Основные показателипожаровзрывоопасности веществ и материалов

Пожаровзрывоопасность веществ и материалов - совокупность свойств, характеризующих их способность к возникновению и распространению горения. Следствием горения, в зависимости от его скорости и условий протекания, может быть пожар (диффузионное горение) или взрыв (дефлаграционное горение предварительно перемешанной смеси горючего с окислителем).

Пожаровзрывоопасность веществ и материалов определяется показателями, выбор которых зависит от агрегатного состояния вещества (материала) и условий его 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 каплепа-дения которых меньше 50 °С;

364

♦ 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.

Показатели пожаровзрывоопасности веществ и материалов выбираются в зависимости от агрегатного состояния (табл. 4.1).

Кроме указанных в табл. 4.1, допускается использовать другие показатели, более детально характеризующие пожаровзрывоопасность веществ и материалов.

Группа горючести является классификационной характеристикой способности веществ и материалов к горению.

По горючести вещества и материалы подразделяются на три группы:

♦ негорючие (несгораемые) - вещества и материалы, не способные к горению в воздухе. Они могут быть пожаро-взрывоопасными, например, окислители или вещества, выделяющие горючие продукты при взаимодействии с водой, кислородом воздуха или друг с другом;

♦ трудногорючие (трудносгораемые) — вещества и материалы, способные гореть в воздухе при воздействии источника зажигания, но не способные самостоятельно гореть после его удаления;

♦ горючие (сгораемые) — вещества и материалы, способные самовозгораться, а также возгораться при воздействии источника зажигания и самостоятельно гореть после его удаления.

Из группы горючих веществ и материалов выделяют легковоспламеняющиеся, которые способны воспламеняться от кратковременного (до 30 с) воздействия источника зажигания с низкой энергией (пламя спички, искра, тлеющая сигарета и т.п.).

Группы горючести используются для оценки веществ и материалов, определения категории помещений по взры-вопожарной и пожарной опасности, при разработке мероприятий по пожарной безопасности и др.

Максимальная скорость процесса горения достигается при стехиометрической концентрации, т.е. при концент-

365

Таблица 4.1. Номенклатура показателей и их применяемость для характеристики пожаровзрывоопасности веществ и материалов

Показатель	Агрегатное состояние веществ и материалов
Газы	Жидкости	Твердые	Пыли
Группа горючести	+	+	+	+
Температура вспышки	-	+'	-	-
Температура воспламенения	-	+	4-	+
Концентрационные пределы распространения пламени (воспламенения)	+	+		+
Температурные пределы распространения пламени (воспламенения)	+	+		+
Температура тления	-	+	-	-
Условия теплового самовозгорания	—	—	+	+
Минимальная энергия зажигания	-	-	+	+
Кислородный индекс	+	+	-	+
Способность взрываться и гореть при взаимодействии с водой, кислородом воздуха и другими веществами			+
Нормальная скорость распространения пламени	+	+	+	+
Скорость выгорания	+	+	-	-
Коэффициент дымообразования	+	+	-	-
Индекс распространения пламени	-	-	+	-
Показатель токсичности продуктов горения полимерных материалов			+
Минимальное взрывоопасное содержание кислорода	—	+	—	+
Максимальное давление взрыва	+	+	-	+
Скорость нарастания давления взрыва	+	+		+

Примечание. Знак «+» обозначает применяемость, знак «-» -неприменяемость показателя.

рации, которая точно соответствует количественному содержанию веществ, соединяемых друг с другом при реакции горения.

366"

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.

Интервал между нижним и верхним концентрационными пределами называется областью воспламенения.

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

367

Величины пределов воспламенения используют при расчете допустимых концентраций внутри технологических аппаратов, систем рекуперации, вентиляции, а также при определении предельно допустимой взрывоопас-

ной 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.

В соответствии с ГОСТ 12.1.044 температурой вспышки называется наименьшая температура конденсированного вещества, при которой в условиях специальных испытаний над его поверхностью образуются пары, способные вспыхивать в воздухе от источника зажигания; устойчивое горение при этом не возникает. Температура вспышки соответствует нижнему температурному пределу воспламенения.

Температуру вспышки используют для оценки воспламеняемости жидкости, а также при разработке мероприятий для обеспечения пожаро- и взрывобезопасности ведения технологических процессов.

