Показатели пожаровзрывоопасных свойств веществ и материалов

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

Из таблицы 4 видно, какими пожаровзрывоопасными свойствами обладают газы.

Таблица 4.

Показатели взрывопожароопасности веществ и материалов

Показатель	Агрегатное состояние веществ и материалов
Газы	жидкости	Твердые	Пыли
Группа горючести	+	+	+	+
Температура вспышки	—	+	—	—
Температура воспламенения	—	+	+	+
Температура самовоспламенения	+	+	+	+
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	+	+	—	+
Минимальная флегматизирующая концентрация флегматизатора	+	+	—	+
Максимальное давление взрыва	+	+	—	+
Скорость нарастания давления взрыва	+	+	—	+
Концентрационный предел диффузионного горения газовых смесей в воздухе	+	+	—	—

Примечания: Знак «+» обозначает применяемость, знак «—» обозначает неприменяемость показателя.

1) Группа горючести

Группа горючести – классификационная характеристика способности веществ и материалов к горению.

Горением называется совокупность одновременно протекающих физических процессов (плавление, испарение, ионизация) и химических реакций окисления горючего вещества и материала, сопровождающееся, как правило, световым и тепловым излучением и выделением дыма.

По горючести вещества и материалы подразделяют на три группы:

1) негорючие (несгораемые) – вещества и материалы, не способные к горению в воздухе. Негорючие вещества могут быть пожаровзрывоопасными (например, окислители или вещества, выделяющие горючие продукты при взаимодействии с водой, кислородом воздуха или друг с другом);

2) трудногорючие (трудносгораемые) – вещества и материалы, способные гореть в воздухе при воздействии источника зажигания, но не способные самостоятельно гореть после его удаления:

3) горючие (сгораемые) – вещества и материалы, способные самовозгораться, а также возгораться при воздействии источника зажигания и самостоятельно гореть после его удаления. Горючие жидкости с температурой вспышки не более 61^оС в закрытом тигле или 66^оС в открытом тигле, зафлегматизированных смесей, не имеющих вспышку в закрытом тигле, относят к легковоспламеняющимся. Особо опасными называют легковоспламеняющиеся жидкости с температурой вспышки не более 28^оС.

Ориентировочно оценку горючести вещества можно провести, используя метод Элея. Величина показателя горючести определяется по следующей формуле:

(1)

где К - показатель горючести вещества;

С, Н, S и т.д. – количество атомов углерода, водорода, серы и др. элементов, входящих в состав молекулы вещества.

Если К ≤0 – вещество не горит;

0<К<2,1 – вещество трудновоспламеняемое;

К ≥ 2,1 – вещество горючее.

2) Температура воспламенения

Температура воспламенения – наименьшая температура вещества, при которой в условиях специальных испытаний вещество выделяет горючие пары и газы с такой скоростью, что при воздействии на них источника зажигания наблюдается воспламенение.

Воспламенение – возникновение пламенного горения при воздействии на горючую систему источника зажигания.

Допускается использовать экспериментальные и расчетные значения температуры воспламенения.

3) Температура самовоспламенения

Температура самовоспламенения – наименьшая температура паров жидкости, при которой резко увеличивается скорость экзотермических реакций, приводящая к горению пламенем без постороннего источника теплоты.

Самовоспламенение – это процесс воспламенения горючей смеси без соприкосновения с пламенем или раскаленным телом.

4) Температура тления.

Температура тления – температура вещества, при которой происходит резкое увеличение скорости экзотермических реакций окисления, заканчивающихся возникновением тления.

Тление – беспламенное горение твердого вещества (материала) при сравнительно низких температурах (400-600^оС), часто сопровождающееся выделением дыма.

Значение температуры тления следует применять при экспертизах причин пожаров, выборе взрывозащищенного электрооборудования и разработке мероприятий по обеспечению пожарной безопасности технологических процессов, оценке пожарной опасности полимерных материалов и разработке рецептур материалов, не склонных к тлению.

