой, кислородом воздуха и другими веществами (взаимный контакт веществ). Это качественный показатель, характеризующий особую пожарную опасность некоторых веществ. Данные об опасности взаимного контакта веществ используют при классификации производств по уровню пожаровзрывоопасности, выборе безопасных условий проведения технологических процессов и условий совместного хранения веществ.

Например, при хранении кислородных баллонов, используемых для сварки, необходимо предотвращать попадание масел и жиров на их штуцеры, редукторы и шланги.

9. Нормальная скорость распространения пламени. Это скорость перемещения фронта пламени относительно несгораемого газа в направлении, перпендикулярном к его поверхности. Этот показатель следует применять при расчетах скорости нарастания взрывного давления газа, паровоздушных смесей, а также при разработке мероприятий и

средств, обеспечивающих пожаровзрывобезопасность технологических процессов при применении ГСМ.

10. Скорость выгорания. Это количество горючего вещества, сгорает за единицу времени с единицы площади. Скорость выгорания используют при расчетах продолжительности пожара в резервуарах, интенсивности тепловыделения и температурного режима пожара.

11. Минимальный взрывоопасный содержание кислорода. Это такая концентрация кислорода в горючей смеси, ниже которой воспламенения и горения смеси становятся невозможными при любой концентрации горючего в смеси, разбавленной данным флегматизатором. Этот показатель используют при:

- Расчетов пожаровзрывобезопасными режимов работы технологического оборудования по перекачке авиатоплива при приеме, хранении и отпуске;

- Выбора режимов работы систем "азотного дыхания", разработки систем и установок вибухостримування и тушения пожаров. Минимальный взрывоопасный содержание кислорода зависит от вида флегматизатора.

12. Минимальная флегматизуюча концентрация флегмати- затора. Это наименьшая концентрация флегматизатора в смеси с горючим и окислительным средой, при которой смесь становится неспособной к распространению пламени при любом соотношении горючего и окислительного среды. Этот показатель используется при расчетах безопасных составов смесей. Флегматизуюча объемная концентрация флегматизатора равна:

13. Минимальное давление взрыва. Это - наибольшее давление, возникающее при дефлаграционное взрыва газо-, паро- или пылевоздушной смеси в замкнутой емкости при начальном давлении смеси 101,3 кПа.

Максимальное давление взрыва используется при расчетах оборудования и конструкций на взрывонепроницаемость, взрывостойкость, а также при расчете предохранительных мембран.

14. Скорость нарастания давления при взрыве. Это производная давления взрыва от времени на растущей участке зависимости давления взрыва газо-, паро-, пылевоздушной смеси в замкнутой емкости от времени. Скорость нарастания давления используется при расчетах предохранительных устройств и в системах вибухоподавлення.

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   След >