Темы лекции 9 и 10. Пожаровзрывобезапасность

Конспект лекции: краткие сведения о горении и пожарах. Предупреждение пожаров. Горения и пожар. Горением называется быстро протекающее химическое превра­щение веществ, сопровождающееся выделением больших коли­честв теплоты и обычно ярким свечением (пламенем). В обычных условиях горение представляет собой процесс окисления или соединения горючего вещества с кислородом при наличии импульса (источ­ника зажигания).

Горение бывает полное и неполное. Первое проте­кает при достаточном количестве кислорода и продуктами ре­акции в этом случае являются вода, диоксиды серы и углерода, азот, которые неспособны к дальнейшему окислению. Если кислорода недостаточно для окисления, происходит неполное горение, сопровождающееся образованием горючих и токсичных продуктов реакции (оксида углерода, спиртов, кетонов, альдегидов и др.).

По агрегатному состоянию горючего вещества горение бывает гомогенным и гетерогенным. При первом из них все реагирующие вещества имеют одинаковое агрегатное состояние – газообразное. А при втором горении вещества находятся в различных агрегатных состояниях. В зависимости от скорости распространения пламени горе­ние может происходить в форме диффузионного, кинетического и взрывного. Пожары обычно характеризуются гетерогенным диффу­зионным горением, которое лимитируется диффузией кислоро­да воздуха в очаг горения. Когда горение происходит в замкнутом про­странстве, то оно называется кинетическим, при котором скорость горения диктуется теплопроводностью. Оно может вызвать значительное увеличение поверхности фронта пламени и взрыв. Взрывное горение – это горение сопрово­ждающееся выделением энергии и образованием сжатых газов. Это сжатие распространяется по несгоревшему газу в виде по­следовательных слабых ударных волн, которые образуют детонацию. Детонация – это горе­ние, распространяющееся со скоростью, превышающей ско­рость звука (тысячи метров в секунду).

Пожар характеризуется образованием опасных факторов, воздействующих на людей, которыми являются: открытый огонь и искры; повышенная температура воздуха, предметов и т. п.; токсичные продукты горения и дым; пониженная кон­центрация кислорода; обрушение и повреждение зданий, соору­жений, установок; взрывы.

Для возникновения горения или взрыва горючей среды (смеси) необходим импульс или источник зажигания (воспламенения). Импульсы подразделяются на тепловые, химические, микробиологические, из которых наиболее распространены первый из них. Тепловой импульс делится – на адиабатное сжатие газов, открытое пламя, искры, электрическая дуга, нагретая поверхность. Искры подразделяются на электрические, статическое электричество, от удара, от трения, из которых более распространен первый. Причин возникновения источников зажигания в производственных условиях очень много. Источниками от­крытого огня являются технологические нагревательные печи; различные реакторы; регенераторы, где выжигают органиче­ские вещества из негорючих катализаторов; установки для сжигания отходов, факельные устройства для сжигания отходя­щих газов и обогрева труб; аппараты для газовой резки и свар­ки металлов и т. п.

Пожароопасное свойство веществ и материалов. Для оценки пожаро - и взрывоопасности производств необ­ходимо знать показатели пожаро - и взрывоопасности веществ, используемых в производственных процессах. Пожаро - и взрывоопасность веществ, определяется целым рядом их свойств: группой горючести, температурой самовос­пламенения и вспышки, концентрационными пределами вос­пламенения, дисперсностью, летучестью и др.

По горючести все вещества и материалы подразделяются на слабого­рючие, умеренногорючие, нормальногорючие и сильногорючие. Горючие вещества в свою очередь подразделяются на вещества: легковоспламеняющиеся, умеренно воспламеняющиеся и трудновоспламеняющиеся. Легковоспламеняющиеся - горючие жидкости. Они горят в паровой фазе, характеризуются температурой вспышки и по ней подразделяются на: особо опасные, постоянно опасные, опасные при повышенной температуре.

Пожароопасность горючих жидкостей характеризуются концентрационными пределами воспламеняемости, температурами вспышки и самовоспламенения. Пожароопасность горючих газовоздушных смесей характеризуются концентрационными пределами воспламеняемости, температурой самовоспламенения. А пожароопасность твердых веществ и материалов – температурами воспламенения и самовоспламенения.

Важными характеристиками горючего вещества являются также температурные пределы воспламенения и температура самонагревания, а также самовозгорания.

