Пожарка. 06 Пожарка. Лабораторная работа 6 Характеристика пожарной опасности производств
 Скачать 160.5 Kb.
|
|
Лабораторная работа № 6 Характеристика пожарной опасности производств Цель работы: изучить основные показатели пожаровзрывоопасности веществ и материалов, виды горения, методы оценки взрыво- и пожароопасности объектов и методику определения температур вспышки и воспламенения жидкого топлива. Основные понятия и определения Промышленные предприятия часто характеризуются повышенной взрыво- и пожароопасностью, так как их отличает сложность производственных установок, значительное количество легковоспламеняющихся и горючих жидкостей, сжиженных горючих газов, твердых сгораемых материалов, большое количество емкостей и аппаратов, в которых находятся пожароопасные продукты под давлением, разветвленная сеть трубопроводов с регулировочной аппаратурой, большая оснащенность электроустановками. Пожар – это неконтролируемое горение вне специального очага, наносящее материальный ущерб. Горение – это химическая реакция окисления, сопровождающаяся выделением большого количества тепла и свечением. Для возникновения горения необходимо наличие горючего вещества, окислителя (обычно кислород воздуха) и источника зажигания. Кроме того, необходимо, чтобы горючее вещество было нагрето до определенной температуры и находилось в определенном количественном соотношении с окислителем, а источник загорания имел бы определенную энергию. Окислителями являются также хлор, фтор, оксиды азота и другие вещества. Согласно ГОСТ 12.1.004–91 ССБТ «Пожарная безопасность. Общие требования» пожарная безопасность – это состояние объекта, при котором исключается возможность пожара, а в случае его возникновения предотвращается воздействие на людей опасных факторов пожара и обеспечивается защита материальных ценностей. С учетом этого определения разрабатывают профилактические мероприятия и систему пожарной защиты. Нормативная вероятность возникновения пожара принимается равной не более 10-6 в год на отдельный пожароопасный элемент рассматриваемого объекта. Такая же вероятность воздействия опасных факторов пожара в расчете на отдельного человека (риск) принимается при разработке системы пожарной защиты. Опасными факторами пожара являются: повышенная температура воздуха и предметов, открытый огонь и искры, токсичные продукты горения и дым, пониженная концентрация кислорода, взрывы, повреждение и разрушение зданий и сооружений. Вещества, способные самостоятельно гореть после удаления источника зажигания, называются горючими, в отличие от веществ, которые на воздухе не горят и называются негорючими. Промежуточное положение занимают трудногорючие вещества, которые возгораются при действии источника зажигания, но прекращают горение после удаления последнего. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов определяется показателями (свойствами), характеризующими предельные условия возникновения процесса горения. Если горючее вещество является газом, то его основные показатели следующие: 1) концентрационные пределы распространения пламени (КП) или пределы воспламенения; 2) скорость распространения пламени Uн; 3) минимальное взрывоопасное содержание кислорода (МВСК); 4) температура самовоспламенения Tс; 5) давление взрыва Рmaх; 6) скорость его нарастания dP/dt; 7) минимальная энергия зажигания (МЭЗ). Применяют также показатели: нижний концентрационный предел распространения пламени (НКП) и верхний концентрационный предел распространения пламени (ВКП). При оценке пожароопасности жидкостей перечисленные выше показатели дополняются следующими: температура вспышки Твсп; температура воспламенения Тв; температурные пределы распространения пламени (ТП); нижний предел (НТП) и верхний предел (ВТП) – это температуры жидкости, при которых давление насыщенных паров создает над жидкостью концентрации, соответствующие концентрационным пределам распространения пламени. Пожарная опасность твердых веществ и материалов характеризуется их склонностью к возгоранию и самовозгоранию. Различают следующие виды горения: а) вспышка – быстрое сгорание горючей смеси без образования повышенного давления газов; б) возгорание – возникновение горения от источника зажигания; в) воспламенение – возгорание, сопровождающееся