Горение различных веществ имеет особенности. Горение газов является гомогенным и протекает как в диффузионной, так и в кинетической области и может носить характер взрывного или детонационного горения. При горении жидкости происходит ее испарение и сгорание паровоздушной смеси над поверхностью жидкости. Определяющим является процесс испарения жидкости, который зависит от ее физико-химических свойств, теплового процесса в ней и т. п. Процесс горения паров не отличается от горения газов. Горение твердых веществ - гетерогенно-диффузионное. Как правило, оно сопровождается плавлением, разложением и испарением с выделением газо- и парообразных продуктов, которые образуют с воздухом горючую смесь.
Повышенную пожарную опасность имеет пыль. Причем с увеличением дисперсности пыли возрастает ее химическая активность, снижается температура самовоспламенения, усиливается адсорбционная способность, что повышает ее пожарную опасность. Скорость горения высокодисперсной пыли приближается к скорости горения газа. Взрывоопасной является не только взвешенная, но и осевшая пыль, так как при воспламенении она переходит во взвешенное состояние, что приводит ко вторичным взрывам.
ГОСТ 12.1.044-84 ССБТ "Пожаро- и взрывоопасность веществ и материалов, номенклатура показателей и методы их определения" устанавливает номенклатуру показателей пожаро- и взрывоопасности веществ и материалов, их применяемость, а также методы их определения.
Показатели пожаро- и взрывоопасности используют при категорировании помещений и зданий, при разработке систем для обеспечения пожарной безопасности и взрывобезопасности в соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.004-85 ССБТ и ГОСТ 12.1.010-76 ССБТ.
Применяемость показателей пожаро- и взрывоопасности определяется агрегатным состоянием вещества. При этом различают: газы, жидкости, твердые вещества и материалы и пыли. Рассмотрим некоторые основные показатели, определяющие пожаро- и взрывоопасность веществ и материалов.
Группа горючести - показатель, который применяется для всех агрегатных состояний.
Горючесть - способность вещества или материала к горению.
По горючести вещества материалы подразделяются на три группы:
Негорючие - вещества и материалы, не способные гореть на воздухе.
Трудногорючие - вещества и материалы, способные возгораться в воздухе от источника зажигания, но не способные самостоятельно гореть после его удаления.
Горючие - вещества и материалы, способные самовозгораться, а также возгораться от источника зажигания и самостоятельно гореть после его удаления.
На практике группу горючести используют при определении категории помещений и зданий по взрывопожарной и пожарной опасности, при разработке мероприятий для обеспечения пожаро- и взрывобезопасности оборудования и помещений.
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 их образования еще недостаточна для устойчивого горения.
Температуру вспышки используют для оценки воспламеняемости жидкости, а также при разработке мероприятий для обеспечения пожаро- и взрывобезопасности ведения процессов.
В зависимости от численного значения температуры вспышки жидкости относят к легковоспламеняющимся (ЛВЖ) и горючим (ГЖ).
К ЛВЖ относят жидкости с температурой вспышки не более 61С в закрытом тигле или 66С в открытом.
Согласно ГОСТ 12.1.017-80 ЛВЖ подразделяются на 3 разряда.
Особо опасные ЛВЖ - это горючие жидкости с tвсп = от -18С и ниже в закрытом тигле или от -13С в открытом тигле (ацетон, диэтиловый эфир, изопентан).
Постоянно опасные ЛВЖ - tвсп от -18С до +23С в закрытом тигле или от -13С до +27С в открытом тигле (бензол, толуол, этиловый спирт, этилацетат и др.).
Опасные при повышенной температуре ЛВЖ - tвсп от 23С до 61С в закрытом тигле или выше 27С до 66С в открытом тигле (хлорбензол, скипидар, уайтспирит и др.).
Температура самовоспламенения - самая низкая температура вещества, при которой в условиях специальных испытаний происходит резкое увеличение скорости экзотермических реакций, заканчивающихся пламенным горением.
Температура самовоспламенения горючих веществ очень разнообразна,например, для твердых веществ она находится в пределах 30-670С. У большинства древесных пород эта температура равна 330-470С.
