Текст для учебника-9. Тема Обеспечение пожарной безопасности объектов защиты Лекция Система обеспечения пожарной безопасности
 Скачать 2.11 Mb.
|
|
Методы испытаний на горючесть веществ и материалов Методы испытаний на горючесть веществ и материалов устанавливаются нормативными документами по пожарной безопасности. В настоящее время основным таким документом также является ГОСТ 12.1.044-89 (ИСО 4589-84) «Межгосударственный стандарт. Система стандартов безопасности труда. Пожаровзрывоопасность веществ и 43 материалов. Номенклатура показателей и методы их определения» (ред. от 01.04.2000). Рассмотрим некоторые из основных методов, приведенных в названном стандарте. Рассмотрим метод оптимизации, применяемый для определения нормальной скорости распространения пламени в газо- и паровоздушных смесях в широком диапазоне давлений и температур (по ГОСТ 12.1.044-89 (ИСО 4589-84)). Схема установки для определения нормальной скорости распространения пламени приведена на рис. 2.1. Рис. 2.1. Схема установки для определения нормальной скорости распространения пламени: 1 – реакционный сосуд; 2 – электроды зажигания; 3 – термостат; 4 – линия подачи горючего; 5 – линия подачи окислителя; 6 – линия подачи флегматизатора; 7 – измеритель давления; 8 – клапаны; 9 – ртутный манометр; 10 – вакуумный насос; 11 – газовый смеситель; 12 – усилители тиристорные; 13 – регуляторы температуры; 14 – электронагреватели; 15, 24 – термоэлектрические преобразователи; 16 – 44 датчик давления; 17 – регистратор динамического давления; 18 – пульт управления; 19 – зажигающее устройство; 20 – усилитель; 21 – смотровые окна; 22 – скоростная кинокамера; 23 – измеритель температуры.Реакционный сферический сосуд вместимостью 10 дм 3 , имеющий смотровое окно для регистрации процесса распространения пламени, снабжен датчиком давления и соединен через клапаны с манометром, вакуумным насосом, системой подачи и сброса газов и паров. В центре сферической полости сосуда сформирован разрядный промежуток. Для повышения точности регистрации давления на начальной стадии развития процесса рекомендуется использовать второй датчик давления. Допускается применять сферические реакционные сосуды вместимостью от 3 до 25 дм 3 Смеситель газовый для приготовления гомогенной газопаровой смеси при повышенном давлении позволяет проводить подряд несколько экспериментов в реакционном сосуде со смесью заданной концентрации. Датчик давления должен обеспечивать регистрацию быстроизменяющегося давления в частотном диапазоне от 0 до 1500 Гц и иметь верхний предел измерения не менее чем в 10 раз больше начального давления в сосуде. При необходимости систему измерения давления тарируют либо подачей воздуха в реакционный сосуд, либо на специально предназначенном для этого прессе. В качестве источника зажигания используют электрическую искру с энергией не более 0,1 Дж и длительностью не более 3 мс. Расстояние между конусообразными концами электродов не более 2,5 мм. Диаметр электродов не более 3 мм. Термошкаф обеспечивает нагрев реакционного сосуда, испарителя и связывающих их пневмолиний до необходимой температуры с равномерностью не менее 5 %. Регистратор динамического давления должен обеспечивать непрерывную или дискретную запись изменения во времени давления 45 внутри сосуда в процессе горения. За начало отсчета времени принимают момент срабатывания источника зажигания. Манометры для измерения статического давления в сосуде, пневмолиниях, испарителе и газовом смесителе используются с погрешностью измерения не более 0,133 кПа при давлении до 100 кПа и не более 0,25 % – при давлении более 100 кПа. Вакуумный насос обеспечивает остаточное давление в реакционном сосуде не более 0,266 кПа. Клапаны и пневмолинии, выдерживающие давление взрыва, обеспечивают возможность вакуумирования сосуда. Пульт управления обеспечивает синхронизацию момента зажигания смеси с регистрацией процесса распространения пламени с помощью скоростной кинокамеры. При проведении испытаний реакционный сосуд проверяют на герметичность. Герметичность сосуда должна быть такой, чтобы при остаточном давлении не более 1 кПа изменение давления за 10 мин не превысило 0,133 кПа. Приготавливают в реакционном сосуде горючую