Горючая среда, источник зажигания и условия распространения пожара. Горение веществ и материалов. Показатели пожарной опасности веществ и материалов. Гпн-причины образования горючей среды Что относится к горючей среде

Факультет Систем Защит и Безопасности

Кафедра Защита в Чрезвычайных ситуация

« Условия образования горючих сред»

Выполнил: ст.гр. 08-З3 Былинкин А

Проверил: Погодин Г

Горючая среда.

Источник зажигания - открытый огонь, химическая реакция, электроток.

Наличие окислителя, например, кислорода воздуха.

Горючая среда

Среда, способная самостоятельно гореть после удаления источника зажигания

Горючая среда

Среда, способная воспламеняться при воздействии источника зажигания;

Горючая среда – совокупность веществ, материалов, оборудования и конструкций, способных гореть.

Для горения необходимы горючее вещество, кислород (или иной окислитель) и источник вос­пламенения.

Чтобы возникло горение, горючее вещество должно быть на­грето до определенной температуры источником воспламенения (пламенем, искрой, накаленным телом) или тепловым прояв­лением какого-либо другого вида энергии: химической (экзо­термическая реакция), механической (удар, сжатие, трение) и т. д. Выделившиеся при нагревании горючего вещества пары и газы смешиваются с воздухом и окисляются, образуя горючую среду. По мере накопления тепла в результате окисления газов и паров скорость химической реакции увеличивается, вследствие чего происходит самовоспламенение горючей смеси и появля­ется пламя.

С появлением пламени наступает горение, которое при благоприятных условиях продолжается до полного сгорания ве­щества. В установившемся процессе горения постоянным источником воспламенения является зона горения, т. е. область, где про­текает химическая реакция, выделяется тепло и излучается свет.

Для возникновения и протекания горения горючее вещество н кислород должны находиться в определенном количественном соотношении. Содержание кислорода в воздухе для большинства горючих веществ должно быть не менее 14-18%.

Пожары или взрывы в зданиях и сооружениях могут возникать либо в результате взрыва технологического оборудования, находящегося в этих зданиях и сооружениях, либо в результате пожара или взрыва непосредственно в помещении, в котором используются горючие вещества и материалы.

Причинами образования взрывоопасной среды в технологическом оборудовании могут быть:

Некоторые технологические процессы в нормальном режиме (окисление органических жидкостей, окрасочные и сушильные камеры, пневмотранспортировка измельченных материалов и т.п.);

Подсос воздуха в аппараты, находящиеся под разряжением (вакуумные ректификационные колонны);

Мойка и очистка деталей в растворителях…

Причинами образования взрывоопасной среды непосредственно в помещении могут быть: выброс или утечка горючего газа, легковоспламеняющейся жидкости или горючей пыли из технологического оборудования в результате неисправности аппаратуры, потери прочности, неправильной деятельности персонала, внезапного отключения вентиляции и других причин.

Образование горючей среды

На промышленных, сельскохозяйственных и других предприятиях хранятся и перерабатываются разные по своим физико-химическим и пожаровзрывоопасным свойствам жидкие, твердые и газообразные вещества. Например, жидкости могут находиться и в герметично закрытых, и в открытых емкостях, а газы, в том числе и сжиженные, - только в герметично закрытых аппаратах. Упругость паров жидкости над ее зеркалом в аппарате приближается или равняется давлению насыщенных паров при данной температуре, в то время как концентрация газов в аппаратах от температурного режима не зависит.

Твердые вещества и материалы в большинстве случаев хранятся и перерабатываются открыто, то есть без специальных укрытий и изоляции. В этих случаях, когда вещества способны к самовозгоранию в воздухе или процесс их обработки сопровождается образованием пыли и продуктов разложения, обработку твердых веществ осуществляют без доступа воздуха или в закрытых аппаратах с местной системой улавливания пыли. При этом условия образования опасных концентраций в аппаратах с пылью несколько отличается от условий в аппаратах с жидкостями и газами.

Опасные концентрации горючих веществ и материалов в технологических процессах производства могут образовываться как при нормальной эксплуатации технологического оборудования, так и при его повреждениях и разрушениях.

При нормальной работе оборудования опасность представляет образование горючей среды (смесь горючего вещества с окислителем в определенном соотношении) в средине аппаратов с горючими веществами.

В соответствии с ГОСТ 12.1.044-89 в технологическом оборудовании и производственных помещениях с наличием горючих газов и жидкостей горючая среда образуется при выполнении следующего условия:

где - рабочая (действительная) концентрация газа или паров жидкости в аппарате, помещении,или 0% об;

Соответственно нижний и верхний концентрационные пределы распространения пламени,или 0% об (справочные данные).

