Производственный источник зажигания. Химические реакции, протекающие с выделением значительного количества тепла, таят потенциальную опасность возникновения пожара или взрыва

Вопрос №52. Что такое пожар? Условия возникновения пожара.

Пожар – неуправляемое, несанкционированное горение веществ, материалов и газовоздушных смесей вне специального очага, и приносящее значительный материальный ущерб, поражение людей на объектах и подвижном составе, которое подразделяется на наружное и внутреннее, открытое и скрытое;

– это горение веществ, характеризующееся существенными размерами распространения, высокими температурами и продолжительностью, представляющее опасность для людей.

Для того чтобы произошло возгорание, необходимо наличие трёх условий:

1. Горючие вещества и материалы

2. Источник зажигания – открытый огонь, химическая реакция, электроток.

3. 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. Выделяется также углекислый газ и сажа, которая оседает на окружающем рельефе местности. Время от начала зажигания горючего материала до его воспламенения называет временем воспламенения .

С момента воспламенения начинается пожар.

Вопрос №53. Горючая среда, условия воспламенения в горючей среде.

Горючая среда – это среда, способная воспламеняться при воздействии источника зажигания. Горючая среда состоит из горючего вещества и окислителя. Окислителем обычно бывает кислород воздуха.

По горючести вещества и материалы подразделяются на три группы:

Негорючие (несгораемые) – вещества и материалы, неспособные к горению в воздухе;

Трудно горючие (трудно сгораемые) – вещества и материалы, способные возгораться в воздухе от источника зажигания, но не способные самостоятельно гореть после удаления источника зажигания;

Горючие (сгораемые) – вещества и материалы, способные самовозгораться, а также возгораться от источника зажигания и самостоятельно гореть после его удаления.

Возникновение и продолжение горения возможно при оп­ределенном количественном соотношении горючего вещества и кислорода, а также при определенной температуре и тепловой энергии источника воспламенения.

Абсолютное большинство горючих веществ независимо от их агрегатного состояния при нагревании переходят в паро- или газообразные продукты и, перемешиваясь с кислородом возду­ха, образуют горючую смесь, которая при дальнейшем нагрева­нии воспламеняется. Этот процесс воспламенения есть не что иное, как окисление составных частей газовой смеси, проте­кающее по цепной реакции.

Нагрев вещества до возникновения его горения может быть вызван различными источниками. Но во всех случаях теп­ловое воздействие источников сводится к нагреванию вещества до температуры воспламенения или температуры самовоспла­менения.

Температурой воспламенения называется та темпера­тура, до которой нужно нагреть вещество, его часть или поверх­ностный слой, обращенный к источнику воспламенения, чтобы оно загорелось от источника воспламенения и продолжало го­реть после его удаления.

Фактически горит не само вещество, а продукты его раз­ложения, выделяющиеся пары и газы в смеси с кислородом воз­духа.

Нагрев вещества или его поверхностного слоя до темпе­ратуры воспламенения необходим потому, что только при этом условии горючее вещество выделяет такое количество газов и паров пли продуктов разложения, которое не только образует с воздухом горючую смесь, но и может обеспечить устойчивое горение вещества до его полною сгорания.

Итак, для процесса горения необходимо наличие горючей среды и источника воспламенения.

Вопрос №54. Источники воспламенения.

Источник воспламенения (зажигания) – средство энергетического воздействия, инициирующее возникновение горения.

К источникам зажигания относятся:- электрический разряд;- источники нагревания поверхности оборудования и (или) его частей;- разряд статического электричества, наведенного на неметаллические оболочки оборудования и (или) его части;- фрикционное искрение при соударении оборудования и (или) его частей, изготовленных из материалов, содержащих легкие сплавы;- блуждающие электрические токи и катодная защита от коррозии;- удары молнии;- источники электромагнитных, ультразвуковых, оптических и ионизирующих излучений;- адиабатическое сжатие и ударные волны;- экзотермические реакции, включая самовоспламенение пыли.

Похожая информация:

1. I. Перечень вопросов для проведения проверки знаний кандидата на получение свидетельства частного пилота с внесением квалификационной о виде воздушного судна - самолет

Механизм воспламенения горючих смесей и систем сложен. Условия теплового самовоспламенения возникают при образовании и нагревании горючей среды во всем объеме аппарата, а также при переработке и хранении горючих волокнистых, сыпучих, пористых и т. п. материалов, которые имеют склонность к самовозгоранию.

