КАТЕГОРИИ: Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748) |
Опасные факторы пожара
Опасными факторами пожара, воздействующими на людей, являются: открытый огонь и искры; повышенная температура воздуха, предметов и т.п.; токсичные продукты горения; дым; пониженная концентрация кислорода; обрушение и повреждение зданий, сооружений, установок; взрыв поскольку при определённых уровнях становятся поражающими для его организма или делают невозможным организацию процесса эвакуации. Их нормированные значения приведены в табл. 1.
Таблица 1. Опасные факторы пожара. Нормированные значения
Таблица 2 Концентрации летучих токсичных веществ
В настоящее время, нормируется предельные значения опасных факторов пожара. Выделяется три типа воздействия: суммирование/аддитивность (конечный результат одновременного действия нескольких ядов равен сумме эффектов каждого из них), потенцирование/синергизм (конечный результат больше арифметической суммы отдельных эффектов) и антагонизм (снижение эффекта совместного действия ядов по сравнению с предполагаемой суммой отдельных эффектов) (табл. 3).
Таблица 3 Комплексные воздействия отравляющих веществ
4. Источники зажигания и горючие среды Для возникновения пожара необходимо наличие горючего вещества, кислорода, источника воспламенения, обеспечивающего начало реакции горения. Пожар начинается именно с момента воспламенения горючего вещества. Большинство пожаров связаны с горением газообразных веществ. Горение твердых и жидких веществ предполагает их предварительный переход в газообразную фазу. При горении жидкостей газообразная фаза образуется от испарения при кипении. При горении почти всех твердых веществ газообразная фаза возникает при тепловом разложении вещества под действием высоких температур с образованием продуктов, способных улетучиваться. Этот процесс называют пиролизом. Когда горючий материал разлагается, он выделяет пары углерода и водорода, которые при горении соединяются с кислородом воздуха. В результате этого образуются диоксид углерода и вода с выделением очень большого количества тепла. К источникам зажигания относятся: - тлеющая сигарета, зажженная спичка, газопламенная горелка и др.); - тепло от аварийной работы электросети, электрической аппаратуры, приборов; - искры, брызги и выбросы расплавленного металла при сварочных работах; - самовозгорание веществ и материалов. Горючая среда — это все, что содержится внутри помещения. Горючую среду, отнесенную к 1 м2 помещения, называют пожарной нагрузкой. За среднюю пожарную нагрузку принято принимать 50 кг горючей среды на 1 м2 помещения. По горючести все вещества и материалы подразделяются на три группы: - негорючие, т.е. не способные к горению в воздухе, но которые, тем не менее, могут быть пожароопасными (выступать в роли окислителей или веществ, выделяющих горючие продукты при взаимодействии с водой); например, негорючий карбид кальция даже при контакте с влагой воздуха выделяет взрывоопасный газ ацетилен; - трудногорючие, которые способны возгораться от источника зажигания, но самостоятельно не горят, когда этот источник удаляют; - горючие, которые возгораются от источника зажигания и продолжают гореть после его удаления; некоторые из них могут и caмовозгораться. Каждое горючее вещество и материал имеет свою температуру воспламенения. Эта температура колеблется от отрицательных значений (для таких веществ и материалов, как бензин, керосин, лаки, краски и другие), до положительных, достаточно высоких, значений. Для большинства твердых материалов температура воспламенения не превышает 300 °С. При процессах самовозгорания время воспламенения может колебаться от мгновения до нескольких месяцев. Горючие газы, жидкости или пыли могут образовывать в производственном помещении взрывоопасные смеси. Взрыв, как правило, переходит в пожар. Смесь воздуха с испарениями растворителей может оказаться взрывоопасной средой. Такой вариант вероятен, например, в цехе окраски в случае выхода из строя системы вентиляции. 4.1 Развитие пожара Горение – экзотермическая реакция окисления вещества, сопровождающаяся, по крайней мере, одним из трех факторов: пламенем, свечением или выделением дыма. Это комплекс взаимосвязанных химических и физических процессов тепло – и массопереноса при взаимодействии горючего вещества и окислителя (чаще всего – кислород воздуха, но может быть также хлор, бром, закись азота и др.). В большинстве случаев горение представляет собой сложный химический процесс. Оно состоит из элементарных химических реакций окислительно-восстановительного типа, приводящих к перераспределению валентных электронов между атомами взаимодействующих молекул. Окислителями могут быть самые различные вещества: хлор, бром, сера, кислород, кислородосодержащие вещества и т.