Исследование пожаровзрывоопасности горючих жидкостей

Введение

Противопожарная и взрывопожароопасная деятельность объединена общим понятием - противопожарная профилактика. Противопожарная профилактика является неотъемлемой составляющей общей проблемы обеспечения пожаро- и взрывобезопасности на различных объектах, и при решении проблемы защиты объектов от пожара и взрыва уделяется первоочередное внимание.

1 Основные положения в сфере пожароопасности

Взрывы и пожары представляют особую опасность с точки зрения возможности потерь и повреждений.
Взрывы происходят в основном из-за высвобождения химической энергии, которая является взрывчатым веществом.
Взрывчатые вещества — это объекты, на которых производятся, используются, перерабатываются, хранятся и транспортируются легковоспламеняющиеся и взрывоопасноопасные вещества, создающие реальную угрозу возникновения технической чрезвычайной ситуации. [3]
Современная индустрия взрывчатых веществ — это не только компании и объекты химической, горнодобывающей, нефтегазовой и атомной промышленности. К взрывоопасным и пожароопасным объектам относятся, например, предприятия по производству пищевых продуктов: мукомольные, кондитерские, винные, водочные; а также деревообрабатывающие и целлюлозно-бумажные комбинаты, цементные и железобетонные плиты. Кроме того, современные предприятия любой отрасли промышленности имеют в своей структуре взрывоопасные зоны. Современное производство включает в себя склады для горюче-смазочных материалов, лакокрасочной продукции, в области нанесения гальванических покрытий и высокотемпературной обработки, а также покрасочные цеха и камеры.
Определение показателей пожаро- и взрывоопасности веществ и материалов для получения исходных данных для разработки систем пожарной и взрывобезопасности.
Чаще всего пожары на территориях и предприятиях, где проживают люди, возникают из-за нарушений технического режима.
Государством подготовлен специальный документ, разъясняющий основы противопожарной защиты, включающий следующие критерии для предотвращения опасных ситуаций, связанных с пожаром: ГОСТ 12.1.044–89 «Пожаро- и взрывоопасность веществ и материалов» и ГОСТ 12.1.010–76 «Взрывобезопасность», применяются различные противопожарные меры.
Настоящие стандарты распространяются на простые вещества с различными агрегатными состояниями и сочетаниями, включая полимеры и композиционные материалы, используемые в области народного хозяйства, их соединения и смеси, а также на производственные процессы (включая транспортировку и хранение), включая вещества, способные образовывать взрывоопасную среду. Стандарт устанавливает номенклатуру показателей пожаро- и взрывоопасности веществ и материалов, порядок их определения, а также общие требования к обеспечению взрывобезопасности. Это важно для обеспечения безопасности компаний, имеющих дело со взрывоопасными веществами и материалами.

1.1 Показатели пожаровзрывоопасности

Группа воспламеняемости — это одна из классификаций вещества или способность вещества гореть.
Горенье - экзотермическая реакция, протекающая в условиях постепенного самоускорения.
В зависимости от воспламеняемости вещества и материалы делятся на 3 группы [5]:
1. Негорючие (негорючеспособные) - вещества и материалы, которые нельзя сжигать на воздухе. Негорючие материалы могут быть огнеопасными или взрывоопасными (например, вода, кислород в воздухе, окислитель или вещество, выделяющее легковоспламеняющиеся продукты при взаимодействии друг с другом).;
2. Трудногорючие (difficult to burn) - вещества и материалы, которые могут гореть на воздухе при воздействии источника воспламенения, но не могут гореть самостоятельно после удаления.:
3. Легковоспламеняющиеся (огнеопасные) вещества и субстанции, способные к самовозгоранию, а также воспламеняющиеся при воздействии источника зажигания и способные самостоятельно гореть после удаления. Смеси мокроты, представляющие собой легковоспламеняющиеся жидкости с температурой воспламенения ниже 61°C в закрытом тигле и ниже 66°C в открытом тигле и без температуры воспламенения в закрытом тигле, классифицируются как легковоспламеняющиеся. Особо опасными считаются легковоспламеняющиеся жидкости с температурой вспышки 28°C и менее.
Суть экспериментального метода определения воспламеняемости заключается в создании температурных условий, способствующих горению, и оценке поведения исследуемых веществ и материалов в этих условиях.
Температура воспламенения — это самая низкая температура конденсируемого вещества при особых условиях испытания, при которых на его поверхности образуется пар, который может испаряться в воздух от источника воспламенения, и стабильного горения не происходит.

