Характеристика взрывопожароопасных объектов и веществ

 

Пожары и взрывы на предприятиях представляют большую опасность для работающих и могут причинить огромный материальный ущерб. Вопрос обеспечения взрывопожарной безопасности производственных зданий и сооружений имеет государственный характер.

По ГОСТ Р 22.0.005–94 пожарная безопасность – состояние защищенности населения, объектов народного хозяйства и иного назначения, а также окружающей природной среды от опасных факторов и воздействий пожара.

Пожарная безопасность может быть обеспечена мерами пожарной профилактики и активной пожарной защиты. Понятие пожарной профилактики включает в себя комплекс мероприятий, необходимых для предупреждения возникновения пожара или уменьшения его последствий. Под активной пожарной защитой понимаются меры, обеспечивающие успешную борьбу с возникающими пожарами или взрывоопасной ситуацией.

Оценка пожарной опасности объектов основывается на данных о пожароопасных свойствах обращающихся на этих объектах веществ и материалов. Пожарная опасность веществ и материалов определяется комплексом показателей, характеризующих критические условия возникновения и развития процессов горения.

Основными показателями пожарной опасности, определяющими критические условия возникновения и развития процесса горения, являются температура самовоспламенения и концентрационный предел воспламенения (или предел распространения пламени).

Температура самовоспламенения характеризует минимальную температуру вещества и материала, при которой происходит резкое увеличение скорости экзотермических реакций, заканчивающееся возникновением пламенного горения. Минимальная концентрация горючих газов и паров в воздухе, при которой они способны загораться и распространять пламя, называется нижним концентрационным пределом воспламенения; максимальная концентрация горючих газов и паров, при которой еще возможно распространение пламени, называется верхним концентрационным пределом воспламенения. Область состава смесей горючих газов и паров с воздухом, лежащих между нижним и верхним предела воспламенения, называется областью воспламенения.

Различают нижний концентрационный предел распространения пламени (НКПР) – наименьшую концентрацию горючего в смеси с окислителем в процентах по объему, которая уже способна воспламеняться от внешнего источника зажигания и распространять пламя на весь объем. Смесь с НКПР называют бедной горючей смесью. При меньшей концентрации горючего смесь не воспламеняется. Верхний концентрационный предел распространения пламени (ВКПР) – наибольшая концентрация горючего смеси с окислителем, которая еще способна воспламеняться. Это богатая горючая смесь. При большей концентрации горючего в смеси уже не достаточно окислителя для процесса химического превращения вещества. Самыми опасными являются средние концентрации между нижним и верхним пределами распространения пламени. Чем шире диапазон, тем опаснее вещество. С повышением температуры смеси концентрационные пределы расширяются. Уменьшение давления ниже атмосферного сужает область воспламенения. Концентрационные пределы распространении пламени и температуры вспышки для индивидуальных веществ определяют экспериментально.

Оценка взрывопожароопасности технологических процессов, блоков, помещений, зданий необходима для определения возможных разрушительных воздействий пожаров и взрывов на перечисленные объекты, а также поражающих факторов пожаров и взрывов на людей. В зависимости от категории взрыва пожароопасностей предусматривают объемно-планировочные решения и профилактические мероприятия.

Способностью образовывать с воздухом воспламеняющиеся с большой скоростью (взрывоопасные) смеси обладают также взвешенные в воздухе пыли многих твердых горючих веществ. Та минимальная концентрация пыли в воздухе, при которой происходит ее загорание, называется нижним пределом воспламенения пыли. Поскольку достижение очень больших концентраций пыли во взвешенном состоянии практически нереально, термин “верхний предел воспламенения” к пылям не применяются.

Помимо перечисленных параметров для оценки пожарной опасности необходимо знать степень горючести веществ. В зависимости от этой характеристики вещества и материалы делятся на горючие, трудногорючие и негорючие.

К горючим относятся такие вещества и материалы, которые при воспламенении посторонним источником продолжают гореть после его удаления. К тудногорючим относятся такие вещества, которые не способы распространять пламя и горят лишь в месте воздействия импульса; негорючими являются вещества и материалы, не воспламеняющиеся даже при воздействии достаточно мощных импульсов.