В зависимости от численного значения температуры вспышки жидкости подразделяются на легковоспламеняющиеся (ЛВЖ) и горючие (ГЖ).

К легковоспламеняющимся относятся жидкости с температурой вспышки не более 61 °С в закрытом тигле или 66 °С в открытом тигле. Для ЛВЖ температура воспламенения обычно на 1-5 °С выше температуры вспышки, а для горючих жидкостей эта разница может достигать 30-35 "С.

В соответствии с ГОСТ 12.1.017, в зависимости от температуры вспышки ЛВЖ подразделяются на три разряда.

Особо опасные ЛВЖ - с температурой вспышки от -18 °С и ниже в закрытом тигле или от -13 °С и ниже в открытом тигле. К особо опасным ЛВЖ относятся ацетон, диэтиловый спирт, изопентан и др.

Постоянно опасные ЛВЖ - это горючие жидкости с температурой вспышки от -18 °С до +23 °С в закрытом тигле или от -13 °С до +27 °С в открытом тигле. К ним относятся бензил, толуол, этиловый спирт, этилацетат и др.

368

Опасные при повышенной температуре ЛВЖ - это горючие жидкости с температурой вспышки от 23 до 61 °С в закрытом тигле. К ним относятся хлорбензол, скипидар, уайт-спирит и др.

Температура вспышки жидкостей, принадлежащих к одному классу (жидкие углеводороды, спирты и др.), закономерно изменяется в гомологическом ряду, повышаясь с увеличением молекулярной массы, температуры кипения и плотности.

Температуру вспышки определяют экспериментальным и расчетным путями. Для экспериментального определения температуры вспышки заданную массу жидкости (вещества) нагревают с определенной скоростью, периодически зажигая выделяющиеся пары и визуально оценивая результаты зажигания.

Ориентировочно расчет температуры вспышки (Т_всп> К) производится по правилу Орманда и Гровена:

где Т_кип - температура кипения, К; т - коэффициент, равный 0,736.

Температурой воспламенения называется наименьшее значение температуры жидкости, при котором интенсивность испарения ее такова, что после зажигания внешним источником возникает самостоятельное пламенное горение.

Температура самовоспламенения — самая низкая температура вещества, при которой в условиях специальных испытаний происходит резкое увеличение скорости экзотерических реакций, заканчивающихся горением.

Минимальное взрывоопасное содержание кислорода (окислителя) - такая его концентрация в горючей смеси, ниже которой воспламенение и горение смеси становятся невозможными при любой концентрации горючего в смеси, разбавленной данным флегматизатором.

Склонность к взрыву и детонации — чувствительность к механическому воздействию (удару или трению).

Взрывоопасной средой являются: смеси веществ (газов, паров, пылей) с воздухом и другими окислителями (кислород, озон, хлор, окислы азота и др.), способные к взрывчатому превращению, а также индивидуальные вещества, склонные к взрывному разложению (ацетилен, озон, гидразин, аммиачная селитра и др.).

369

Основными параметрами, характеризующими опасность взрыва, являются:

♦ максимальное давление взрыва - наибольшее давление, возникающее при дефлаграционном взрыве газо-, паро- или пылевоздушной смеси в замкнутом сосуде при начальном давлении смеси 101,3 кПа;

♦ скорость нарастания давления при взрыве — это производная давления взрыва по времени на восходящем участке зависимости давления взрыва газо-, паро-, пылевоздушной смеси в замкнутом сосуде от времени.

Минимальная энергия зажигания (W) - наименьшее значение энергии электрического разряда, способного воспламенить наиболее легко воспламеняющуюся смесь газа, пара или пыли с воздухом. Для ориентировочного расчета минимальной энергии зажигания паров и газов в воздухе E_min, МДж, применяется формула

где d_кр - критический зазор, величину которого можно получить расчетным путем или на основе справочных данных, мм.

Для оценки взрывоопасности газо- и паровоздушных смесей используют понятие критического зазора (диаметра).

С критическим диаметром (зазором) связано также определение категории взрывоопасной смеси, которая характеризует способность газопаровоздушной смеси передавать взрыв через узкие щели и фланцевые зазоры.

В соответствии с ГОСТ 12.1.011 взрывоопасные смеси газов и паров подразделяются на категории взрывоопасности в зависимости от величины безопасного экспериментального максимального зазора (БЭМЗ) и значения соотношения минимального тока воспламенения испытуемого газа или пара к минимальному току воспламенения метана (МТБ).

