Организация пожарной профилактики / Samoilov - Spravochnik ingenera pozharnoy okhrani 2010

Глава II. Крат ие сведения о физи о-химичес их основах процессов орения и взрыва

Рис. 2. «Тре ольни пожара»

рение, нар шение требований правил пожарной безопасности, нар шение правил э спл атации эле троприборов, детс ая шалость, поджо и. Доля та их пожаров в общем числе – 95%.

Развитие пожара зависит от мно их фа торов: физи о-хими- чес их свойств оряще о материала; пожарной на р з и, под о- торой имеется в вид масса всех орючих и тр дно орючих материалов, находящихся в орящем помещении; с орости ее выорания; азообмена оча а пожара с о р жающей средой и т.п.

Пожары лассифицир ются по вид орюче о материала и подразделяются на след ющие лассы [2]:

1)пожары твердых орючих веществ и материалов (А);

2)пожары орючих жид остей или плавящихся твердых веществ и материалов (В);

3)пожары азов (С);

4)пожары металлов (D);

5)пожары орючих веществ и материалов эле тро станово , находящихся под напряжением (Е);

6)пожары ядерных материалов, радиоа тивных отходов и радиоа тивных веществ (F).

Классифи ация пожаров по вид орюче о материала исполь- з ется для обозначения области применения средств пожарот - шения.

Пожары, а правило, сопровождаются от рытым пламенным орением, при этом теплота передается изл чением, онве цией и теплопроводностью. Та , при пожаре в помещениях о оло 40 % теплоты передается на стены (пере ород и) изл чением, о оло 50 % даляется нар ж с прод тами орения через проемы.

81

Справочни инженера пожарной охраны

Широ о известны общие схемы развития пожара, оторые в лючают нес оль о основных фаз:

I фаза (10 мин) - начальная стадия, в лючающая переход воз орания в пожар (1-3 мин) и величение площади пожара

(5-6 мин).

В течение первой фазы происходит преим щественно линейное распространение о ня по орючей на р з е. Горение сопровождается обильным выделением дыма, повышением среднеобъемной температ ры в помещении до 200 °С (темп роста среднеобъемной температ ры в помещении примерно 15 °С в 1 мин). Прито возд ха в помещение сначала величивается, а затем медленно снижается. Поэтом очень важно в это время обеспечить изоляцию данно о помещения от на- р жно о возд ха (не ре оменд ется от рывать или вс рывать о на и двери в орящее помещение; в не оторых сл чаях, при достаточном обеспечении ерметичности помещения, наст пает самозат хание пожара) и вызвать пожарные подразделения при первых призна ах пожара (дым, пламя). Если оча пожара виден, необходимо по возможности принять меры

т шению пожара первичными средствами пожарот шения до прибытия пожарных подразделений.

Продолжительность I фазы составляет 2-30% от общей продолжительности пожара.

II фаза (30 - 40 мин) - стадия объемно о развития пожара. Процесс орения проте ает интенсивно, температ ра вн т- ри помещения поднимается до 250-300 °С, начинается объемное развитие пожара, о да пламя заполняет весь объем помещения, и процесс распространения пламени происходит же не поверхностно, а через возд шные разрывы. Через 15 - 20 мин от начала пожара происходит разр шение осте ления, и из-за это о прито свеже о возд ха рез о темп роста среднеобъемной температ ры - до 50 °С в 1 мин. Температ ра вн т-

ри помещения повышается с 500-600 до 800-900 °С. Стабилизация пожара происходит на 20-25 мин от начала

пожара и продолжается 20-30 мин. III фаза - стадия зат хания пожара.

От рытое пламенное орение переходит в тление и через не оторое время (ино да весьма продолжительное) пожар до орает и пре ращается.