Для технологического оборудования и производственных помещений с наличием горючей пыли условие пожаровзрывоопасности имеет следующий вид:

где - рабочая (действительная) концентрация пыли во взвешенном и осевшем состоянии в аппарате или в помещении,;

Нижний концентрационный предел распространения пламени, (справочные данные).

Таким образом, оценку возможности образования горючей среды в технологическом оборудовании можно произвести из выше приведенных условий, определив при этом действительную рабочую концентрацию горючих веществ в аппаратах или производственных помещениях.

Рабочая концентрация горючего газа в технологическом оборудовании определяется расчетом или экспериментально, а также исходя из данных технологического регламента. При этом необходимо учитывать, что нормальные работающие аппараты с газами чаще всего связаны с избыточным давлением, т.е. полностью заполнены, следовательно, рабочая концентрация газа в них составляет 100%.

В отличие от аппарата с газами, аппараты с горючими и легковоспламеняющимися жидкостями в целях безопасности никогда не заполняются полностью. Это связано со свойствами жидкостей испаряться в зависимости от температуры. В связи с этим аппараты, резервуары, емкости с горючими жидкостями над зеркалом жидкости имеют определенное свободное пространство, которое постепенно насыщается парами горючей жидкости при ее испарении. При наличии в этом пространстве воздуха пары жидкости смешиваются с ним и могут образовываться взрывоопасные смеси. При повышении температуры концентрация паров жидкости в свободном пространстве увеличивается и равномерно распределяется по высоте аппарата. При длительном хранении горючих жидкостей концентрация ее паров над зеркалом жидкости становится насыщенной, то есть

Оценить возможность образования горючей среды в аппаратах с горючими жидкостями можно из условия (1).

Концентрация насыщенных паров жидкости определяется величиной давления насыщенных парови рабочего давленияв объме паровоздушного пространства аппарата:

Давление насыщенных паров жидкости зависит от ее температуры и определяется по уравнению Антуана:

, (4)

где - давление насыщенных паров при рабочей температуре жидкости, Па;

Рабочая температура жидкости, ;

Константы Антуана, зависящие от свойств жидкости, справочные данные.

Таким образом, условиями образования горючей среды в технологическом оборудовании с горючими и легковоспламеняющимися жидкостями являются:

Наличие свободного пространства в аппарате;

Наличие окислителя;

В аппаратах с горючими газами горючая среда образуется, если выполняются следующие условия:

Наличие окислителя;

Выполнение условия пожаровзрывоопасности (1).

В технологическом оборудовании с горючими пылями пожаровзрывоопасной будет среда при:

Наличии окислителя;

Выполнении условия пожаровзрывоопасности (2).

Основными причинами образования горючей среды внутри и вне технологического оборудования есть: разгерметизация и разрушение аппаратов, нарушение безопасных режимов ведения технологических процессов, а также применение незавершенных технологических процессов (открытая обработка и транспортирование веществ и материалов и т.п.).

Пример: г. Сумгаит, ПО „Оргсинтез”, 1998 г. Во время слива сжиженного газа с шаровых емкостей - 600 куб.м - произошел взрыв. Взрывной волной был переброшен соседний резервуар. С пробитого осколками корпуса мощной струей било пламя. Еще 8 резервуаров были охвачены пламенем, горела сливо-наливная эстакада. Площадь пожара составляла 6000 кв.м. Непосредственной причиной взрыва и пожара стало нарушение технологии хранения бутадиена. От длительного хранения продукта на днище емкости образовался пласт перекисных соединений и началась неуправляемая реакция полимеризации с повышением температуры и давления, что и привело к взрыву.

Наибольшую опасность для производства представляют повреждения и аварии технологического оборудования, в результате которых значительное количество горючих веществ выходит наружу и приводит к опасным накоплениям горючих паров, пылей и газов в помещениях. Аварии при этом сопровождаются высокой загазованностью помещений, территорий, разливом жидкостей на большие площади.

Последствия повреждений или аварий будут зависеть от размеров аварии, а также от пожаровзрывоопасных свойств веществ, выходящих наружу из аппаратов, а также от их температуры и давления.

Горючая среда представляет собой соприкасающиеся горючие материалы и кислород. Например обстановка в квартире и кислород воздуха. В зависимости от количества этих составляющих (горючий материал и кислород) она может быть более или менее горючей. Она образуется и в Природе, и в результате деятельности человека, и самостоятельно, как правило, при попустительстве людей – это всевозможные смеси горючих газов, аэрозолей, жидкостей с кислородом воздуха.

