Основные показатели пожаро- и взрывоопасности веществ и материалов.

Иваново 2010

Цель работы: освоение методов оценки степени взрывопожароопасности ве­ществ и материалов, зон и помещений для обеспечения пожарной безопасности при использовании горючих веществ.

Теоретическое введение

Основные показатели пожаро- и взрывоопасности веществ и материалов.

Пожар - неуправляемый процесс горения, приводящий к большим мате­риальным убыткам и часто к человеческим жертвам. Основа пожара - процесс горения, под которым понимают быстро протекающую химическую реакцию (обычно окислительную), сопровождающуюся выделением тепла и излучением света. Все вещества и материалы по склонности к горению делятся на три груп­пы: негорючие (не тлеют и не обугливаются при наличии мощного источника зажигания), трудно горючие (тлеют и обугливаются только в присутствии мощного источника зажигания) и горючие (способные самостоятельно гореть после удаления источника зажигания). В дальнейшем речь пойдет только о го­рючих веществах и материалах, которые, в свою очередь, обладают разной спо­собностью к горению. Одни горят плохо (глицерин, минеральные масла и др.), другие - со взрывом (водород, сероуглерод и др.). Склонность веществ к горе­нию зависит от природы горючего вещества, агрегатного состояния, наличия примесей, температуры и давления окружающей среды и т.п. По скорости рас­пространения пламени горение может быть дефлаграционным (простым), когда скорость распространения пламени (U) невелика - U < 10 м/с; взрывным - 10< U < 100 м/с и детонационным U > 100 м/с. Лимитирующей стадией дефлагра-ционного горения является скорость диффузии окислителя в зону горения, по­этому его называют диффузионным. Лимитирующей стадией взрывного и де­тонационного горения является скорость химической реакции окисления, и эти виды горения относятся к кинетическому горению. Продуктами полного сгора­ния являются высшие окислы - диоксид углерода, пары воды, диоксиды серы и азота и др. Продуктами неполного сгорания являются монооксид углерода (угарный газ), альдегиды, кетоны, которые обладают как взрывоопасными, так, в значительной степени, и токсичными свойствами.

Степень взрывопожароопасности веществ и материалов оценивается со­вокупностью количественных показателей, среди которых приоритет­ными являются, температура вспышки (t_всп), температура воспламенения (t_восп), температура самовоспламенения (t_св), нижний (φ _н) и верхний (φ _в) концентраци­онные пределы распространения пламени и безопасный экспериментальный максимальный зазор (БЭМЗ) и др.

Температура вспышки (t_всп) - это 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 недостаточна для устойчивого горении Жидкости по температуре вспышки делятся на легковоспламеняющиеся (ЛВЖ) t_всп≤ 61°С и горючие жидкости (ГЖ) t_всп≥ 61°С. ЛВЖ при обычных условиях взрывопожароопасны, ГЖ - пожароопасны. По степени взрывопожароопасности ЛВЖ, в свою очередь, делятся:

- на особоопасные с t_всп≤ -18°С;

- постоянно опасные с -18 < t_всп≤ 23°С;

- опасные при повышенной температуре с 23< t_всп≤ 61°С.

Температура воспламенения (t_восп)- наименьшая температура вещества, при которой в условиях специальных испытаний вещество выделяет горючие газы и пары с такой скоростью, что после их зажигания возникает устойчивое пламенное горение. Важным показателей, характеризующим степень пожарной опасности жидкостей, является ∆ t:

∆ t= t_восп- t_всп

Для ЛВЖ ∆ t~5-8°С, для ГЖ ∆ t~10-100°С. Чем меньше ∆ t, тем опаснее жидкость.

Степень опасности газо-, паро- и пылевоздушных смесей с окислителем можно оценить по показателям - нижнему (φ _н) и верхнему (φ _в) концентрационным пределам распространения пламени. Для газо- и паровоздушных смесей эти пределы измеряются в объемных процентах, а для пылевоздушных смеси в г/м³, причем в последнем случае используют только φ _н.

Нижний (φ _н) и верхний (φ _в) концентрационные пределы распространении пламени - это соответственно минимальная и максимальная концентрация горючего вещества в смеси с окислительной средой, при которой возможно paспространение пламени по смеси на любое расстояние от источника зажигания. Область концентраций между φ _н и φ _в называется диапазоном воспламенения. Чем ниже φ _н и шире диапазон воспламенения, тем опаснее вещество. Все смеси горючих газов и паров ЛВЖ с воздухом - взрывопожароопасны. Пылевоздушные смеси (аэрозоли) взрывопожароопасны, если φ _н < 65 г/м³, причем аэрозоли с φ _н < 15 г/м³ - особовзрывоопасны, а с 15 < φ _н < 65 г/м³ - взрывоопасны. Пыли с φ _н > 65 г/м³ - пожароопасны.

