Оценка пожарной опасности веществ и материалов

Классификация пожароопасных веществ. Человек научился добывать огонь и применять его для своих нужд много тысячелетий назад. Но огонь не только выполняет полезную работу, но и приносит человеку материальный ущерб. Пожарами, в основе которых лежит химическая реакция горения, могут быть уничтожены жилые и производственные здания, корабли, самолеты, продукты питания, т. е. все, что способно гореть, разрушаться от действия температуры и гибнуть в среде продуктов сгорания.

Пожаром называется неконтролируемое горение вне специального очага, наносящее материальный ущерб (Ост 78 2—73). Ранее были указаны условия, необходимые для возникновения горения, а следовательно, для возникновения пожара. В отсутствие контроля при соз­дании этих условий возникает пожар, который может развиться до больших размеров и нанести значительный материальный ущерб. Следовательно, возможность создания условий возникновения пожара или его быстрого развития представляет собой пожарную опасность.

Пожарной опасностью называется возможность возникновения или развития пожара, заключенная в каком-либо веществе, состоянии или процессе (Ост 78 2—73). Из этого определения можно сделать вывод, что пожарную опасность представляют вещества и материалы, если они в силу своих свойств благоприятствуют возникновению или развитию пожара. Такие вещества и материалы относятся к пожароопасным.

Пожароопасные вещества, по способности к горению, подразделяются на горючие, трудногорючие и негорючие.

Горючими называются вещества (материалы, смеси, изделия), способные самостоятельно гореть после удаления источника зажигания. Среди пожароопасных ве­ществ большинство являются горючими, Горючие ве щества в свою очередь разделяются на легковоспламеняющиеся и трудновоспламеняющиеся.

Легковоспламеняющимся веществом (материалом, смесью) называется горючее вещество (материал, смесь), способное воспламеняться от кратковременного воздействия пламени спички, искры, накаленного электропровода и тому подобных источников зажигания с низкой энергией (Ост 78 2—73). Следует отметить, что воспламенение этих веществ происходит при хранении на открытом воздухе или в помещении без предварительного подогрева. К легковоспламеняющимся веществам относятся все горючие газы (водород, метан, этан, пропан и др.), горючие жидкости (ацетон, бензин, бензол, диэтиловый эфир и др.) и горючие твердые вещества (целлулоид, полистирол, древесная стружка, лист бумаги и др.).

Трудновоспламеняющимся веществом (материалом, смесью) называется горючее вещество (материал, смесь), способное воспламеняться только под воздействием мощного источника зажигания. К таким веществам относятся гетинакс, полихлорвиниловая плитка, фенольноформальдегидный стеклопластик, древесина, под­вергнутая поверхностной огнезащитной обработке, и другие.

Трудногорючими называют вещества (материалы, смеси, изделия), способные гореть под воздействием источника зажигания, но не способные к самостоятельно­му горению после удаления его.

По пожарной опасности их можно подразделить на три группы:

1) вещества, горение которых происходит только при нагреве до температур, близких к температуре их самовоспламенения (трихлорацетат натрия, дихлоральмочевина и др.);

2) вещества, имеющие определенную область зажигания при температурах, до которых возможен их нагрев в производстве, а также имеющие температуру вспышки в закрытом тигле (дихлорметан);

3) вещества, выделяющие пары или газы, обладающие определенной областью воспламенения в воздухе (слабые водные растворы спиртов, кетонов, альдегидов, органических кислот, аммиачная вода).

Негорючими называют вещества (материалы, смеси, изделия), не способные к горению в атмосфере воздуха.

Среди негорючих веществ находится много весьма пожароопасных. Они могут быть объединены в следующие группы:

1) вещества, выделяющие горючие продукты или тепло при взаимодействии с водой или друг с другом, например карбид кальция СаС₂, металлический натрий и негашеная известь с водой, разбавленные кислоты (серная, соляная и др.) с металлами;

2) окислители: KMnO₄, Na₂O₂, CrO₃, PbO₂, HNO₃,Н₂О₂, сжатый и жидкий кислород и др.;

3) вещества, самовозгорающиеся на воздухе: желтый фосфор, триизобутилалюминий, жидкий фосфористый водород и др.

Показатели пожарной опасности веществ. Российский научно-исследовательский институт противопожарной обороны (РНИИПО) создал систему оценки пожарной опасности обычных горючих веществ и материалов. Она состоит из описания параметров пожарной опасности веществ и материалов, указаний области их применения и методов определения, а также рекомендаций по использованию параметров пожарной опасности в практической работе пожарной охраны, проектных и других организаций. Для оценки пожарной опасности каждого горючего вещества определяется комплекс показателей, вид и число которых зависят от его агрегатного состояния. Для оценки пожарной опасности газов определяют следующие показатели:

1) температура самовоспламенения;

2) область воспламенения в воздухе;

3) максимальное давление взрыва;

4) категория взрывоопасной смеси;

5) минимальная энергия зажигания;

6) минимальное взрывоопасное содержание кислорода;

7) нормальная скорость горения;

8) критический (гасящий) диаметр;

9) характер взаимодействия горящего вещества с водопенными средствами тушения.

Для оценки пожарной опасности жидкостей определяют показатели:

1) температура самовоспламенения;

2) группа горючести;

3) температура вспышки;

Рис. 9. Температурный режим пожара при различной горючей загрузке древесины, кг/м²: 1 - 25; 2-50; 3 – 100.

Таким образом, объяснить увеличение скорости только увеличением числа столкновений нельзя.