Самовозгорающиеся вещества разделяются на: самовозгорающиеся при соприкосновении с воздухом; воспламеняющиеся при соприкосновении с водой; воспламеняющиеся при контакте с твердыми, жидкими и газообразными окислителями органическими соединениями. Пожароопасными бывают и пыли некоторых веществ. Их опасные свойства характеризуются также нижними концентрационными пределами воспламенения (верхнее концентрационные пределы очень велики и использование их не имеет смысла).

Температурой вспышки называется наименьшая температу­ра горючего вещества, при которой над его поверхностью образуются пары или газы, способные вспыхнуть в воздухе при поднесении источника за­жигания, но скорость образования паров или газов еще недо­статочна для устойчивого горения. Температурой воспламенения называется температура горю­чего вещества, при которой оно выделяет горючие газы и пары с такой скоростью, что после воспламенения их от источника зажигания возникает устойчивое горение. Температурой самовоспламенения называется самая низкая температура вещества, при которой происходит резкое увели­чение скорости экзотермических реакций, заканчивающееся пламенным горением. Температурой самонагревания называется самая низкая тем­пература, при которой в веществе возникают экзотермические процессы окисления, разложения и т. п., могущие привести к самовозгоранию.

Концентрационные пределы воспламенения являются важной характеристикой горючих систем. Смесь горючих веществ с окислителем способна гореть только при определенном со­держании в ней горючего. Нижним (верхним) концентра­ционным пределом воспламенения называется минимальное (максимальное) содержание горючего в смеси «горючее веще­ство – окислительная среда», при котором возможно распро­странение пламени по смеси на любое расстояние от источника зажигания.

Температурными пределами воспламенения называются та­кие температуры горючего вещества, при которых его насы­щенные пары образуют в конкретной окислительной среде кон­центрации, равные соответственно нижнему и верхнему концен­трационным пределам воспламенения.

Для оценки пожаро - и взрывоопасности производств необ­ходимо знать показатели пожаро - и взрывоопасности веществ, используемых в производственных процессах. Пожаро - и взрывоопасность веществ, определяется целым рядом их свойств: группой горючести, температурой самовос­пламенения и вспышки, концентрационными пределами вос­пламенения, дисперсностью, летучестью и др.

По горючести все вещества и материалы подразделяются на слабого­рючие, умеренногорючие, нормальногорючие и сильногорючие. Горючие вещества в свою очередь подразделяются на вещества: легковоспламеняющиеся, умеренновоспламеняющиеся и трудновоспламеняющиеся. Легковоспламеняющиеся - горючие жидкости. Они горят в паровой фазе, характеризуются температурой вспышки и по ней подразделяются на: особо опасные, постоянно опасные, опасные при повышенной температуре.

Пожароопасность горючих жидкостей характеризуются концентрационными пределами воспламеняемости, температурами вспышки и самовоспламенения. Пожароопасность горючих газовоздушных смесей характеризуются концентрационными пределами воспламеняемости, температурой самовоспламенения. А пожароопасность твердых веществ и материалов – температурами воспламенения и самовоспламенения.

Важными характеристиками горючего вещества являются также температурные пределы воспламенения и температура самонагревания, а также самовозгорания.

Самовозгорающиеся вещества разделяются на: самовозгорающиеся при соприкосновении с воздухом; воспламеняющиеся при соприкосновении с водой; воспламеняющиеся при контакте с твердыми, жидкими и газообразными окислителями органическими соединениями. Пожароопасными бывают и пыли некоторых веществ. Их опасные свойства характеризуются также нижними концентрационными пределами воспламенения (верхнее концентрационные пределы очень велики и использование их не имеет смысла).

Температурными пределами воспламенения называются та­кие температуры горючего вещества, при которых его насы­щенные пары образуют в конкретной окислительной среде кон­центрации, равные соответственно нижнему и верхнему концен­трационным пределам воспламенения.

Общие меры предотвращения пожаров и взрывов.

Для предотвращения пожаров и взрывов необходимо, пре­жде всего исключить возможность образования горючей и взрывоопасной среды, а также предотвратить возникновение в горючей среде (или внесение в нее) источников (импульсов) зажигания.