82

Глава II. Крат ие сведения о физи о-химичес их основах процессов орения и взрыва

Условия образования орючей (взрывоопасной) среды в техноло ичес ом обор довании и в помещениях

Образование орючей среды твердыми веществами ор аничес о о происхождения

Горючая среда образ ется в тех сл чаях, о да в технолоичес ом процессе обращаются (обрабатываются, применяются или хранятся) твердые орючие вещества: древесина, оль, воло нистые материалы. Ка правило, они не изолир - ются от о р жающе о возд ха, мо т ореть непосредственно на от рытых площад ах, в помещениях, аппаратах, омм ни-

ациях.

Образование орючей среды пылями

Горючие пыли образ ются при обращении в техноло ичесом процессе измельченных твердых веществ и материалов (при механичес ой обработ е – дроблении, шлифовании, сверлении и т.п.; транспортиров е – в системах пневмотранспорта, при пересыпании прод ции с одно о транспортера на др ой; а та же в сепараторах, лассифи аторах, на част ах за р з и и вы р з и измельченных веществ). Пыль может находиться во взвешенном состоянии в возд хе (аэровзвесь), а

та же осаждаться на	онстр ции и обор дование (аэро ель).
Опасность та их производств состоит в том, что аэровзвеси
способны взрывном	орению, а аэро ели – самовоз оранию.

Взрывы пыли проте ают ци личес и – за первичным ло альным взрывом (вспыш ой), взвихряющем осевш ю на онстр циях и обор довании пыль, след ет повторный, значительно более мощный взрыв. Та ой взрыв же способен повредить или разр шить обор дование, что приводит образованию взрывоопасной среды же в масштабах производственно о помещения. Мощности последне о взрыва, а правило, достаточно для полно о или частично о разр шения производственно о здания. Та ой сценарий развития пылево о взрыва представляет собой цепь последовательных взрывов с все более возрастающей мощностью.

Взрывоопасная среда (ВОС) вн три и снар жи техноло и- чес о о обор дования с пылями образ ется при словии:

Ср≥СНПВ (1),

83

Справочни инженера пожарной охраны

де Ср – рабочая онцентрация пыли (с четом взвешенной и осевшей) в аппарате или помещении;

СНПВ – нижний онцентрационный предел воспламенения пыли.

Образование орючей среды орючими азами

При нормальной работе аппаратов с азами в них, а правило, не образ ется взрывоопасной среды, ввид отс тствия о ислителя (рабочая онцентрация составляет 100% об.). Ино - да техноло ией пред сматривается подача вн трь аппарата смеси рабоче о аза с возд хом или ислородом. В та ом сл - чае взрывоопасная среда образ ется при словии:

СНПВ≤Ср≤СВПВ (2),

де Ср – рабочая онцентрация орюче о аза в аппарате; СНПВ, СВПВ – нижний и верхний онцентрационные пределы

воспламенения аза.

Образование орючей среды парами ле овоспламеняющихся и орючих жид остей

В производственных словиях подвер аются обработ е и широ о применяются ЛВЖ и ГЖ. Горючая среда в аппаратах с жидостями может образовываться: при нормальном режиме работы; при особых режимах работы (п с и останов а техноло и- чес их аппаратов) и при аварийном режиме (нар шении техно-

ло ии производства, разр шении аппаратов и омм ни аций).

Образование орючей среды вн три техноло ичес о о обор дования при нормальной работе

В производственных словиях аппараты с жид остями обычно не заполняются полностью и, следовательно, над зералом жид ости имеется определенный свободный объем, оторый постепенно насыщается ее парами. При та их с- ловиях оличество паров в свободном объеме может быть достаточным для образования в смеси с возд хом или др - им о ислителем орючей среды. При доп щении, что при неподвижном ровне ЛВЖ и ГЖ в аппаратах онцентрация их паров близ а онцентрации насыщенно о пара, воз-

84

Глава II. Крат ие сведения о физи о-химичес их основах процессов орения и взрыва

можность образования взрывоопасной среды определяется п тем провер и дв х словий:

а) наличия над зер алом жид ости паровозд шно о пространства;

б) выполнения зависимости

ТНПВ ≤Тр≤ТВПВ, (3)

де Тр – рабочая температ ра жид ости; ТНПВ и ТВПВ – соответственно нижний и верхний темпера-

т рные пределы воспламенения.