2 Анализ пожаровзрывоопасности среды

2.1 Анализ проявления возможных технологических источников зажигания

Одновременное появление 3-х факторов - легковоспламеняющихся веществ, окислителей и источников воспламенения - может привести к возникновению пожаров в определенном количественном соотношении. Основной принцип предотвращения пожара, то есть основной принцип противопожарной защиты, заключается в своевременном устранении или, по крайней мере, отделении одного из этих факторов от другого. [1]
Источником воспламенения может быть такое нагретое тело (в случае принудительного воспламенения) или такой экзотермический процесс (в случае самопроизвольного воспламенения), которые могут нагревать определенный объем горючей смеси до определенной температуры, когда скорость выделения тепла (за счет реакции в горючей смеси) равна или превышает скорость отвода тепла из зоны реакции, а мощность и продолжительность теплового воздействия источника должны обеспечивать поддержание критических условий в течение времени, необходимого для протекания реакций с образованием. Он может распространяться еще более спонтанно.
Открытый огонь, раскаленные продукты горения и нагреваемые ими поверхности являются промышленными источниками возгорания.
При производстве ремонтных работ часто используется пламя горелки или паяльной горелки, факел используется для прогрева замерзших труб, костер используется для прогрева почвы и сжигания отходов. Температура пламени и количество выделяющегося при этом тепла достаточны для воспламенения практически всех горючих материалов. Поэтому основной защитой от этих источников воспламенения является отделение от возможности контакта с легковоспламеняющимися парами и газами (в случае аварий и повреждения соседних устройств. При проектировании технического оснащения «противопожарное» устройство следует отделить, разместив его в замкнутом пространстве, отдельно от других устройств.
Снаряд размещается на площадке с соблюдением зазора, размер которого регулируется нормативными актами, в зависимости от характера и режима работы расположенных рядом устройств и конструкций. Горящая спичка также является источником открытого огня.
Источником возникновения воспламенения является искра, возникающая при работе печи и двигателя. Устранением причины возникновения искры является поддержание двигателя в исправном техническом состоянии, соблюдение установленного режима сгорания топлива, использование только того вида топлива, на котором рассчитан двигатель, своевременная очистка. Искроуловители и искрогасители используются для улавливания и тушения искр, например, в осадительных камерах, инерционных камерах и циклонах, турбинных вихревых ловушках, электрофильтрах, устройствах, использующих водяные завесы, а также для охлаждения и разбавления газов водяным паром.
Тепловое выделение механической энергии как источник возникновения возгорания. В производственных условиях при ударе твердым телом (с образованием искр или без них) наблюдается пожароопасное повышение температуры тела в результате преобразования механической энергии в тепловую. [1] Во время поверхностного трения тел при их взаимном перемещении; наблюдается при механической обработке твердых материалов режущими инструментами, а также при сжатии газов и прессовании пластмасс. Степень нагрева корпуса и возможность возникновения источника воспламенения в этом случае зависят от условий перехода механической энергии в тепловую. Искра образуется при твердом ударе. При достаточно сильном столкновении некоторых твердых частиц возникает искра (при ударе и трении). В производственных условиях ацетилен, этилен, водород, монооксид углерода и сероуглерод воспламеняются от ударных искр.

2.2 Оценка наиболее вероятных путей распространения пожара

Он может переходить с одного технического устройства на другое, распространяться за пределы технического устройства на смежные производственные помещения, распространяться на строительные конструкции зданий и сооружений, принимая, таким образом, большие размеры, нанося серьезный материальный ущерб, а иногда и жизни людей. Он может привести к гибели человека.
Пожары могут быстро распространяться только при наличии соответствующих причин производственного процесса (непосредственно связанных с технологией производства) и условий для распространения возникшего пожара.
Причиной быстрого распространения пожара в производственных условиях является концентрация большого количества горючих веществ и материалов; наличие технических транспортных систем, соединяющих не только техническое оборудование, но и горизонтальное и вертикальное производственное оборудование зданий или сооружений; внезапное появление факторов, ускоряющих его развитие (диффузия легковоспламеняющихся жидкостей в случае аварийной утечки из поврежденного оборудования, разрушения оборудования при взрывах). [8]
Условия, способствующие распространению пожара на рабочем месте, характеризуются несвоевременным обнаружением и сообщением о нем; отсутствием или неисправностью стационарных и первичных средств пожаротушения; неквалифицированным поведением людей при тушении пожара. Эти условия здесь не раскрываются, поскольку они не имеют прямого отношения к технологии производства.
Начавшийся пожар может возникнуть быстро, стать массовым и нанести серьезный ущерб только при наличии соответствующих условий. Если нет условий для распространения огня как по горизонтали, так и по вертикали, пожар не превысит первоначально охваченную площадь, а потери от такого пожара будут минимальными.
 