Для предотвращения образования горючей среды в помеще­ниях необходимо поддерживать в воздухе безопасную концентрацию горючего газа, пара или пыли, превышающую нижнего концентрационного предела воспламенения данного вещества в воздухе. Предотвращение образования горючей среды обеспечивает­ся: применением герметичного производственного оборудова­ния; максимально возможной заменой в технологических про­цессах горючих веществ и материалов негорючими; ограниче­нием количества применяемых и хранимых горючих и взры­воопасных веществ, а также правильным их размещением; изоляцией горючей и взрывоопасной среды; организацией кон­троля за составом воздуха в помещениях и контроля за соста­вом среды в аппаратуре; применением рабочей и аварийной вентиляции; отводом горючей среды в специальные устройства и безопасные места; использованием ингибирующих и флегматизирующих (инертных) добавок; выбором безопасных ско­ростных режимов движения среды и др.

Предотвращение образования в горючей среде источников зажигания достигается: соответствующей эксплуатацией ма­шин, механизмов и другого оборудования, которые могут явиться источниками зажигания горючей среды; применением электрооборудования, соответствующего классу пожаро - и взрывоопасных зон, категории и группе взрывоопасной сме­си; применением технологического процесса и оборудования, удовлетворяющих требованиям электростатической безопасно­сти; устройством молниезащиты зданий, сооружений и обору­дования; регламентацией максимально допустимой темпера­туры нагрева поверхностей оборудования, изделий и материа­лов, могущих войти в контакт с горючей средой; регламента­цией максимально допустимой энергии искрового разряда в горючей среде; регламентацией максимально допустимой температуры нагрева горючих веществ, материалов и кон­струкций; применением неискрящего инструмента при работе с легковоспламеняющимися веществами; ликвидацией условий для теплового, химического, микробиологического самовозгорания образующихся веществ, материалов, изделий и конструк­ций; устранением контакта с воздухом пирофорных веществ и веществ, нагретых выше безопасной температуры; регламен­тацией огневых работ и др.

Электрооборудование для взрыво- и пожароопасных зон. Для предупреждения пожаров и взрывов от коротких замыка­ний, перегрузок и других причин, связанных с эксплуатацией электроустановок, необходимы правильный выбор, монтаж и соблюдение установленного режима эксплуатации электриче­ских сетей, машин, аппаратов, а также электрических средств автоматизации и связи. Особую опасность представляет электрооборудование, пред­назначенное для установки в местах, где могут образовываться смеси горючих газов, паров или пыли с воздухом. Для правильного выбора электрооборудования, прежде все­го определяют класс зоны, где оно будет эксплуатироваться. Установлено несколько взрывоопасных и пожароопасных зон.

Взрывоопасной зоной считают помещение или ограниченное пространство в помещении или вне его, где имеются или могут образоваться взрывоопасные смеси. При определении взрыво­опасных зон принимается, что взрывоопасная зона занимает весь объем помещения, если объем взрывоопасной смеси в объеме пре­вышающей 5% свободного объема помещения. Согласно ПУЭ /30/ взрывоопасные зоны делятся на не­сколько классов.

Зоны класса B-I расположены в помещениях, в которых вы­деляются горючие газы или пары легковоспламеняющиеся жидкости (ЛВЖ) в таком количестве и обладающие такими свойствами, что они могут образовать с воздухом взрывоопасные смеси при нормальных режимах ра­боты. Зоны класса В-1а расположены в помещениях, в которых при нормальных режимах работы взры­воопасные смеси горючих газов образуются только в результате аварий или неисправностей. Зоныкласса B-Iб такие же зоны, как и зоны класса В-1а, но имеющие одну из следующих особенностей: горючие газы в этих зонах обладают высоким нижним пределом воспламенения (15% и более); помещения производств газообразного водорода, где исключается образование взрыво­опасной смеси в объеме более 5% свободного объе­ма помещения; горючие газы и ЛВЖ имеются в объеме менее 5% свободного объема помещения. Зоны класса В-1г. К ним относятся пространства у на­ружных технологических установок, содержащих горючие газы или ЛВЖ; у надземных и под­земных резервуаров с ЛВЖ или горючими газами (газголь­деры); у эстакад для слива и налива ЛВЖ; у открытых нефтеловушек и др. К зонам класса В-1г относятся также пространства у про­емов за наружными ограждающими конструкциями помеще­ний с взрывоопасными зонами классов B-I, В-1а и B-II. Зоны класса B-II расположены в помещениях, в которых вы­деляются взвешенные горючие пыли или волокна в таком количестве и с такими свойствами, что они способны образовать с воздухом взрывоопасные смеси при нормальных режимах работы. Зоны класса В-IIа расположены в помещениях, в которых опасные состояния возможны только в результате аварий или неисправно­стей.

