Горючая среда. Министерство образования российской федерации С огнеопасными или горючими средами

Статья 2. Основные понятия

6) горючая среда - среда, способная воспламеняться при воздействии источника зажигания;

Горючая среда представляет собой всю обстановку цеха (вагона). Она может быть более или менее горючей в зависимости от содержимого этой среды. В пожарной охране существует понятие группы горючести веществ и материалов. По горючести все вещества и материалы подразделяются на 3 группы:

Негорючие - не способны к горению в воздухе, но тем не менее могут быть пожароопасными в виде окислителей или веществ, выделяющих горючие продукты при взаимодействии с водой (например, негорючий карбид кальция даже при контакте с влагой воздуха выделяет взрывоопасный газ ацетилен);

Трудногорючие - способны возгораться от источника зажигания, но самостоятельно не горят, когда этот источник удаляют;

Горючие - самовозгораются, а также возгораются от источника зажигания и продолжают гореть после его удаления.

10) источник зажигания - средство энергетического воздействия, инициирующее возникновение горения.

Условно источники зажигания можно разделить на 4 вида:

1. открытый огонь в виде тлеющей сигареты, зажженной спички, конфорки газовой плиты или керосинового примуса (фонаря, лампы);

2. тепло электронагревательных приборов;

3. проявления аварийной работы электрических приборов и аппаратов, как отчественного, так и зарубежного производства;

4. искры от сварочных аппаратов и самовозгорание веществ и материалов.

Развитие пожара.

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

Развитие пожара - увеличение зоны горения или зоны вероятности воздействия опасных факторов пожара на людей и имущество.

Развитие пожара и распространение опасных факторов пожара (ОФП), зависит от вида горючих веществ и материалов и площади горения, которая, обуславливается свойствами самих материалов, а также способом их размещения.

Исходя из особенностей объекта, количество участвующих в пожаре горючих и трудногорючих материалов, определяются места, где может возникнуть угроза пожара, и проводят расчет развития пожара.

Полученное значение критической продолжительности пожара используют для определения периода безопасного выхода людей из опасной зоны.

Поведение горючей среды при пожаре. В первые 10 минут от начала возгорания материала пламя распространяется линейно в разные его стороны (преимущественное направление вверх). Выделяется определенная температура, которая аккумулируется в помещении или в какой-то его части (преимущественно вверху). По мере возрастания температуры начинают возгораться другие вещества и материалы, попавшие в зону высокой температуры. Процессы возгорания горючих веществ и материалов происходят настолько хаотично, насколько хаотично расположена "горючая среда" в цехе. Соответственно и развитие пожара, его этапы могут отличаться по времени от приведенных во второй главе параметров.

Ни один пожар не похож на другой - в этом заключается вся сложность описания развития пожара. И никто не может сказать однозначно, что ждет нас в случае пожара в цехе (вагоне) (если только не провести натурные испытания и не сжечь цех (вагон), фиксируя при этом необходимые параметры). Однако общая тенденция развития пожара очевидна - современный цех может стать пылающим горном за считанные минуты.

О том, какими мерами можно исключить наиболее характерные источники зажигания, о конкретных требованиях нормативных документов мы поговорим с вами в следующей главе.

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.

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.

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.

Применяемые в различных технологиях аппараты и трубопроводы с пожаровзрывоопасными веществами 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.

Для оценки возможности образования горючей среды внутри технологического оборудования необходимо знать основные режимные параметры (рабочую температуру, давление, концентрацию), а для аппаратов с жидкостями необходимо также иметь сведения о наличии свободного объёма. Эта информация содержится в технологической документации.

Условия образования горючей среды в аппаратах с горючими газами, жидкостями, твердыми материалами и пылями несколько отличаются.

Аппараты с газами чаще всего заполняются чистыми горючими газами без примесей окислителя. Такие аппараты всегда находятся под избыточным давлением, поэтому поступление воздуха в них не­возможно, а следовательно, невозможно и образование горючей среды.

В редких случаях по условиям технологии в аппарат необходимо подавать смесь горючего газа с воздухом или кислородом (например, при получении водорода конверсией метана или при получении ацети­лена путем

Таблица 2.2 ― Анализ пожарной опасности аппаратов

термоокислительного пиролиза природного газа). В таких ситуациях возможность образования горючей среды оценивают путем сравнения рабочей концентрации j р с нижним и верхним концентраци­онными пределами распространения пламени. Горючая среда будет иметь место, если выполняется условие:

В закрытых аппаратах с жидкостями горючая среда может образоваться только в том случае, когда над поверхностью (зеркалом) жидкости имеется свободный объем. При этом любая жидкость, находящаяся в аппарате, будет испаряться, и ее пары постепенно распределятся в свободном пространстве. Если в свободном пространстве аппарата имеется воздух или любой другой окислитель, то пары жидкости, смешиваясь с ним, могут образовать горючую среду.

Наличие над зеркалом жидкости свободного пространства является необходимым, но не достаточным условием для образования горючей среды. Для того чтобы выяснить наличие в аппарате горючей паровоздушной смеси, необходимо, как и в случае с газами, проверить условие (2.3).