появлением пламени; г) самовозгорание – горение, возникающее при отсутствии внешнего источника зажигания; д) самовоспламенение – самовозгорание, сопровождающееся появлением пламени; е) взрыв – чрезвычайно быстрое горение, при котором происходит выделение энергии и образование сжатых газов, способных производить механические разрушения. Температурой вспышки называется самая низкая температура горючего вещества, при которой над его поверхностью образуются пары и газы, способные давать вспышку в воздухе от источника зажигания, но скорость образования паров и газов недостаточна для устойчивого горения. Значения температуры вспышки применяют при классификации жидкостей по степени пожароопасности, при определении категории производств по взрывной, взрывопожарной и пожарной опасности в соответствии с требованиями СНиП; классов взрывоопасных и пожароопасных зон в соответствии с требованиями Правил устройства электроустановок (ПУЭ), а также при разработке мероприятий для обеспечения пожарной безопасности и взрывобезопасности в соответствии с ГОСТ 12.1.004–85 и ГОСТ 12.1.010–76. По температуре вспышки горючие вещества делятся на два класса: 1) Легковоспламеняющиеся жидкости (ЛВЖ). К ним относятся жидкости с температурой вспышки, не превышающей 61°С (или 66 °С в открытом тигле) – бензин, этиловый спирт, ацетон, нитроэмали и др. 2) Горючие жидкости (ГЖ). Жидкости, имеющие температуру вспышки выше 61 °С (или 66 °С в открытом тигле), относятся к классу ГЖ (масла, мазут, формалин и др.). Температура воспламенения – наименьшая температура горючего вещества, при которой оно выделяет горючие пары и газы с такой скоростью, что при поднесении источника зажигания возникает устойчивое горение. Температурой самовоспламенения называют самую низкую температуру вещества, при которой оно загорается в процессе нагревания без непосредственного контакта с огнем. Самовоспламенение возможно только при определенных соотношениях горючего вещества и окислителей. Существуют понятия: нижний и верхний концентрационные пределы воспламенения. Интервал между ними называется диапазоном или областью воспламенения. Различают и температурные пределы воспламенения. Процессы самовозгорания в зависимости от внутреннего импульса бывают: 1. Химические. Химическое самовозгорание возникает от воздействия на вещество кислорода, воздуха, воды или от взаимодействия веществ (самовозгорание промасленных тряпок, спецодежды, ваты и даже металлических стружек). 2. Микробиологические. Микробиологическое самовозгорание происходит при соответствующих влажности и температуре в растительных продуктах (от грибка). 3. Тепловые. Тепловое самовозгорание происходит в результате продолжительного действия незначительного источника тепла, при этом вещества разлагаются, адсорбируются и в результате действия окислительных процессов самонагреваются (опилки, ДВП, паркет при температуре 100 °С). Существуют и другие показатели для оценки пожарной опасности веществ, определяемые по стандартным методикам. Пожарная и взрывная опасность веществ и материалов – близкие характеристики, поясняемые в основном одними и теми же показателями. Различие между этими характеристиками заключается в скорости распространения пламени, которая для взрывных процессов существенно выше, чем при пожаре. Знание скорости распространения пламени необходимо для оценки возможной взрывной нагрузки на взрывоопасные здания и сооружения, а также для расчета и проектирования предохранительных (легкосбрасываемых) конструкций, предназначенных для сброса избыточного давления. Определение температур вспышки и воспламенения жидкого топлива К повышению температуры вспышки приводит к повышению давления. Зависимость между температурой вспышки при нормальном давлении t760 и температурой вспышки tp при ином барометрическом давлении ρ (мм рт. ст.) выражается эмпирической формулой t760=tр+0,00012(760–ρ)(273+tр). (1) Температуру вспышки определяют по стандартным методикам в открытых и закрытых тиглях. Различие между температурой вспышки, определяемой в открытом и закрытом тиглях, составляет 20...60 °С. В закрытых тиглях пары, образующиеся при нагревании жидкого топлива, не удаляются в окружающее пространство. Концентрация паров топлива в смеси с воздухом, при котором происходит вспышка, достигается при нагреве более низкой температуры, чем в открытых тиглях. При низкой температуре вспышки жидкого топлива ее определяют обычно в закрытых, а при высокой – в открытых тиглях. Температура вспышки мазута различных марок должна быть не ниже 80…140 °С. Описание установки Температуру вспышки и воспламенения определяют в открытом приборе. Прибор открытого типа состоит из металлического тигля диаметром 64±1 мм, высотой 47±1 мм, помещенного в металлическую песчаную баню 2 с электроподогревом (Рис. 1).  