Вопрос. Пожарная опасность производственных объектов

Физико-химические основы горения. Горение - сложный физико-химический процесс превращения горю­чих веществ и материалов в продукты сгорания, сопровождаемый интенсив­ным выделением тепла и световым излучением.

В большинстве случаев в основе горения лежат быстротекущие хими­ческие экзотермические реакции окисления кислородом воздуха (О₂) углеро­да с образованием углекислого и угарного газов (СО и СО₂) и водорода с об­разованием паров воды (Н₂О), а также некоторых металлов с образованием их окислов.

Поддержание и самораспространение процесса горения происходит за счет энергии реагирующих слоев вещества, передаваемой другим слоям пу­тем теплопередачи. Теплопередача при горении осуществляется тремя физи­ческими процессами:

-теплопроводностью;

-конвекцией;

-световым излучением.

Все они имеют разные скорости передачи энергии и разную интен­сивность подготовки реагирующих слоев вещества к горению. Однако, ин­тенсивность горения определяется не скоростью протекания реакции окисле­ния и не видом теплопередачи, а скоростью поступления кислорода в зону горения.

Виды горения. По агрегатному состоянию участвующие в горении вещества подраз­деляются на газообразные, жидкие в твердые, которые определяют два ос­новных вида горения: гомогенное и гетерогенное.

При гомогенном горении окислитель и горючее находятся в газовой фазе, поэтому гомогенное горение имеет место при сгорании горючего газа. Кроме того, все горючие жидкости перед воспламенением испаряются, обра­зуя газовую среду. Также и большинство твердых веществ в процессе нагре­ва плавятся, разлагаются и испаряются, выделяя газообразные фракции. Ос­новной отличительной особенностью гомогенного горения является наличие пламени.

При гетерогенном горении горючее находится в твердом состоянии, а окислитель в газообразном, и реакция окисления происходит в твердой фазе. Твердые вещества, превращенные в пыль (угольную, металлическую, тек­стильную) при перемешивании с воздухом образуют пожаровзрывоопасные пылевоздушные смеси.

Классификация веществ по горючести. Классификация веществ и материалов по пожарной опасности осно-пывается на их свойствах и способности к образованию опасных факторов пожара.

По горючести вещества и материалы подразделяются на следующие группы:

негорючие - вещества и материалы, неспособные гореть в воздухе.

Негорючие вещества могут быть пожаровзрывоопасными (например, окисли­тели или вещества, выделяющие горючие продукты при взаимодействии с водой, кислородом воздуха или друг с другом);

трудногорючие - вещества и материалы, способные гореть в воздухе при воздействии источника зажигания, но неспособные самостоятельно го­реть после его удаления;

горючие - вещества и материалы, способные самовозгораться, а также возгораться под воздействием источника зажигания и самостоятельно гореть после его удаления .

Из горючих веществ выделяется группа легковоспламеняющихся ве­ществ (материалов), способных воспламенятся от кратковременного (до 30 секунд) воздействия источника зажигания с низкой энергией (пламя спички, искра, сигарета).

Из горючих жидкостей выделяют группы легковоспламеняющихся и особо опасных легковоспламеняющихся жидкостей, воспламенение паров которых происходит с температурой вспышки не выше 61° С (в закрытом тигле) или 66° С (в открытом).

Физические характеристики процесса воспламенения. Температура вспышки - самая низкая температура вещества, при ко­торой оно выделяет пары и газы, способные вспыхнуть от источника зажи­гания, но скорость их образования недостаточна для устойчивого горения.

Температура воспламенения - наименьшая температура вещества, при которой оно выделяет пары и газы с такой скоростью, что после их зажи­гания возникает устойчивое пламенное горение.

Температура самовоспламенения - самая низкая температура вещества при которой происходит резкое увеличение экзотермических реакций, заканчивающиеся пламенным горением.

Классификации и виды пожаров. По ГОСТу пожар - неконтролируемое горение вне специального очага, наносящее материальный ущерб. В то же время, производственный пожар может быть охарактеризован, как горение на производстве, не обу­словленное технологическим процессом.

Пожар является сложным физико-химическим процессом, развивающимся во времени и пространстве и включающим помимо горения также массо-- и теплообмен.

Пожары могут сопровождаться взрывами, деформациями и обруше­нием конструкций, вскипанием и выбросами различных опасных жидкостей (например, горючих, легковоспламеняющихся жидкостей, или химически опасных веществ).

Пожары приводят к гибели и травматизму людей, а также к большим материальным потерям.

Классификация пожаров. Пожары классифицируются по следующим признакам.

Классификация по масштабу;

-отдельный пожар - горит одно здание или сооружение;

-сплошной пожар - одновременное горение преобладающего числа зданий (сооружений) на одном участке;

- массовый пожар - совокупность отдельных и сплошных пожаров. При слабом ветре он может перейти в огненный шторм (бурю) с образовани­ем единого турбулентного факела и радиального притока воздуха со всех сторон со скоростью до 15 м/с.

Классификация по виду горящих веществ:

-пожары твердых горючих веществ и материалов (А);

-пожары горючих жидкостей или плавящихся твердых веществ и ма­териалов (В);

-пожары газов (С);

-пожары металлов (О);

-пожары горючих веществ и материалов электроустановок, находя­щихся под напряжением (Е);

-пожары ядерных материалов, радиоактивных отходов и радиоактив­ных веществ (F).

Классификация по признаку изменения площади горения:

- распространяющиеся,

- не распространяющиеся.

Причинами распространения пожара являются:

-самораспространение пламени по горючему материалу (в основном за счет теплопроводности вещества);

- передача теплоты на расстояние излучением;

- перемещение горящих фрагментов за счет конвективных потоков (вверх, в стороны) и отекание горящих фрагментов вниз.