5) Условия теплового самовозгорания

Условия теплового самовозгорания – экспериментально выявленная зависимость между температурой окружающей среды, количествам вещества (материала) и временем до момента его самовозгорания.

Самовозгорание – резкое увеличение скорости экзотермических процессов в веществе, приводящее к возникновению очага горения.

Результаты оценки условий теплового самовозгорания следует применять при выборе безопасных условий хранения и переработки самовозгорающихся веществ в соответствии с требованиями.

 

6) Кислородный индекс

Кислородный индекс – минимальное содержание кислорода в кислородно-азотной смеси, при котором возможно свечеобразное горение материала в условиях специальных испытаний.

Значение кислородного индекса следует применять при разработке полимерных композиций пониженной горючести и контроле горючести полимерных материалов, тканей, целлюлозно-бумажных изделий и других материалов. Кислородный индекс необходимо включать в стандарты или технические условия на твердые вещества (материалы).

7) Способность взрываться и гореть при взаимодействии с водой, кислородом воздуха и другими веществами (взаимный контакт веществ)

Способность взрываться и гореть при взаимодействии с водой, кислородом воздуха и другими веществами – это качественный показатель, характеризующий особую пожарную опасность некоторых веществ.

Данные о способности веществ взрываться и гореть при взаимном контакте необходимо включать в стандарты или технические условия на вещества, а также следует применять при определении категории помещений по взрывопожарной и пожарной опасности в соответствии с требованиями норм технологического проектирования; при выборе безопасных условий проведения технологических процессов и условий совместного хранения и транспортирования веществ и материалов; при выборе или назначении средств пожаротушения.

8) Коэффициент дымообразования

Коэффициент дымообразования – показатель, характеризующий оптическую плотность дыма, образующегося при пламенном горении или термоокислительной деструкции (тлении) определенного количества твердого вещества (материала) в условиях специальных испытаний.

Значение коэффициента дымообразования следует применять для классификации материалов по дымообразующей способности.

Различают три группы материалов:

· с малой дымообразующей способностью – коэффициент дымообразования до 50 м²/кг включительно;

· с умеренной дымообразующей способностью – коэффициент дымообразования свыше 50 до 500 м²/кг включительно;

· с высокой дымообразующей способностью – коэффициент дымообразования свыше 500 м²/кг.

Значение коэффициента дымообразования необходимо включать в стандарты или технические условия на твердые вещества и материалы.

9) Индекс распространения пламени

Индекс распространения пламени – условный безразмерный показатель, характеризующий способность веществ воспламеняться, распространять пламя по поверхности и выделять тепло.

Значение индекса распространения пламени следует применять для классификации материалов:

· не распространяющие пламя по поверхности (индекс распространения пламени равен 0);

· медленно распространяющие пламя по поверхности (индекс распространения пламени свыше 0 до 20 включительно);

· быстро распространяющие пламя по поверхности (индекс распространения пламени свыше 20).

10) Показатель токсичности продуктов горения полимерных материалов

Показатель токсичности продуктов горения – отношение количества материала к единице объема замкнутого пространства, в котором образующиеся при горении материала газообразные продукты вызывают гибель 50 % подопытных животных.

Значение показателя токсичности продуктов горения следует применять для сравнительной оценки полимерных материалов, а также включать в технические условия и стандарты на отделочные и теплоизоляционные материалы.

Классификация материалов по значению показателя токсичности продуктов горения приведена в таблице 5.

Таблица 5.

Классификация материалов по токсичности

Класс опасности	, г/м3 , при времени экспозиции, мин
Чрезвычайно опасные	До 25	До 17	До 13	До 10
Высокоопасные	25 – 70	17 – 50	13 – 40	10 – 30
Умеренноопасные	70 – 210	50 – 150	40 –120	30 – 90
Малоопасные	Свыше 210	Свыше 150	Свыше 120	Свыше 90

 

Пожаровзрывоопасные свойства веществ, обращающихся в котельной.