п. Однако чаще всего горение происходит в атмосфере воздуха, где окислителем является кислород. Известно, что воздух представляет собой смесь газов, основными элементами которой являются азот (78%), кислород (21%) и аргон (0,9%). Аргон, содержащийся в воздухе, является инертным газом и в процессе горения участия не принимает. Азот в процессе горения органических веществ также практически участия не принимает. Для процесса горения характерно наличие критических условий возникновения, распространения и погасания пламени. Различают два характерных вида возникновения процесса горения: самовоспламенение и вынужденное (принудительное) воспламенение или зажигание (просто воспламенение). В основе процесса самовоспламенения горючих смесей лежит особенность кинетики химических реакций окисления, которая состоит в неравномерном изменении скорости протекания этих реакций в зависимости от изменения параметров, при которых они реализуются. Сущность тепловой теории самовоспламенения смеси определяется протеканием химической реакции со скоростью тепловыделения равной: q1 = Q ∙ V ∙ k0 С11/2 С21/2 exp(-E/RT ), (1) где: q1 – количество тепла, выделившегося в результате химических реакций компонентов газовой смеси внутри сосуда в единицу времени, кДж/c; Q – тепловой эффект реакции, кДж/моль; V – объем сосуда, м3; k0 – константа скорости химической реакции; C1, C2 – соответственно, концентрация горючего и окислителя; γ1, γ2 – порядок реакции по горючему и окислителю; Е – энергия активации реакций горения, кДж/моль; R – универсальная газовая постоянная, кДж/(моль∙К); T – температура реагирующей смеси, К. Графически эта зависимость показана на рис. 2.
Рис. 2 Зависимость скорости тепловыделения q1 и теплоотвода q2 от температуры T
На рис.2 в координатах (q-T) теплоотвод через стенки сосуда представлен прямыми q2 (Т). При начальной температуре горючей смеси и стенок сосуда T0, имеем q1> q2 и смесь будет нагреваться до температуры Ta, при которой q1 = q2. Точка «а» является точкой устойчивого равновесия, а саморазогрев смеси выше температуры Та невозможен. Таким образом температура Т1 является предельной температурой, до которой нельзя разогревать смесь без опасности её самопроизвольного воспламенения. В общем случае под температурой самовоспламенения (Тсв) понимают наименьшую температуру окружающей среды, при которой наблюдается самовоспламенение вещества в результате самоинициируемых экзотермических процессов. Поскольку Тсв зависит от ряда факторов, то справочные данные, например, для сравнительной оценки пожарной опасности различных веществ, приводятся по результатам стандартных испытаний регламентированными методами. Для примера, температура самовоспламенения (°К) аммиака – 903, метана – 810, сероводорода – 519, бензина – 573, ацетона – 738, сосновой древесины – 568 и т.д. Вместе с тем, известны вещества, способные самовозгораться при взаимодействии с воздухом при обычной комнатной температуре. К ним относятся растительные масла и животные жиры, нанесенные тонким слоем на волокнистые и порошкообразные материалы (например, промасленная ветошь), бурые и каменные угли, сульфиды железа, желтый фосфор, цинковая и алюминиевая пыль, порошок эбонита, свежеприготовленный древесный уголь и др. Механизм зажигания по своей физической сущности принципиально не отличается от процесса самовоспламенения, так как и в этом случае самоускорение реакции взаимодействия горючего и окислителя наступает после повышения температуры системы выше определенного значения. Так, если систему принудительно перевести из точки устойчивого равновесия «а» в точку неустойчивого равновесия «с» (рис.2), сообщив ей большой запас внешнего тепла от источника зажигания, то при любом сколь угодно малом неравенстве Т > Тс она самопроизвольно выйдет из состояния теплового равновесия в область, где q1 > q2, быстро разогреется, скорость химических реакций резко возрастет и температура системы повысится до температуры горения Тгор (на рис.2 не показана). Основное отличие между воспламенением и самовоспламенением заключается в том, что процесс воспламенения пространственно ограничен частью объема горючего