3 Определение показателей пожарной опасности

Для оценки риска возникновения пожара и взрыва все вещества и материалы делятся на 4 группы в зависимости от их агрегатного состояния: газообразные, жидкие, твердые и пылевидные. [9]
Чтобы в полной мере оценить пожаро- и взрывоопасность того или иного вещества, необходимо знать его физико-химические свойства, а также поведение вещества при его производстве, использовании, хранении и транспортировке.

3.1 Температура вспышки

Температуры вспышки – это наименьшая температура конденсированного вещества, при которой в условиях специальных испытаний над его поверхностью образуются пары и газы, способные вспыхивать от источника зажигания; устойчивое горение при этом не возникает. Температура вспышки является главным параметром, характеризующим пожарную опасность жидкостей.
По температуре вспышки все жидкости, способные гореть, классифицируются на:
Легковоспламеняющиеся (ЛВЖ) с t_всп до 61 °С включительно (в закрытом тигле)
Горючие (ГЖ) с t_всп больше 61 °С (в закрытом тигле).

3.2 Температура воспламенения

Температура воспламенения рассчитывается по той же формуле, что и температура вспышки, но с собственными коэффициентами, при особых условиях испытания — это температура воспламенения вещества в жидком состоянии, которое выделяет горючие газы и пары с такой скоростью, что при контакте вещества с источником воспламенения наблюдается воспламенение жидкости.

3.3 Температура самовоспламенения

Температура самовоспламенения — это самая низкая температура окружающей среды, при которой в специальных условиях испытаний наблюдается самовоспламенение вещества. Температура самовоспламенения является одним из наиболее важных показателей пожарной опасности.
Температура самовоспламенения не является постоянной для конкретного вещества, а зависит от многих факторов, таких как:

3.4 Концентрационные пределы распространения пламени

При утечке легковоспламеняющихся газов и жидкостей из устройства в воздухе образуется смесь, и концентрация топлива может сильно варьироваться от 1% до 100%. Нижним и верхним концентрационными пределами распространения пламени (воспламенения) являются минимальное и максимальное содержание горючих веществ в однородной смеси с окисляющей средой соответственно, причем распространение пламени в смеси возможно на любом расстоянии от источника воспламенения. CPR связан с критической скоростью распространения пламени, которая зависит от скорости реакции, температуры и т.д. В результате CPR зависит от параметров химических, теплофизических свойств, а также от состояния горючих веществ и окислителей. Основными из них являются:
1. Химические свойства топлива и окислителей
2. Начальная температура смеси
3. Начальное давление смеси
4. Наличие флегмы и ингибиторов

3.5 Температурные пределы распространения пламени

Нижний (HTPR) или верхний (VPR) температурный предел распространения пламени — это температура жидкости, концентрация паров которой на ее поверхности равна соответствующему пределу концентрации.
Расчет температурного предела распространения пламени основан на нахождении такой температуры жидкости, при которой концентрация насыщенного пара соответствует NKPR и VKPR.
Если температурная зависимость давления насыщенных паров неизвестна, то для материалов, состоящих из атомов C, H, O и N, рассчитывается значение нижнего или верхнего температурного предела:

3.6 Нормальная скорость распространения пламени

Нормальная скорость распространения пламени — это скорость перемещения фронта пламени относительно несгоревшего газа в направлении, перпендикулярном его поверхности.
Очень важной особенностью фронта пламени является то, что нормальная скорость его распространения также является объемной скоростью горения газовой смеси, то есть она указывает на количество горения смеси в единицу времени на единицу площади фронта пламени. Это позволяет определять массовую скорость сгорания для каждого газа u_m:

3.7 Критический диаметр огнегасящего канала и безопасного экспериментального максимального зазора

Расчет критического диаметра длинного цилиндра огнегасящего канала производится по формуле:

3.8 Минимальная энергия зажигания

Минимальная энергия воспламенения E_min — это наименьшее значение разряда, которое может воспламенить наиболее легковоспламеняющуюся смесь горючих газов, паров или пыли с воздухом.
Минимальная энергия воспламенения является одним из показателей пожарной опасности веществ, используемых при разработке мероприятий по обеспечению пожаро- и взрывобезопасности и электростатической искробезопасности технических процессов, в которых циркулируют горючие газы, жидкости и пыль.

3.9 Способность гореть и взрываться при взаимодействии с водой, кислородом и другими веществами

Способность гореть и взрываться при взаимодействии с водой, кислородом и другими веществами является качественным показателем, характеризующим особую пожароопасность того или иного вещества.
Данные о способности вещества взрываться и гореть при взаимном контакте должны быть включены в стандарт или спецификацию вещества, а также должны использоваться при определении категории объектов по взрыво- и пожароопасности в соответствии с требованиями стандартов технического проектирования. При выборе безопасных условий технического процесса и условий совместного хранения и транспортировки веществ и материалов. При выборе или назначении огнетушащего вещества. Это определяется по ссылке.

3.10 Минимальная флегматизирующая концентрация флегматизатора

Минимальная флегматизирующая концентрация флегматизирующего агента — это минимальная концентрация флегматизирующего агента в смеси топлива и окислителя, и эта смесь больше не может распространять пламя при любом соотношении топлива и окислителя.
Значение минимальной флегмирующей концентрации флегматизирующего агента следует использовать при разработке мероприятий по обеспечению пожаро- и взрывобезопасности технических процессов методом флегмирования, в соответствии с требованиями ГОСТ12.1.004 и ГОСТ12.1.010.
Сущность способа заключается в том, что при разбавлении парогазовой и пылевоздушной смесей заданной флегмой и получении «кривой флегмирования» определяется концентрационный предел распространения пламени горючих веществ, пик «кривой флегмирования» соответствует значению минимальная концентрация флегмирующего агента для флегмирования.
Область воспламенения горючей смеси сужается за счет введения горючих компонентов. Из ранее изученных материалов известно, что изменение концентрационного предела воспламенения зависит от природы и концентрации негорючих веществ, используемых в качестве флегматизаторов.
При определенной концентрации, определенной для мокроты, нижний и верхний пределы концентрации воспламенения сливаются. Эта точка называется крайней точкой области воспламенения или точкой выделения мокроты. В это время систему можно охарактеризовать концентрацией горючих компонентов смеси, концентрацией мокроты в ней и концентрацией кислорода. В противопожарной технической литературе для смесей таких составов введены соответствующие названия и определения:

3.11 МВСК Минимальное взрывоопасное содержание кислорода

Минимальное взрывоопасное содержание кислорода МВСК — это концентрация кислорода в горючей смеси, состоящей из легковоспламеняющихся веществ, воздуха и мокроты, и при концентрации топлива в этой смеси, разбавленной мокротой, распространение пламени в смеси становится невозможным.
Значение минимального содержания взрывоопасного кислорода используется при разработке мероприятий по обеспечению пожаро- и взрывобезопасности в технических процессах.

3.12 Максимальное давление взрыва

Максимальное давление взрыва - наибольшее избыточное давление, возникающее при дефлаграционном сгорании газо-, паро или пылевоздушной смеси в замкнутом сосуде при начальном давлении 101,3 кПа.
Метод расчета максимального давления взрыва газо- и паровоздушных смесей распространяется на вещества, состоящие из атомов C, H, O, N, S, F, Cl, Br, P, Si.
Максимальное давление взрыва p_макс без учета степени диссоциации продуктов горения в кПа вычисляют по формуле:

Заключение

Показатели пожаровзрывоопасности в большей или меньшей степени зависят от параметров состояния системы, в которой находится вещество. Даже такие базовые свойства, как горючесть, зависят от температуры, давления, концентрации окислителя в среде, размера и формы образца, скорости движения среды, направления распространения пламени и других факторов.