Явление, когда вещество загорается только за счет выделения теплоты от химических, биологических или физических процессов, происходящих в нем самом, называется самовозгоранием. Вещества могут самовозгораться от воздействия на них воздуха, воды или смешения друг с другом.
Самая низкая температура, при которой происходит воспламенение вещества за счет выделения теплоты от процессов, происходящих в нем самом без подвода тепла извне, называется температурой самовозгорания.
При соприкосновении с воздухом к самовозгоранию склонны каменный уголь, торф, сульфиды железа, желтый фосфор, порошки цинка, аммония, железа; при соприкосновении с водой - карбиды кальция и щелочных металлов, калий, натрий, рубидий, цезий; в группу веществ, самовозгорающихся при смешивании, входят газообразные, жидкие и твердые окислители: галоиды, азотная кислота, марганцовокислый калий, селитра и т.д.
На практике часто создаются условия, когда скорость горения достигает огромных величин, и горение превращается в тепловой взрыв.
Взрыв - это чрезвычайно быстрое, определяемое долями секунды горение, сопровождающееся выделением большого количества тепла, раскаленных газообразных продуктов и образованием большого давления.
Сила взрывной волны чрезвычайно велика, и взрывы вызывают большие разрушения. Взрыв сопровождается также звуковой волной.
Для возникновения взрыва какой-либо смеси необходимо три условия:
Определенная концентрация паро- или газовоздушной смеси.
Импульс, способный нагреть вещество до температуры самовоспламенения (пламя, удар, адиабатическое сжатие и т.д.).
Замкнутый объем.
Основными показателями пожаровзрывоопасности горючих газов (ГГ) и пыли являются нижний (НПВ) и верхний (ВПВ) концентрационные пределы воспламенения (взрываемости), выраженные в объемной доле компонента в смеси (%) или в массовых концентрациях (мг/м3).
Выраженная в процентах минимальная концентрация пара, газов или пыли в воздухе, которая способна воспламениться и дать взрыв, называется нижним пределом взрыва Пн.
Выраженная в процентах максимальная концентрация пара, газа или пыли, выше которой смесь перестает быть взрывчатой, называется верхним пределом взрыва Пв.
Промежуточные концентрации, лежащие между нижним и верхним пределами взрыва, являются взрывчатыми и определяют диапозон взрыва того или иного вещества. Пределы взрыва не являются неизменными и находятся в большой зависимости от давления смеси, температуры и запаса энергии начального импульса.
Большую пожарную опасность на производстве представляет пыль. Взвешенная в воздухе (аэрозоль), способна образовывать взрывчатые смеси, а пыль, осевшая из воздуха (аэрогель) на оборудовании и конструкции здания, может тлеть и гореть. Пожаровзрывоопасность пылевых смесей характеризуется температурой самовоспламенения аэрогеля и нижним концентрационным пределом взрываемости Пн.
Поскольку достижение очень больших концентраций пыли во взвешенном состоянии практически нереально, термин "верхний предел воспламенения" к пыли не применяется.
Ущерб, наносимый пожарами, в значительной степени определяется разрушением зданий и сооружений под действием огня. В свою очередь разрушения в значительной степени зависят от конструктивных материалов, использованных при строительстве зданий.
Горючесть материалов характеризуется показателем возгораемости, т. е. отношением количества теплоты, выделяемой образцом в процессе испытания, к количеству теплоты, выделяемой источником зажигания. По показателю возгораемости материалы подразделяют на группы (СНиП 2.01.02 - 85):
- негорючие - до 0,1;
- трудногорючие - 0,1 - 0,5;
- горючие - > 0,5.
Производственные здания цехов машиностроительных предприятий чаще выполняют из несгораемых материалов, сохраняющих постоянную массу при действии огня: металла, бетона, кирпича, гипсовых и гипсоволокнистых плит. Для небольших производств могут использоваться здания из трудносгораемых и сгораемых материалов. К трудносгораемым материалам относят материалы, которые горят только в присутствии источника огня: древесина, пропитанная антипиренами, гипсовые и бетонные материалы, содержащие органический заполнитель, и др.