вещества, когда остальная масса остается относительно холодной, в то время как процесс самовоспламенения происходит, как правило, одновременно во всем объеме. Источниками зажигания могут быть разогретые посторонние тела, пламя спички, стеариновой свечи, электрические искры, внезапное адиабатическое сжатие или ударная волна и др. Возникнув в результате воздействия источника зажигания, пламя в дальнейшем самостоятельно перемещается по горючей смеси с некоторой скоростью. Существуют две теории, объясняющие природу распространения пламени по горючей смеси: диффузионная и тепловая. Согласно первой теории, перемещение пламени связано с диффузией активных частиц – радикалов из зоны химической реакции, где при высокой температуре они образуются в избытке в свежую смесь. Обладая чрезвычайно высокой реакционной способностью они способны уже при нормальной температуре, попадая в свежую горючую смесь перед фронтом пламени, являться центрами химической реакции взаимодействия горючего с окислителем. Сущность тепловой теории заключается в том, что от поверхности фронта пламени, где достигается максимальная температура, к свежей смеси за счет теплопроводности передается поток тепла. Под его действием происходит разогрев смеси до температуры самовоспламенения. Поскольку тепловой поток передается непрерывно, происходит последовательное перемещение фронта пламени по свежей горючей смеси. Как правило, горение протекает по комбинированному диффузионно-тепловому механизму распространения пламени. Горение, как правило, происходит в газовой среде. Поэтому горючие вещества, находящиеся в конденсированном состоянии (жидкости, твердые материалы), для возникновения и поддержания горения должны подвергаться газификации (испарению, разложению, возгонке), в результате которой образуются горючие пары и газы в количестве достаточном для горения. В зависимости от агрегатного состояния горючих веществ горение может быть гомогенным и гетерогенным. Гомогенное пламенное горение характеризуется тем, что оба компонента горючей смеси находятся в одинаковом (газообразном) состоянии. Гетерогенное (беспламенное) горение или тление отличает наличие раздела фаз: конденсированного горючего вещества и газообразного окислителя. Примером гетерогенного горения является тление углеродного остатка твердых горючих материалов, когда все летучие, все пиролизуемые компоненты уже выгорели из прогретого слоя. В зависимости от условий смесеобразования горючих компонентов различают два характерных режима горения – кинетическое и диффузное. Кинетическое – это горение предварительно равномерно перемешанных (на молекулярном уровне смешения) газо- или паровоздушных смесей, когда скорость процесса горения лимитируется только скоростью (кинетикой) химических реакций окисления. Примером спокойного кинетического горения является горение газовоздушной смеси на конфорках кухонной газовой плиты, когда смесь хорошо подготовлена и пламя имеет равномерную сине-голубую окраску. Если компоненты горючей смеси смешиваются непосредственно в зоне горения или перед ней, то горение происходит в диффузионном или диффузионно-кинетическом режиме (например, плохо отрегулированная газовая горелка кухонной плиты, горение стеариновой свечи, штабеля древесины и др.). На рис.3 приведена схема диффузионного режима горения горючей жидкости со свободной поверхности. Различают ламинарное горение, характеризуемое послойным распространением фронта пламени по свежей горючей смеси, и турбулентное, характеризуемое перемешиванием слоев потока и повышенной скоростью выгорания.
Рис. 3 Схема диффузионного режима горения горючей жидкости со свободной поверхности 1 – пары горючей жидкости; 2 – воздух, подсасываемый в зону горения по законам газовой конвекции; 3 – продукты горения
Ламинарный режим горения характерен для слабых потоков горючего газа, малых резервуаров с тяжелыми горючими жидкостями, небольших очагов горения твердых горючих материалов с неразвитой поверхностью горения. При этом граница пламени устойчивая, пламя на вид «гладкое», горение протекает спокойно. Турбулентное горение происходит с интенсивными завихрениями, перемешиванием продуктов горения с непрореагировавшей смесью, отрывами клубящихся зон горения от основного факела пламени. Турбулентное горение характерно для крупных пожаров. На рис.4 приведена иллюстрация перехода режима горения от ламинарного к турбулентному при увеличении скорости истечения горючего газа в атмосферу.