При достаточно малой начальной температуре скорость реакции окисления в горючей смеси практически равна нулю. С ростом температуры происходит увеличение скорости реакции. Наконец, при некоторой температуре начинается быстрое возрастание и скорости реакции, и температуры. Этот процесс завершается пламенным горением - происходит так называемый тепловой взрыв.

В процессах теплового самовоспламенения большую роль играет теплообмен с окружающей средой.

Иной механизм наблюдается при вынужденном поджигании, т.е. при быстром локальном нагреве относительно холодной горючей смеси. В зоне такого нагрева возникает быстрая реакция горения, но за пределами зоны химическая реакция не протекает. Из зоны реакции происходит интенсивный отвод тепла к окружающей холодной взрывоопасной смеси. Образование устойчивого фронта пламени, которое будет существовать после удаления инициатора горения (источника зажигания), происходит при нагревании определенного (критического) объема горючей смеси до температуры, превышающей температуру ее самовоспламенения. Величина критического объема горючих паро- и газовоздушных смесей обычно составляет 0,5-1 мм 3 , а температура поджигания превышает 1300-1500 °С.

Открытое пламя и высоконагретые продукты сгорания топлива используются для нагрева веществ до высоких температур и проведения химических реакций, для получения тепловой, электрической энергии, а также механической работы в различных аппаратах и установках (печах, реакторах, котлах, двигателях и т. д.), при электро- и газосварке, пайке. Открытое пламя возникает при сжигании отходов производства или аварийных выбросов на факельных установках.

Высоконагретые продукты сгорания топлива (дымовые газы) используются в процессах тепловой сушки сельскохозяйственных продуктов и сырья, окрашен ных изделий и древесины и в других процессах.

Температура пламени достигает 1200-1400 °С, его энергия и длительность действия настолько велики, что пламя способно воспламенять любые горючие смеси, поджигать горючие жидкости и твердые горючие материалы, поддерживать горение трудногорючих веществ и материалов.

Фрикционные искры (искры удара и трения) образуются в результате перехода механической энергии в тепловую при ударах подвижных стальных частей машин о неподвижные, при работе инструментом ударного действия, при переработке твердых кусковых материалов или волокнистых и пылевидных материалов с твердыми инородными включениями (камнями, кусками металла и пр.). При достаточно сильных ударах отрывающиеся частицы стали размером 0,1-0,5 мм нагреваются, окисляются кислородом воздуха и загораются. Несмотря на то, что температура искр достигает 1650 °С, они поджигают далеко не все горючие паро- и газовоздушные смеси. Экспериментально установлено, что водород, ацетилен, этилен, окись углерода и пары сероуглерода образуют горючие смеси с воздухом, которые воспламеняются искрами удара и трения. Искры, образовавшиеся при ударах и трении алюминия о ржавое железо, поджигают любые горючие смеси (например, в вентиляторах с колесом из алюминия и кожухом из нелегированной стали). Это объясняется образованием термита и сгоранием его при высокой(около 3500 °С) температуре.

Фрикционные искры, попав на поверхности с отложениями горючих пылей или волокон, приводят к появлению очагов тления - более мощных источников зажигания, которые способны воспламенять даже пылевоздушные горючие смеси.

Разряды статического электричества происходят при образовании высоких потенциалов в процессе электризации веществ и материалов. Статическая электризация возникает в потоке органических жидкостей при их удельной электрической проводимости менее 10-7 (Ом·м)-1, при разбрызгивании жидкостей.

В струе пара или газа, при трении твердых разнородных тел и тому подобных процессах. Искровые разряды имеют весьма высокие температуры, поэтому их воспламеняющую способность оценивают энергией электростатического разряда, которая пропорциональна квадрату разности потенциалов. Разность потенциалов при движении химически чистых растворителей по трубам достигает 4000-5000 В, а для воспламенения, например, паров бензола достаточно искры, которая образуется при разности потенциалов 300 В. Искровые разряды, которые возникают при разности потенциалов около 5000 В, воспламеняют почти все горючие смеси газов, паров и пылей с воздухом.

Сжатие газов в компрессорах производят с целью их транспортировки и хранения, для интенсификации технологических процессов. Работа, которая затрачивается на сжатие газа, приводит к росту температуры сжатого газа и компрессора. Конечная температура газа пропорциональна степени сжатия (отношению конечного давления к начальному): с ростом степени сжатия увеличивается конечная температура. Даже при регламентном режиме эксплуатации компрессоров температура сжимаемого газа повышается до 120-220 °С. При различных нарушениях режима происходит значительный рост температуры газа и компрессора. Это приводит к интенсивному испарению и термическому разложению смазочных масел, образованию нагаромасляных отложений в нагнетательных трубопроводах, взрывоопасных концентраций и их воспламенению.