Однако при этом следует учитывать, что концентрация паров по высоте свободного пространства распределяется неравномерно. Над поверхностью жидкости она близка к концентрации насыщения, а у крыши аппарата её значения минимальны. Даже на одной и той же высоте в различные промежутки времени от начала испарения концентрация будет отличаться. Это обусловлено, прежде всего, особенностями протекания процесса диффузии паров в свободное пространство аппарата. То есть для технологического оборудования с горючими жидкостями характерно то, что в свободном пространстве может присутствовать лишь некоторая область концентраций, которая находится между нижним и верхним концентрационными пределами воспламенения. Высота расположения зоны опасных концентраций с течением времени изменяется. С методиками расчётного определения концентрации паров в свободном пространстве аппаратов с жидкостями можно ознакомиться в специальной литературе .

Для аппаратов с неподвижным уровнем жидкости (например, для аппаратов непрерывного действия) оценка возможности образования горючей среды может быть облегчена. Эксплуатация таких аппаратов характеризуется неизменными значениями рабочей концентрации при постоянной температуре и давлении в аппарате. Учитывая это, оценку возможности образования горючей среды можно провести путем сравнения рабочей температуры жидкости t р со значениями температурных пределов распространения пламени. Горючая среда в аппара­тах с неподвижным уровнем жидкости будет образовываться в том случае, если выполняется условие:

(2.4)

Условие (2.4) можно также использовать и для аппаратов с подвижным уровнем жидкости в период их заполнения после простоя. Это обусловлено тем, что при подъеме уровня жидкости в аппарате насыщенная концентрация паровоздушной смеси над зеркалом жидкости не изменяется. В случае же опорожнения таких аппаратов состояние насыщения свободного пространства парами жидкости нарушается за счет поступления дополнительного количества воздуха через дыхательную арматуру. При этом концентрация паров над зеркалом жидкости уменьшается и может стать опасной. Поэтому оценку возможности образо­вания горючей среды в период опорожнения аппаратов производят только по условию (2.3).

Итак, в общем случае возможность образования горючей среды в закрытых 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 воспламенения;

3) сравнения рабочей температуры жидкости в аппарате со значениями температурных пределов воспламенения.

В технологическом оборудовании с твердыми горючими веществами и материалами горючая среда может образоваться при тепловом воздействии на последние или в результате их саморазогрева. Как известно, сами твердые горючие вещества и материалы не способны образовывать в смеси с воздухом горючую среду. Однако в процессе их нагрева до некоторых температур может начаться процесс разложения с выделением летучих. Так, в процессе пиролиза древесины при температурах 150 – 275 о С происходит разложение менее термостойких ее компонентов с выделением окиси углерода, уксусной кислоты, метана, водорода и других веществ. Выделяющиеся продукты разложения в смеси с окислителем при определенных условиях могут образовывать горючую смесь. В таких случаях оценку возможности образования горючей среды в технологическом оборудовании производят, как и в случае газами, по условию (2.3).

Технологические аппараты с горючими пылями характеризуются значительной пожарной опасностью. При работе мельниц, дробилок, хлопковых разрыхлителей, центробежных классификаторов, систем пневмотранспорта образуется очень большое количество пыли. Пыли в таких аппаратах могут находиться во взвешенном в воздухе состоянии (аэрозоль) и в осевшем состоянии (аэрогель). В первом случае пожарная опасность пылей рассматривается как для газов и паров, во втором случае ─ как для твердых веществ и материалов.

Взвешенная в воздухе пыль может образовывать взрывоопасные концентрации. Для оценки возможности образования горючей среды внутри технологического оборудования с пылевидными материалами на практике используют значение нижнего концентрационного предела распространения пламени j н. Верхние концентрационные пределы для пылей настолько велики, что практического значения для оценки пожарной опасности не имеют. Кроме того, пылевоздушные смеси в большей степени, чем паро- и газовоздушные, склонны к расслоению. Поэтому в оборудовании даже при очень высоких концентрациях всегда могут образовываться локальные зоны с концентрацией ниже ВКПР.

При определении рабочей (фактической) концентрации пыли внутри технологического оборудования необходимо учитывать массу взвешенной и осевшей пыли. Горючая среда в аппаратах с пылями будет образовываться в том случае, если выполняется условие:

Взрывы и пожары внутри технологического оборудования часто возникают в периоды неустановившегося режима работы . К таким периодам относятся пуск аппаратов в эксплуатацию и их остановка для профилактического осмотра или ремонта. В эти периоды опасность образования горючей среды внутри технологического оборудования очень высока. Так период пуска оборудования характеризуется поступлением горючих компонентов в объем аппаратов, заполненных воздухом, и выходом аппаратов на заданный рабочий режим. При этом концентрация горючих веществ в аппаратах увеличивается и может стать горючей, если превысит значение НКПР.

Причинами образования горючей среды при остановке технологического оборудования являются:

· снижение температурного режима в аппаратах с рабочей температурой жидкости, превышающей значение ВТПР. При этом температура, снижаясь, войдет в температурную область воспламенения;

· 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.

Все эти особенности необходимо учитывать при оценке возможности образования горючей среды внутри технологического оборудования и разработке пожарно-профилактических мероприятий.

После проведённого анализа возможности образования горючей среды внутри каждого технологического аппарата необходимо дать соответствующее заключение и сделать запись в графе 6 таблицы 2.2.