Рис. 1. Установка для определения температуры вспышки и воспламенения жидкого топлива: 1 – металлический тигель; 2 – металлическая песчаная баня с электроподогревом; 3 – термометр; 4 – передвижная лапка Для измерения температуры жидкого топлива служит термометр 3, верхний конец которого закрепляют на штативе при помощи передвижной лапки 4. Нижний конец термометра погружают в жидкое топливо. Подогрев песчаной бани 2 осуществляется вмонтированным электронагревателем, включение которого производится двумя кнопками на панели прибора. Мощность электронагрева подбирается включением соответствующей кнопки 150 или 250 Вт. Порядок выполнения работы Предварительно промытый бензином и подогретый тигель 1 помещают в песчаную баню 2 так, чтобы уровень песка был на одной высоте с уровнем топлива в тигле. Затем укрепляют лапку 4 штатива с термометром 3 на такой высоте, чтобы ртутный шарик термометра помещался посредине между дном тигля и уровнем жидкости. При испытании жидкого топлива вспышки до 210 °С уровень жидкости должен находиться на расстоянии 12 мм от края тигля. Включают электроподогрев песчаной бани. Вначале скорость повышения температуры продукта составляет 10 град/мин, а затем за 40 °С до ожидаемой температуры вспышки 4 град/мин. За 10 °С до ожидаемой температура вспышки начинают через каждые 2 с испытания на вспышку, проводя по краю тигля параллельно поверхности топлива пламенем зажигательного устройства. При этом делают два оборота: один по часовой стрелке, другой – против. Длительность испытания должна быть не более 23 с. Моментом вспышки считается появление над жидким топливом синего пламени, сопровождаемое обычно легким взрывом, при котором отмечается появление перебегающего и быстро исчезающего синего пламени. За температуру вспышки принимают показание термометра в момент вспышки. Допускаемое расхождение между двумя параллельными определениями для жидкого топлива с температурой вспышки выше 150 °С находится в пределах 6 °С. Температуру воспламенения жидкого топлива определяют после установления температуры вспышки. Для этого продолжают нагревать жидкое топливо со скоростью 4 град/мин. Через каждые 2 °С повышения температуры пламенем зажигательного устройства проводят горизонтально над поверхностью тигля. Температура, при которой жидкое топливо воспламенилось и продолжает гореть не менее 5 с, является температурой воспламенения. После воспламенения топлива ослабляют лапку штатива и вынимают из тигля термометр. Тигель накрывают крышкой для прекращения доступа воздуха. Допускаемое расхождение между двумя определениями температуры воспламенения равно 6 °С. После определения температуры воспламенения прекращают обогрев песчаной бани. При снижении температуры жидкого топлива на 40 °С возобновляют нагрев песчаной бани и испытания проводят второй раз. Обработка результатов Температуру вспышки и воспламенения жидкого топлива определяют с точностью 1 °С при помощи термометра. По барометру измеряют давление воздуха в условиях опыта. Рассчитывают температуру вспышки при нормальном давлении t760 по эмпирической формуле (1). Данные заносятся в таблицу (табл. 1). Таблица 1. Экспериментальные значения температуры вспышки и воспламенения
