Загальні відомості про процес горіння. Показники пожежовибухонебезпечності речовин та матеріалів.

Правильна організація протипожежних заходів і гасіння пожеж неможливі без чіткого розуміння сутності хімічних та фізичних процесів, які відбуваються під час горіння речовин. Тому досконале знання цих процесів дає можливість у разі необхідності швидко припиняти їх протікання та успішно боротися з вогнем.

Горіння - це екзотермічна реакція окиснення речовини, яка супроводжується виділенням диму та (або) виникненням полум'я та (або) світінням (ДСТУ 2272-93).

Дим - видимі тверді та (або) рідинні часточки в газах, утворені внаслідок горіння або піролізу матеріалів.

Полум'я - зона горіння в газовій фазі з видимим випромінюванням світла.

Світіння - безполуменеве горіння матеріалу (речовини) у твердій фазі з видимим випромінюванням світла із зони горіння (наприклад, тління).

Горіння являє собою комплекс взаємопов'язаних хімічних і фізичних процесів. Основними такими процесами є: виділення значної кількості тепла; швидке хімічне перетворення горючої речовини внаслідок реакції окиснення.

Найбільш загальною властивістю горіння є властивість утвореного осередку полум'я переміщуватися по всій горючій суміші шляхом передавання тепла або дифузії активних частинок із зони горіння до свіжої суміші. У першому разі реалізується тепловий, а в другому - дифузний механізм поширення полум'я. Зазвичай, горіння протікає за комбінованим тепловим дифузним механізмом.

В основному розрізняють такі види горіння:

- за кількістю окисника: повне та неповне;

- за швидкістю поширення полум'я: дефлаграційне (від кількох сантиметрів до кількох метрів за секунду), вибухове (десятки, сотні метрів за секунду), детонаційне (тисячі метрів за секунду);

- за агрегатним станом речовин, що беруть участь у процесі горіння: гомогенне (речовини мають однаковий агрегатний стан, наприклад, горіння горючих газів на повітрі) та гетерогенне (речовини мають різний агрегатний стан і наявна межа їх розподілу, наприклад, горіння рідин і твердих речовин на повітрі).

Повне горіння відбувається, якщо є достатня кількість окисника. Під час такого горіння утворюються продукти, нездатні до подальшого окиснення та горіння (діоксид вуглецю, водяна пара, сірчаний ангідрид тощо). Для повного горіння горючої речовини на повітрі необхідна його відповідна кількість. Так, для повного горіння 1 кг деревини необхідно 4,18 м3 повітря, 1 кг торфу- 5,8 м3, 1 кг бензину - 10,25 м3, 1 кг пропану - 23,8 м3.

Якщо кількість окисника є недостатньою, то горіння буде неповним і реакція окиснення речовини пройде не до кінця. Під час неповного горіння утворюються, як правило, токсичні та горючі речовини (монооксид вуглецю, альдегіди, смоли, спирти тощо), які за певних умов здатні до подальшого горіння. Ознакою неповного горіння є дим. У більшості випадків на пожежах спостерігається неповне горіння речовин і як наслідок - значне виділення диму.

Треба зазначити, що під час повного горіння ефективність згорання палива є значно вищою. При неповному горінні 1 кг вугілля утворюється майже в чотири рази менше тепла, ніж при його повному горінні. Крім того, з витяжної труби опалювальної установки йде дим та іноді летить сажа.

Якщо при гомогенному горінні горюча речовина та окисник не перемішані між собою, то відбувається дифузне горіння. У цьому випадку швидкість горіння є відносно невисокою, оскільки залежить від швидкості дифузії окисника в зону горіння.

Коли окисник та горюча речовина перебувають в однаковому агрегатному стані й рівномірно перемішані між собою (наприклад, суміш горючого газу і повітря), то відбувається гомогенне кінетичне горіння. У цьому випадку швидкість горіння не залежить від дифузії повітря, а визначається швидкістю хімічної реакції і проявляється як вибух або детонація.

Пожежі, як правило, характеризуються гетерогенним дифузним горінням, швидкість переміщення полум'я якого залежить від швидкості дифузії кисню повітря до осередку горіння.

Показники.

З метою одержання початкових даних для розробки заходів щодо забезпечення пожежної та вибухової безпеки, при визначенні категорії та класу приміщень і будівель відповідно до вимог норм технологічного.проектування, стандартів ССБП, будівельних норм і правил, правил будови електроустановок встановлена номенклатура показників пожежо-вибухонебезпечності речовин і матеріалів.

У ГОСТІ 12.1.044-89 "Пожаро-взрывоопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения" наведено 20 показників, перелік яких при необхідності може бути розширений. Вибір показників для характеристики пожежо-вибухонебезпечності тих чи інших речовин і матеріалів залежить від агрегатного стану речовини (матеріалу) та умов її застосування. Деякі найважливіші з них та їх застосування для характеристики речовин у різних агрегатних станах наведені в табл. 5.1.