Самовозгорание веществ в процессах сушки, транспортировки, хранения, а также при остановке аппаратов на осмотр, чистку и ремонт происходит достаточно часто. К веществам, которые склонны к самовозгоранию, относятся каменныйи древесный уголь, сажа, порошкообразные и губчатые металлы (алюминий, титан, магний, никель и др.), фрезерный торф, сено, силос, клеенка, волокнистые и пористые материалы, пропитанные растительными маслами и животными жирами, скипидаром, олифой, и целый ряд других продуктов и материалов. Самовозгорание представляет собой процесс низкотемпературного окисления материалов, который заканчивается тлением или пламенным горением. Условия теплового самовозгорания зависят от вида материала и его характеристик, от температуры и влажности окружающей среды, от удельной поверхности материала и интенсивности теплообмена с окружающей средой.

Рис. 2. Процесс горения

Пожар - это неконтролируемый процесс поражения, сопровождающие­ся уничтожением материальных ценностей и создающий опасность для жизни людей. Пожары по своим масштабам и интенсивности подразделяются на следующие виды:

Отдельный пожар - пожар, возникший в отдельном здании или со­оружении. Продвижение людей и техники по застроенной территории между отдельными пожарами возможно без средств защиты от теплового излучения;

Сплошной пожар - одновременное интенсивное горение преобладающего количества зданий и сооружений на данном участке за­стройки (90% зданий и сооружений). Продвижение людей и техники через участок сплошного пожара невозможно без средств защиты от теплового излучения;

Огневой шторм - особая форма распространяющегося сплошного по­жара, характерным признаком которого является приток свежего воздуха со всех сторон со скоростью не менее 50 км/час по направле­нию к границам огневого шторма (охватывает 90% зданий);

Массовый пожар - совокупность отдельных и сплошных пожаров охвативших более 25% зданий.

Основными причинами возникновения пожаров при производственных авариях и стихийных бедствиях являются:

Разрушения котельных, емкостей и трубопроводов с легковоспламеняющимися или взрывоопасными жидкостями и газами;

Короткие замыкания электропроводки в поврежденных или частично разрушенных зданиях и сооружениях;

Взрывы и возгорания некоторых веществ и материалов.

Возникновение пожаров, прежде всего, зависит от характера производ­ства и степени возгораемости или огнестойкости зданий и материалов, из которых они изготовлены. Основными поражающими факторами пожара являются непосредственное действие огня на горящий предмет (горение) и дистанционное воздействие на предметы и объекты высоких температур за счет излучения.

Особую опасность с точки зрения возможных потерь и ущерба представ­ляют взрывы.

Взрыв - это быстрое экзотермическое химическое превращение взры­воопасной среды, сопровождающееся выделением энергии и образовани­ем сжатых газов, способных проводить работу. То есть это частный случай горения, протекающего мгновенно с кратковременным выделением значи­тельного количества тепла и света. Особую опасность представляют объем­ные взрывы аэровзвесей, пылегазовых смесей (например, взрывы пыли на сахарных заводах, лесопилках, элеваторах, мукомольных заводах) или газовоздушных смесей (например, при проведении лакокрасочных работ).

Взрыв приводит к образованию сильно нагретого газа (плазмы) с очень высоким давлением, который при моментальном расширении оказывает ударное механическое воздействие (давление, разрушение) на окружаю­щие тела. Взрыв в твердой среде сопровождается ее разрушением и дроб­лением, в воздушной или водной - вызывает образование воздушной или гидравлической ударных волн, которые и оказывают разрушающее воз­действие на помещенные в них объекты.

Взрывная волна есть движение среды, порожденное взрывом, при кото­ром происходит резкое повышение давления, плотности и температуры среды. Посредством взрывной волны (или разлетающихся продуктов взрыва - в вакууме) взрыв производит механическое воздействие на объекты, находящиеся на различных удалениях от места взрыва.

Фронт (передняя граница) взрывной волны распространяется по среде с большой скоростью, в результате чего область, охваченная движением, быстро расширяется.

Взрыв может быть вызван:

Детонацией конденсированных взрывчатых веществ;

Быстрым сгоранием воспламеняющего облака газа или пыли;

Внезапным разрушением сосуда со сжатым газом или с перегретой жидкостью;

Смешиванием перегретых твердых веществ (расплава) с холодными жидкостями и т. д.