БЭМЗ - это экспериментальный максимальный зазор, через который не происходит передача взрыва из оболочки в окружающую среду при любой концентрации горючего в воздухе (рис. 4.2).

Установлены два вида взрывоопасных смесей: I - метан на подземных горных работах; II - газы и пары, за исключением метана на подземных горных работах.

370

В зависимости от значений БЭМЗ и МТБ газы и пары подразделяются на категории (табл. 4.2).

Для классификации большинства газов и паров достаточно применения одного из критериев - значения БЭМЗ или МТБ.

Рис. 4.2. Шарообразная оболочка для определения величины тушащего зазора: В и б - длина и ширина зазора

Один критерий достаточен в следующих случаях:

для категории ПА - БЭМЗ больше 0,9 мм или соотношение МТБ больше 0,9;

для категории ИВ - БЭМЗ в пределах от 0,55 до 0,9 мм или соотношение МТБ в пределах от 0,5 до 0,8;

для категории НС - БЭМЗ меньше 0,5 мм или соотношение МТБ меньше 0,45.

Таблица 4.2. Категории взрывоопасное™ смесей в зависимости от величины БЭМЗ и МТБ

Категория взрывоопасности смесей	Величина БЭМЗ, мм	Величина МТБ
IIА	0,9 и более	более 0,8
IIВ	свыше 0,5, но менее 0,9	от 0,4 до 0,8 вкл
IIС	0,5 и менее	менее 0,45

Необходимо определять как БЭМЗ, так и соотношение МТБ в следующих случаях:

если установлено только соотношение МТБ и его значение находится в пределах от 0,45 до 0,5 или от 0,8 до 0,9; если известен только БЭМЗ и его значение находится в пределах от 0,5 до 0,55.

Таблица 4.3. Классификация взрывоопасных смесей по температуре самовоспламенения

Группа	взрывоопасных смесей	Температура самовоспламенения, "С
	Т1	Свыше 450
	Т2	Свыше 300 до 450 включительно
	ТЗ	Свыше 200 до 300 включительно
	Т4	Свыше 135 до 200 включительно
	Т5	Свыше 100 до 135 включительно
	Т6	Свыше 85 до 100 включительно

371

Кроме категорий взрывоопасные смеси газов и паров подразделяются на группы в зависимости от величины температуры самовоспламенения согласно табл. 4.3.

Характеристика взрывоопасных смесей необходима для обоснованного выбора электрооборудования для взры-во-и пожароопасных производственных помещений и наружных установок.

4.2. Основы профилактики пожаров и взрывов

4.2.1. Категорирование помещений, зданий

и наружных установок по взрывопожарной

и пожарной опасности

В соответствии с Нормами пожарной безопасности Республики Беларусь НПБ 5-2000 помещения и здания подразделяются по взрывопожарной и пожарной опасности на категории А, Б, В1, В2, ВЗ, В4, П, Г2 и Д (табл. 4.4).

Указанные категории применяют для установления нормативных требований по обеспечению взрывопожарной и пожарной безопасности помещений и зданий в отношении планировки и застройки, этажности, площадей, размещения помещений, конструктивных решений, инженерного оборудования.

Категории взрывопожарной и пожарной опасности помещений и зданий определяются для наиболее неблагоприятного в отношении пожара или взрыва периода, исходя из вида находящихся в аппаратах и помещениях горючих веществ и материалов, их количества и пожароопасных свойств, особенностей технологических процессов.

Определение пожароопасной категории В1-В4 помещения или его участков осуществляется путем сравнения максимального значения удельной временной пожарной нагрузки (далее по тексту - пожарной нагрузки) с табличными величинами (табл. 4.5).

Категории наружных установок по пожарной опасности определяются также по НПБ 5-2000.

