Гармаза_Охрана труда

Лабораторная работа № 4

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ВСПЫШКИ ПАРОВ ОГНЕОПАСНЫХ ЖИДКОСТЕЙ И КАТЕГОРИИ ПОМЕЩЕНИЙ ПО ВЗРЫВОПОЖАРНОЙ

И ПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ

Цель работы: определить температуру вспышки огнеопасных жидкостей, полученные данные использовать для определения кате-

гории помещений и зданий по взрывопожарной и пожарной опасности

и для классификации этих жидкостей по разряду опасности; определить основные требования к конструкциям зданий и расположению их на территории предприятия.

Приборы и оборудование: установки ПВНЭ, ЛТВО, ТВО.

1. Общие положения

Большинство промышленных предприятий отличаются повышенной пожарной опасностью, так как их характеризуют сложность про-

изводственных процессов и установок, наличие значительного количества огнеопасных жидкостей, горючих газов, твердых сгораемых материалов, большого количества емкостей и аппаратов, в которых

находятся пожароопасные продукты под давлением, разветвленной сети трубопроводов с запорно-пусковой и регулирующей арматурой,

большого количества электроустановок.

При оценке пожарной опасности того или иного технологическо-

го процесса необходимо знать, какие огнеопасные вещества или смеси используются, получаются или могут образовываться в процессе про-

изводства. Более высокую категорию пожарной опасности имеют предприятия с наличием веществ, способных образовывать взрывоопасные смеси с воздухом (горючие газы, легковоспламеняющиеся жидкости, пылевидные горючие материалы). Показатели пожаровзры-

воопасности веществ и материалов определяют с целью получения

исходных данных для разработки систем по обеспечению пожарной и

взрывобезопасности.

Согласно ГОСТ 12.1.044-89 ССБТ «Пожаровзрывоопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их опреде-

ления», пожаровзрывоопасность веществ и материалов определяется

показателями, выбор которых зависит от агрегатного состояния вещества (материала) и условий его применения.

51

При определении пожаровзрывоопасности веществ и материалов различают: газы – вещества, давление насыщенных паров которых при температуре 25°С и давлении 101,3 кПа превышает 101,3 кПа; жидкости – вещества, давление насыщенных паров которых при температуре 25°С и давлении 101,3 кПа меньше 101,3 кПа. К жидкостям относят также твердые плавящиеся вещества, температура плавления

или каплепадения которых меньше 50°С; твердые вещества и материалы – индивидуальные вещества и их смесевые композиции с тем-

пературой плавления или каплепадения больше 50°С, а также вещества, не имеющие температуры плавления (например, древесина, ткани и т. п.); пыли – диспергированные твердые вещества и материалы с

размером частиц менее 850 мкм.

Номенклатура показателей и их применяемость для характеристики пожаровзрывоопасности веществ и материалов приведена в табл. 4.1. Число показателей, необходимых и достаточных для характеристики пожаровзрывоопасности веществ и материалов в условиях производства, переработки, транспортирования и хранения, определяет разработчик системы обеспечения пожаровзрывобезопасности объекта или разработчик стандарта и технических условий на вещество (материал).

Пожаровзрывоопасность веществ и материалов – совокуп-

ность свойств, характеризующих способность к возникновению и распространению горения. Следствием горения, в зависимости от его

скорости и условий протекания, могут быть пожар (диффузионное го-

рение) или взрыв (дефлаграционное горение предварительно перемешанной смеси горючего с окислителем).

Группа горючести – классификационная характеристика способности веществ и материалов к горению. Этот показатель применим для всех агрегатных состояний.

По горючести вещества и материалы подразделяют на три группы:

•негорючие (несгораемые) – вещества и материалы, не способ-

ные 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);

•трудногорючие (трудносгораемые) – вещества и материалы,

способные гореть в воздухе при воздействии источника зажигания, но

не способные самостоятельно гореть после его удаления;

•горючие (сгораемые) – вещества и материалы, способные само-

возгораться, а также возгораться при воздействии источника зажига-

ния и самостоятельно гореть после его удаления.

52

Таблица 4.1

Номенклатура показателей и их применяемость для характеристики пожаровзрывоопасности веществ и материалов

			Агрегатное состояние веществ
	Показатель			и материалов
			Газы	Жидкости	Твердые	Пыли
Группа горючести			+	+	+	+
Температура вспышки			–	+	–	–
Температура воспламенения			–	+	+	+
Температура самовоспламенения			+	+	+	+
Концентрационные пределы		распро-	+	+	–	+
странения пламени (воспламенения)
Температурные пределы распростране-			–	+	–	–
ния 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 го-			–	–	+	–
рения полимерных материалов
Минимальное	взрывоопасное	содержа-	+	+	–	+
ние кислорода
Минимальная	флегматизирующая кон-		+	+	–	+
центрация флегматизатора
Максимальное давление взрыва			+	+	–	+
Скорость нарастания давления взрыва			+	+	–	+
Концентрационный предел диффузион-			+	+	–	–
ного горения газовых смесей в воздухе

Примечание.