Таблиця 5.1. Показники пожежо-вибухонебезпечності речовин і матеріалів

Горючість є кваліфікаційною характеристикою здатності речовин і матеріалів до горіння і застосовується для таких потреб: кваліфікації речовин і матеріалів за горючістю; визначення категорії і класу приміщень за вибухо-пожежною та пожежною небезпечністю; при розробці заходів щодо забезпечення пожежної безпеки.

За горючістю речовини і матеріали поділяють на негорючі, важкогорючі та горючі.

Негорючі - це речовини і матеріали, які не здатні горіти у повітрі. Проте серед них можуть бути пожежонебезпечні, наприклад, окислювачі і речовини, що виділяють горючі продукти при взаємодії з водою, киснем або з іншими речовинами. До негорючих речовин належать усі мінеральні та більшість штучних неорганічних матеріалів.

Важкогорючі - речовини і матеріали, що здатні горіти в повітрі при дії джерела запалювання, але не здатні самостійно горіти після його вилучення. Це можуть бути композиції, що складаються з органічного матеріалу і мінерального наповнювача.

Горючі - речовини і матеріали, що здатні займатися при дії джерела запалювання і самостійно горіти після його вилучення.

Температура спалаху - це найменша температура конденсованої речовини, при якій в умовах спеціальних випробувань над її поверхнею утворюються пари, що здатні спалахувати від джерела запалювання, але швидкість їх утворення при цьому недостатня для стійкого горіння.

Температура спалаху характеризує умови, за яких речовина стає пожежонебезпечною. Цей показник застосовується при класифікації рідин за ступенем пожежної небезпечності, при визначенні категорії та класифікації приміщень і зон за пожежовибуховою небезпечністю, а також при розробці заходів пожежо-вибухобезпеки.

Температура спалахування - це найменша температура речовини, при якій в умовах спеціальних випробувань речовина виділяє горючі пари і гази з такою швидкістю, що при дії на них джерела запалювання спостерігається займання (тобто виникає стійке полум'яне горіння).

Температура спалахування характеризує здатність речовин до самостійного горіння і завжди буває вищою за температуру спалаху. Чим меншою є різниця між температурами спалаху і спалахування речовини, тим більше пожежонебезпечною є ця речовина.

Температура спалахування застосовується при встановленні групи горючості речовин, при оцінці пожежної небезпечності обладнання і технологічних процесів, при розробці заходів щодо забезпечення пожежо-вибухобезпеки.

Температура самоспалахування — це найменша температура навколишнього середовища, при якій в умовах спеціальних випробувань спостерігається самозаймання речовини. Температура самоспалахування використовується для оцінки пожежо-вибухонебезпечності речовин; визначення групи вибухонебезпечної суміші для вибору типу вибухобезпечного обладнання; при розробці заходів щодо забезпечення пожежо-вибухобезпеки технологічних процесів.

Концентраційні межі поширення полум'я. Нижня (верхня) концентраційна межа поширення полум'я - це мінімальний (максимальний) вміст горючої речовини в однорідній суміші в окислювальному середовищі, при якому можливе поширення полум'я по суміші на будь-яку відстань від джерела запалювання.

Концентраційні межі поширення полум'я застосовують при визначенні категорії та класу приміщень за пожежо-вибухонебезпечністю; при розрахунках вибухобезпечних концентрацій газів, парів і пилу всередині технологічного обладнання, а також у повітрі робочої зони з потенційними джерелами запалювання; при проектуванні вентиляційних систем; при розробці заходів з забезпечення пожежної безпеки.

Температурні межі поширення полум'я. Відомо, що концентрація насичених парів рідини перебуває у певному взаємозв'язку з її температурою. Використовуючи цю властивість, можна концентраційні межі насичених парів виражати через температуру рідини, при якій утворюються ці пари. Такі температури мають назву температурних меж поширення полум'я.

Температурні межі поширення полум'я - це такі температури речовини, при яких її насичена пара утворює в окислювальному середовищі концентрації, що дорівнюють, відповідно, нижній (нижня температурна межа) і верхній (верхня температурна межа) концентраційним межам поширення полум'я.

Температурні межі спалахування застосовуються при розрахунку пожежо-вибухонебезпечних температурних режимів роботи технологічного обладнання; оцінці аварійних ситуацій, пов'язаних з розлиттям горючих рідин; розрахунку концентраційних меж спалахування; а також для характеристики пожежної небезпечності рідин.

Температурні умови теплового самозаймання це залежність між температурою навколишнього середовища, кількістю речовини (матеріалу) і часом до її самозаймання.

Мінімальну температуру середовища, при якій можливе самозаймання матеріалу, враховують при виборі безпечних умов зберігання та переробки самозаймистих речовин.

Вдатність вибухати та горіти при взаємодії з водою, киснем повітря та іншими речовинами (тобто при взаємному контакті речовин) - якісний показник, що характеризує особливу пожежну небезпечність речовин.

Дані про небезпечність взаємного контакту речовин наводять у стандартах і технічних умовах на речовину; їх використовують при категоріюванні приміщень за пожежо-вибухонебезпечністю; при виборі безпечних умов проведення технологічних процесів та умов спільного зберігання і транспортування речовин і матеріалів.