Определяют расхождения между полученными характеристиками жидкого топлива. Mетоды оценки пожаро- и взрывоопасности объектов Существует два метода оценки пожаро- и взрывоопасности объектов – детерминированный и вероятностный. Детерминированный характер носят следующие нормативные документы: «Общероссийские нормы технологического проектирования» (ОНТП) и «Правила устройства электроустановок» (ПУЭ). Вероятностный метод основан на концепции допустимого риска и предусматривает недопущение воздействия на людей ОФП с вероятностью, превышающей нормативную. Нормативным документом, основанным на вероятностном подходе, является ГОСТ 12.1.004–91 ССБТ «Пожарная безопасность. Общие требования». ОНТП устанавливают методику и порядок определения категорий помещений и зданий производственного и складского назначения по взрывопожарной и пожарной опасности. В зависимости от категории назначаются нормативные требования по планировке и застройке, этажности, выбору строительных конструкций и строительного оборудования. Категории помещений (табл. 2) установлены в зависимости от агрегатного состояния горючих веществ и температуры вспышки в случае возможного пролива ЛВЖ и ГЖ. Количественным показателем категорирования является максимально возможное избыточное давление ΔР, развиваемое при сгорании взрывоопасной среды помещения. Таблица 2 Категории помещений по взрывопожарной и пожарной опасности
Таблица 3 Значение удельной пожарной нагрузки для определения категорий В1-В4
После установления категории помещений устанавливают категорию зданий, в которых находятся эти помещения. Здание относится к категории А, если суммарная площадь помещений категории А превышает 5 % площади всех помещений, или 200 м2. К категории Б относится здание, если суммарная площадь помещений категорий А и Б превышает 5 % площади всех помещений или 200 м2 (но при этом площадь помещения категории А меньше 5 % или 200 м2). Если помещения оборудованы установками автоматического пожаротушения, то для зданий категорий А или Б площадь помещений соответствующих категорий должна превышать 25 % всей площади помещений или 1000 м2, 3500 м2 (зданий категории В) и 5000 м2 (зданий категории Г). Правила устройства электроустановок регламентируют устройство электрооборудования в производственных помещениях и в наружных технологических установках на основе классификации взрывоопасных зон и смесей. Взрывоопасность зон характеризуется возможностью выделения горючих газов, ЛВЖ или горючих пылей с НКП<65 г/м3. К зоне класса B-I относятся помещения, в которых могут образоваться взрывоопасные смеси в объеме более 5 объема помещения (при нормальных условиях работы). В зону класса B-I А входят помещения, в которых взрывоопасные смеси в объеме более 5 объема помещения образуются лишь при авариях и неисправностях. К зоне класса B-I Б относят помещения, в которых имеются горючие газы и пары с НКП>15 % по объему, а также обладающие резким запахом; возможно образование лишь локальных взрывоопасных смесей в объеме менее 5 % объема помещения. В зону класса B-I Г входят наружные установки, содержащие горючие газы и ЛВЖ. К зоне класса В-II относят помещения, в которых могут образовываться взрывоопасные пылевоздушные смеси при нормальном режиме работы. К зоне В-II А – только при авариях и неисправностях. К пожароопасным зонам в ПУЭ относят помещения и наружные установки, содержащие: зона П-I – помещения с ГЖ; зона П-II – горючие пыли с НКП>65 г/м3; зона П- II А – твердые горючие материалы, не образующие взрывоопасные смеси; зона П-III – наружные установки с ГЖ или твердыми горючими материалами. Как уже отмечалось, ГОСТ 12.1.004–91 «Пожарная безопасность. Общие требования» предусматривает определение вероятности воздействия на людей ОФП (опасных факторов пожара) qo.ф.п и сравнение ее с нормативной вероятностью воздействия Qнo.ф.п (принимается равной 10-6 /год) qо.ф.п Достижение требуемой вероятности воздействия на персонал ОФП начинается с правильного проектирования или выбора производственного здания. Оно считается правильно спроектированным в том случае, если наряду с решением функциональных, прочностных, санитарных и других технических и экономических задач обеспечены условия пожарной безопасности. Методика определения категории пожаро- и взрывоопасности объекта Определение категорий помещений и зданий предприятий производится на стадии проектирования в соответствии с требованиями НПБ 105-95 «Определение категорий помещений и зданий по взрывопожарной и пожарной опасности». Отнесение помещения к категориям А и Б (взрыво- и пожароопасным) производится на основании анализа физико-химических свойств хранящихся в нем веществ и материалов, а также по величине избыточного давления ΔР, кПа. Избыточное давление взрыва ΔР для индивидуальных