1.Знак «+» обозначает применяемость, знак «–» – неприменяемость показателя.

2.Кроме указанных в табл. 4.1, допускается использовать другие показатели, более детально характеризующие пожаровзрывоопасность веществ и материалов.

На практике группу горючести используют для подразделения

материалов по горючести, при установлении классов взрывоопасных и пожароопасных зон по ПУЭ, при определении категории помеще-

53

ний и зданий по взрывопожарной и пожарной опасности, при разработке мероприятий для обеспечения пожаро- и взрывобезопасности оборудования и помещений.

Температура вспышки – наименьшая температура конденсированного вещества, при которой в условиях специальных испытаний над его поверхностью образуются пары, способные вспыхивать в воздухе от источника зажигания; устойчивое горение при этом не возникает.

Вспышка – быстрое сгорание газопаровоздушной смеси над поверхностью горючего вещества, сопровождающееся кратковременным

видимым свечением.

Значение температуры вспышки применяется для характеристики пожарной опасности жидкости, при определении категории помещений по взрывопожарной и пожарной опасности, при разработке мероприятий по обеспечению пожаро- и взрывобезопасности оборудования и помещений.

Температура воспламенения – наименьшая температура веще-

ства, 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 – пламенное горение вещества, инициированное источником зажигания и продолжающееся после его удаления.

Значение температуры воспламенения применяется при определении группы горючести вещества, оценке пожарной опасности оборудования и технологических процессов, связанных с переработкой горючих веществ, при разработке мероприятий по обеспечению пожарной безопасности.

Температура самовоспламенения – наименьшая температура окружающей среды, при которой в условиях специальных испытаний

наблюдается самовоспламенение вещества.

Самовоспламенение – резкое увеличение скорости экзотермиче-

ских объемных реакций, сопровождающееся пламенным горением и (или) взрывом.

Значение температуры самовоспламенения применяется при оп-

ределении группы взрывоопасной смеси, для выбора типа взрывоза-

щищенного электрооборудования, при разработке мероприятий по обеспечению пожаровзрывобезопасности технологических процессов.

Концентрационные пределы распространения пламени (вос-

пламенения) – тот интервал концентраций, в котором возможно го-

рение смесей горючих паров и газов с окислителем.

54

Нижний (верхний) концентрационный предел распростране-

ния пламени (НКПРП и ВКПРП) – минимальное (максимальное) содержание горючего в смеси горючее вещество – окислительная среда, при котором возможно распространение пламени по смеси на любое расстояние от источника зажигания. Внутри этих пределов смесь горюча, а вне их – смесь гореть неспособна.

Значения концентрационных пределов применяются при определении категории помещений по взрывопожарной и пожарной опасности, при расчете взрывобезопасных концентраций газов, паров и пылей внутри технологического оборудования и трубопроводов, при

проектировании вентиляционных систем, а также при расчете пре-

дельно допустимых взрывобезопасных концентраций газов, паров и пылей в воздухе рабочей зоны с потенциальными источниками зажигания, при разработке мероприятий по обеспечению пожарной безопасности объекта.

Температурные пределы распространения пламени – такие температуры вещества, при которых его насыщенный пар образует в окислительной среде концентрации, равные соответственно нижнему (нижний температурный предел НТПРП) и верхнему (верхний температурный предел ВТПРП) концентрационным пределам распространения пламени.

Значения температурных пределов применяются при разработке

мероприятий по обеспечению пожаровзрывобезопасности объекта,

при расчете пожаровзрывобезопасных температурных режимов работы технологического оборудования, при оценке аварийных ситуаций, связанных с разливом горючих жидкостей.

Температура тления – температура вещества, при которой происходит резкое увеличение скорости экзотермических реакций окис-

ления, заканчивающихся возникновением тления.

Тление – беспламенное горение твердого вещества (материала)

при сравнительно низких температурах (400–600°С), часто сопровож-

дающееся выделением дыма.

Значение температуры тления применяется при экспертизах при-

чин пожаров, выборе взрывозащищенного электрооборудования и разработке мероприятий по обеспечению пожарной безопасности тех-

нологических процессов, оценке пожарной опасности полимерных

материалов и разработке рецептур материалов, не склонных к тлению.

Условия теплового самовозгорания – экспериментально выяв-

ленная зависимость между температурой окружающей среды, количест-

вом вещества (материала) и временем до момента его самовозгорания.

55

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

Результаты оценки условий теплового самовозгорания применяются при выборе безопасных условий хранения и переработки самовозгорающихся веществ.