Основой каждой характеристики здания служит его огнестойкость, т.е. способность здания сохранять эксплуатационные свойства при воздействии огня. Огнестойкость здания оценивается пределом огнестойкости и пределом распространения огня.
Предел огнестойкости - это время в часах от начала воздействия огня на конструкцию до момента появления признаков потери огнестойкости (потеря несущей способности, образование в конструкции сквозных трещин и т. п.). Сгораемые конструкции не имеют пределов огнестойкости.
Под пределом распространения огня понимается размер повреждений зоны при испытании строительной конструкции размером 2*2 м в огневой печи в течение 15 мин.
В зависимости от величины предела огнестойкости основных строительных конструкций и пределов распространения огня по этим конструкциям здания и сооружения по огнестойкости подразделяются на пять степеней. Для зданий I степени огнестойкости необходимо, чтобы предел огнестойкости несущих стен, стен лестничных клеток, колонн был не менее 2,5 ч, лестничных площадок - не менее 1 ч, наружных стен из навесных панелей, перегородок и покрытий - не менее 0,5 ч. Для зданий II степени огнестойкости соответственно 2; 1 и 0,25 ч, а для зданий V степени огнестойкости величина минимального предела огнестойкости всех конструкций не нормируется.
Согласно "Общесоюзным нормам технологического проектирования" (ОНТП-24-86) все помещения и здания по взрывопожарной и пожарной опасности подразделяются на 5 категорий: А, Б, В, Г, Д.
Последовательной проверкой принадлежности помещения к категориям от высшей (А) к низшей (Д) определяют категорию помещения.
К взрывопожарной категории А отнесены помещения, связанные с применением горючих газов, ЛВЖ с tвсп 28С, в таком количестве, что могут образовывать взрывоопасные парогазовоздушные смеси, при воспламенении которых развивается расчетное избыточное давление взрыва в помещении, превышающее 5 кПа; помещения, в которых применяются вещества и материалы, способные взрываться и гореть при взаимодействии с водой, кислородом воздуха или один с другим в таком количестве, что расчетное избыточное давление взрыва в помещении превышает 5 кПа.
К взрывопожарной категории Б отнесены помещения, в которых обращаются горючие пыли или волокна, ЛВЖ с tвсп >28С, горючие жидкости в таком количестве, что могут образовывать взрывоопасные пылевоздушные или паровоздушные смеси, при воспламенении которых развивается расчетное избыточное давление взрыва в помещении, превышающее 5 кПа.
К пожароопасной категории В отнесены помещения, в которых обращаются горючие 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 одним и другим только гореть, при условии, что помещения, в которых они имеются в наличии или обращаются, не относятся к категориям А и Б.
К категории Г отнесены помещения, в которых обращаются негорючие вещества и материалы в горючем, 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.
К категории Д отнесены помещения, в которых обращаются негорючие вещества и материалы в холодном состоянии.
При установлении категории помещения по ОНТП 24-86 необходимо знать избыточное давление взрыва. Методика расчета избыточного давления взрыва приведена в книге "Охрана труда в химической промышленности" под редакцией д.т.н. Г.В.Макарова, "Химия", М., 1989 г.
На предприятиях в процессе производства применяют горючие твердые материалы - пластмассы, каучук (резина), бумага, смолы, а также горючие и легковоспламеняющиеся жидкости (толуол, ксилол, бензин и краски на их основе; лаки, керосин, этилацетат, ацетон, минеральные масла, олифы и др.). Такие предприятия относятся к пожароопасным.
Анализ причин возгораний и пожаров на предприятии такого рода показывает, что основными причинами являются:
1. Неосторожное обращение с огнем и в первую очередь курение в цехах, складах и других помещениях, где используются горючие материалы, ЛВЖ; использование паяльных ламп и факелов для разогревания труб, несоблюдение правил пожарной безопасности при электро- и газосварочных работах и т.п.
2. Неисправность электрооборудования, электросетей и электроаппаратуры (возгорание происходит в основном вследствие перегрузки электросети, коротких замыканий, неисправности и плохой смазки подшипников, загрязнения электрооборудования технологическими отходами и смазочными материалами, больших переходных сопротивлений).