Показатели пожарной опасности веществ и материалов

Процессы горения и взрыва
Показатели пожарной опасности веществ и материалов

        Пожаро- и взрывоопасность производств оценивается с помощью показателей пожаро- и взрывоопасное™ веществ, используемых в производственных процессах. С этой точки зрения основную опасность представляют горючие вещества, которые могут находиться в трех агрегатных состояниях: газообразном, жидком и твердом.
        Газы образуют воспламеняющую смесь при смешении их в определенном количестве с воздухом. Жидкости и твердые вещества образуют воспламеняющиеся смеси, если они нагреты до температуры, при которой вследствие испарения или разложения в достаточном количестве образуются парогазообразные продукты. Витающая в воздухе пыль твердых веществ воспламеняемся при условии, что ее аэрозоль с определенной плотностью насыщает воздух.
        Пожаро- и взрывоопасность веществ оценивается на основе сравнения вероятности их горения в равных условиях и для газов характеризуется следующими показателями: концентрационными пределами воспламенения, минимальной энергией зажигания, температурой горения и скоростью распространения пламени; для жидкостей, кроме того, температурой самовоспламенения, а для твердых веществ и пылей — дополнительно температурой самонагревания, способностью взрываться и гореть при взаимодействии с кислородом воздуха, водой и другими веществами.
        Газовоздушные смеси воспламеняются только в определенном интервале концентраций горючего вещества, границы которого называются нижним и верхним концентрационными пределами воспламенения.
        Нижний концентрационный предел воспламенения — наименьшая концентрация горючего газа (пыли), при которой смесь уже способна воспламеняться от источника зажигания и пламя распространяется на весь объем смеси.
        Верхний концентрационный предел воспламенения — наибольшая концентрация горючего газа, при которой смесь еще способна воспламеняться от источника зажигания, а пламя распространяться па весь объем смеси.
        Концентрационные пределы воспламенения зависят в основном от содержания инертных компонентов в смеси (диоксида углерода, азота и др.), а также от ее деления и температуры. При возрастании давления и температуры область воспламенения горючих смесей расширяется, при уменьшении — сужается.
        Для расчета нижнего (НИ) и верхнего (ВП) пределов воспламенение индивидуальных горючих веществ можно использовать следующие эмпирические формулы (в % об.):

где N—число молей — атомов кислорода, участвующих в сгорание 1 моля горючего.
Для сложной газовоздушной смеси известного состава пределы воспламенения можно подсчитать по формуле Ле-Шателье (в % об.):