Минимальная энергия зажигания – наименьшая энергия элек-

трического разряда, способная воспламенить наиболее легко воспламеняющуюся смесь горючего вещества с воздухом.

Значение минимальной энергии зажигания применяется при разработке мероприятий по обеспечению пожаровзрывобезопасных ус-

ловий переработки горючих веществ и электростатической искробе-

зопасности технологических процессов.

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

Значение кислородного индекса применяется при разработке полимерных композиций пониженной горючести и контроле горючести

полимерных материалов, тканей, целлюлозно-бумажных изделий и

других материалов.

Способность взрываться и гореть при взаимодействии с водой, кислородом воздуха и другими веществами – это качествен-

ный показатель, характеризующий особую пожарную опасность неко-

торых веществ. Он применяется при определении категории помеще-

ний по взрывопожарной и пожарной опасности, при выборе безопасных условий проведения технологических процессов и условий совместного хранения и транспортирования веществ и материалов, при выборе или назначении средств пожаротушения.

Нормальная скорость распространения пламени – скорость

перемещения фронта пламени относительно несгоревшего газа в направлении, перпендикулярном к его поверхности.

Значение нормальной скорости распространения пламени применяется в расчетах скорости нарастания давления взрыва газо- и паро-

воздушных смесей в закрытом, негерметичном оборудовании и помещениях, критического (гасящего) диаметра при разработке и создании

огнепреградителей, площади легкосбрасываемых конструкций, пре-

дохранительных мембран и других разгерметизирующих устройств;

при разработке мероприятий по обеспечению пожаровзрывобезопас-

ности технологических процессов.

Скорость выгорания – количество жидкости, сгорающей в еди-

ницу времени с единицы площади. Скорость выгорания характеризует

интенсивность горения жидкости.

56

Коэффициент дымообразования – показатель, характеризую-

щий оптическую плотность дыма, образующегося при пламенном горении или тлении определенного количества твердого вещества (ма-

териала) в условиях специальных испытаний.

Значение коэффициента дымообразования применяется для классификации материалов по дымообразующей способности.

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

Показатель токсичности продуктов горения – отношение ко-

личества материала к единице объема замкнутого пространства, в котором образующиеся при горении материала газообразные продукты вызывают гибель 50% подопытных животных.

Минимальная флегматизирующая концентрация флегмати-

затора – наименьшая концентрация флегматизатора в смеси с горючим и окислителем, при которой смесь становится неспособной к распространению пламени при любом соотношении горючего и окисли-

теля. Ее значение применяется при разработке мероприятий по обес-

печению пожаровзрывобезопасности технологических процессов методом флегматизации.

Минимальное взрывоопасное содержание кислорода – такая концентрация кислорода в горючей смеси, состоящей из горючего вещества, воздуха и флегматизатора, меньше которой распространение пламени в смеси становится невозможным при любой концентрации горючего в смеси, разбавленной данным флегматизатором.

Концентрационный предел диффузионного горения газовых смесей в воздухе (ПДГ) – предельная концентрация горючего газа в смеси с разбавителем, при которой данная газовая смесь при истече-

нии в атмосферу не способна к диффузионному горению.

Предприятия, на которых перерабатываются или используются горючие жидкости, представляют собой большую пожарную опас-

ность. Это объясняется тем, что горючие жидкости легко воспламеняются, интенсивно горят, образуют взрывоопасные паровоздушные смеси и плохо поддаются тушению водой.

Горение жидкостей происходит только в паровой фазе. Скорость испарения и количество паров жидкости зависят от ее природы и тем-

пературы. Количество насыщенных паров над поверхностью жидко-

сти зависит от ее температуры и атмосферного давления. В состоянии

насыщения число испаряющихся молекул равно числу конденсирую-

щихся, и концентрация пара остается постоянной. Горение паровоз-

57

душных смесей возможно только в определенном диапазоне концентраций, т. е. они характеризуются концентрационными пределами распространения пламени (НКПРП и ВКПРП).

Процесс воспламенения и горения жидкостей можно представить

следующим образом. Для воспламенения необходимо, чтобы жидкость была нагрета до определенной температуры (не меньше НТПРП). После воспламенения скорость испарения должна быть достаточной для поддержания постоянного горения. Эти особенности горения жидкостей характеризуются температурами вспышки и воспламенения. Температура вспышки соответствует нижнему температурному пределу воспламенения.

Взависимости от численного значения температуры вспышки жидкости подразделяются на легковоспламеняющиеся (ЛВЖ) и горючие (ГЖ).

К легковоспламеняющимся жидкостям относятся жидкости с

температурой вспышки не более 61°С в закрытом тигле или 66°С в открытом тигле. Для ЛВЖ температура воспламенения обычно на 1– 5°С выше температуры вспышки, а для горючих жидкостей эта разница может достигать 30–35°С.