7 февраля 2008 года на сахарном заводе, расположенном в пригороде г. Саванна (шт. Джорджия, США), произошел взрыв сахарной пыли, в резуль­тате которого погибли 17 человек, более 100 человек получили травмы различной степени тяжести, а зданиям был причинен значительный ма­териальный ущерб.

показатели пожаро- и взрывоопасности

ВЕЩЕСТВ И МАТЕРИАЛОВ

Государственный стандарт ГОСТ 12.1.004-91 «Пожарная безопасность. Общие требования» от 1 июля 1992 г. устанавливает общие требования по­жарной безопасности к объектам защиты различного назначения на всех стадиях их жизненного цикла, а ГОСТ 12.1.010-76 «Взрывобезопасность. Общие требования» от 1 января 1978 г. распространяется на производ­ственные процессы, в которых участвуют вещества, способные образовать взрывоопасную среду.

Одним из основных показателей пожароопасности, применяемых при классификации веществ и материалов по способности их к горению, явля­ется группа горючести. По горючести и вещества, и материалы подразде­ляются на три группы:

1) негорючие (несгораемые) - вещества и материалы, не способные к горению в воздухе. Негорючие вещества могут быть пожароопасны­ми (например, окислители, а также вещества, выделяющие горючее продукты при взаимодействии с водой, кислородом воздуха или друг с другом);

2) трудногорючие (трудносгораемые) - вещества и материалы, способ­ные возгораться в воздухе от источника зажигания, но не способные самостоятельно гореть после его удаления;

3) горючие (сгораемые) - вещества и материалы, способные самовоз­гораться, а также возгораться от источника зажигания и самостоятельно гореть после его удаления.

Из группы горючих веществ и материалов выделяют легковоспламеняю­щиеся вещества и материалы. Легковоспламеняющимися называют горю­чие вещества и материалы, способные воспламеняться от кратковременно­го (до 30 секунд) воздействия источника зажигания с низкой энергией (пламя спички, искра, тлеющая сигарета и т. п.). Легковоспламеняющимися называются жидкости с температурой вспышки не более 61°С в закрытом тигле или 66°С в открытом тигле.

Согласно строительным нормам и правилам «Противопожарные нормы» (СНиП 2.01.02-85) промышленные производства по взрывной, взрывопожарной и пожарной опасности все подразделяются на пять категорий (табл. 2).

Под производственным источником зажигания следует понимать любое нагретое тело, обладающее запасом энергии, температурой и временем воздействия, достаточного для воспламенения горючей среды. Из этого определения следует, что не каждое нагретое тело способно воспламенять горючую смесь. В общем случае при оценке воспламеняющей способности внешнего источника теплоты необходимо исходить из следующих положений:

1.Температура источника зажигания t и.з. должна быть больше или равна температуре самовоспламенения горючей среды t с.в. , в контакте, с которой он находится:

Если хотя бы одно из названных условий не выполняется, то источник теплоты не обладает воспламеняющей способностью, следовательно, не может быть отнесён к источнику зажигания.

Производственными источниками зажигания в лаборатории химического осаждения паров могут являться:

– высечение искр при использовании искрящего инструмента;

– нагрев газов при сжатии в компрессорах;

– тепловое проявление лучистого тепла или высоких температур от печей;

– тепловое проявление электрической энергии (перегрузка электрических сетей, искры и дуги коротких замыканий, разряды статического электричества);

– нагревание горючих газов до температуры выше температуры самовоспламенения.

Мероприятия, предотвращающие тепловые проявления механической энергии

а) Исключение выделения искр, образующихся при ударах твердых тел для чего:

– в местах, где возможно образование взрывоопасных смесей необходимо применять искробезопасные инструменты;

– применять искробезопасные вентиляторы для транспортировки паро-и газовоздушных смесей, пылей и твердых горючих материалов;

– в помещениях получения и хранения ацетилена, этилена и т.д., полы выполнять из неискрящего материала или застилать их резиновыми ковриками.

б) Предупреждение нагрева газов при сжатии их в компрессорах:

– применять приборы автоматического контроля и защиты от повышенных давлений в нагнетательных линиях и от пониженных давлений во всасывающих;

– устанавливать предохранительные клапаны на нагнетательных линиях;

– контролировать температуру газа и охлаждающей воды.

