Пожарная безопасность. Горение - Пожаро- и взрывоопасность веществ и материалов

Пожаро- и взрывоопасность веществ и материалов

Пожарная и взрывная опасность веществ и материалов - близкие характеристики. Различие между харак­теристиками заключается в скорости распространения пламени, которая для взрывных процессов существенно выше, чем при пожаре. Способностью к взрывному горению обладают смеси с воздухом горючих газов и паров горючих жидкостей, а также взвеси в воздухе (аэрозоли) горючих пылей и капель горючих жидкостей.

Знание скорости распространения пламени необходи­мо для оценки возможной взрывной нагрузки на здания и соору­жения в том случае, когда внутри или снаружи здания может образовываться взрывоопасная газо-, паро- или пылевоздушная среда, а также для расчета и проектирования предохранительных конструкций, предназначенных для сброса избыточного давления, развиваемого при взрывном сгорании, и предохранения здания от разрушения.

Фактическая скорость распространения пламени не является постоянной и зависит от многих факторов. Важно то, что сгорание взрыво­опасной смеси может протекать с ускорением. А чем выше скорость распространения пламени, тем более опасно взрывное горение.

Многочисленными исследованиями было показано, что вероятность детонационного сгорания реально создаваемых взры­воопасных сред весьма мала, а возможность взрывного горения, сопровождающегося ударной волной, представляющую собой рас­пространяющуюся волну скачка уплотнения газа, создается при эффективной видимой скорости пламени, равной примерно 0,2 М (М - число Маха, определяемое отношением фактической скорос­ти перемещения газа к скорости звука в данной среде). Для углеводородовоздушных смесей это соответствует видимой скорости пламени около 60 м/с.

Причинами ускорения пламени (интенсификации горения) могут быть различные газодинамические и теплофизические явления.

Пожаро- и взрывоопасность веществ и материалов опреде­ляется показателями, характеризующими предельные условия возникновения горения и максимальную опасность, создаваемую при возникшем горении. При этом необходимо помнить, что соб­ственно сгорание веществ и материалов, как правило, происходит в газовой фазе. Поэтому характер показателей и их количество зависят от агрегатного состояния горючих материалов.

Когда горючим веществом является газ, основ­ными показателями являются:

КПР - концентрационные пределы рас­пространения пламени, называемые также пределами вос­пламенения или взрываемости,

U_н (м/с) - нормальная скорость распростра­нения пламени,

Т_с (^оС) - температура самовоспламенения,

МЭЗ (Дж) - минимальная энергия зажигания,

P_max (кПа) - максимальное давление, возникающее в помещении при быстром расширении нагретых продуктов сгорания, которое может разрушить помещение. Внешне это явление выглядит как взрыв.

Производными от них являются:

dP/dt (мПа/с) - скорость нарастания давления взрыва,

МВСК (% об.) - минималь­ное взрывоопасное содержание кислорода.

Физический смысл КПР может быть пояснен следующим образом. Представ­ляется очевидным, что при последовательном повышении содер­жания компонентов горючей смеси от их нулевого значения до некоторой их вполне определенной концентрации будет дости­гаться условие, характеризуемое уравнением (1.4), и возникнет пламя, рас­пространяющееся с соответствующей U_н. Предел, определяемый минимальным содержанием горючего компонента в бедной сме­си, называется нижним концентрационным пределом распростра­нения пламени (НКПР), а предел, лимитируемый содержанием окислителя в богатой смеси и характеризуемый максимально воз­можным содержанием горючего компонента, при котором еще возможно распространение пламени, называется верхним кон­центрационным пределом распространения пламени (ВКПР).

Для наглядности на рис. 1.3 КПР показана Схема концентрации пределов распространения пламени.

	Область воспламенения
0% горючего				100% горючего
100% воздуха	НКПР		ВКПР	0% воздуха
Стехиометрическое соотношение горючего и воздуха