Предотвращение пожаров

Основы теории горения и его виды

Основой любого пожара является процесс горения. Горением называют химическую реакцию окисления, сопровождающуюся выделением большого количества теплоты и обычно свечением. Для возникновения горения необходимо наличие горючего вещества (ГВ), окислителя (О), например кислорода воздуха, и источника зажигания. Система ГВ+О называется горючей смесью. Источником зажигания могут быть брошенная зажженная спичка, непотушенный окурок, ослабленный электрический контакт, ведущий к сильному разогреву розеток и проводов, искры.

Процесс горения газов при определенных условиях может сопровождаться взрывом. Горение жидкостей осуществляется в паровой фазе, т.е. горит не сама жидкость (нефть, бензин, спирт, ацетон и т.п.), а её пары, которые образуются над поверхностью жидкости. При этом жидкость разогревается, обусловливая все более интенсивное парообразование, поддерживающее процесс горения. Горение твердых веществ (древесина и т.п.) связано с тем, что при их разогреве могут выделяться горючие газообразные и парообразные вещества. При достаточной скорости выделения, наличии окислителя и источника зажигания возникает реакция горения в газовой фазе над поверхностью твердого вещества. При этом выделяется большое количество теплоты.

Если горение твердых горючих веществ и материалов не сопровождается пламенем, то такой вид горения называют тлением. Оно возможно при недостатке кислорода в зоне реакции горения, а также выделяющейся в процессе горения теплоты и очень быстром отводе теплоты из зоны горения.

Возникновение горения возможно и без воздействия внешнего источника зажигания, т.е. происходит самовозгорание. Оно начинается с самонагревания, т.е. повышения температуры за счет внутренних экзотермических реакций при наличии благоприятных условий для накопления теплоты в массе вещества. Самовозгорание может быть микробиологическим, возникать под воздействием жизнедеятельности микроорганизмов в массе вещества (рыбная мука и др.), и химическим, т.е. возникать в результате химического взаимодействия веществ (промасленная ветошь и т.п.).

Самовозгорание, сопровождающееся появлением пламени, называют самовоспламенением.

Особым видом горения является также взрыв – чрезвычайно быстрое химическое превращение вещества, сопровождающееся выделением энергии и образованием сжатых газов, способных выполнять механическую работу.

Причины пожаров и взрывов

Анализ пожаров показывает, что их причины чаще всего связаны с неосторожным обращением с открытым огнем, электрогазосварочными работами, несоблюдением правил эксплуатации при использовании электроустановок и внутренней электропроводки, нарушением правил использования электробытовых приборов. Нередко причиной пожаров становятся несоблюдение требований по пожарно-профилактическому режиму в помещениях, применение пожароопасных моющих жидкостей (бензина и т.п.), непотушенные сигареты, спички, а также установка электронагревательных приборов на деревянные подставки и столы.

Причинами пожаров могут быть самовозгорание материалов, имеющих большую жировую загрязненность (сажи в коптильных камерах, дымоходах, бумаги, опилок), самовозгорание рыбной муки при нарушении правил ее хранения, нарушение правил сбора и хранения горящих древесных отходов в рыбокоптильных цехах.

На аммиачных холодильниках возможно образование взрывоопасных смесей паров аммиака с воздухом. Известно, что взрывоопасные концентрации паров аммиака в воздухе 16-26,8 об. %.

Пожары являются одной из основных причин гибели судов. На них приходится 20 % всех зарегистрированных случаев потери судов. Пожары на судах происходят в результате попадания топлива на раскаленные поверхности двигателей, возгорания сажи в котельных установках, самовозгорания грузов, а также нарушения правил пожарной безопасности при пользовании электронагревательными приборами.

Велико число пожаров на судах во время их строительства и ремонтов. Причинами пожаров являются нарушения правил и технологии электрогазосварочных и газорезательных работ, правил эксплуатации, неосторожное обращение с огнем, самовозгорания.

Опасные факторы пожара

Пожаром называют неконтролируемое горение вне специального очага.

Пожарная опасность проявляется в факторах, которые воздействуют на людей и материальные ценности. Согласно ГОСТ 12.1.004 опасными факторами пожара являются пламя и искры, повышенная температура окружающей среды, токсичные продукты горения и термического разложения, дым, пониженная концентрация кислорода. На людей и материальные ценности могут воздействовать также вторичные проявления опасных факторов пожара: осколки, части разрушившихся конструкций, агрегатов, установок и аппаратов; радиоактивные и токсичные вещества, вышедшие их разрушенных аппаратов и установок; электрический ток, возникающий в результате выноса высокого напряжения на токопроводящие части конструкций, аппаратов и агрегатов: опасные факторы взрыва, происшедшего в результате пожара; огнетушащие вещества.