Классификация по условиям массо- и теплообмена с окружающей сре­дой различают пожары:

-на открытом пространстве (открытые пожары);

- в ограждениях (внутренние пожары).

Классификация по условиям массо- и теплообмена с окружающей средой определяет виды пожаров.

Зоны пожара. Пространство, в котором развивается пожар, условно делят на 3 зоны:

-зона горения - часть пространства, в котором происходит подготовка горючих веществ к горению (подогрев, испарение, разложение) и их горение;

- зона теплового воздействия - часть пространства, примыкающая к зоне горения, в которой тепловые воздействия приводит к заметному изме­нению состояния материалов и конструкций и делает невозможным пребы­вание в ней людей без специальной тепловой защиты (теплозащитных кос­тюмов, отражательных экранов, водяных завес и т.п.);

-зона задымления - часть пространства, примыкающая к зоне горения и наполненная дымовыми газами в концентрациях, создающих угрозу жизни и здоровью людей или затрудняющих действия пожарных.

Открытые пожары. К открытым пожарам относятся пожары газовых и нефтяных фонта­нов, складов, древесины, каменного угля и торфа, открытых технологических установок, а также лесные, степные и торфяные пожары. Общей особенно­стью всех открытых пожаров является отсутствие накопления тепла в воз­душном пространстве зоны горения, т. к. теплообмен происходит с неогра­ниченным окружающим пространством. В среднем максимальная температу­ра открытого пожара составляет:

-для горючих газов -1200-1500^РС;

- для горючих жидкостей -1100-1300° С;

- для твердых углеводородных веществ -1100-1250°С.

Зона горения на открытом пожаре в основном определяется распреде­лением горючих веществ в пространстве и конвективными газовыми потока­ми.

Зона теплового обмена определяется в основном лучистым тепловым потоком, так как влияние конвективных потоков мало.

Зона задымления в основном возникает при лесных и торфяных по­жарах.

Параметры пожара.На динамику развития внутреннего пожара оказывают влияние мно­гие факторы, основными из которых являются:

- удельная пожарная нагрузка;

- массовая скорость выгорания;

- линейные скорости распространения пламени по вертикальным и го­ризонтальным поверхностям;

- площадь зоны горения;

- площадь поверхности горящих материалов;

- интенсивность выделения тепла;

- температура пламени;

- среднеобъёмная температура среды;

- продолжительность пожара и др . . .

Некоторые параметры могут быть определены заранее для конкрет­ней объектов: массовая скорость выгорания, пожарная нагрузка, линейные скорости распространение пламени, температура пламени. Другие параметры являются переменными и зависят от конкретных условий развития пожара: площади горения, среднеобъемной температурой среды, продолжительности горения и т.п. Некоторые из основных параметров пожара нуждаются в уточнении.

Удельная пожарная нагрузка - это количество сгораемых материалов (в пересчете на древесину) на единицу площади (кг/м²), либо количество энергии сгораемых материалов на единицу площади (Дж/м²). Пересчет из одной меры в другую исходит из того, что при сжигании 1кг сухой сосновой древе­сины выделяется 18,8 МДж энергии.

Удельная пожарная нагрузка делится на постоянную (это все сгорае­мые конструктивные элементы сооружения) и временную (мебель, складиро­ванные материалы). Чем больше пожарная нагрузка, тем продолжительнее пожар.

Массовая скорость выгорания - это потеря массы горящего материала в единицу времени может быть определена заранее. Она зависит от отношения площади поверхности горения материалов к их объему, от плотности упаков­ки, от условий газообмена и др. причин. Обычно она определяется опытным путем или приводится в справочниках. Например, скорость выгорания мебели -50 кг/(м²·ч); пиломатериалов в штабелях – 400 кг/(м²·ч). Чем больше скорость выгорания, тем выше температура, развиваемая при пожаре, и тем короче время горения.

Скорости распространение пожара (линейные по горизонтальным и вертикальным поверхностям) в зависимости от видов материалов приводятся в справочниках. Например, скорость распространение огня по деревянному покрытию 1м/мин; по штабелям пиломатериалов 1-4м/мин; по пустотам де­ревянных конструкций 2 м/мин.

Среднеобъемная температура - в помещении при пожаре зависит от пожарной нагрузки, площади и продолжительности горения. Она может быть определена в соответствии с ГОСТом по формуле стандартной среднеобъемной температуры, начиная с 5 мин.: Т(t)_ст = 345 • lg (8t + 1) + Т₀, где

- Т(t)_ст- температура окружающей среды в помещении в момент /, в [°С];

- t- время от начала пожара, в [мин];

- Т₀ - температура в помещении до пожара, в [°С].

Реальные температуры могут отличаться от стандартной, обычно в меньшую сторону (см. рис. 2.2).

Опасные факторы пожара. К первичным опасным факторам пожара, воздействующим на людей и имущество, относятся:

- пламя и искры;

- тепловой поток;

- повышенная температура окружающей среды;

-повышенная концентрация токсичных продуктов горения и термического разложения;

- пониженная концентрация кислорода;

- снижение видимости в дыму.

К вторичным проявлениям опасных факторов пожара относятся:

- осколки или части разрушившихся зданий, сооружений, транспортного и технологического оборудовании и т.п..;

- радиоактивные и токсичные вещества и материалы, попавшие в окружающую, среду из разрушенного технологического оборудования;

- вынос высокого напряжения на токопроводящие части технологических установок и оборудования;

- опасные факторы взрыва, происшедшего вследствие пожара;

- воздействие огнетушащих веществ.