Рис.4.Изменение высоты пламени от скорости истечения газа из горелки постоянного диаметра 1 – ламинарный режим горения; 2 – переходный режим горения; 3 - турбулентный режим горения.
Горение различается также по скорости распространения пламени: - дефляграционное (сравнительно медленное: от 0,5 до 50м/с); - взрывное (скорость пламени до сотен м/с); - детонационное (горение, распространяющееся со скоростью ударной волны, т.е. от нескольких сот до тысяч м/с). Реальные пожары характеризуются, как правило, диффузионным гетерогенным турбулентным и дефляграционным горением. Для оценки взрывопожарных свойств веществ и материалов применяют различные показатели, которые могут быть разделены на следующие группы. I. Показатели горючести. II. Показатели, характеризующие способность к самовоспламенению и зажиганию от внешних источников. III. Показатели, характеризующие способность к распространению пламени и степень опасности продуктов горения. Наиболее общим показателем является горючесть. Различают негорючие, трудногорючие и горючие вещества и материалы. - Негорючие (несгораемые) не способны гореть в воздухе. - Трудногорючие (трудносгораемые) при нагревании способны воспламеняться от внешнего источника зажигания, но после его удаления самостоятельно не горят. - Горючие (сгораемые) способны самовоспламеняться и самостоятельно гореть после удаления источника зажигания. Горючие вещества делятся на легко и трудновоспламеняющиеся. Легковоспламеняющиеся вещества загораются от кратковременного (до 30с) малокалорийного источника в виде пламени спички, искры, тлеющей сигареты и т.п. Показатель горючести применяется к веществам и материалам в любом агрегатном состоянии (газы, жидкости, твердые вещества, пыли). Пределы минимального и максимального содержания горючего компонента в однородной смеси с окислителем, при которых возможно распространение пламени по смеси на любое расстояние от источника зажигания называются, соответственно, нижним и верхним концентрационными пределами распространения пламени (НКПР и ВКПР). На рис. 5 показаны схематически концентрационные пределы распространения пламени (КПР). Внутри области воспламенения (между НКПР и ВКПР) существует концентрация смеси, называемая стехиометрической смесью, при сгорании которой ни один из исходных компонентов не остается в избытке в продуктах реакции. Такие смеси являются наиболее опасными в пожарном отношении: они легче всего воспламеняются, интенсивнее горят, быстрее распространяют процесс горения и выделяют максимальное количество тепла Значения концентрационных пределов рассчитывают или определяют экспериментально. Установлены следующие значения НКПР и ВКПР: для ацетилена – 2,2…81%; водорода – 4,0…75%; бензина – 0,8…5,2%; природного газа – 5,1…25%; пыли титана (только НКПР) – 60 г/м3; пыли железного порошка – 100 г/м3.
Рис. 5. Схема концентрации пределов распространения пламени
Минимальная энергия зажигания Еmin - наименьшее значение энергии электрического разряда, достаточное для зажигания наиболее легковоспламеняющихся смесей газа, пара или пыли с воздухом. Она зависит от химических свойств горючего, от концентрационного состава горючей смеси, скорости её движения, диаметра и материала электродов и др. На рис.6 приведены графики зависимостей Еmin = ƒ(αв) для наиболее распространенных горючих газовоздушных смесей. Из рис.6 видно, что по мере обогащения или обеднения горючей смеси Еmin возрастает, уходя в бесконечность, т.е. за пределами НКПР и ВКПР смеси становятся не пожаровзрывоопасными при сколь угодно большой мощности источника зажигания. Для большинства газовоздушных смесей углеводородных горючих парафинового ряда, циклических углеводородов, спиртов, эфиров критическое значение минимальной энергии зажигания составляет Екр ≈ 0,2…0,3 мДж и соответствует составу близкому к стехиометрическому (точнее, в диапазоне изменения αв от 0,6 до 1,2). По соображениям безопасности, с учетом коэффициента запаса, предельное значение критической энергии зажигания принимают равным Екр = 0,1 мДж. Показатели КПР и Еmin применяют для характеристики пожарной опасности любых горючих веществ, кроме твердых.