Открытое пламя и искры – наиболее часто встречающийся опасный фактор пожара. Даже кратковременное воздействие открытого пламени может вызвать гибель людей в результате сгорания одежды и ожогов кожного покрова. Температурный порог жизнеспособности тканей человека составляет лишь около 45 ^оС, а кожный покров не может долго противостоять распространению тепла в глубину тканей.

Повышенная температура окружающей среды, поверхностей предметов нарушает тепловое равновесие тела человека, вызывает его перегрев. При вдыхании нагретого воздуха возможны также ожоги слизистых оболочек носа, глотки, трахеи и бронхов.

При пожарах в закрытых помещениях зданий, судов в зоне горения могут накапливаться ядовитые пары и газы. Превалирующим компонентом этих токсичных смесей является оксид углерода СО или угарный газ, не имеющий запаха, цвета и вкуса. Концентрация угарного газа в зоне горения может достигать 10…12 %. Нахождение человека в течение 5 минут в атмосфере с содержанием даже 1 % угарного газа приводит к потере сознания, а затем через короткий промежуток времени и к смерти.

Пожары часто сопровождаются выделением большого количества дыма. Его опасность заключается не только в раздражающих и токсичных свойствах компонентов, входящих в состав дыма, но и в уменьшении видимости и потере людьми ориентации.

В помещениях при пожарах концентрация кислорода по сравнению с нормальной может резко уменьшиться (20,8 %). Человек теряет сознание при уменьшении содержания кислорода до 18 %. При этом обеднение кислородом воздушной среды в очаге пожара происходит очень быстро. У человека может внезапно возникнуть удушье, а затем страх и слабость, и в результате он не может самостоятельно выбраться из помещения.

Показатели пожаровзрывоопасности и условия

пожаровзрывобезопасности

Показатели пожаровзрывоопасности учитываются при решении многих вопросов пожарной безопасности. Некоторые из этих показателей относятся ко всем веществам и материалов независимо от их агрегатного состояния: группа горючести, температура самовоспламенения, способность взрываться и гореть при взаимодействии с водой, кислородом воздуха и другими веществами.

К газам и жидкостям применяются следующие показатели взрывоопасности: нижний и верхний концентрационный пределы распространения пламени (воспламенения), температурные пределы распространения пламени (воспламенения), минимальная энергия зажигания.

К жидкостям и твердым веществам применяется такой показатели, как температура вспышки.

Знание перечисленных показателей необходимо для правильной характеристики пожаро- и взрывоопасности веществ и материалов в условиях их производства, транспортирования, хранения и использования.

Рассмотрим некоторые из перечисленных выше показателей.

Г о р ю ч е с т ь - способность веществ или материала к горению. В зависимости от этой способности все вещества и материалы подразделяются на три группы:

негорючие (несгораемые) – вещества и материалы, не способные к горению в воздухе;

трудногорючие (трудносгораемые)_ - вещества и материалы, способные возгораться в воздухе от источника зажигания, но не способные самостоятельно гореть после его удаления;

горючие (сгораемые) – вещества и материалы, способные самовозгораться, а также возгораться от источника зажигания и самостоятельно гореть после его удаления.

В с п ы ш к а - быстрое сгорание горючей смеси, не сопровождающееся образованием сжатых газов. Температура вспышки – самая низкая температура горючего вещества, при которой в условиях специальных испытаний над его поверхностью образуются пары или газы, способные вспыхивать от источника зажигания, но скорость образования которых еще не достаточна для устойчивого горения.

Т е м п е р а т у р а в о с п л а м е н е н и я - наименьшая температура вещества, при которой в условиях специальных испытаний вещество выделяет горючие газы с такой скоростью, что после их зажигания возникает устойчивое пламенное горение.

Т е м п е р а т у р а с а м о в о с п л а м е н е н и я - самая низкая температура вещества, при которой в условиях специальных испытаний происходит резкое увеличение скорости экзотермических реакций, заканчивающихся пламенным горением.

Н и ж н и й (в е р х н и й) к о н ц е н т р а ц и о н н ы й п р е д е л р а- с п р о с т р а н е н и я п л а м е н и (воспламенения) – минимальное (максимальное) содержание горючего вещества в смеси «горючее вещество – окислитель», при котором возможно распространение пламени по смеси на любое расстояние от источника зажигания.

Т е м п е р а т у р н ы е п р е д е л ы р а с п р о с т р а н е н и я п л а м е-

н и - такие температуры вещества, при которых его насыщенные пары образуют концентрации, равные соответственно нижнему (нижний температурный предел) и верхнему (верхний температурный предел) концентрационным пределам распространения пламени.