Если бы необходимым условием протекания реакций было лишь соударение частиц, то нельзя было бы объяснить различие в скоростях процессов при одинаковых концентрациях реагентов; было бы непонятным действие катализатора и его специфичность. Если бы каждое столкновение оканчивалось актом взаимодействия, то все реакции протекали бы со скоростью взрыва; молекулы, содержащиеся в 1 см³ газа, испытывают такое колоссальное число соударений, что ему отвечали бы скорости, превышающие экспериментальные в сотни миллиардов раз.

Основываясь на огромном разрыве между числом реагирующих молекул (их называют активными молекулами) и общим числом столкновений, а также характере изменения скорости реакций от температуры, шведский ученый Аррениус (1889 г.) предложил уравнение, показывающее зависимость константы скорости реакции от температуры

,

где А —фактор частоты; е — основание натуральных логарифмов; Е — энергия активации; R — универсальная газовая постоянная; Т — температура, К.

Причина увеличения скорости химической реакции с повышением температуры заключается в том, что при этом увеличивается число эффективных соударений. Известно, что те молекулы при столкновении вступают во взаимодействие, которые обладают избыточной энергией по сравнению со средней энергией молекулы. Такие молекулы называют активными, а энергию, необходимую для перевода молекул в это состояние, называют энергией активации. Если молекулы не обладают необходимым избытком энергии, их столкновение не приводит к реакции. Например, молекулы кислорода могут сталкиваться при комнатной температуре с молекулами бензола или спирта, но реакция между ними при этом не начинается, так как сталкивающиеся частицы не обладают достаточной энергией. Если же нагреть указанные вещества до определенной температуры, т. е. сообщить им избыток энергии, то произойдет воспламенение. Молекулы активизируются чаще всего за счет тепла, но в некоторых случаях этоможет происходить и за счет химической энергии веществ, вступающих в реакцию с кислородом.

Влияние катализаторов. Роль катализаторов в химии исключительно велика. Многие важнейшие химические производственные процессы основаны на применении катализаторов, в частности синтез высокомолекулярных соединений, являющийся основой производства пластических масс. Большую роль катализаторы играют при воспламенении и горении веществ. Влияние посторонних веществ на скорость химической реакции было замечено в начале XIX в. Впервые его наблюдал русский ученый К. С. Кирхгоф, установивший в 1811 г., что серная кислота ускоряет процесс превращения крахмала в сахар. Большое значение имело открытие В. Деберейнера, установившего в 1823г., что при направлении струи водорода на губчатую платину, представляющую собой мелкораздробленный металл, водород загорается, и что для его воспламенения не требуется никакого подвода энергии. В 1835 г. И. Я- Берцелиус предложил для веществ, активизирующих процесс, название катализаторы (каталио — развязываю).

Катализаторы — вещества, которые могут активизировать реакцию или изменять ее скорость, но не изменяют саму реакцию, ее направление, иначе говоря, катализаторы изменяют (понижают положительный катализ или повышают отрицательный) энергию активации процесса. Видимого участия в реакции катализаторы не принимают и остаются неизменными и качественно, и количественно. Катализаторы, замедляющие процесс (т. е. повышающие его энергию активации), называются ингибиторами.

Различают два вида катализа: гомогенный и гетерогенный. При гомогенном катализе катализатор и то вещество, которое участвует в реакции, образуют гомогенную смесь.

Ускоряющее влияние катализаторов при гомогенном катализе объясняется теорией промежуточных реакций, иначе — образованием промежуточного комплекса. Так, реакция между веществами А и В протекает по схеме

А+В = АВ (I)

При добавлении катализатора К реакция пойдет с образованием промежуточного комплекса по схеме

А + К=[АК] (II),

который взаимодействует с веществом В; при этом образуются вещество АВ и катализатор в свободном виде

[АК] + В = АВ + К (Ш).

Такой комплекс обычно нельзя выделить в свободном виде, так как процесс с его участием (образование и взаимодействие со следующим компонентом реакции) идет мгновенно. Количество применяемого катализатора не является стехиометрическим; для ускорения процесса часто достаточно лишь его следов.

При гетерогенном катализе агрегатное состояние катализатора отличается от состояния реагирующих веществ. Например, для ускоренного разложения Н₂О₂ (жидкость) в качестве катализатора применяют МпО₂ (твердое вещество).

Основную роль в гетерогенном катализе, особенно, еcли катализатор находится в твердой фазе, а реагирующие вещества — в растворенном или газообразном состоянии, играет адсорбция, т. е. поглощение молекул peaгирующих веществ поверхностью катализатора. Для увеличения поверхности катализаторы обрабатывают специальными методами: измельчают, наносят ^; на пористый материал, готовят в виде смеси с каким-либо компонентом, который затем растворяют, получая при этом катализатор в виде губчатой массы, и т. п. В качестве пористых материалов используют активный уголь, асбест, пемзу, кизельгур и т. п.

Отрицательные катализаторы — ингибиторы, замедляющие течение реакции, также имеют важное значение. Их применяют для предотвращения коррозии металлов, самовозгорания некоторых веществ, детонации топлива в двигателях внутреннего сгорания и др. Ингибиторы находят большое применение как средства пожаротушения и подавления взрывов парогазовоздушных смесей. Наиболее эффективными ингибиторами и перспективными огнетушащими средствами являются тетрафтордибромэтан (фреон 114 В2) и трифторбромметан (фреон ЗВ1).

Дата добавления: 2014-01-07