Для оценки пожарной опасности того или иного технологического процесса необходимо знать, какие опасные вещества или смеси используются или получаются, или могут оказаться вне их. Более высокую пожарную опасность имеют предприятия с наличием огнеопасных жидкостей, горючих газов и пылевидных твердых материалов, например в нефте- и газоперерабатывающей отрасли, на автозаправочных станциях, где обращаются продукты перегонки нефти, в частности бензин. Он относится к ЛВЖ, НКПРП=0,76–1,3 %. Меньшую опасность представляют предприятия, на которых перерабатывают твердые и горючие материалы, например в угледобывающей отрасли, производстве строительных материалов.

Для определения взрывоопасной концентрации бензина, способной привести к пожару, используют нижеприведенную методику:

1. Определение интенсивности испарения бензина по формуле, г/c:

 

 

где Д₁ – коэффициент диффузии паров бензина, см²/с; М = 96 – молекулярная масса бензина; – объем грамм-молекулы паров бензина при температуре °С, см³; Р_АТМ= 0,1 МПа – атмосферное давление; Р_НАС = 0,014 МПа – давление насыщения пара бензина.

2. Вычисление коэффициента диффузии паров бензина, см²/с:

 

 

где Д₀ – коэффициент диффузии паров бензина при °С и давлении 0,1 МПа, см²/с, определяется .

3. Расчёт объема грамм-молекулы паров бензина при °С, см³: (в формуле)

 

где л – объем грамм молекулы при давлении 0,1 МПа.

4. Определение продолжительности испарений бензина, ч:

 

где Q – объём бензина, л; 0,73 – плотность бензина, кг/м³.

5. Определение весовой концентрации, мг/л:

 

 

где К_ОБ = 0,76 % – нижний предел взрываемости паров бензина при °С.

6. Определение объема воздуха, в котором образуется взрывоопасная концентрация, м³:

 

 

7. Определение времени образования взрывоопасной концентрации в помещении, мин:

 

,

 

где V – объём воздуха, м³.

Классификация производств по пожарной опасности приведена в “Строительных нормах и правилах” (СНиП 21-01-97 Пожарная безопасность зданий и сооружений).

В соответствии со СНиП все строительные конструкции по возгораемости подразделяются на три группы:

а) несгораемые, которые под действием огня и высоких температур не возгораются и не обугливаются (к ним относятся многие металлы и материалы минерального происхождения);

б) трудносгораемые, которые способны воспламенятся и гореть только при постоянном воздействии постороннего источника возгорания (к ним относятся, например, конструкции из древесины, пропитанные или покрытые огнезащитным составом);

в) сгораемые, которые способны самостоятельно гореть после удаления источника возгорания (к ним относятся многие пластические материалы, в том числе применяемые в строительстве).

Способность конструкций сопротивляться воздействию пожара в течение определенного времени, сохраняя при этом обычные эксплуатационные функции, называется огнестойкостью.

Количественно огнестойкость оценивают пределом огнестойкости – временем в часах от начала действия огня до наступления одного из признаков:

- потерю несущих способностей или деформацию несущих конструкций;

- потерю ограждающей функций из-за образования сквозных трещин, через которые пламя может перекинуться в соседнее помещение;

- потерю теплоизолирующей способности за счет повышения температуры противоположной от пламени стороны конструкции до 160 ⁰С.

Все строительные конструкции по пределу огнестойкости подразделяются на 8 степеней от 1/7 ч до 2 ч.

В зависимости от степени огнестойкости принимают наибольшие допустимые расстояния от выходов для эвакуации при пожарах (5 степень – 50 м).

 

Тушение пожаров

В практике тушения пожаров наибольшее распространения получили следующие способы прекращения горения: 1) изоляция очага горения от воздуха или снижение путем разбавления воздуха негорючими газами концентрации кислорода до значения, при котором не может происходить горение; 2) охлаждение очага горения ниже определенных температур (температур самовоспламенения, воспламенения, вспышки горючих веществ и материалов); 3) интенсивное торможение (ингибирование) скорости химической реакции в пламени; 4) механический срыв пламени в результате воздействия на него сильной струи газа или воды; 5) создание условий огнепреграждения, т.е. таких условий, при которых пламя распространяется через узкие каналы.