Температура самовоспламенения (t_св) - это самая низкая температура вещества, при которой в условиях специальных испытаний происходит резкое увеличение скорости экзотермических реакций, заканчивающихся пламенным горением. Температура самовоспламенения характеризует степень пожароопасности горючих веществ в различных агрегатных состояниях: газообразном, жидком и пылеобразном (в виде аэрозоля и в виде аэрогеля - осевшая пыль). Чем меньше t_св, тем опаснее вещество. В зависимости от температуры самовоспламенения взрывоопасные смеси газов и паров с воздухом подразделяются на шесть групп, приведенных в табл. №1. Аналогично устанавливаются темпера­турные классы взрывозащищенного электрооборудования по ПУЭ, имею­щие те же обозначения (см. табл. №2).

На основании температуры самовоспламенения устанавливают безопас­ную максимально допустимую температуру нагрева горючего вещества, а также технологического оборудования и трубопроводов, содержащих горючие смеси:

где K_бэ - коэффициент безопасной эксплуатации взрывоопасных смесей газов и паров с воздухом, значения которого можно найти в литературе.

Таблица №1

На основании t_св устанавливают предельные температуры нагрева по­верхности взрывозащищенного электрооборудования, приведенные в табл.№2

Таблица №2

Температурные классы и предельные температуры нагрева взрывозащищенного

электрооборудования

ЭМЗ - это максимальный зазор между фланцами оболочки, через кото­рый не происходит передача взрыва из оболочки в окружающую среду при любой концентрации смеси в воздухе. БЭМЗ измеряют в миллиметрах. Все смеси горючего вещества с окислителем по величине БЭМЗ делятся на категории, приведенные в табл. №3

Таблица №3

Все перечисленные выше показатели зависят от природы горючего веще­ства, параметров окружающей среды (температуры, давления) и степени чисто­ты горючего вещества. Существуют следующие способы их определения:

1) по справочным данным (только для индивидуальных веществ при стандартных условиях: Р = 1 атм. t = 25°С);

2) экспериментальным методом

3) расчетным путем

Задание № 4. Определение безопасного экспериментального максимального зазора (БЭМЗ).

Оценить степень взрывопожароопасности паровоздушной смеси (гексан) по величине БЭМЗ, определенном на модельной установке. Полученные результаты сравнить с расчетными или справочными и объяснить наблюдаемые расхождения. Рассчитать погрешность определения относительно расчетной величины. Предложить меры пожарной безопасности при использовании исследуемой жидкости.

Порядок выполнения работы

1. Ознакомимся с модельной установкой по определению БЭМЗ.

2. Рассчитаем объем жидкости, необходимый для создания паровоздушной смеси стехиометрического состава.

, где

- стехиометрическая концентрация горючего вещества, об.%;

- стехиометрический коэффициент кислорода в реакции сгорания вещества.

3. Рассчитаем величину БЭМЗ и установим с помощью шкалы этот зазор на установке. Точность установки зазора ±0, 05мм.

, где

- критерий Пекле;

\

Устанавливаем зазор 0, 95мм с последующим уменьшением на 0, 05мм.

4. Включаем установку и открываем защитный кожух.

5. Вносим в левую и правую камеры рассчитанный объем исследуемой жидкости и закрываем отверстие, через которое вводилась жидкость (калькой).

6. Закрываем кожух и выжидаем время, необходимое для испарения введенной жидкости и образования паровоздушной смеси стехиометрического состава.

7. Путем нажатия кнопок на передней панели установки поджигаем паро­воздушную смесь с помощью электрической искры сначала в левой камере, а затем в правой.

8. Фиксируем наличие передачи взрыва так как взрыв произошел только в одной камере.

9. После этого устанавливаем зазор на 0, 05мм меньше предыдущего.

10. Удаляем продукты сгорания с помощью вентиляционной системы, вмонтированной в установку, путем нажатия педали на передней панели уста­новки.

11 Опыты повторяем, меняя зазор, до тех пор, пока в обеих камерах не отметим отсутствие передачи взрыва из одной камеры в другую. Это указывает на то, что зазор между камерами меньше БЭМЗ. За экспе­риментальную величину БЭМЗ принимаем то значение зазора, при котором зафиксировали отсутствие передачи взрыва из одной камеры в дру­гую.

Получаем экспериментальный зазор – 0, 8мм.

12.Сравниваем полученную величину БЭМЗ с расчетной и справочной. Рассчи­таем погрешность определения по отношению к расчетной вели­чине.

15, 7%

Справочная величина БЭМЗ для гексана:

13.Оценка степени взрывопожароопасности жидкости по величине БЭМЗ проводим путем нахождения категории взрывоопасной смеси по ПУЭ. Самая опасная будет смесь, относящаяся к категорииIIС и наименее опасная - к кате­гории IIА.

По величине БЭМЗ 0, 8мм и таблице определяем, что гексан относится к постоянно опасным смесям.

14. Предложим мероприятия по обеспечению пожарной безопасности при

работе с исследуемой жидкостью.