Если хотя бы одно из данных словий не выполняется, то ВОС в аппарате не образ ется.

Температ рные пределы воспламенения для жид остей определяются по справочной литерат ре, э спериментально или расчетным п тем. Рабочая температ ра жид ости определяется по техноло ичес ом ре ламент или непосредственно по по азаниям приборов онтроля техноло ичес-

оо процесса.

Необходимо помнить, что словие возможности обра-

зования взрывоопасной среды (3) справедливо в дв х сл - чаях:

1) при неизменном ровне жид ости в аппарате, о да образовалась насыщенная онцентрация ее паров;

2 ) при наполнении аппаратов с дыхательными стройствами, т. . подъем ровня жид ости ни оим образом не изменит онцентрацию ее паров, а лишь их объем над зер алом жид ости.

При опорожнении аппаратов с дыхательными стройствами происходит насыщение паров жид ости о ислителем за счет прито а возд ха через дыхательн ю армат р , их онцентрация снижается и бо атых смесей (Тр>ТВПВ) может попасть в область воспламенения. В та ом сл чае оценвозможности образования ВОС проводить по словию

(3) нельзя и ее ос ществляют по соотношению:

СНПВ≤Ср≤СВПВ (4),

де Ср – рабочая онцентрация паров жид ости в аппарате; СНПВ, СВПВ – нижний и верхний онцентрационные пределы

воспламенения жид ости.

85

Справочни инженера пожарной охраны

Концентрационные пределы воспламенения для жид остей определяются по справочной литерат ре, э спериментально или расчетным п тем. Рабочая онцентрация паров жид ости в аппарате на данный момент времени определяется э спериментально или расчетом.

Образование орючей среды при выходе веществ нар ж

из нормально действ ющих аппаратов

В производственном помещении или нар жных станово орючая среда может образовываться толь о при выходе о- рючих веществ из аппаратов нар ж . Это может сл читься даже при нормальной работе техноло ичес о о обор дования, в том сл чае, если применяются аппараты с от рытой поверхностью испарения, дыхательными стройствами, периодичес и

от рываемыми для за р з и и вы р з и прод ции и т.п. Наиболее опасными в пожарном отношении аппаратами

являются аппараты с от рытой поверхностью. Над зер алом испарения в этих аппаратах может образоваться ВОС при вы-

полнении словия:
Тр ≥ ТВСП	(5),
де Тр – рабочая температ ра	орючей жид ости;

ТВСП – температ ра вспыш и жид ости.

В сл чаях, о да по словиям техноло ичес о о процесса треб ется изменение ровня жид ости применяют аппараты с дыхательными стройствами. Они представляют собой за рытые ем ости (резерв ары, мерни и, дозаторы и т. п.), сообщающиеся с атмосферой при помощи дыхательных стройств.

Выход паров орючих жид остей из этих аппаратов происходит при больших и малых дыханиях.

Под большим дыханием понимается вытеснение паров на- р ж или подсос возд ха вн трь аппарата при изменении в нем ровня жид ости (операции заполнения и опорожнения), под малым – вытеснение паров нар ж или подсос возд ха вн трь аппарата при изменении температ ры в е о азовом пространстве ( ровень остается неизменным).

Образование ВОС о оло дыхательно о стройства при вытеснении паров нар ж возможно при словии:

86

Глава II. Крат ие сведения о физи о-химичес их основах процессов орения и взрыва

	Тр ≥ Тнпв	(6),
де Тр	– рабочая температ ра	орючей жид ости;
Тнпв – нижнем температ рном предел воспламенения

жид ости.