К компонентам горючей среды относятся:

Мебель, одежда, книги и другие предметы быта, а также функциональное (технологическое) оборудование и предметы труда, выполненные из горючих материалов;

Горючие материалы, легковоспламеняющиеся и горючие жидкости и их пары, горючие дисперсные среды (пыли), горючие газы, применяемые или обращающиеся в функциональном (технологическом) процессе;

Строительные конструкции, их облицовка и отделка, а также элементы инженерного оборудования объектов (трубопроводы, воздуховоды, кабели и т.п.), выполненные из или с применением горючих материалов.

«Поведение» горючей среды». В первые минуты от начала возгорания материала пламя распространяется линейно вдоль самого материала в разные стороны, но преимущественно вверх, так как теплый воздух поднимается вверх и тем самым обеспечивает приток кислорода. По мере возрастания температуры, тепло аккумулируется в помещении или какой-то ее части (преимущественно вверху). По мере возрастания температуры начинаются возгораться другие вещества и материалы, попавшие в зону высокой температуры. Процессы возгорания горючих веществ и материалов происходят настолько хаотично, насколько хаотично они расположены в помещении, например, в квартире. Соответственно и развитие пожара, его этапы могут отличаться по времени и направлениям.

Распространение огня может быть линейным и объёмным.

При линейном распространении пламя перемещается по поверхности горючего вещества. Основные характеристики – линейная скорость и площадь.

Под объёмным распространением понимают появление новых очагов огня на расстоянии от места первоначального его появления. Причиной такого распространения огня является передача его разными способами (теплопроводностью, излучением и т.д.).

При больших масштабах интенсивного горения, например, нескольких кварталов деревянных построек, возникает так называемый «огненный шторм», затягивающий воздух и предметы в самое пекло. Тушить такой пожар практически невозможно, пока все не выгорит.

Развитие пожара во времени и пространстве.

С момента воспламенения горючего материала может возникнуть пожар. Как протекает процесс горение при пожаре и как он развивается и существует? Это можно проследить на упрощенной схеме такого явления, в которой отражены основные стадии (фазы) пожара.

Стадии развития пожара.

Пожар имеет 3 стадии развития, которым предшествует возгорание, т.е. первые признаки появления огня.

Первая стадия – начальная. Она характеризуется неустойчивостью, сравнительно низкой температурой в зоне пожара, малой высотой факела пламени и небольшой площадью очага горения.

Первые 10 минут (это среднее время) огнь распространяется линейно вдоль горючего материала. В это время дым заполняет помещение, пламени, как часто бывает, почти не видно.

Температура внутри помещения возрастает до 250-300 °С, то есть до температуры воспламенения большинства сгораемых материалов.

На этой стадии граждане могут и должны попытаться сами справиться с огнем, имея необходимые знания, умения и простейшие средства тушения огня. Так, например, на одном из уроков в школе учительница быстро погасила начавшееся возгорание, накрыв пламя войлочным матом.

Вторая стадия характеризуется значительным увеличением тепла, факела пламени и площади горения. Пожар переходит в стадию объемного развития. Эта период пожара характеризуется мгновенным распространением пламени по всему помещению и в различных направлениях в зависимости от горючей загрузки помещения.

Примерно через 10 минут наступает разрушение остекленения и увеличивается приток свежего воздуха, что резко увеличивает развитие пожара, который переходит в следующую фазу: температура внутри помещения повышается до 900 °С, максимальная скорость выгорания продолжается в течение 10 минут.

Третья стадия характеризуется высокой температурой, большой площадью горения, деформацией и обрушением конструкций. Приблизительно на 20-25 минуте от начала пожара происходит его стабилизация, которая продолжается 20-30 минут. После чего пожар идет на убыль, если не имеет возможности распространяться в другие помещения.

В качестве примера: однокомнатная квартира полностью выгорает за 15-20 минут, 2-х комнатная – за 20-25 минут, а 3-х комнатная за 20-30 минут.

Такие пожары могут быть локализованы и потушены только профессиональными подразделениями при наличии специальной техники.

Образование горючей среды твердыми веществами органического происхождения.

Горючая среда образуется в тех случаях, когда в производственных условиях подвергаются обработке, применяются в технологическом процессе или хранятся твердые горючие вещества: древесина, уголь и волокнистые материалы. Указанные твердые вещества в смеси с воздухом образуют устойчивую горючую среду.