Выбор огнетушащих веществ, составов и автоматических установок пожарной сигнализации, количества, быстродействия и производительности установок пожаротушения следует проводить на стадии проектирования технологических процессов в зависимости от физико-химических свойств перерабатываемых веществ и средств тушения.

Если по условиям технологического процесса при аварии возможен единовременный пожар нескольких различных горючих веществ и материалов, отличающихся друг от друга пожароопасными свойствами и характеристиками тушения, то расчет и проектирование установок пожаротушения должны быть произведены по наиболее неблагоприятному для ликвидации пожара веществу или продукту.

Если по условиям совместимости огнетушащих веществ с горючими материалами назначение общего для всех огнетушащего агента нецелесообразно, то допустимо применение нескольких огнетушащих веществ. При этом группы горючих веществ, совместимых с одним из огнетушащих составов, должны быть пространственно разделены или вынесены в отдельные помещения.

Выбор огнетушащих веществ и составов для тушения пожаров необходимо проводить в соответствии с данными таблицы 2.1.

Таблица 2.1

Классификация пожаров

Класс пожара	Характеристика горючей среды или горящего объекта	Рекомендуемые огнетушащие составы и средства
А	Обычные твердые горючие материалы (дерево, уголь, бумага, резина, текстильные материалы и др.)	Все виды огнетушащих средств (только на начальной стадии), водопенные огнетушащие вещества, вода со смачивателями
В	Горючие жидкости и плавящиеся при нагревании материалы (мазут, бензин, лаки, масла, спирт, стеарин, каучук, некоторые синтетические материалы и др.)	Распыленная вода, все виды водопенных составов, составы на основе галогеналкилов, порошки, газоаэрозольные составы
С	Горючие газы (водород, ацетилен, углеводороды и др.)	Газовые составы: инертные разбавители (N2, СО2), галогеноуглеводороды, порошки, вода аэрозольного распыла с добавками и без, вода как средство охлаждения, газоаэрозольные составы
D	Металлы и их сплавы (калий, натрий, алюминий, магний)	Порошки (при спокойной подаче на горящую поверхность)
Е	Оборудование под напряжением	Порошки, СО2, хладоны, газоаэрозольные составы

Тип и параметры установок пожаротушения следует выбирать в соответствии с действующим нормативным документом по противопожарной защите зданий и сооружений. Рекомендуемый перечень нормативных документов приведен в табл П.3.

2.2.1. Тушение пожаров водой

 

Огнегасительная способность воды обуславливается охлаждающим действием, разбавлением горючей среды образующимися при испарении парами и механическим воздействием на горящее вещество, т.е. срывом пламени.

Тушение пожаров водой производят установками водяного пожаротушения, пожарными автомашинами и водяными стволами (ручными и лафетными).

К установкам водяного автоматического пожаротушения относятся спринклерные и дренчерные установки.

Спринклерная установка представляет собой разветвленную, заполненную водой систему труб, оборудованную спринклерными головками. Выходные отверстия спринклерных головок закрываются легкоплавкими замками, которые при воздействии определенной температуры (замки рассчитаны на 72, 93, 141 и 182 С) распаиваются и вода из системы под давлением выходит из отверстия головки и орошает конструкции и оборудование в зоне действия сплинклерной головки.

Дренчерные установки представляют собой систему трубопроводов, на которых расположены специальные головки-дренчеры с диаметром открытых выходных отверстий 8, 10 и 12,7 мм лопастного или разведочного типа, рассчитанных на орошение не более 12 м² площади пола.

 

2.2.2. Тушение пожаров пеной

 

Пены применяют для тушения твердых и жидких веществ, не вступающих во взаимодействия с водой. Огнегасительные свойства пены определяются ее кратностью – отношением объема пены к объему ее жидкой фазы, стойкостью, дисперсностью и вязкостью. На эти свойства пены оказывают влияние также природа горючего вещества, условия протекания пожара и подачи пены.