Правильный выбор категории помещений, зданий и наружных установок имеет первостепенное значение при проектировании и эксплуатации объектов, связанных с

372

Таблица 4.4. Категории помещений по взрывопожарной и пожарной опасности

Категория помещения	Характеристика веществ и материалов, находящихся (обращающихся) в помещении
А - взрыво- пожаро- опасная	Горючие газы (ГГ), ЛВЖ с температурой вспышки не более 28 °С в таком количестве, что могут образовывать 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- взрыво- пожаро- опасная	Горючие пыли или волокна, ЛВЖ с температурой вспышки более 28 °С, горючие жидкости (ГЖ) в таком количестве, что могут образовывать взрывоопасные иылевоздушные и паровоздушные смеси, при воспламенении которых развивается расчетное избыточное давление взрыва в помещении, превышающее 5 кПа
В1-В4 - пожароопасные	ГЖ и трудногорючие жидкости, твердые горючие и трудногорючие вещества и материалы (в том числе пыли и волокна), 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 обращаются, не относятся к категориям А или В
П	Процессы, связанные со сжиганием в качестве топлива ГГ и ЛВЖ
Г2	Негорючие вещества и материалы в горячем раскаленном или расплавленном состоянии, процесс обработки которых сопровождается выделением лучистой теплоты, искр и пламени. Процессы, связанные со сжиганием в качестве топлива ГЖ, а также твердых горючих веществ и материалов
д	Негорючие вещества и материалы в холодном состоянии

обращением огнеопасных жидкостей, так как позволяет определить основные требования к генеральному плану, конструкции производственных зданий и расположению в них оборудования, к вентиляции, исполнению электрооборудования и др.

373

Таблица 4.5. Разделение помещений на категории В1—В4

Категория	Удельная пожарная нагрузка g на участке, МДж/м2
В1	Более 2200
В2	1401-2200
ВЗ	181-1400
В4	41-180

В итоге это дает возможность установить оптимальные соотношения между безопасностью производства и размером капитальных вложений на строительство и эксплуатацию объектов.

4.2.2. Огнестойкость строительных конструкций и зданий

Огнестойкость - способность зданий, сооружений и строительных конструкций сохранять свои функции при пожаре (СТБ 11.1.03-94).

Огнестойкость строительных конструкций характеризуется пределом огнестойкости.

Предел огнестойкости — показатель огнестойкости конструкции, определяемый временем от начала стандартного огневого испытания до наступления одного из нормируемых для данной конструкции предельных состояний по огнестойкости.

Предельное состояние конструкции по огнестойкости - состояние конструкции, при котором она утрачивает способность сохранять одну из своих противопожарных функций. Нормируются следующие предельные состояния:

♦ потеря несущей способности (R) вследствие обрушения конструкции или возникновения предельных деформаций. К несущим элементам здания относятся конструкции, обеспечивающие его общую устойчивость и геометрическую неизменяемость при пожаре;

♦ потеря целостности (Е) в результате образования в конструкции сквозных трещин или отверстий, через которые на необогреваемую поверхность проникают продукты горения или пламя;

♦ потеря теплоизолирующей способности (I) вследствие повышения температуры на необогреваемой поверхности конструкции в среднем на 140 °С, в отдельной точке на 180 °С, либо достижение температуры 220 °С.

374

Для нормирования пределов огнестойкости несущих и ограждающих конструкций по ГОСТ 30247.1 используются следующие предельные состояния:

♦ для колонн, балок, ферм, арок и рам - только потеря несущей способности конструкции и узлов - R;

♦ для наружных несущих стен и покрытий - потеря несущей способности и целостности - R, Е;

♦ для наружных ненесущих стен - потеря целостности - Е;

♦ для ненесущих внутренних стен и перегородок - потеря теплоизолирующей способности и целостности - Е, I;

♦ для несущих внутренних стен и противопожарных преград - потеря несущей способности, целостности и теплоизолирующей способности R, Е, I.

Обозначение предела огнестойкости строительной конструкции состоит из условных обозначений, нормируемых для данной конструкции предельных состояний, цифры, соответствующей времени достижения одного из этих состояний (первого по времени) в минутах. Например:

R 120 - предел огнестойкости 120 мин - по потере несущей способности;

RE 60 - предел огнестойкости 60 мин - по потере несущей способности и потере целостности независимо от того, какое из двух предельных состояний наступит ранее;

REI 30 - предел огнестойкости 30 мин - по потере несущей способности, целостности и теплоизолирующей способности, независимо от того, какое из трех предельных состояний наступит ранее.

Если для конструкции нормируются (или устанавливаются) различные пределы огнестойкости по различным предельным состояниям, обозначение предела огнестойкости состоит из двух или трех частей, разделенных между собой наклонной чертой. Например: R 120 /EI 60 - предел огнестойкости 120 мин - по потере несущей способности / предел огнестойкости 60 мин - по потере целостности или теплоизолирующей способности, независимо от того, какое из двух последних предельных состояний наступит ранее.