Как правило, они не изолируются от окружающего воздуха, могут гореть непосредственно в помещениях, машинах и аппаратах.

Образование горючей среды пылевидными материалами.

Горючие пыли образуются при обработке твердых материалов и веществ в процессе приготовления угольной пыли, крахмала при обработке хлопка, шерсти, древесины, при размоле зерна и др.

Необходимо отметить, что пыль может находиться во взвешенном состоянии в воздухе, а также в осажденном состоянии на конструкциях, машинах и оборудовании, но в обоих случаях она находится в воздушной среде. Особенность производств с горючими пылями состоит в том, что в смеси с воздухом они образуют горючую среду повышенной опасности.

Образование горючей среды парами легковоспламеняющихся и горючих жидкостей.

В производственных условиях подвергаются обработке и широко применяются легко-воспламеняющиеся и горючие жидкости. Для ускорения протекания технологических процессов создаются высокие температуры, давление или вакуум, что также должно учи-тываться при анализе опасности горючей среды в технологических процессах, установках и помещениях.

Образование горючей среды газами.

Газы обладают способностью проникать через незначительные неплотности. Поэтому их хранят в герметически закрытых сосудах и аппаратах, внутренний объем которых изолирован от окружающей среды. Горючие газы могут выходить из этих сосудов, аппаратов и приборов только при неисправностях, повреждениях, неумелом пользовании соответствующими приборами или при загрузке и выгрузке веществ и материалов из аппаратов.

Горючие газы, смешанные в определенных пропорциях с воздухом, образовывают взрывоопасные смеси.

Системы предотвращения пожара

Целью создания систем предотвращения пожаров является исключение условий возникновения пожаров. Исключение условий возникновения пожаров достигается исключением условий образования горючей среды и (или) исключением условий образования в горючей среде (или внесения в нее) источников зажигания.

Определения и термины

Пожар - неконтролируемое горение, причиняющее материальный ущерб, вред жизни и здоровью граждан, интересам общества и государства.

Горение - это физико-химический процесс, сопровождающийся выделением тепла, света и продуктов сгорания (дыма). Приближенно можно описать природу горения как бурно идущее окисление.

Для того, чтобы произошло возгорание, необходимо наличие трех условий (так называемый Пожарный треугольник):

Горючая среда.

Источник зажигания - открытый огонь, химическая реакция, электроток.

Наличие окислителя, например, кислорода воздуха.

Сущность горения заключается в следующем: нагревание источников зажигания горючего материала до начала его теплового разложения. В процессе теплового разложения образуется угарный газ, вода и большое количество тепла. Выделяются также углекислый газ и сажа, которая оседает на окружающем рельефе местности. Время от начала зажигания горючего материала до его воспламенения называется временем воспламенения.

К опасным факторам пожара, воздействующим на людей и имущество, относятся:

1) пламя и искры;

2) тепловой поток;

3) повышенная температура окружающей среды;

4) повышенная концентрация токсичных продуктов горения и термического разложения;

5) пониженная концентрация кислорода;

6) снижение видимости в дыму.

К сопутствующим проявлениям опасных факторов пожара относятся:

1) осколки, части разрушившихся зданий, сооружений, строений, транспортных средств, технологических установок, оборудования, агрегатов, изделий и иного имущества;

2) радиоактивные и токсичные вещества и материалы, попавшие в окружающую среду из разрушенных технологических установок, оборудования, агрегатов, изделий и иного имущества;

3) вынос высокого напряжения на токопроводящие части технологических установок, оборудования, агрегатов, изделий и иного имущества;

4) опасные факторы взрыва, происшедшего вследствие пожара;

5) воздействие огнетушащих веществ.

Из перечисленных выше факторов, воздействующих на людей, чаще всего на пожарах приходится встречаться с дымом и высокой температурой.

Продукты сгорания и разложения, выделяемые на пожаре, являются составными частями дыма.

Основные причины пожаров

Основными причинами пожаров являются:

1. Электротехнические причины:

- Возгорание в результате короткого замыкания , возникающего (в результате повреждения изоляции электропроводов; применение низковольтных проводов «телефонных и т. п.» для силовых и осветительных электросетей; перехода напряжения с электроустановок с высоким напряжением на электроустановки с низким напряжением; схлестывания проводов воздушных линий электропередач; проявление грозовых разрядов молнии).

- Возгорание в результате токовых перегрузок, возникающих в обмотках электродвигателей, аппаратов, в проводах и кабелях при нагрузках превышающих допустимые значения.