В зависимости от способа получения огнегасительные пены подразделяются на химические и воздушно-механические.

Химическую пену применяют для тушения легковоспламеняющихся жидкостей и горючих жидкостей и других веществ, которые можно тушить водой. Она образуется при смешивании растворенной в воде щелочи (с пенообразующими добавками) с кислотой. Разрушаясь при нагревании, она выделяет углекислый газ, который снижает концентрацию кислорода в зоне горения. Химическая пена значительно легче огнеопасных жидкостей, и поэтому, перемещаясь по горящей поверхности, она преграждает выход паров горящей жидкости в зону горения и тушит пожар.

Воздушно-механическую пену используют для тушения горючих жидкостей, а также закрытых объемов (маслоподвалы, насосно-аккумуляторные станции). Ее получают с помощью генератора пены. Воздушно-механическая пена не вызывает коррозии металлов, почти неэлектропроводна и экономична.

 

2.2.3. Тушение пожаров газами

 

При тушении пожаров газами используют двуокись углерода, азот, дымовые или отработаннее газы, пар, а также аргон и другие газы.

Огнегасительное действие названных составов заключается в разбавлении воздуха и в снижении в нем содержания кислорода до концентрации, при которой прекращается горение. Огнегасительный эффект при разбавлении указанными газами обусловливается потерями тепла на нагревание разбавителей и снижением теплового эффекта реакции. Особое место огнегасительных составов занимает двуокись углерода (углекислый газ). Углекислотные огнетушители ОУ–5, ОУ–8, УП–2М применяют для тушения складов ЛВЖ, аккумуляторных станций, сушильных печей, стендов для испытания электродвигателей, электрооборудования и т.п.

Следует помнить, однако, что двуокись углерода нельзя применять для тушения веществ, в состав молекул которых входит кислород щелочных и щелочноземельных металлов, а также тлеющих материалов. Для тушения этих веществ применяют азот или аргон, причем последний применяют в тех случаях, когда имеется опасность образования нитридов металлов, обладающих взрывчатыми свойствами и чувствительностью к удару.

Расчет установки для тушения пожара углекислотой производится по следующей методике:

1. Определение количества огнегасительного газового состава по формуле, кг:

 

,

 

где G_В = 0,7 кг/м³ – огнегасительная концентрация газового состава для углекислоты; – количество углекислоты, остающейся в установке после окончания ее работы,кг; – объём помещения, м³; – коэффициент, учитывающий особенности процесса газообмена, утечки углекислоты через неплотности и проемы защищаемого помещения.

2. Определение потребного количества рабочих баллонов с углекислотой, шт:

,

где л–объем баллона, при 25 л в баллоне содержится 15,6 кг углекислоты; кг/л – плотность углекислоты; – коэффициент наполнения.

3. Количество резервных баллонов принять равным числу рабочих баллонов.

4. Определение пропускной способности трубопровода, кг/с:

 

,

где Н/м³– удельное давление углекислоты в начале трубопровода (в баллонах); кг/м³ – плотность углекислоты в начале трубопровода (в баллонах); А – удельное сопротивление трубопровода, принять при диаметре трубопровода 40 мм(условном и расчетном) равным 0,044–0,027.

 

2.2.4. Тушение пожаров паром и различными составами

 

Тушение пожаров паром применяется для пожарной защиты закрытых технологических аппаратов или объектов с ограниченным воздухообменом, а также для тушения пожаров на открытых площадках. Для тушения пожаров необходимо создать огнегасительную концентрацию водяного пара в воздухе, составляющую 35 % от объема. Для тушения используется насыщенный и отработанный (мятый) водяной пар технологического назначения. Пар при тушении подается стационарными установками и ручными стволами. Наибольшее распространение получили стационарные установки с ручным, дистанционным и автоматическим включением.