По пожарной опасности сроительные конструкции подразделяются на четыре класса: КО - непожароопасные, К1 - малопожароопасные, К2 - умереннопожаро-опасные, КЗ - пожароопасные. Класс пожарной опасности представляет собой классификационную характерис-

375

Таблица 4.6- Пределы огнестойкости и классы пожарной опасности строительных конструкций

Степень огнестойкости	Предел огнестойкости и класс пожарнойопасности строительных конструкций
Несущие элементы здания	Самонесущие стены	Наружные ненесущие стены	Перекрытия	Элементы бесчердачных покрытий	Лестничные клетки
Настилы	Фермы, батей, прогоны	Внутренние стены	Марши и площадки лестниц
	R 120-K0	RE 90-K0	Е 60-КО	REI 90-K0	RE 30-КО	R 30-КО	REI 120-K0	R 60-КО
II	R 120-K0	RE 75-K0	Е 30-КО	REI 60-КО	RE 30-КО	R 30-КО	REI 120-K0	R 60-КО
III	R 90-КО	RE 60-K0	Е 30-КО	REI 60-КО	RE 30-КО	R 30-КО	REI 105-K0	R4 5-K0
IV	R 60-K0	RE 45-K0	Е 30-К1	REI 4 5-КО	RE 15-K1	R 15-K1	RET 90-КО	R 45-K0
V	R45-K1	RE 30-К1	Е 15-К2	REI 45-K1	RE 15-K1	R15-K1	RET 60-КО	R 45-K0
VI	R 30-K2	RE 15-K2	Е 15-К2	REI 30-K2	RE 15-K2	R 15-K2	REI 45-K0	R 30-K1
VII	R 15-КЗ	RE 15-КЗ	Е 15-КЗ	REI 15-КЗ	RE 10-КЗ	R 15-КЗ	REI 30-K1	R 15-K2
VII	Н.Н.-КЗ	Н.Н.-КЗ	Н.Н.-КЗ	Н.Н.-КЗ	Н.Н.-КЗ	Н.Н.-КЗ	Н.Н.-К1	Н.Н.-К2

Примечания. 1. К несущим элементам здания относятся: несущие стены, колонны, балки перекрытий, ригели, фермы, элементы арок и рам, диафрагмы жесткости, а также другие конструкции (за исключением самонесущих стен) и связи, обеспечивающие общую устойчивость и геометрическую неизменяемость здания.

2. В зданиях всех степеней огнестойкости требования по пределам огнестойкости внутренних ненесущих стен и перегородок, заполнений проемов в строительных конструкциях (дверей, ворот, окон, люков, а также фонарей), не предъявляются, за исключением специально оговоренных случаев и на степень огнестойкости здания не влияют.

тику пожарной опасности конструкции и определяется по результатам стандартных испытаний.

Огнестойкость зданий, а также частей зданий, выделенных противопожарными стенами 1-го типа (пожарных отсеков), характеризуется степенью огнестойкости.

Степень огнестойкости здания - классификационная характеристика объекта, определяемая показателями огнестойкости и пожарной опасности строительных конструкций.

Нормирование зданий и сооружений по степеням огнестойкости необходимо для обеспечения требований системы противопожарной защиты в части ограничения распространения пожара за пределы очага и обеспечения коллективной защиты людей и материальных ценностей в зданиях и сооружениях.

С этой целью здания по функциональному назначению подразделяютя на следующие классы: Ф1— здания для постоянного и временного проживания; Ф2 — зрелищные и культурно-просветительские учреждения; ФЗ - предприятия по обслуживанию населения; Ф4 - учебные заведения, научные и проектные организации; Ф5 - производственные и складские здания, сооружения и помещения (Ф5.1 - производственные здания и сооружения, производственные и лабораторные помещения, мастерские; Ф5.2 - складские здания и сооружения, стоянки для автомобилей без технического обслуживания и ремонта, книгохранилища, архивы, складские помещения; Ф5.3 -сельскохозяйственные здания; Ф5.4 - административные и бытовые здания предприятий).

В соответствии с СНБ 2.02.01-98 здания делятся на восемь степеней огнестойкости в зависимости от значений пределов огнестойкости и классов пожарной опасности основных строительных конструкций (табл. 4.6).

Объемно-планировочные решения