веществ, состоящих из атомов С, Н, N, О, Cl, Br, J, F, определяется по формуле  , (3)где Рмах максимальное давление взрыва стехиометрической ГВС или ПВС в замкнутом объеме, при отсутствии данных, кПа (при отсутствии данных принимать Ртах=900 кПа); Ро начальное давление, кПа (принимать Ро=101 кПа); m масса горючего газа или паров ЛВЖ и ГЖ, вышедшая в результате аварии в помещение, кг (задается преподавателем); z коэффициент участия горючего во взрыве (см. прил. 13); Vсв свободный объем помещения, м3 (принимается равным 80 % от геометрического объема помещения); Кнкоэффициент, учитывающий негерметичность помещения, Кн=3; плотность вещества, кг/м3 (см. прил. 14); Сст стехиометрическая концентрация ГГ или паров ЛВЖ и ГЖ, об. %:  (4)где  стехиометрический коэффициент кислорода в реакции горения, определяемый по формуле: (5)где пс, пн, п0, пхчисло атомов С, Н, Ои галогенов в молекуле горючего (см. прил. 1, при отсутствии данных принимать β=1). Расчет ΔР для индивидуальных веществ, кроме упомянутых выше, а также для смесей, может быть выполнен по формуле  (6)где НТ теплота сгорания, Дж/кг (см. прил. 14); ρв плотность воздуха до взрыва при начальной температуре То, кг/м3 ;(рв=1293 кг/м3); Ср теплоемкость воздуха, Дж/(кгК); (Ср=1,01103 Дж/(кгК)); То начальная температура воздуха, К (То=293 К). Расчет избыточного давления взрыва для горючих пылей необходимо проводить по методике, изложенной в п. 3.123.18 НПБ 105-95. После вычисления избыточного давления по формулам (3) и (6) необходимо сравнить полученное значение с 5 кПа и на основании анализа свойств вещества сделать один из следующих выводов: 1) в случае, если ΔР>5 кПа, то помещение относят к категории А либо Б в зависимости от физико-химических свойств хранящихся горючих веществ и их количества; 2) в случае, если ΔР<5 кПа, то помещение относят к категориям В1В4, в таких случаях: - вещества, хранящиеся в помещении, могут только гореть; - помещение не относится к категориям А или Б. Определение пожароопасной категории помещения В1-В4 осуществляется исходя из значения удельной пожарной нагрузки, т.е. теплоты сгорания всех имеющихся в помещении горючих и трудногорючих материалов, приходящихся на единицу площади пола помещения. Величину постоянной пожарной нагрузки (количество находящихся в помещении веществ постоянно) определяют по формуле  (7)где п количество горючих и трудногорючих веществ, находящихся в помещении, кг (задается преподавателем); Mi масса i-го материала пожарной нагрузки, кг (задается преподавателем);  теплота сгорания i-го материала пожарной нагрузки, МДж/кг (см. прил. 14); F площадь помещения, м2 (определяется по плану здания).Рассчитанное по формуле (7) значение удельной пожарной нагрузки Р сравнивают с нормативным значением удельной пожарной нагрузки и в зависимости от этого относят помещение к категориям В1-В4. Категории остальных помещений в здании (не заданных преподавателем) определяются исходя из назначения помещения. Определение категорий помещений следует осуществлять путем последовательной проверки принадлежности помещения к категориям от высшей (А) к низшей (Д). Категорию здания определяют в зависимости от суммарной площади помещений различных категорий, расположенных в здании согласно требованиям п. 4 НПБ 105-95. Контрольные вопросы 1. Что такое пожарная безопасность объекта? 2. Какие основные нормативные документы регламентируют требования к пожаро- и взрывобезопасности промышленных объектов? 3. Перечислите опасные факторы пожара. 4. Какие группы горючести веществ Вы знаете? 5. По каким показателям оценивается пожаро- и взрывобезопасность промышленных объектов? 6. Перечислите виды горения. 7. С какой целью определяют температуру вспышки? Температуру воспламенения? 8. Методика определения температуры вспышки и температуры воспламенения жидкого топлива. 9. Методы оценки пожаро- и взрывоопасности предприятий. 10. Назовите категории помещений по пожаро- и взрывоопасности. 11. Что является количественным показателем категорирования помещений? 12. Классификация взрывоопасных зон и смесей по ПУЭ. 13. Методика определения категории пожаро- и взрывоопасности объекта. Приложение 1 Пожароопасные свойства некоторых веществ и материалов
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||