М им н и м а л ь н а я э н е р г и я з а ж и г а н и я - наименьшее значение энергии электрического разряда, способного воспламенить наиболее легковоспламеняющуюся смесь газа, пара или пыли с воздухом с вероятностью 0,01. Для многих паро и газовоздушных смесей величина этой энергии составляет 0,009- 2 мДж, для пылевоздушных смесей – 10-250 мДж.

Нижний и верхний концентрационные пределы распространения пламени (воспламенения) – НКПР и ВКПР для газов и пылей, характерных для организаций рыбного хозяйства, - приведены в табл. 3.1 и 3.2.

Таблица 3.1

Концентрационные пределы распространения для газов

Газ	НКПР, %	ВКПР, %
Аммиак Ацетилен Ацетон Водород Окись углерода Пропан	16,0 3,0 2,2 4,15 12,8 2,3	27,0 82,0 13,0 75,0 75,0 9,5

Методы экспериментального или расчетного определения показателей пожаро- и взрывобезопасности приводятся в стандартах ССБТ. Например, для экспериментального определения горючести твердых веществ и материалов может применяться метод «огневой трубы».

Таблица 3.2

Концентрационные пределы распространения для пылей

Пыль	НКПР, г/м3	ВКПР, г/м3	Температура самовоспламенения, оС
Водорослевой муки Древесной муки (фракция74-100 мкм) Рыбной муки Древесная Сахарная Пшеничной муки	12,6 – 25,0   82,0 – 190,0 Боле 65 8,9 – 15,0 2,00	-   - - - -	-   - 375 – 495

Для испытаний готовят шесть образцов шириной 35±1 мм, длиной 150±3 м и толщиной 10±1 мм, которые подвергают кондиционированию, а затем взвешивают.

При испытаниях под центром образца устанавливают горелку с высотой пламени 40±5 мм, одновременно включают секундомер и определяют время зажигания, обеспечивающее устойчивое горение образца. После возгорания образца горелку убирают и фиксируют время самостоятельного горения или тления.

Максимальное время зажигания образца не должно превышать, как установлено стандартами, 2 мин. Затем остывший до комнатной температуры образец вынимают из прибора и взвешивают с целью определения потери массы. Таким же образом испытывают и другие пять образцов.

Потерю массы М (в %) рассчитывают по формуле

(3.1)

где М₁ – масса образца до испытания; М₂ – масса образца после испытания.

Испытанный материал будет считаться горючим при следующих условиях:

самостоятельное пламенное горение и тление продолжалось более 60 с, а потеря массы у более чем одного образца (на шести) превысила 20 %;

самостоятельное пламенное горение продолжалось менее 60 с, но пламя распространялось по всей поверхности образца, о потеря массы более чем у одного образца превысила 90 %;

самостоятельное пламенное горение композиционных материалов, состоящих из горючих и негорючих компонентов, продолжалось менее 60 с, но пламя распространилось по всей поверхности образца и при этом выгорела вся органическая часть материала;

самостоятельное пламенное горение композиционных материалов продолжалось более 60 с, а потеря массы, относимая только к органической части материала, составила менее 20 %.

Знание показателей пожаро- и взрывоопасности позволяет выразить в количественной форме условия пожаро- и взрывобезопасности. Эти условия устанавливаются стандартами в соответствии с выбранным способом пожаро- и взрывозащиты. Если, например, таковым является предотвращение образования в горючей среде (или внесения в нее) источников зажигания, то условия пожаро- и взрывобезопасности будут следующими:

(3.2)

(3.3)

(3.4)

(3.5)

(3.6)

где - безопасная энергия зажигания, Дж; W_min – минимальная энергия зажигания, Дж; K_бз – коэффициент безопасности энергии зажигания; t_без – безопасная температура, ^оС; t_св, t_тл, t_сн – температуры соответственно воспламенения, тления и самонагревания, ^оС; t_с – минимальная температура среды, при которой наблюдается самовозгорание образца, ^оС; K_бс- коэффициент безопасности к температурам самовоспламенения, тления, самонагревания среды.

Коэффициент безопасности K_бх к показателям пожаро- и взрывобезопасности определяют по формуле

(3.7)

где K_п – коэффициент, учитывающий систематическую погрешность метода определения показателей пожаро- и взрывоопасности; t_(m)α - квантиль распределения Стьюдента при m степенях свободы и уровне значимости α; δ – коэффициент вариации экспериментальных показателей пожаро- и взрывоопасности.

