Показатели взрыво- и пожарной опасности веществ

 

Пожаро- и взрывоопасность веществ и материалов определяются показателями, характеризующими предельные условия возникновения горения и максимальную опасность, создаваемую при возникшем горении. При этом необходимо помнить, что собственно сгорание веществ и материалов, как правило, происходит в газовой фазе. Поэтому характер показателей и их количество зависят от агрегатного состояния горючих материалов.

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 составов и смесей горючих газов и паров с воздухом, лежащих между нижним и верхним пределами воспламенения, называется областью воспламенения.

На рис. 40 схематически показаны верхний и нижний концентрационные пределы распространения пламени (ВКПР и НКПР). Горение возможно в области составов между НКПР и ВКПР, называемой областью воспламенения. Вне этой области горение в режиме распространения пламени невозможно.

Концентрационные пределы воспламенения не постоянны и зависят от ряда факторов. Наибольшее влияние на пределы воспламенения оказывают мощность источника воспламенения, примесь инертных газов и паров, температура и давление горючей смеси.

 

Рис. 40. Схема концентрационных пределов распространения пламени

 

Для многокомпонентных горючих смесей расчет пределов (в процентах) производится по правилу Ле-Шателье:

,

где j – предел воспламенения (верхний и нижний); с _{1 ,} с₂ … с _п – содержание горючих компонентов, % от суммарного содержания горючих компонентов, т.е. с₁ + с₂ +… + с _п = 100 %; j ₁,..., j _п – соответствующие (верхние или нижние) пределы воспламенения горючих компонентов, %.

Легковоспламеняющиеся и горючие жидкости. Горение жидкостей происходит только в паровой фазе. Скорость испарения и количество паров над жидкостью зависят от природы жидкости и ее температуры. Значения температуры жидкости, при которых концентрация насыщенных паров в воздухе над жидкостью равна концентрационным пределам воспламенения, называются температурными пределами воспламенения (нижним и верхним соответственно).

Процесс воспламенения и горения жидкостей можно представить следующим образом. Для воспламенения необходимо, чтобы жидкость была нагрета до определенной температуры (не меньшей, чем нижний температурный предел воспламенения). После воспламенения скорость испарения должна быть достаточной для поддержания постоянного горения. Эти особенности горения жидкостей характеризуются температурами вспышки и воспламенения.

Температурой вспышки называется наименьшее значение температуры жидкости, при которой над ее поверхностью образуется паровоздушная смесь, способная вспыхивать от постороннего источника зажигания. Устойчивого горения жидкости при этом не возникает. По температуре вспышки жидкости делятся на легковоспламеняющиеся (ЛВЖ) с t_в < 61 °С (спирты, ацетон, бензин и др.) и горючие (ГЖ) – с t_в > 61°С (масла, мазуты, глицерин и др.).

Температурой воспламенения называется наименьшее значение температуры жидкости, при которой интенсивность испарения ее такова, что после зажигания внешним источником возникает самостоятельное пламенное горение. Для легковоспламеняющихся жидкостей температура воспламенения обычно на 1... 5 °С выше температуры вспышки, а для горючих жидкостей эта разница может достигать 30... 35 °С.

Паровоздушные смеси, так же как и газовоздушные, являются взрывоопасными.

 

Пример оценки возможности образования взрывоопасной концентрации ЛВЖ в производственном помещении.

Определить, возможно ли образование взрывоопасной концентрации в боксе объемом 35м³, если при Т=293 К в нем полностью испарился разлитый ацетон объемом 5л. Считать пары ацетона идеальным газом. Принято:

молярная масса ацетона М = 58,08 кг·кмоль;

плотность жидкого ацетона r = 790 кг/м³;

объем 1кмоля идеального газа при Т=293 К V ₀ = 24м³ / кмоль;

концентрационные пределы воспламенения ацетона 2,9 … 13 % об.

Решение

1. Определяем массу разлитой жидкости:

 

М_ж = r_ж · V_ж = 790·5·10^-3 = 3,95 кг.

2. Определяем плотность паров ЛВЖ:

кг/ м³.

3. Вычисляем объем паров ЛВЖ (учитывая, что М_п = М_ж):

 

м³.

4. Процентное содержание паров ЛВЖ в объеме помещения:

 

.

Таким образом, при полном испарении разлитого ацетона концентрация его паров в воздухе будет взрывоопасной.

 

Горение и взрывоопасные свойства пылей. Способностью образовывать с воздухом взрывоопасные смеси обладают также взвешенные в воздухе пыли многих твердых горючих веществ.

Для воспламенения пылевоздушной смеси необходимо, чтобы концентрация пыли в воздухе была не менее нижнего концентрационного предела воспламенения. Концентрация пыли в воздухе измеряется в [г/м³] или [мг/л]. Верхний концентрационный предел воспламенения пылевоздушных смесей в большинстве случаев является очень высоким и трудно достижимым (для торфяной пыли – 2200 г/м³, сахарной пудры – 13500 г/м³). Для воспламенения пылевоздушной смеси необходим источник зажигания с достаточной тепловой энергией – порядка нескольких мегаджоулей и более.

В зависимости от значения нижнего концентрационного предела воспламенения пыли подразделяют на взрыво - и пожароопасные. К взрывоопасным относят пыли с нижним пределом воспламенения до 65 г/м³ (пыли серы, сахара, муки), к пожароопасным – выше 65 г/м³ (табачная и древесная пыль).

Концентрационные пределы воспламенения пылей не являются постоянными и зависят от дисперсности, содержания летучих, зольности и температуры источника воспламенения.

Контрольные вопросы и задачи

 

1. Сформулируйте определение пожара. Какие условия необходимы для возникновения горения?

2. Дайте краткую характеристику форм горения: вспышки, воспламенения, самовозгорания, самовоспламенения, взрыва.

3. Сформулируйте понятие верхнего и нижнего пределов воспламенения (распространения пламени).

4. Что такое температура вспышки? Температура воспламенения?

5. Какие жидкости относятся к легковоспламеняющимся жидкостям (ЛВЖ)?

6. Какие жидкости относятся к горючим жидкостям (ГЖ)?

7. По какому критерию осуществляется подразделение пылей на взрывоопасные и пожароопасные?

8. Задачи

1. При условиях рассмотренного примера определить возможность образования взрывоопасной смеси при разливе 2 л ацетона.

2. Определить пределы взрываемости смеси газов следующего состава:

Компонент	Метан	Пропан	Бутан
Содержание в смеси, % об.
Пределы взрываемости	5,28…15,4	2,31…9,5	1,8…8,5

 

Указание: воспользоваться формулой Ле-Шателье.