Взависимости от температуры вспышки ЛВЖ подразделяются на три разряда.

Особо опасные ЛВЖ – с температурой вспышки от –18°С и ниже

взакрытом тигле или от –13°С и ниже в открытом тигле. К особо опасным ЛВЖ относятся ацетон, диэтиловый спирт, изопентан и др.

Постоянно опасные ЛВЖ – это горючие жидкости с температурой вспышки от –18°С до +23°С в закрытом тигле или от –13°С до +27°С в открытом тигле. К ним относятся бензил, толуол, этиловый спирт, этилацетат и др.

Опасные при повышенной температуре ЛВЖ – это горючие

жидкости с температурой вспышки от 23°С до 61°С в закрытом тигле. К ним относятся хлорбензол, скипидар, уайт-спирит и др.

Температура вспышки жидкостей, принадлежащих к одному

классу (жидкие углеводороды, спирты и др.), закономерно изменяется

вгомологическом ряду, повышаясь с увеличением молекулярной мас-

сы, температуры кипения и плотности. Температуру вспышки определяют экспериментальным и расчетным путем.

Экспериментально температуру вспышки определяют в приборах закрытого и открытого типа:

– в закрытом тигле на приборе Мартенса-Пенского по методике, изложенной в ГОСТ 12.1.044-89, – для нефтепродуктов;

58

– в открытом тигле на приборе ТВ ВНИИПО по методике, приведенной в ГОСТ 12.1.044-89, – для химических органических продуктов и на приборе Бренкена по методике, изложенной в том же госстандарте, – для нефтепродуктов и масел.

Для определения температуры вспышки заданную массу жидкости (вещества) нагревают с заданной скоростью, периодически зажигая выделяющиеся пары и визуально оценивая результаты зажигания.

Ориентировочно расчет температуры вспышки производится по правилу Орманда и Гровена:

Твсп = Ткип m,

(4.1)

где Твсп – температура вспышки, К; Ткип – температура кипения, К; m – коэффициент, равный 0,736.

Температура кипения некоторых жидкостей, которые используются в лабораторной работе для определения температуры вспышки, дана в табл. 4.2.

	Таблица 4.2
Температура кипения жидкостей
Наименование жидкости	Температура кипения, °С
Скипидар:
живичный	153–180
экстракционный	150–220
сухоперегонный ретортный очищенный	150–225
Дизельное топливо	270–400
Керосин	150–300
Топливо для реактивных двигателей	150–225
Масла:
трансформаторное	385–450
веретенное	380–480
автомобильное	390–460
индустриальное	350–390
вазелиновое	400–480
масло ПН-6	350–500

Пример. Рассчитать температуру вспышки керосина. Температура кипения керосина составляет 150°С.

(Ткип = 273 + 150 = 423 К).

Твсп = 423 0,736 = 311 К, или Твсп = 311 – 273 = 38°С.

Более точно температуру вспышки Твсп, К, рассчитывают по сле-

дующей формуле:

59

Т	всп	=	А	Д	0	β ,	(4.2)
			Р
			всп

где А – константа метода определения (рекомендуется при расчете температуры вспышки в закрытом тигле принимать А = 3000; в открытом тигле А = 3400); Рвсп – парциальное давление пара горючего вещества при температуре вспышки, Па; Д0 – коэффициент диффузии паров в воздухе при 0°С и 101 кПа; β – стехиометрический коэффициент, равный числу молей кислорода, приходящихся на 1 моль горючего вещества при его полном сгорании.

Температуру вспышки жидкостей в закрытом тигле Твсп, °С, имеющих нижеперечисленные виды связей (табл. 4.3), вычисляют по формуле

n
Твсп = а0 + а1 Ткип + аj l j ,	(4.3)

i=2

где а0 – размерный коэффициент, равный –73,14°С; а1 – безразмерный коэффициент, равный 0,659; Ткип – температура кипения исследуемой жидкости, °С; аj – эмпирические коэффициенты, приведены в табл. 4.3; lj – количество связей вида j в молекуле исследуемой жидкости.

Средняя квадратическая погрешность расчета δ по формуле (4.3)

составляет 13°С.

Таблица 4.3

Эмпирические коэффициенты аj

Вид связи	аj, °С
С – С	–2,03
С – С	–0,28
С = С	1,72
С – Н	1,105
С – О	2,47
С = О	11,66
С – N	14,15
C ≡ N	12,13
C – S	12,09
C = S	–11,91
C – F	3,33

Вид связи	аj, °С
C – Cl	15,11
C – Br	19,40
C – Si	–4,84
Si – H	11,00
Si – Cl	10,07
N – H	5,83
O – H	23,90
S – H	5,64
P – O	3,27
P = O	9,64

Для нижеперечисленных классов веществ температуру вспышки

вычисляют по формуле

Tвсп = a + b Ткип ,

(4.4)

60