Все описанные выше огнетушащие составы оказывают пассивное действие на пламя. Более перспективны огнетушащие средства, которые эффективно тормозят химические реакции в пламени, т.е. оказывают на них ингибирующее воздействие. Наибольшее применение в пожаротушении нашли огнетушащие составы – ингибиторы на основе предельных углеводородов, в которых один или несколько атомов водорода замещены атомами галоидов (фтора, хлора, брома).

В последние годы в качестве средств тушения пожаров применяют порошковые составы на основе неорганических солей щелочных металлов. Они отличаются высокой огнетушащей эффективностью и универсальностью, т.е. способностью тушить любые материалы, в том числе нетушимые другими средствами.

Порошковые составы являются, в частности, единственным средством тушения пожаров щелочных металлов, алюминийорганических и других металлоорганических соединений.

Широко используются составы на основе карбонатов и бикарбонатов калия и натрия. Кроме того, для получения порошков используют фосфорно-амонийные соли, хлориды калия и натрия и др. По области применения эти составы подразделяются на порошки общего и специального назначения. К первым, например, относят порошки ПСБ–3, П–1А, ПФ, предназначенные для тушения древесины и ряда других углеродосодержащих твердых материалов, а также ЛВЖ и ГЖ. Специальные порошки – МГС на основе графита для тушения металлов; порошок СИ–2. предназначенный для тушения алюминийорганических и ряда других пирофорных (самовоспламеняющихся на воздухе) соединений.

 

Задачи

 

Задача 1.В производственном помещении объемом V=25 м³ был пролит бензин А–76 в количестве Q=1 л. Температура в помещении °С. Радиус лужи бензина r=100 см. Атмосферное давление в помещении 0,1 МПа (760 мм рт. ст.). Определить время, в течение которого испарится бензин и образуется взрывоопасная концентрация паров бензина и воздуха.

 

Задача 2.Рассчитать установку для тушения пожара углекислотой в помещении завода. Объем защищаемого помещения =450 м³. Коэффициент =1. Длина трубопровода от установки до места тушения загорания =75 м.

 

Задача 3.Определить время, в течение которого испарится бензин А–76 при проливе в производственном помещении объемом V=20 м³. Количество бензина Q=2 л. Температура в помещении °С. Радиус лужи бензина r=200 см. Атмосферное давление в помещении 0,1 МПа (760 мм рт. ст.).

 

Задача 4. Определить необходимые параметры для тушения пожара углекислотой в помещении завода объемом =600 м³. Коэффициент, учитывающий особенности процесса газообмена, утечки углекислоты через неплотности и проемы защищаемого помещения =1,5. Длина трубопровода от установки до места тушения загорания =40 м.

 

Задача 5.В производственном помещении объемом V=30 м³ был пролит бензин А–76 в количестве Q=3 л. Температура в помещении °С. Радиус лужи бензина r=300 см. Атмосферное давление в помещении 0,1 МПа (760 мм рт. ст.). Определить время, в течение которого испарится бензин и образуется взрывоопасная концентрация паров бензина и воздуха.

 

Задача 6. Объем помещения завода =900 м³. Коэффициент, учитывающий особенности процесса газообмена, утечки углекислоты через неплотности и проемы защищаемого помещения =1,1. Рассчитать установку для тушения пожара углекислотой в помещении завода. Длина трубопровода от установки до места тушения загорания =25 м.

 

Задача 7.Рассчитать время, в течение которого образуется взрывоопасная концентрация паров бензина и воздуха в производственном помещении. Объем помещения V=25 м³, марка бензина А–76 в количестве Q=2,5 л. Температура в помещении °С. Радиус лужи бензина r=250 см. Атмосферное давление в помещении 0,1 МПа (760 мм рт. ст.). Определить.

 

Задача 8. Рассчитать установку для тушения пожара углекислотой в помещении завода. Объем защищаемого помещения =750 м³. Коэффициент, учитывающий особенности процесса газообмена, утечки углекислоты через неплотности и проемы защищаемого помещения =1,4. Длина трубопровода от установки до места тушения загорания =60 м.