• 1. ТЕРМИЧЕСКИЕ ИСТОЧНИКИ ЗАЖИГАНИЯ
• - Открытый огонь (непотушенной спички; топки; печи; зажигалки; паяльной лампы; керосинового нагревательного или осветительного прибора; свечи; газовой горелки; костра; факела; огневого реактора; газовой плиты и т.п.).
• - Нагретая поверхность (огневого воздухонагревателя; печи; радиатора; трубопровода; химического реактора; установки для адиабатического сжатия прессуемых пластмасс и т.п.).
• - Искры (из топки; двигателей внутреннего сгорания; огневой сушилки; при газосварке и т.п.).
• - Очаг тления (непотушенная сигарета; головешка; остатки непотушенного костра; частицы угля, шлака).
• - Нагретый газ (как продукт химических реакций и сжатия газов; газообразные продукты сгорания, выходящие из огневых сушилок, печей, двигателей внутреннего сгорания, топок; образующиеся при горении факелов, костров и т.п.).
• 2. МЕХАНИЧЕСКИЕ ИСТОЧНИКИ ЗАЖИГАНИЯ

Разогретые от трения детали и материалы (подшипники при перекосе, заклинивании, дефектах смазки; транспортерные ленты; приводные ремни на шкивах механизмов при пробуксовке, заклинивании, перегрузке; волокна материала, намотанного на вал; обрабатываемые на станках материалы при увеличении скорости резания, сверления, увеличении глубины подачи, работе затупленным инструментом и т.п.).

Искры фрикционные (при шлифовании; работе металлическим инструментом; перемещении камней, частиц металла в дробилках и измельчителях; ударах лопатки вентилятора о кожух, крышки металлического люка - о раму и т.п.).

• 3. САМОВОЗГОРАНИЕ
• - Очаг тепловыделения при микробиологических процессах.
• - Очаг тепловыделения при химической реакции (при самовозгорании пирофорного вещества; взаимодействии вещества с водой; взаимодействии вещества с кислородом воздуха; взаимодействии веществ друг с другом).
• - Очаг внутреннего тепловыделения при внешнем тепловом, физическом воздействии на вещество (тепла; света; удара; трения).
• 4. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИСТОЧНИКИ ЗАЖИГАНИЯ
• - Разряд атмосферного электричества (прямой удар молнии; вторичное воздействие; занос высокого потенциала молнии).
• - Разряд статического электричества между проводящими телами.
• - Газовый разряд (дуговой; искровой; тлеющий; коммутационный).
• - Нагретая поверхность токопроводников, корпусных деталей (при коротком замыкании; токовой перегрузке в электросетях вследствие увеличения момента на валу электродвигателя - при повышении напряжения в сети, подключении дополнительного электроприемника, несоответствии сечения электропроводки нагрузке в сети, аварийном отключении одной фазной линии питания трехфазного двигателя; при увеличении электросопротивления из-за переходного сопротивления на контактирующих деталях - в электронагревательных приборах для отопления, приготовления пищи, в электроосветительных приборах с лампами накаливания и люминесцентными светильниками; при наличии на элементах электротехнических устройств тока утечки; при попадании напряжения на корпус электротехнических устройств или детали, которые нормально током не обтекаются).
• - Раскаленные частицы металла (при коротком замыкании; электрической сварке; выключении и включении в коммутирующих аппаратах).

Вид источника зажигания характерен для определенных условий и процессов и отражается на динамике развития пожара. Однако для горючего материала не принципиально, чем обусловлена высокая температура нагретой поверхности: электронагревательным элементом, огневой топочной камерой или вихревыми токами, наведенными в стальном изделии за счет действия электромагнитного поля. Все эти подробности относятся к стадии диагностирования природы источника зажигания, чтобы затем уже говорить о причастности соответствующего явления к возникновению пожара. Сама же природа происхождения источника зажигания не имеет принципиального значения на стадии решения вопроса о том, возгорается ли данное вещество (данный материал) в известных условиях.

Сравнительный анализ показывает, что для экспертных исследований наиболее характерно решение задач относительно следующих видов источников зажигания:

• 1) открытый огонь;
• 2) нагретая поверхность (при контакте с веществом);
• 3) нагретая поверхность (при тепловом излучении);
• 4) нагретый газ;
• 5) горящие частицы (искры);
• 6) раскаленные частицы вещества (искры фрикционные, частицы металла и шлака в зоне газоэлектросварочных работ и т.п.);
• 7) очаг тления;
• 8) очаг внутреннего тепловыделения микробиологической природы;
• 9) очаг внутреннего тепловыделения при химической реакции;
• 10) очаг внутреннего тепловыделения при тепловом воздействии;
• 11) дуговой газовый разряд;
• 12) искровой газовый разряд.