В качестве топливного материала, в котельной, используется природный газ (97% метан).

1) Природный газ

Природным газовым топливом являются газовые смеси, добываемые из земных недр и состоящие в основном из метана и его гомологов. Соотношение между метаном и остальными углеводородами зависит от характера месторождения.

В котлах сжигается природный газ со следующими характеристиками: метан 96,94% (об.), этан 2,82% (об.), пропан 0,15% (об.), бутан 0,07% (об.), пентан + высшие 0,02% (об.).

Сам по себе природный газ, не смешанный с воздухом, взорваться не может. Опасными являются газовоздушные смеси при определенных соотношениях в них природного газа и воздуха.

Основным горючим компонентом природного газа является

метан - CH₄. Его содержание в природном газе достигает 98 %. Метан не имеет запаха, не имеет вкуса и является нетоксичным. Взрывоопасен при концентрации в воздухе от 4,4 % до 17 %. Наиболее взрывоопасная концентрация 9,5 %. Проявляет наркотические свойства; наркотическое действие ослабляется малой растворимостью в воде и крови, может наступить удушье, вследствие нехватки кислорода.

· Группа горючести: горючие газы.

· Концентрационные пределы распространения пламени: в воздухе 5,28-14,1% (об.), в кислороде 5,1-61% (об.), в хлоре 5,6-70% 39 (об.).

· Температура самовоспламенения: 537,8 ºС.

· Минимальная энергия зажигания 0,28 мДж в воздухе и 0,0027 мДж в кислороде.

· Нормальная скорость распространения пламени 0,338 м/с.

· Минимальная флегматизирующая концентрация флегматизатора: N2 37 % (об.), Н2О 29 % (об.), СО2 24 % (об.), Ar 51 % (об.), Не 39 % (об.), ССI4 13 % (об.); МВСК 11% (об.).

· Максимальное давление взрыва 706 кПа.

· Максимальная скорость нарастания давления 18 МПа/с.

· Концентрационный предел диффузионного горения газа в воздухе 0,196 см²/с.

· Предельно допустимая концентрация рабочей зоны: ПДКр.з. = 300 мг/м³.

·

Средства тушения пожара:

асбестовые покрывала, войлочная кошма, охлаждение струей воды трубы, аппараты, а также места выхода газов, чтобы облегчить тушение и предотвратить повторное воспламенение газа, огнетушители пенные, углекислотные, пенные установки, отвечающие требованиям

ГОСТ 12.4.009 - 83.

Условия теплового возгорания:

основным условием для горения газа является наличие кислорода (воздуха). Без присутствия воздуха горение газа невозможно. В процессе горения газа происходит химическая реакция соединения кислорода воздуха с углеродом и водородом топлива с выделением тепла, света, а также углекислого газа и водяных паров.

Кроме этого необходимо создание нужного температурного режима. Чтобы газ воспламенился необходимо его нагреть до температуры его воспламенения и в дальнейшем температура не должна опускаться ниже температуры воспламенения.

Полное горение достигается в том случае, если в продуктах сгорания выходящих в атмосферу отсутствуют горючие вещества. При этом углерод и водород соединяются вместе и образуют углекислый газ и пары воды.

При полном сгорании пламя имеет светло-голубой или

голубовато – фиолетовый цвет.

Реакцию горения метана, основного компонента природного газа, описывают уравнением

CH₄ + 2O₂ = CO₂ + 2H₂O (2)

В общем виде реакцию горения тяжелых углеводородов (включая и метан) описывают уравнением

C_mH_n + (m + n/4) O₂ = mCO₂ + n/2H₂O (3)

т. е. при полном сгорании углеводородов всегда образуется лишь диоксид углерода и водяной пар в количествах, определяемых содержанием атомов углерода и водорода в молекуле данного углеводорода.