Аппараты, работающие под избыточным давлением, та же мо т быть источни ом выделения орючих азов и паров, т. . даже при их исправном состоянии возможны незначительные теч и орючих веществ через различные разъемные соединения, плотнения валов, пл нжеров и т.п. Та ие теч и мо т происходить непрерывно, но, а правило, не создают реальной пожарной опасности, т. . ло ально рассредоточены по поверхности аппаратов и омм ни аций и рассеиваются в воз-

д хе рабочей среды под воздействием возд хообмена.

Образование орючей среды в период п с а и останов и техноло ичес их аппаратов

Останов а техноло ичес о о обор дования на производстве ос ществляется периодичес и и связана с необходимостью проведения различных ре ламентных работ: профила тичес-

их осмотров, чисто , ремонтов и т. п.

Причинами образования орючей среды при останов е аппаратов являются:

1) снижение температ рно о режима, если в них при нормальной работе имелась орючая жид ость с рабочей тем-

перат рой не ниже ТВПВ (при этом температ ра, снижаясь, войдет в область воспламенения) – словие (3);

2) прито нар жно о возд ха через дыхательн ю армат р при сливе жид ости или через от рытые лю и при разерметизации аппаратов с неполностью даленными из них о- рючими жид остями и обеднение орючей смеси – словие (4);

3) не ерметичное от лючение аппаратов от тр бопроводов с орючими веществами.

Образование ВОС возможно при п с е аппаратов, о да в объем, заполненный возд хом, пост пает орючее вещество и онцентрация в аппарате величивается от 0 до Ср:

Ср≥ СНПВ (7),

де Ср – рабочая онцентрация паров жид ости в аппарате;

87

Справочни инженера пожарной охраны

СНПВ – нижний онцентрационный предел воспламенения жид ости.

Образование орючей среды при нар шении режима работы и повреждении техноло ичес их аппаратов

Наибольш ю пожарн ю опасность для производства представляют нар шения режима работы техноло ичес о- о обор дования и связанные с ними повреждения и аварии, при оторых вследствие выхода значительно о оличества орючих азов за орот ий промеж то времени может образовываться орючая онцентрация не толь о

вн три аппаратов, но и снар жи.

Повреждения техноло ичес о о обор дования возможны в рез льтате различных воздействий, а именно:

–механичес их (образование повышенно о или пониженно о давления, воздействия динамичес их на р зо , эрозионный износ);

–температ рных (температ рные напряжения, изменения физичес их свойств металлов);

–или химичес их (химичес ая или эле трохимичес ая оррозия).

Особенности	орения нефтей
и нефтепрод	тов в резерв арах

Процесс орения жид остей начинается с воспламенения паро-возд шной смеси и хара териз ется дв мя взаимосвязанными явлениями – испарением и с оранием паро-возд ш- ной смеси над поверхностью жид ости.

Испарение – это переход жид ости в пар со свободной поверхности при температ рах ниже точ и ипения жид ости. Испарение происходит в рез льтате теплово о движения моле л жид ости, при этом избыточная энер ия теряемых жидостью моле л затрачивается на преодоление сил взаимодействия межд моле лами и работ расширения ( величе-

ния объема) при переходе жид ости в пар.

С орость испарения зависит от температ ры жид ости – чем выше температ ра, тем интенсивнее испарение. Это необходимо читывать в техноло ичес их процессах, де обращаются орючие или ле овоспламеняющиеся жид ости, т. . ве-

88

Глава II. Крат ие сведения о физи о-химичес их основах процессов орения и взрыва

личение с орости испарения приводит более быстром образованию взрывоопасных онцентраций паров.