Величины t_(m)α и δ принимают по ГОСТ 11.004-74. Коэффициент K_п рассчитывают по формуле

(3.8)

где δ_с – относительная систематическая погрешность метода определения параметра; n – число определений параметра конкретным методом; Ф_k, Ф_ист – соответственно значение k-го определения параметра и истинное его значение.

Уровень значимости α выбирают в зависимости от значения показателей пожаровзрывобезопасности, вероятности возникновения пожара и его последствий.

Условия пожаровзрывобезопасности можно записать и по показателям, связанным с предотвращением образования опасной горючей среды. Рассмотрим следующий показатель – количество М (в кг) горючих газов, паров легковоспламеняющихся и горючих жидкостей, горючих пылей, веществ, которые могут взрываться и гореть при взаимодействии с кислородом, водой или один с другим.

Условие пожаровзрывобезопасности:

М_р ≤ М_д / К_бм, (3.9)

где М_р – расчетное количество горючей среды того или иного вида, которое может поступить в помещение при нормальной эксплуатации или аварии, кг; М_д – допустимое непожароопасное количество указанных выше компонентов различного вида, кг; К_бм- коэффициент безопасности, больший единицы, вносящий поправку в величину М_д, определяется по формуле (3.7).

Из условия (3.9) следует, что расчетное количество горючей среды в производственных помещениях должно быть меньше (на величину коэффициента безопасности) допустимого.

Условия, подобные (3.9), могут быть записаны и по ряду других показателей, связанных с предотвращением образования опасной горючей среды: концентрациям горючих газов, паров или пылей, температуре вспышки и др. Например, если обозначить через φн_г – нижний концентрационный предел распространения пламени – НКПР (воспламенения) – минимальное содержание горючего вещества, при котором возможно распространение пламени в горючей воздушной смеси на любое расстояние от источника зажигания, то условие пожаровзрывобезопасности примет вид

φ_бг ≤ φ_нг / K_бг, (3.10)

где φ_бг – безопасная концентрация горючих газов, паров и пылей; K_бг – коэффициент безопасности, больший единицы, вводящий поправку в НКПР.

Условия пожаровзрывобезопасности имеют большое значение для проектирования технологических процессов. Из этих условий определяют пути и способы обеспечения взрывной и пожарной безопасности.

Пожарно-технические классификации и их значение

Пожарно-технические классификации используются при установлении необходимых требований и мер пожарной безопасности. Отсюда вытекает их важное практическое значение.

Классификация строительных материалов. При классификации строительных материалов по пожарной опасности учитываются следующие пожарно-технические характеристики: горючесть, воспламеняемость, распространение пламени по поверхности, дымообразующая способность, токсичность.

По горючести строительные материалы делят на негорючие (НГ) и горючие (Г). Горючие строительные материалы подразделяют на:

Г1 – слабо горючие;

Г2 – умеренно горючие;

ГЗ – нормально горючие;

Г4 – сильногорючие.

По воспламеняемости (В) горючие строительные материалы делят на:

В1 – трудновоспламеняемые;

В2 - умеренновоспламеняемые;

В3 – легковоспламеняемые.

По способности к распространению пламени (РП) по поверхности (кровля, полы, ковровые покрытия) горючие строительные материалы делят на:

РП1 – не распространяющие;

РП2 – слабораспространяющие;

РП3 – умереннораспространяющие;

РП4 – сильнораспространяющие.

По дымообразующий способности горючие строительные материалы делят на Д1, Д2, Д3 – с малой, умеренной и высокой дымообразующей способностью соответственно.

По токсичности продуктов горения горючие строительные материалы могут относиться к следующим группам: Т1, Т2, Т3, Т4, мало-, умеренно-, высоко- и чрезвычайноопасные соответственно.

Строительные конструкции.Строительные конструкции характеризуются огнестойкостью и пожарной опасностью. Показателем огнестойкости является предел огнестойкости, пожарную опасность конструкции характеризует класс её пожарной опасности.

Предел огнестойкости строительных конструкций устанавливается по времени (в минутах) наступления одного или последовательно нескольких, нормируемых для данной конструкции, признаков предельных состояний: потери несущей способности (R); потери целостности (Е); потери теплоизолирующей способности (I).

По пожарной опасности строительные конструкции подразделяются на четыре класса:

КО – непожароопасные; К1 – малопожароопасные; К2 – умереннопожароопасные; К3 – пожароопасные.

Противопожарные преграды. Противопожарные преграды (стены, перегородки, перекрытия) используют для предотвращения распространения пожара из помещения или пожарного отсека6 с очагом пожара в другие помещения.

Противопожарные преграды в зависимости от огнестойкости их ограждающей части подразделяются на типы согласно табл. 3.3.

Таблица 3.3