Пожароопасной зоной называется пространство внутри или вне помещений, в пределах которого постоянно или периодиче­ски находятся горючие вещества, как при нормальном осуществлении технологического процесса, так и при его нарушениях. Пожароопасные зоны разделены на несколько классов.

Зоны класса П-I р асположены в помещениях, в которых применяются или хранятся горючие жидкости с температурой вспышки выше 61 °С. Зоны класса П-II расположены в помещениях, в которых выделяются горючие пыли или волокна с нижним концентра­ционным пределом воспламенения более 65 г/м³ в воздухе. Зоны класса П-IIа расположены в помещениях, где обращаются твердые горючие вещества. Зоны класса П-III расположены вне помещений, в которых обращаются горючие жидкости с температурой вспышки выше 61 °С или твердые горючие вещества.

При выборе электрооборудования для взрывоопасных зон следует также знать категорию и группу взрывоопасной смеси. В зависимости от величины безопасного экспериментального максимального зазора (БЭМЗ) – максимального зазора между фланцами оболочки, через который не происходит передачи взрыва из оболочки в окружающую среду при любой концен­трации горючего в воздухе, взрывоопасные смеси подразде­ляются на категории: I-рудничный метан; I I-промышленные газы и пары (I IА, I IВ, I IС). В зависимости от температуры самовоспламенения устано­влено шесть групп взрывоопасных газо- и паровоздушных сме­сей – Т1,Т2,Т3,Т4,Т5,Т6

Во взрывоопасных зонах используется взрывозащищенное электрооборудование. В зависимости от области применения оно делится на две группы: I группа – рудничное взрывозащищенное электрообору­дование; II группа – взрывозащищенное электрооборудование для внутренней и наружной установки, кроме рудничного взрывозащищенного. Взрывозащищенное электрооборудование I и II групп в за­висимости от уровня взрывозащиты подразделяются на: электрооборудование повышенной надежности против взрыва (знак уровня – 2); взрывобезопасное электрооборудование (знак уровня – 1) и особовзрывобезопасное электрооборудование (знак уровня – 0).

Электрооборудование группы II, имеющее взрывонепроницаемую оболочку и (или) искробезопасную электрическую цепь, подразделяется на подгруппы IIА, IIB и IIС. Взрывозащищенное электрооборудование кроме маркиров­ки по ГОСТ 18620–73 имеет еще маркировку по взрывозащите: а) знак уровня взрывозащиты (2, 1 или 0); б) знак Ех, указывающий, что электрооборудование соответствует ГОСТ 12.2.020–76 и стандартам на виды взрывозащиты; в) знак вида взрывозащиты (D, I, Е, О, Р, Q, S); г) знак группы или подгруппы (II – для электрооборудования, не подразделяемого на под­группы, и один из знаков IIА, IIB, IIC – для электрооборудо­вания, подразделяемого на подгруппы); д) знак температурно­го класса электрооборудования Т1 – Т6.

Защита от статического электричества и молниезащита. Статическое электричество проис­ходит при трении диэлектрика об диэлектрик или диэлектрика о проводник. Наиболее опасным проявлением статического электричества в промышленности являются искровые разряды. Общие требования искробезопасности от разрядов статиче­ского электричества в целях обеспечения пожаро - и взрывобезопасности установлены ГОСТ 12.1.018–93.

По принципу действия средства коллективной защиты от статического электричества подразделяются на: заземляющие устройства, антиэлектростатические вещества, увлажняющие устройства, нейтрализаторы, экранирующие вещества (ГОСТ 12.4.124–83). Заземление оборудования устраняет возможность накопле­ния зарядов на проводниках. Эффективным способом устранения опасной электризации является антиэлектростатическая обработка. Наиболее просто это достигается увлажнением поверхности материалов. Объемную электропроводность веществ можно увеличить путем введения в них антиэлектростатических присадок.

Молниезащита. А тмосферное электричество (молнии) проявляется в виде прямого удара молнии (первичного проявления молнии) и вторичного проявления вследствие электромагнитной и электростати­ческой индукции.

Комплекс защитных устройств, предназначенных для обес­печения безопасности людей, сохранности зданий и сооруже­ний, оборудования и материалов от взрывов, загораний и раз­рушений, называется молниезащитой и осуществляется в соответствии с /31, 32/. Существуют три категории устройства молниезащиты (I, II, III). Необходимость в молниезащите и ее категорию в каждом конкретном случае определяют в зависимости от интенсивно­сти грозовой деятельности в местности расположения объекта, его пожаровзрывоопасности и назначения, а также ожидаемого количества поражений молнией в год.