 

Задача 9.В производственном помещении объемом V=33 м³ был пролит бензин А-76 в количестве Q=3,3 л. Температура в помещении °С. Радиус лужи бензина r=230 см. Атмосферное давление в помещении 0,1 МПа (760 мм рт. ст.). Определить время, в течение которого испарится бензин и образуется взрывоопасная концентрация паров бензина и воздуха.

 

Задача 10. Необходимо предусмотреть углекислотную установку пожаротушения в помещении завода. Объем помещения =500 м³. Коэффициент, учитывающий особенности процесса газообмена, утечки углекислоты через неплотности и проемы защищаемого помещения =2. Длина трубопровода от установки до места тушения загорания =90 м.

 

Задача 11.В гараже объемом V=10 м³ пролили 1,5 л бензина А–76. Образовалась лужа радиусом r=150 см. Температура в помещении °С. Атмосферное давление в помещении 0,1 МПа (760 мм рт. ст.). Определить время, в течение которого испарится бензин и образуется взрывоопасная концентрация паров бензина и воздуха.

 

Задача 12. Рассчитать установку для тушения пожара углекислотой в помещении завода. Объем защищаемого помещения =830 м³. Коэффициент, учитывающий особенности процесса газообмена, утечки углекислоты через неплотности и проемы защищаемого помещения =1,8. Длина трубопровода от установки до места тушения загорания =100 м.

 

Задача 13.Объем закрытого помещения шиносервиса V=27 м³. Определить время, в течение которого в помещении испарится бензин и образуется взрывоопасная концентрация паров бензина и воздуха, если пролили бензин А–76 в количестве Q=2,7 л. Температура в помещении °С. Радиус лужи бензина r=270 см. Атмосферное давление в помещении 0,1 МПа (760 мм рт. ст.).

 

Задача 14. Рассчитать установку для тушения пожара углекислотой в помещении завода. Объем защищаемого помещения =750 м³. Коэффициент, учитывающий особенности процесса газообмена, утечки углекислоты через неплотности и проемы защищаемого помещения =1,2. Длина трубопровода от установки до места тушения загорания =65 м.

 

Задача 15.В производственном помещении объемом V=20 м³ был пролит бензин А–76 в количестве Q=1,75 л. Температура в помещении °С. Радиус лужи бензина r=175 см. Атмосферное давление в помещении 0,1 МПа (760 мм рт. ст.). Определить время, в течение которого испарится бензин и образуется взрывоопасная концентрация паров бензина и воздуха.

 

Задача 16. Объем помещения завода прицепной техники =850 м³. Предусмотреть в помещении установку для тушения пожара углекислотой. Коэффициент, учитывающий особенности процесса газообмена, утечки углекислоты через неплотности и проемы защищаемого помещения =1,5. Длина трубопровода от установки до места тушения загорания =45 м.

 

Задача 17.В производственном помещении объемом V=25 м³ был пролит бензин А–76 в количестве Q=2,3 л. Температура в помещении °С. Радиус лужи бензина r=230 см. Атмосферное давление в помещении 0,1 МПа (760 мм рт. ст.). Определить время, в течение которого испарится бензин и образуется взрывоопасная концентрация паров бензина и воздуха.

 

Задача 18. Рассчитать установку для тушения пожара углекислотой в помещении завода. Объем защищаемого помещения =950 м³. Коэффициент, учитывающий особенности процесса газообмена, утечки углекислоты через неплотности и проемы защищаемого помещения =1,2. Длина трубопровода от установки до места тушения загорания =90 м.

 

Задача 19.Определить время, в течение которого испарится бензин и образуется взрывоопасная концентрация паров бензина и воздуха в производственном помещении лаборатории объемом V=28 м³. Марка пролитого бензина – А–76, количество Q=2,75 л, радиус лужи бензина r = 275 см. Температура в помещении °С. Атмосферное давление в помещении 0,1 МПа (760 мм рт. ст.).

 

Задача 20. Рассчитать установку для тушения пожара углекислотой в помещении завода. Объем защищаемого помещения =550 м³. Коэффициент, учитывающий особенности процесса газообмена, утечки углекислоты через неплотности и проемы защищаемого помещения =1,3. Длина трубопровода от установки до места тушения загорания =80 м.