Характеристика речовин за пожежо- і вибухонебезпечностю

Горючі речовини, застосовувані у виробництві, підрозділяються на: газоподібні (речовини, абсолютний тиск парів яких при температурі 50 °С дорівнює або вище 300 кПа); рідкі (речовини з температурою плавлення не більш 50 °С), тверді (речовини з температурою плавлення, що перевищує 50 °С); пилові (роздрібнені тверді речовини з розміром часток менше 850 мкм).

Пожежо- і вибухонебезпечність речовин визначається: групою горючості, температурою спалаху, температурою самозапалювання мінімальною енергією запалювання, нижнім і верхньої концентраційними межами запалення, температурними межами запалення, дисперсністю, летючістю і т. д.

За горючістю речовини підрозділяються на три групи: негорючі, важкогорючі і горючі.

Негорючі – речовини, які не здатні горіти в повітрі нормального складу при температурі до 900 °С (кремній, скло, азбест, бетон, …).

Важкогорючі – речовини, що можуть загорятися під дією джерела запалювання в повітрі нормального складу, але не здатні до самостійногогоріння (окремі пластмаси, оброблена антипіренами деревина і тканини, …).

Горючі – речовини, здатні самозагорятися або загорятися від джерела запалювання в повітрі нормального складу і продовжувати горіти після його вилучення.

Горючі речовини підрозділяються на: легкозаймисті (здатні загорятися від короткочасного впливу джерела загорання з низькою енергією: полум'я сірника, іскри і т. д.);

v середньої займистості (здатні загорятися від тривалого впливу джерела загорання з низькою енергією);

v важкозаймисті (здатні загорятися тільки під дією могутнього джерела загорання);

v пірофорні (горючі речовини, які в звичайних умовах зберігання здатні самозайматися при контакті з киснем).

Пірофорні речовини поділяються на:

· речовини рослинного походження у вологому стані (тирса, стружка);

· речовини органічного походження (викопні кам’яне вугілля, сланці);

· промаслені пористі речовини і матеріали (промаслені тканини, папір, тирса, металічна стружка);

· хімічні речовини і суміші, що стикуються з повітрям (порошкоподібні метали: алюміній, цинк, титан, торій, сплав “ЦЕТО”; білий жовтий та червоний фосфор; сірчисті сполуки металів; свіжа сажа).

· такі речовини як натрій, калій, карбіди кальцію і лужних металів, гідрати лужних металів при зіткненні з водою вибухають.

Поняття легкозаймистості насамперед відноситься до горючих рідин.

До легкозаймистих рідин (ЛЗР) відносяться горючі рідини з температурою спалаху в закритому тиглі не вище 61 °С або у відкритому тиглі не вище 66°С. Крім того, ЛЗР у свою чергу поділяють на три розряди (див. табл. 9.1).

Температурою спалаху називається найменша температура горючої речовини, при якій утворилися над його поверхнею пари чи гази здатні спалахнути в повітрі при піднесенні джерела запалювання; при цьому швидкість утворення парів чи газів ще недостатня для виникнення стійкого горіння.

Температурою запалення називається температура горючої речовини, при якій вона виділяє горючі гази і пари з такою швидкістю, що після запалення їх від джерела запалювання виникає стійке горіння.

Температурою самозапалювання називається найнижча температура речовини, при якій відбувається різке збільшення швидкості екзотермічних реакцій, і яке закінчується полум’яним горінням. Самозапалювання можливе тільки в тому випадку, якщо кількість теплоти, що виділяється в процесі окислювання, буде перевищувати віддачу теплоти в навколишнє середовище (ГОСТ 13920—68). Мінімальну температуру самозапалювання газів і парів рідин визначають за методикою, описаною в ГОСТ 12.1.017-80.

Таблиця 9.1.

Класифікація легкозаймистих рідин за температурою спалаху

У залежності від температури самозапалювання Т_сам розрізняють 6 груп вибухонебезпечних сумішей газів і парів з повітрям (табл. 9.2).

Таблиця 9.2.

Класифікація вибухонебезпечних сумішей газів і парів з повітрям за температурою самозапалювання

Концентраційні межі запалення є важливою характеристикою горючих систем. Суміш горючих речовин з окислювачем здатна горіти тільки при певному вмісті в ній пального.

Нижньою (верхньою) концентраційною межею запалення називається мінімальний (максимальний) вміст пального в суміші горюча речовина – окисне середовище, при якому можливе поширення полум’я по суміші на будь-яку відстань від джерела запалювання.

Ці межі сильно залежать від вмісту в суміші інертних (негорючих) компонентів. Додавання в горючу суміш інертних газів звужує область запалення і зрештою робить суміш негорючою. Тому область запалення горючих газів у суміші з повітрям, що містить близько 79 % азоту, завжди вужче, ніж у кисні. При цьому нижні концентраційні межі звичайно збігаються, верхні ж концентраційні межі в повітрі завжди менше, ніж у кисні. Сильно звужують межі запалення деякої домішки, що сповільнюють реакції горіння. Найбільш активними з них є галоідовані вуглеводні.

Зниження тиску суміші нижче атмосферного також звужує область запалення і при певному тиску суміш стає негорючою. Збільшення тиску та підвищення температури пальної суміші навпаки розширюють область запалення.

На концентраційні межі запалення впливає також потужність джерела підпалювання і напрямок поширення полум’я. Менші значення спостерігаються при поширенні полум’я знизу нагору.

Наявність областей негорючих концентрацій газів і парів дає можливість вибрати такі умови їхнього збереження, транспортування і застосування, які запобігають можливості виникнення пожежі.

Температурними межами запалення називаються такі температури горючої речовини, при яких його насичені пари утворять у конкретному окисному середовищі концентрації, рівні відповідно нижньому і верхньому концентраційним межам запалення.

Температурою самонагрівання називається найнижча температура, при якій у речовині виникають практично помітні екзотермічні процеси окислювання, розкладання і т. п., що можуть привести до самозаймання. Температура самонагрівання є найменшою температурою речовини, нагрівання до якої може потенційно становити пожежну небезпеку.

Мінімальною енергією запалювання називається найменше значення енергії електричного розряду, достатньої для запалення найбільш легкозаймистої газо-, паро- або пилоповітрянної суміші. Наприклад, мінімальна енергія запалювання для водню складає (мДЖ) 0, 019, для сірковуглецю – 0, 009, цирконію – 15, магнію – 20, метанолу – 0, 6, аміаку – 6, 8.

Мінімальним вибухонебезпечним вмістом кисню називається концентрація його в горючій суміші, нижче якої запалення і горіння суміші стають неможливими при будь-якій концентрації пального в суміші. Значення цього показника залежить від виду флегматизатора (розріджувача). Показник цей використовується при розрахунках вибухобезпечних умов роботи технологічного устаткування, пневмотранспорту, при розробці систем і установок вибухоподавления і тушіння пожеж.

Крім зазначених вище існує ще багато інших показників пожежо та вибухонебезпечності речовин, таких, наприклад, як тиск вибуху, температура тління, кисневий індекс, швидкість вигоряння, коефіцієнт димоутворення, індекс поширення полум’я, характер взаємодії горючої речовини з засобами водопінного гасіння, чутливість до удару і т. п. Характеристика цих показників, а також ряд методик їхнього визначення наведені в ГОСТ 12.1.017-80 «ССБТ. Пожаровзрывоопасность нефтепродуктов и химических органических продуктов. Номенклатура показателей».