Кроме этих газов в атмосферу с горючими газами выходит азот и оставшийся кислород.

N₂+ O₂ (4)

Если сгорание газа происходит не полностью, то в атмосферу выбрасываются горючие вещества – угарный газ, водород, сажа.

CO + H + C (5)

При недостаточном поступлении воздуха происходит неполное сгорание газа или химический недожог горючих составных частей. При этом наблюдается длинный, коптящий, светящийся, непрозрачный, желтого цвета факел.

Опасность неполного сгорания газа состоит в том, что угарный газ может стать причиной отравления персонала котельной. Содержание СО₂ в воздухе 0,01-0,02 % может вызвать легкое отравление. Более высокая концентрация может привести к тяжелому отравлению и смерти.

Образующаяся сажа оседает на стенках котлов ухудшая тем самым передачу тепла теплоносителю снижает эффективность работы котельной. Сажа проводит тепло хуже метана в 200 раз.

Теоретически для сжигания 1м³ газа необходимо 10м³ воздуха. В реальных условиях необходимо избыточное количество воздуха. Это объясняется главным образом недостаточно тщательным смешиванием газа с воздухом, из-за чего часть воздуха не участвует в горении и удаляется из топки вместе с продуктами сгорания.

Отношение действительного количества воздуха V_д м³/кг, расходуемого на горение топлива, к теоретически необходимому V₀ называется коэффициентом избытка воздуха, т. е.

, откуда (6)

Коэффициент избытка воздуха всегда больше единицы и зависит от способа сжигания воздуха и конструктивных особенностей топочных устройств. При движении дымовых газов по газовому тракту коэффициент изменяется от минимального значения (в топке) до максимального (у основания дымовой трубы), что обусловлено подсосом воздуха через неплотности обмуровки из-за наличия разряжения в газоходах котла. В связи с этим различают коэффициент избытка воздуха в топке, за котлом, перед дымовой трубой и т. п.

Чем меньше коэффициент избытка воздуха, тем котел работает экономичнее, потому что чрезмерный избыток его нарушает процесс горения и сопровождается рядом потерь в котельной установке. Избыточный воздух в топке следует поддерживать на нужном уровне, благодаря чему котел будет работать с меньшими потерями теплоты.

При значительном увеличении количества воздуха может произойти отрыв пламени, создав аварийную ситуацию. Если количество воздуха меньше рекомендуемого то горение будет неполным, создавая угрозу отравления.

Для более точного контроля качества сгорания топлива существуют приборы - газоанализаторы, которые измеряют содержание определенных веществ в составе уходящих газов.

Газоанализаторы могут поступать в комплекте с котлами. В случае если их нет, соответствующие измерения проводит пусконаладочная организация при помощи переносных газоанализаторов. Составляется режимная карта в которой прописываются необходимые контрольные параметры. Придерживаясь их можно обеспечить нормальное полное сгорание топлива.

Основными параметрами регулирования горения топлива являются:

· соотношение газа и воздуха подаваемых на горелки;

· коэффициент избытка воздуха;

· разряжение в топке;

· коэффициент полезного действия котла.

При этом под коэффициентом полезного действия котла подразумевают соотношение полезного тепла к величине всего затраченного тепла.

Вывод:Анализируя показатели пожаровзрывоопасности веществ, обращающихся в котельной ОАО «Уральская фольга» можно сделать вывод о том, что природный газ относится к группе горючие газы. Основным горючим компонентом природного газа является метан - CH4, содержание которого составляет 97 %.

При соединении кислорода воздуха с углеродом и водородом топлива происходит химическая реакция горения газа с выделением тепла, света, а также углекислого газа и водяных паров.

При недостаточном поступлении воздуха происходит неполное сгорание газа или химический недожог горючих составных частей, создавая угрозу отравления персонала котельной.

Исходя из этого, для дальнейшего расчёта категории помещения на пожаровзрывоопасность будем рассчитывать природный газ.