Рис. 6. Зависимость минимальной энергии зажигания от состава горючей смеси 1 –метан; 2 – этан; 3 – пропан; 4 – бутан; 5 – гексан; 6 – гептан; 7 – бензол; 8 – циклопропан; 9 – диэтиловый эфир Температурой вспышки (Tвсп) называется самая низкая температура горючего вещества, при которой в условиях специальных испытаний над его поверхностью образуются пары или газы, способные вспыхивать от источника зажигания, но скорость их образования ещё не достаточна для возникновения устойчивого горения. Показатель применяется для твердых и жидких горючих веществ. Например, Твсп ацетона -18ºC, керосина 34 ºC, трансформаторного масла 147ºC, хлопка 210ºC, полиэтилена 310ºC. По температуре вспышки жидкости делятся на горючие (ГЖ) с Твсп >61ºC и легковоспламеняющиеся (ЛВЖ), у которых Твсп ≤ 61ºC. Особо опасными считаются ЛВЖ с Твсп ≤ 28ºC. Температура воспламенения Тв (кроме газов) – наименьшая температура вещества, при которой в условиях специальных испытаний вещество выделяет горючие пары и газы с такой скоростью, что после их зажигания возникает устойчивое пламенное горение. Для ЛВЖ Тв обычно на 1…5 ºC выше Твсп, для ГЖ эта граница может достигать 30…35ºC, для твердых материалов Тв меньше Тсв на 50…100 и более ºC. Доказано, что если температуру среды в зоне протекания химических реакций горения снизить до ~ 1000°С, то процесс самопроизвольного горения станет невозможным и горение прекратится. Добиться такого снижения температуры в зоне горения можно за счет уменьшения интенсивности тепловыделений или интенсификации процесса теплоотвода. Это возможно изменением соотношения компонентов горючего и окислителя, разбавлением зоны горения нейтральными газами, введением химически активных ингибиторов, снижающих скорость химических реакций, увеличением излучательной способности, отъемом тепла на эндотермические процессы фазового превращения, например, тонкораспыленной воды. 4.2 Механизмы развития пожара Необходимо хорошо представлять себе, как развивается пожар. Человеку, оказавшемуся в зоне пожара, такие знания помогут принять правильные решения по обеспечению собственной безопасности и безопасности окружающих. Эти знания также необходимы для организации тушения пожара первичными средствами пожаротушения до прибытия пожарной команды. Развитие пожара во времени характеризуется тремя фазами. Первые минут 10 (это среднее время) огонь распространяется линейно вдоль горючего материала. В это время дым заполняет помещение, пламени почти не видно; температура внутри помещения нарастает, доходит до 250—300 °С, т.е. до температуры разложения и воспламенения большинства сгораемых материалов. К концу первой фазы резко возрастает температура в зоне горения, пламя распространяется на всю пожарную нагрузку и на все конструкции. После этого пожар переходит в фазу объемного развития. Фаза объемного развития почти всегда характеризуется мгновенным распространением пламени по всему помещению. Еще через 10 минут наступает разрушение остекления и увеличивается приток свежего воздуха, что резко ускоряет развитие пожара. Скорость выгорания достигает максимума. В этих условиях горят даже трудногорючие материалы, создаются условия для обрушения строительных конструкций. Возникают наибольшие трудности в тушении пожара. На 20—25-й минуте от начала пожара происходит его стабилизация, которая продолжается 20—30 мин. После этого пожар идет на убыль, если не имеет возможности распространения на другие помещения. В третьей фазе происходит догорание материала. Температура в зоне горения остается высокой, растет расход огнетушащих веществ, некоторые из них оказываются малоэффективными. При проектировании различных объектов, учитывая их специфику (взрыво- и пожароопасность), закладывают строительные конструкции определенной огнестойкости. Огнестойкость — это способность строительной конструкции сопротивляться воздействию высокой температуры в условиях пожара и сохранять способность выполнять обычные эксплуатационные функции.
Дата добавления: 2014-11-29; Просмотров: 2631; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы! Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет |