ТЕМА: Пожаровзрывоопасные свойства веществ и материалов
Для оценки возможности возникновения и развития пожара необходимо знать пожаровзрывоопасные свойства веществ и материалов в условиях их производства, переработки, транспортировки и хранения.
К пожаровзрывоопасным свойствам веществ и материалов относятся:
1. Горючесть – способность вещества или материала к горению. Горючесть зависит от состояния системы «вещество – окислитель»: температуры, давления и объема. Горючесть пылей зависит от их измельчения.
По горючести вещества и материалы подразделяются на следующие группы:
1) негорючие - вещества и материалы, неспособные гореть в воздухе. Негорючие вещества могут быть пожаровзрывоопасными (например, окислители или вещества, выделяющие горючие продукты при взаимодействии с водой, кислородом воздуха или друг с другом);
2) трудногорючие - вещества и материалы, способные гореть в воздухе при воздействии источника зажигания, но неспособные самостоятельно гореть после его удаления;
3) горючие - вещества и материалы, способные самовозгораться, а также возгораться под воздействием источника зажигания и самостоятельно гореть после его удаления.
Методы испытаний на горючесть веществ и материалов устанавливаются нормативными документами по пожарной безопасности.
Из горючих жидкостей выделяют группы легковоспламеняющихся и особо опасных легковоспламеняющихся жидкостей, воспламенение паров которых происходит при низких температурах, определенных нормативными документами по пожарной безопасности.
Из группы горючих веществ и материалов выделяют легковоспламеняющиеся. К ним относятся вещества и материалы, способные воспламеняться от кратковременного (до 30 секунд) воздействия источника зажигания с низкой энергией.
2. Температура вспышки. Вспышка быстрое сгорание горючей смеси, не сопровождающееся образованием сжатых газов и не переходящее в стационарное горение.
Температурой вспышки 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 еще не достаточна для возникновения устойчивого горения.
3. Температура воспламенения. Температурой воспламенения называется 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.
4. Температура самовоспламенения. Это самая низкая температура вещества, при которой (в условиях специальных испытаний) происходит резкое увеличение скорости экзотермических реакций, заканчивающихся пламенным горением.
5. Нижний и верхний предел распространения пламени.
Нижний концентрационный предел распространения пламени (предел воспламенения) – это такая объемная (массовая) доля горючего вещества в смеси с окислительной средой (выраженная в % или мг/м3), ниже которой смесь становится неспособной к распространению пламени, т.е. это минимальное содержание горючего вещества в горючей смеси (вещество – окислитель), при котором возможно распространение пламени на любое расстояние от источника зажигания.
Верхний концентрационный предел распространения пламени – это такая объемная (массовая) доля горючего в смеси с окислительной средой, выше которой смесь становится неспособной к распространению пламени.
Область распространения пламени (область воспламенения) – это область объемных (массовых) долей горючего вещества в смеси с окислительной средой, заключенная между нижним и верхним концентрационными пределами.
6. Температурные пределы распространения пламени. Это такие температуры вещества, при которых его насыщенные пары образуют в определенной окислительной среде концентрации, равные соответственно нижнему (нижний температурный предел) и верхнему (верхний температурный предел) концентрационным пределам распространения пламени.
7. Минимальная энергия зажигания. Это наименьшая энергия искрового разряда, способная воспламенить наиболее легковоспламеняющуюся смесь вещества с воздухом.
Огнетушащие вещества, их свойства и область применения.
В зависимости от того, какие огнетушащие вещества воздействуют на процесс горения, они подразделяются на четыре вида_
-охлаждающие зону горения;
-разбавляющие окислитель;
-изолирующие горящее вещество;
-химически тормозящие цепные реакции горения.
Как правило, все они обладают комбинированным воздействием на процесс горения, однако каждое имеет почти всегда одно доминирующее воздействие.
Огнетушащие средства охлаждения. К ним относятся вода (пресная или морская) и твердый диоксид углерода.
Вода является традиционным, наиболее распространенным, доступным и дешевым огнетушащим веществом. Она обладает высокой теплоемкостью (4,187 кДж/(кг.град); 1ккал/(кг.град) и скрытой теплотой парообразования (2236 кДЖ/кг; 534 ккал/кг), термически стойка (диссоциация молекул на водород и кислород происходит только при 1700 град.).Теплопроводность воды низка (0,599 Вт/м.град) и растет незначительно с повышением температуры, что делает слой воды надежно теплоизолирующим. Малая вязкость и несжимаемость воды позволяют подавать ее под большим давлением на значительные расстояния. Кроме того, вода обладает способностью значительно увеличивать свой объем при испарении (1 кг воды образует 1700 л пара).
Вместе с тем у воды есть ряд негативных свойств:
-электропроводность вследствие примесей разных солей (275-1200 Ом -
-у пресной, до 62800 Ом – у морской);
-сравнительно слабая смачивающая способность ограничивает ее возможность проникать внутрь твердых веществ и замедляет их охлаждение;
-химическая активность при взаимодействии с некоторыми веществами приводит к взрывам или усилению горения (см. табл. 1.1.);
-большая плотность;
-коррозионное воздействие на многие металлы;
-скопление воды в отсеках судна снижает его плавучесть и ухудшает остойчивость.
Вода используется для тушения любых горючих материалов, кроме электрооборудования под напряжением и материалов, приведенных в табл. 1.1.
Таблица 1.1.
В е щ е с т в о: Характер взаимодействия с водой.
Азид свинца: взрывается при влажности до 30%.
Алюминий, магний и их сплавы; титан и его сплавы; термит. При горении разлагают воду на Н2 и О2, они взрывоопасны.
Перекись кальция, цезий: разлагаются в воде с выделением О2.
Гремучая ртуть, нитроглицерин: взрываются от удара струи воды.
Карбиды алюминия, бария, кальция: разлагаются в воде с выделением горючих газов.
Негашеная известь, титан четыреххлористый: выделяют большое количество тепла - возрастание температуры до 400 град.
Карбиды щелочных металлов, хлорсульфаноловая кислота - взрываются.
Гидросульфит натрия: самовозгорается от воздействия воды
Калий, кальций, натрий, рубидий металлический: реагируют с водой с выделением водорода.
Огнетушащая эффективность воды зависит от способа ее подачи в очаг пожара (сплошной или распыленной струей). Наибольший эффект достигается при подаче воды в распыленном виде, так как увеличивается площадь одновременного равномерного охлаждения зоны горения. Распыленная вода быстро нагревается и превращается в пар, отнимая при этом большое количество теплоты и вытесняя одновременно окислитель из зоны горения. Распыленные водяные струи применяют также для снижения температуры в помещениях, защиты от теплового излучения (водяные завесы), охлаждения нагретых судовых конструкций и установок, а также для осаждения дыма.
Сплошные струи воды используются при тушении наружных пожаров, когда необходимо подать воду на большие расстояния или придать ударную силу (способ механического срыва пламени).
Сплошные струи нельзя применять при тушении горючих жидкостей со свободными поверхностями.
Отдельные недостатки воды можно компенсировать и тем самым повысить ее эффективность. Так для уменьшения поверхностного натяжения и увеличения смачивающей способности в воду добавляют поверхностно-активные вещества (ПАВ), или смачиватели. Так разработана «мокрая» вода – вода с пониженным значением поверхностного натяжения путем добавления вещества типа сульфонолов, сульфонатов и др. Обработанная таким образом вода лучше проникает в пористые материалы. Применение ПАВ в отдельных случаях снижает расход воды для тушения на 30-50%.
Вода обладает незначительной вязкостью, что также уменьшает ее огнетушащую способность. Добавление даже небольшого количества органических соединений, например, производных целлюлозы, увеличивает вязкость воды и повышает коэффициент ее использования более чем в 1,8 раза. Это достигается за счет того, что полученная «вязкая вода» покрывает тонкой пленкой поверхность горящего материала и, удерживаясь на ней, кроме охлаждения, проявляет изолирующее и экранирующее действие.
Разработана «скользкая вода» – вода с добавлением окиси полиэтилена так же для уменьшения ее вязкости. Применяется для увеличения дальности полета струи
Твердый диоксид углерода (углекислота) – как и вода, может быстро «отнять» теплоту от нагретой поверхности слоя горючего вещества. При температуре -79 град. С он представляет собой мелкокристаллическую массу плотностью 1,53 кг/м3. Такая масса образуется при переходе диоксида углерода из жидкой в газообразную фазу при быстром увеличении объема. Жидкий диоксид углерода при расширении переходит в твердое состояние в виде хлопьев, похожих на снег, с температурой –78,5 град. С. Под влиянием теплоты твердый диоксид углерода, минуя жидкую фазу, превращается в газ, увеличиваясь в объеме в 400-500 раз.
Диоксид углерода не электропроводен, но токсичен.
Используется при тушении всех материалов, кроме магния, его сплавов и щелочных металлов, с которыми вступает в реакцию.
Огнетушащие средства разбавления. К огнетушащим средствам разбавления относятся водяной пар, тонко распыленная вода, диоксид углерода в газообразном состоянии, азот и др.
Диоксид углерода в газообразном состоянии в 1,5 раза тяжелее воздуха. Его огнетушащая концентрация в объеме 30%. При концентрации диоксида углерода в воздухе 10-30% человек теряет сознание от удушья, возможен летальный исход. Поэтому его применение должно сопровождаться за личным составом.
Азот – бесцветный газ плотностью 1,25 кг/м3, без запаха, вкуса, не электропроводен. Огнетушащая концентрация азота не менее 31% в объеме. Азот неприменим для тушения алюминия, магния, титана и других материалов, образующих нитраты, обладающие взрывчатыми свойствами. Для тушения таких металлов используется другой инертный газ – аргон.
Водяной пар имеет огнетушащую концентрацию 35%. Плотность пара невысока (0,598 кг/м3), и поэтому он используется в закрытых помещениях объемом до 1500 м3. Водяной пар обладает слабой теплопоглощающей способностью, поэтому его охлаждающий эффект мал, что может привести к повторным возгораниям. Используют насыщенный пар давлением 0,6-0,8 МПа при расходе 1,33 кг/ч на 1 м2 защищаемого объема.
Тонкораспыленная (мелкодиспергированная) вода в зоне горения почти вся превращается в пар, разбавляет горючие вещества, иучаствующий в горении воздух.
Огнетушащие средства изоляции. В группу огнетушащих средств изоляции входят пены (химические и воздушно-механические), порошковые составы, сыпучие негорючие вещества, листовые материалы (войлочные, асбестовые, брезентовые покрывала).
Пены. Используют практически для тушения всех видов горючих веществ, исключая взрывчатые и взаимодействующие с водой.
Пена – коллоидная система из жидких пузырьков, наполненных газом. Пленка пузырьков содержит раствор поверхностно-активных веществ (ПАВ) в воде с различными стабилизирующими добавлениями.
Вохдушно-механическая пена (ВМП) образуется при перемешивании воздуха с раствором пенообразователя в специальной аппаратуре. Раствор пенообразователя необходимой концентрации либо образуется в момент тушения в специальных устройствах, либо готовится заранее в баках стационарных установок. ВМП можно получить: малой кратности – с кратностью до 20 (20:1), средней кратности (200:1), высокой кратности (200:1-1000:1). Кратность пены – отношение объема полученной пены к объему эмульсии (смесь пенообразователя и воды) является важной характеристикой огнетушащих свойств пены. В зависимости от вида пенообразователя различают несколько типов воздушно-механической пены.
Пена на протеиновой основе была разработана еще во время первой мировой войны. Пенообразователь для ее получения вырабатывается из животных и растительных отходов, подвергнутых гидролизу – химической реакции, в результате которой образуется слабая кислота.
Синтетическая пена получается из пенообразователя на основе моющих средств из солей алкилсульфокислоты. Пена имеет низкую вязкость и быстро распространяется по горящему материалу. Вода, выделяющаяся из этой пены, имеет низкое поверхностное натяжение и поэтому тонкой пленкой распространяется по горящей жидкости, удерживая ее пары под своей поверхностью.
ВМП получают в специальных устройствах при турбулентном перемешивании концентрата водных растворов пенообразователей с потоком воздуха в пропорциях от 1: 3 до 1: 1000 и выше. Пена не теплопроводна, имеет малую теплоемкость и слабую электропроводность, если раствор приготовлен на основе пресной воды.
Средства химического торможения. В группу средств химического торможения входят порошковые составы.
Огнетушащие порошковые составы (ОПС) нетоксичны, не эелектро-проводны, они не замерзают при низких температурах. Подача ОПС в очаг пожара осуществляется сжатым воздухом или азотом.
Порошок представляет собой текучую мелкодисперсную пыль с разме-ром частиц 20-1000 мкм.
Все марки ОПС можно разделить на две группы:
-составы на основе бикарбонатов натрия и калия, предназначенные в основном для тушения пожаров горючих жидкостей, газов и электроустановок. Они плохо тушат тлеющие пожары;
-составы на основе галогенидов щелочных и щелочноземельных метал-лов, которые используются для тушения металлов.
К недостаткам ОПС следует отнести их гигроскопичность, слеживае-мость и относительно высокую стоимость. Для уменьшения слеживаемости и увеличения текучести в некоторые типы порошков вводят аэросил, представляющий собой кремний органические добавления (как правило, двуокись кремния), модифицированные диметилдихлорсиланом. Действие аэросила заключается в том, что его субмикронные частицы, располагаясь между более крупными частицами порошка, создают препятствия для их сближения на критическое расстояние для ближней коагуляции и предотвращают образование фазовых кристаллических контактов.
Кроме выше перечисленных средств для тушения пожаров применяют песок и опилки, пропитанные содой.