Жид ость, находящаяся в за рытом сос де, испаряясь, образ ет насыщенный, т.е. находящийся в динамичес ом равновесии с жид остью, пар. Динамичес ое равновесие – со-

стояние, при	отором число испаряющихся моле л жид ости
равно числ	онденсир ющихся моле л. Выходя из та о о

сос да нар ж , насыщенный пар становится ненасыщенным. Перенос тепла при пожарах орючих жид остей происходит за счет изл чения. Передача тепла теплопроводностью и онве цией невозможны, т. . в первом сл чае с орость дви-

жения паров от поверхности жид ости зоне	орения больше
с орости передачи тепла по ним от зоны орения жид ости,
а во втором – пото паров в объеме пламени	направлен от
менее на ретой поверхности жид ости	более на ретой
поверхности.
С орость орения жид остей непостоянна и зависит от на-

чальной температ ры жид ости, диаметра резерв ара, с орости ветра и др. Примерно через 10 мин после воспламенения жид ости начинается формирование про рето о слоя.

Этот процесс за лючается в на реве стен и резерв ара и приле ающей ней жид ости. Жид ость за ипает, если температ ра стен и выше температ ры ее ипения. Это силивает онве тивные пото и и тепло переносится в л бь жидости. Это, в свою очередь, вызывает про рев той части стен- и резерв ара, оторая приле ает нижней ранице про рето о слоя. На этой части стен и тоже начинается ипение, о- торое ведет дальнейшем величению про рето о слоя и т. д. Процесс про рева жид ости продолжается до тех пор, по а

потери тепла через стен и резерв ара в о р жающ ю сред не стан т превышать оличества теплоты, подводимо о со стороны пламени. Та ой сценарий процесса хара терен для пожаров нефти, бензина и др их жид остей с низ ой температ рой ипения.

Процесс формирования про рето о слоя при орении нефти связан с содержанием в ней воды – если воды мно о, то нефть может про реваться даже в том сл чае, о да темпера- т ра ее ипения сравнительно высо а. Это объясняется тем, что вода рез о снижает температ р ипения нефти. Вода, находящаяся в слое нефти, приле ающем стен е резерв а- ра, за ипает, что способств ет возни новению онве тивных

89

Справочни инженера пожарной охраны

пото ов. Анало ичные явления наблюдаются при орении влажно о маз та. На процесс про ревания маз та помимо вла и значительное влияние о азывает образование на поверхности о сово о остат а, оп с ающе ося затем вниз.

При пожарах нефти и маз та в резерв арах, образование про рето о слоя и след ющее за ним вс ипание воды

может спровоцировать та ие опасные явления	а выброс
и вс ипание.
Явление вс ипания и выброса тесно связано с наличием
воды, оторая все да содержится в том или ином	оличестве

в самой нефти и на дне резерв ара. Механизм этих явлений основан на особом хара тере про ревания сырой нефти и влажно о маз та и возни ающем при этом процессе ипения пере ретой воды.

Для возни новения ипения необходимо, чтобы в жид о- сти, либо на стен ах сос да имелись центры парообразования (различные инородные в рапления в жид ости – пылин и, п зырь и возд ха и т. д.). Если центры парообразования далить (тщательной очист ой жид ости, а та же механичес ой и химичес ой обработ ой поверхности стено сос да), то и- пение не возни ает, даже если жид ость б дет на рета выше температ ры ипения.

Выброс – достаточно ред ое явление и носит хара тер сильно о взрыва, выбрасывая тонны нефти на значительные (не- с оль о десят ов метров) расстояния, что приводит поражению людей и техни и, распространению пожара. Выброс орящей жид ости может произойти, если под слоем жид ости находится вода, жид ость при орении про ревается в л бин с образованием про рето о слоя, дости ающе о слой воды, и температ ра слоя выше температ ры ипения воды. Нефть способна выброс при содержании в ней воды менее 3,8 %, маз т – менее 0,6 % [8].

Хара терными призна ами начала выброса являются величение размеров фа ела пламени и возни новение вибрации стено резерв ара, сопровождаемое все возрастающим ш мом.

Чаще происходит вс ипание – более или менее спо ойный перелив нефти через борт резерв ара. Если в резерв аре с орящей нефтью нет подстилающе о слоя воды (вода содержится в самой нефти в эм ль ированном состоянии), то в начальный период орения вода более или менее равномерно

90