- Возгорание в результате образования больших переходных сопротивлений, в местах перехода электрического тока с одной контактной поверхности на другую через площадки их соприкосновения (неплотное соединение токопроводящих элементов, соединения электропроводов «механической» скруткой , соединения электропроводов состоящих из разных металлов – медь и алюминий).

- Возгорание в результате нарушения эксплуатации электронагревательных приборов (установка их на сгораемые поверхности, без использования защитных негорючих теплоизоляционных материалов , не обеспечивая разделки (отступки) от горючих материалов), использование самодельных электронагревательных приборов.

- Возгорание в результате перегорания нити накаливания электролампы с разрушением её колбы, при перенапряжении в электросети, технического брака лампы, в результате чего остатки раскаленной нити накаливания (t-1640 0С) попадая на сгораемые материалы, воспламеняют их (для примера t воспламенения хлопчатобумажной ткани - 2450С, а древесины - 2650С).

2. Неосторожное обращение с огнем (использование открытого огня, тлеющие табачные изделия и др.).

Применяемые на АЗС аппараты и трубопроводы с пожаровзрывоопасными жидкостями при определенных условиях могут явиться местом возникновения пожара или взрыва. Для выявления возможности возникновения горения внутри технологического оборудования необходимо, прежде всего, оценить возможность образования в нем горючей среды. Под горючей средой понимается смесь горючего вещества с окислителем в таких соотношениях, при которых возможно возникновение и дальнейшее развитие горения. В нашем случае горючие вещества являются легковоспламеняющимися и горючими жидкостями.

Для оценки возможности образования горючей среды внутри технологического оборудования необходимо знать основные режимные параметры (рабочую температуру, давление, концентрацию, наличие свободного объема над зеркалом жидкости.

В закрытых аппаратах с жидкостями горючая среда может образовываться только в том случае, когда над зеркалом жидкости имеется свободный объем. При этом жидкость будет испаряться, и ее пары постепенно распределятся в свободном пространстве. Если в свободном объеме аппарата имеется воздух или любой другой окислитель, то пары жидкости, смешиваясь с ним, могут образовывать горючую среду. Наряду с наличием свободного объема, для образования горючей среды должно выполняться следующее неравенство:

ц н? ц р? ц в,

где ц н - нижний концентрационный предел распространения пламени;

ц р - концентрация паров над зеркалом жидкости;

ц в - верхний концентрационный предел распространения пламени.

При этом следует учитывать, что концентрация паров по высоте свободного пространства распределяется неравномерно. Над поверхностью жидкости она близка к концентрации насыщения, а у крышки аппарата ее значения минимальны.

В общем случае возможность образования горючей среды в аппаратах с горючими и легковоспламеняющимися жидкостями может быть оценена путем:

• 1) проверки наличия над зеркалом жидкости свободного паровоздушного объема;
• 2) сравнения рабочей концентрации паров жидкости с концентрационными пределами распространения пламени;
• 3) сравнения рабочей температуры жидкости со значениями температурных пределов воспламенения.

Горючая среда внутри технологических аппаратов, ёмкостей и коммуникаций, в которых обращается бензин, будет образовываться в том случае, если температура рабочей среды в них будет находиться между нижним и верхним температурными пределами распространения пламени бензина.

При этом условие безопасности будет определяться следующим выражением:

(t нпв - 10) ? tр? (t впр + 15),

где t нпр - нижний температурный предел распространения пламени, єС;

t впр - верхний температурный предел распространения пламени, єС;

t р - рабочая температура жидкости в аппарате, єС.

Причины образования горючей среды.

Причинами образования горючей среды при остановке технологического оборудования являются:

• - поступление наружного воздуха через дыхательную арматуру при опорожнении аппаратов или через открытые люки при их разгерметизации;
• - неполное удаление из аппаратов горючих веществ;
• - негерметичное отключение аппаратов от трубопроводов с горючими веществами. При этом горючие вещества через неплотности будут попадать в аппарат, и образовывать в смеси с воздухом горючую смесь.

Проведем анализ пожарной опасности веществ обращаемых в технологических аппаратах и сведем в общую таблицу 3.2.

Таблица 3.2

Анализ пожарной опасности аппаратов

Вывод: Резервуары постоянно заполнены топливом на 80-95 % и концентрация паров топлива близки к насыщенным и взрывоопасная концентрация не образуется. Горючая среда может образоваться в следующих ситуациях:

• - в трубопроводах при сливе-наливе нефтепродуктов;
• - в бочке бензовоза при опорожнении;
• - в резервуаре аварийного слива при аварийном сливе с бензовоза.