где П—предел   воспламенения   (нижний или верхний). %   об: С1, С2, .... Сn — концентрация   горючих   компонентов   в   горючей смеси, С2+С3:+...+С=100% об.; П1, П2...Пn— соответствующие пределы воспламенения чистых компонентов смеси, %, об.
        Минимальной энергией зажигания называется наименьшая величина энергии электрического разряда (мДж), которая достаточна для зажигания наиболее легковоспламеняемой смеси данного газа, пара или сы-
с воздухом.
        Наиболее пожару- и взрывоопасными являются газы, имеющие широкую область воспламенения, низкий нижний концентрационный предел воспламенения, небольшую энергию зажигания, большую нормальную скорость распространения пламени.
        Горение жидкостей — это горение паровоздушной фазы, образующейся над их поверхностью в результате испарения.
        Температурой вспышки называется самая низкая (в условиях специальных испытаний) температура жидкости, при которой над ее поверхностью образуются пары или газы, способные вспыхивать от постороннего источника зажигания. Она является одним из основных параметров, определяющих их пожароопасность. После сгорания паровоздушной смеси горение прекращается, так как поверхность жидкости не прогревается до температуры, достал очной для ее дальнейшего быстрого испарения.
        Температура окружающей среды, равная температуре вспышки, является тем пределом, при котором жидкость становится особо опасной в пожарном отношении. Ее величина служит критерием для классификации горючих жидкостей по степени их пожарной опасности. В зависимости от температуры вспышки паров жидкости разделяются на два класса:
    I класс — легковоспламеняющиеся жидкости (ЛВЖ), т. е. жидкости, способные самостоятельно гореть после удаления источника зажигания и имеющие температуру вспышки паров в закрытом тигле не выше 61 или 66°С в открытом (этиловый спирт, эфиры, бензол и др.);
    II класс — горючие жидкости (ГЖ), обладающие способностью горсть при температурах, превышающих указанные (смазочные масла, глицерин, масла растительные и др.).
        Температура воспламенения — наиболее низкая температура, при которой жидкость выделяет горючие пары со скоростью, достаточной для продолжения устойчивого горения после воспламенения.
        Температура самовоспламенения — наименьшая температура паров жидкости, при которой резко увеличивается скорость экзотермических реакций, приводящая к горению пламенем без постороннего источника теплоты.
        По температуре самовоспламенения определяется группа взрывоопасной смеси, исходя из которой выбирается взрывозащищенное электрооборудование, температурные условия безопасного применения вещества; максимально допустимые температуры нагрева нетеплоизолированных поверхностей технологического, электрического и другого оборудования.
        Для определения условий безопасного хранения веществ, обладающих способностью самовозгорания, а также для выбора оптимальных режимов их обработки важное значение имеет температура самонагревания, т. е. наименьшая температура, при которой в веществе, находящемся в атмосфере воздуха, возникают экзотермические процессы окисления, разложения и т. п.
        Склонность к самовозгоранию характеризует способность ряда веществ и материалов самовозгораться и гореть при нагревании до сравнительно небольших температур или при контакте с другими веществами, а также при воздействии теплоты, выделяемой микроорганизмами в процессе их жизнедеятельности, например загорание недосушенного зерна при хранении. Различают тепловое, химическое и микробиологическое самовозгорание.         Склонность к тепловому самовозгоранию характеризуют температурой самонагревания и тления, температурой среды, при которой наблюдается самовозгорание, а также объемом и условиями теплообмена с окружающей средой. Процесс теплового самовозгорания состоит из двух стадий: самонагревания и самовоспламенения, которому предшествует тление (беспламенное горение).
        Самовозгорающие вещества по характеру возможных химических реакций можно подразделить на следующие группы: самовозгорающиеся при соприкосновении с воздухом, при контакте с водой, при смешивании или соприкосновении (несовместимые вещества), разлагающиеся под воздействием температуры, удара и трения.
        К веществам, самовозгорающимся при соприкосновении с воздухом, относятся растительные масла, животные жиры и продукты, приготовленные на их основе или с их добавлением (подсолнечное масло, олифа, краски, лаки, протирочные составы и т. д.). Они окисляются кислородом воздуха при обычных или повышенных температурах.
        К воспламеняющимся или вызывающим горение при соприкосновении с водой относятся следующие вещества: натрий, калий, карбиды кальция, негашеная известь и т. д.
        Температура тления — наименьшая температура, при которой происходит увеличение скорости экзотермической реакции, заканчивающееся возникновением тления.
        Пожаро- и взрывоопасными свойствами обладает также и пыль некоторых веществ, которая может находиться в производственных помещениях 8 состоянии аэрогеля и аэрозоля. Пожароопасные свойства пылей определяются температурой самовоспламенения и концентрационными пределами их воспламенения.
        Воспламенение и взрыв органической пыли, взвешенной в воздухе, зависят от ее массовой концентрации, размера частиц, зольности, влажности, температуры воспламенения, характера и продолжительности действия источника нагревания. Особенно велика химическая активность аэрозолей мельнично-элеваторной, комбикормовой, сахарной, крахмальной промышленности и производства декстрина.
        Различают две формы горения пыли: тление и горение пламенем. Обладая плохой теплопроводностью, пыль, осевшая на осветительных приборах, горячих трубопроводах, перегревается и начинает тлеть при температуре: пшеничная—290 °С, ржаная — 350 °С. При взметывании она может взорваться как обычный аэрозоль. Аэрозоль воспламеняется при температуре 430—450°С (ржаная пыль), 420—485°С (пшеничная пыль).
        По пожаро- и взрывоопасности все пыли классифицируются следующим образом:
    I класс (наиболее взрывоопасная)—с нижним концентрированным пределом взрыва 15 г/м3 (пыль пшеничных огрубей, мельничная серая пыль, сахарная пудра, крахмал, декстрин);
    II класс (взрывоопасная)—с нижним концентрационным проделом 16—65 г/м3 (просяные и зерновые отходи, пшеничная сечка, ячменная мука, мучная пыль);
    III класс (наиболее пожароопасная пыль)—с температурой самовоспламенении менее 250 °С (пыль зерноочистительных отделений);
    IV класс (пожароопасная пыль)—с температурой воспламенения более 250 °С (элеваторная пыль).
        Температура самовоспламенения аэрозоля значительно выше, чем у аэрогеля, и даже превышает температуру самовоспламенения паров и сазов, так как концентрация горючего вещества в единице объема аэрозоля в сотни раз меньше, чем у аэрогеля. Для пылей обычно определяется только нижний концентрационный предел, так как верхний концентрационный предел (ВКПВ) никогда не достигается. Так, например, верхний концентрационный предел воспламенения сахарной пыли 13500 г/м3.
        Нижний концентрационный предел воспламенения одной и той же пыли в значительной мере зависит от ее дисперсности, зольности и влажности. Зависимость НКПВ от дисперсности объясняется тем, что у тонко-дисперсных материалов большая поверхность контакта с окислителем (кислородом воздуха).
        Степень пожарной опасности любого технологического процесса прежде всего определяется огнеопасными свойствами при .мен немых веществ в производстве.
        Несмотря на многообразие технологических процессов, пищевые производства в целом имеют ряд следующих общих особенностей, характеризующих пожарную опасность:

на пищевых предприятиях используются, перерабатываются и вырабатываются горючие и взрывоопасные органические вещества в различном агрегатном состоянии: спирт, эсенсии, жиры, масла, зерно, сахар) и др. Отдельные производства (хлебозаводы, кондитерские предприятии, сахарные заводы п др.) связаны с горючими взрывоопасными пылями: мучной, сахарной, какао, крахмальной и т. п.;
на предприятиях широко используются холодильные установки, необходимые по условиям технологии и сохранности пищевых продуктов. В качестве хладагента чаще всего в холодильных установках применяется аммиак, который является взрывоопасным, токсичным газом. Таким образом, на пищевых предприятиях помещения аммиачных компрессорных и холодильных камер с непосредственным охлаждением представляет значительную пожарную опасность;
на пищевых предприятиях вырабатывается и применяется .огромное количество горючей тары: деревянные, фанерные и картонные ящики; тканевые и бумажные мешки; бумажные пакеты; этикетки и т. п. Наличие горючей тары усугубляет пожарную опасность предприятий;
для многих технологических процессов нагрева, сушки, обжарки, варки, выпечки применяются нагревательные огневые установки. Эксплуатация теплогенерирующих установок при нарушении технологических режимов и противопожарных требований может явиться причиной возникновения пожаров.

Учитывая важность и повышенную пожарную опасность объектов пищевых производств, охране их от пожаров должно уделяться серьезное внимание.