По I категории должна осуществляться молниезащита промышленных зданий и сооружений с взрывоопасными зо­нами классов B-I и B-II, расположенных в любом месте территории бывшей СССР. А по II категории – промышленных зданий и сооруже­ний с зонами, относимыми к классам B–Ia, B–Iб и В–IIа, и рас­положенных в местности со средней грозовой деятельностью 10 и более часов в год, а также наружных технологических установок и открытых складов, относимых к классу В–Iг вне зависимости от места нахождения этих объектов на территории бывшей СССР. По III категории осуществляться молниеза­щита многих других производственных, сельскохозяйственных, жилых и общественных зданий, сооружений и складов, ды­мовых труб, водонапорных и силосных башен, пожарных вы­шек и других с учетом их пожароопасности, степени огнестой­кости.

Для защиты зданий и сооружений от прямых ударов молнии служат молниеотводы, принимающие на себя разряд мол­нии и отводящие ток разряда в землю. Молниеотвод состоит из несущей части (опоры), молниеприемника, токоотвода (спу­ска) и заземлителя. Применяют различные конструкции молниеотводов, наибо­лее распространенными из которых являются стержневой, тросовый и сетчатый.

Стержневые молниеотводы представляют собой один, два или больше вертикальных стержней, устанавливаемых на защи­щаемом сооружении или вблизи его. Тросовые молниеотводы состоят из одного или двух горизонтальных тросов, каждый из которых закрепляется на двух опорах. По опорам проклады­вают токоотвод, присоединенный к отдельному заземлителю; опоры устанавливают на защищаемом объекте или вблизи его. По архитектурным соображениям молниезащиту зданий иног­да осуществляют наложением на кровлю металлической зазе­мленной сетки. Каждый молниеотвод имеет определенную зону за­щиты – часть пространства, внутри которого с достаточной степенью надежности обеспечивается защита здания или соору­жения от прямых ударов молнии.

Защита от электростатической индукции осу­ществляется присоединением металлических корпусов оборудо­вания и конструкций к специальному заземлителю, обеспечи­вающему сопротивление растекаемому току не менее 10 Ом, или к защитному заземлению электрооборудования. Для за­щиты от электромагнитной индукции трубопроводы и другие протяженные металлические предметы в местах их взаимного сближения на 10 см и менее соединяют привариваемыми или припаевыми металлическими перемычками через каждые 20 м длины, что исключает возможность образования незамкнутых контуров.

Подробный расчет молниезащиты приведен в /31, 32/.

Оценка пожарной опасности производства. При осуществлении мер по предотвращению пожаров и взрывов большое значение имеет оценка пожарной опасности производств.

Согласно /33, 34, 35/ производственные здания и склады по взрывопожарной и пожарной опасности подразделяются на пять категорий: А, Б, В1-В4, Г, Д.

Категория А (взрывопожароопасные производства) вклю­чает производства, имеющие горючие газы и легковоспламеняющиеся жидкости с температурой вспышки до 28 ^oС способные образовать взрывоопасные смеси.

Категории Б (взрывопожароопасные производства) отно­сятся производства, имеющие горючие пыли и волокна, легковоспламеняющиеся жидкости с температурой вспышки до 28 ^oС способные образовать взрывоопасные пыле – и паровоздушные смеси.

Категория В1 - В4 (пожароопасные производства) – производ­ства, имеющие горючие и трудногорючие жидкости, твердые горючие и трудногорючие вещества и материалы (в т.ч пыли и волокна).

Категория Г – это производства, имеющие негорючие ве­щества и материалы в горячем, раскаленном или расплавлен­ном состоянии, процесс обработки которых сопровождается выделением лучистой теплоты, искр и пламени; твердые веще­ства, жидкости и газы, которые сжигаются или утилизируются в качестве топлива.

К категории Д - относятся производства с негорючими веществами и материалами в холодном состоянии.

Категории производств по пожарной опасности в большой степени определяют требования к конструктивным и планиро­вочным решениям зданий и сооружений, а также другим во­просам обеспечения пожаро - и взрывобезопасности. Категории принимаются по нормам технологического проектирования или по специальным перечням, утверждаемым министерствами (ведомствами). Руководством при этом могут служить /33, 34, 35/.