смесь. Для чего вакуумируют сосуд до остаточного давления не более 0,266 кПа, затем поочередно подают в него компоненты смеси по парциальным давлениям или газовую смесь из смесителя, где она предварительно подвергается конвективному перемешиванию. При необходимости сосуд и испаритель нагревают до температуры испытаний, для чего используют термошкаф и устройства автоматического регулирования температуры. Допускается нагревать исходную смесь до температуры, не превышающей 55 % от температуры самовоспламенения. В реакционном сосуде создают требуемое для испытаний давление горючей смеси. Закрывают все клапаны установки и с пульта управления инициируют зажигание смеси в сосуде. Момент срабатывания 46 зажигающего устройства и изменение давления в сосуде записываются регистратором динамического давления. При необходимости используют скоростную кинокамеру для регистрации процесса распространения пламени. Испытание при заданных значениях начального давления, температуры и концентрации смеси повторяют не менее трех раз. Каждую экспериментальную зависимость изменения давления во времени обрабатывают в соответствии с требованиями приложения 7 ГОСТ 12.1.044-89 (ИСО 4589-84). После каждого испытания реакционный сосуд вакуумируют и продувают воздухом не менее трех раз. При наличии конденсата сосуд промывают. С целью определения максимального значения нормальной скорости распространения пламени для исследуемого вещества при заданных значениях начального давления и температуры проводят испытания со смесями различного состава, близкого к стехиометрическому. Для определения значений нормальной скорости распространения пламени по смеси заданного состава в широком диапазоне давлений и температур проводят серии испытаний, отличающиеся начальным давлением и/или температурой. Далее производят оценку результатов значений нормальной скорости распространения пламени в соответствии с требованиями приложения 7 ГОСТ 12.1.044-89 (ИСО 4589-84). Сходимость метода при доверительной вероятности 95 % не должна превышать 10 %. Воспроизводимость метода при доверительной вероятности 95 % не должна превышать 20 %. Условия и результаты испытаний регистрируют в протоколе требуемой формы по ГОСТ 12.1.044-89 (ИСО 4589-84). Рассмотрим метод экспериментального определения условий теплового самовозгорания твердых веществ и материалов. 47 Аппаратура для определения условий теплового самовозгорания включает в себя следующие элементы (рис. 2.2): 1. Термостат вместимостью рабочей камеры не менее 40 дм 3 с терморегулятором, позволяющим поддерживать постоянную температуру от 60 до 250 °С с погрешностью не более 3 °С. 2. Корзиночки из коррозионностойкого металла кубической или цилиндрической формы высотой 35, 50, 70, 100, 140 и 200 мм (по 10 шт. каждого размера) с крышками. Диаметр цилиндрической корзиночки должен быть равен ее высоте. Толщина стенки корзиночки – (1,0 ± 0,1) мм. 3. Термоэлектрические преобразователи (не менее 3) максимальным диаметром рабочего спая не более 0,8 мм. Рис. 2.2. Схема расположения термоэлектрических преобразователей: 1, 2, 3 – рабочие спаи термоэлектрических преобразователей.При подготовке к испытанию проводят тарировочное испытание с целью определения поправки к показаниям термоэлектрических преобразователей 2 и 3. Для этого в термостат, нагретый до заданной температуры, помещают корзиночку с негорючим веществом (например, прокаленным песком). Устанавливают 48 термоэлектрические преобразователи таким образом, чтобы рабочий спай одного термоэлектрического преобразователя контактировал с образцом и располагался в его центре, второго – соприкасался с внешней стороной корзиночки, третьего – находился на расстоянии (30 ± 1) мм от стенки корзиночки. Рабочие спаи всех трех термоэлектрических преобразователей должны располагаться на одном горизонтальном уровне, соответствующем средней линии термостата. Корзиночку с негорючим веществом выдерживают в термостате до установления стационарного режима, при котором показания всех термоэлектрических преобразователей в течение 10 мин остаются неизменными или колеблются с постоянной амплитудой около средних температур. Вычисляют поправку по формулам приложения 13 ГОСТ 12.1.044-89 (ИСО 4589-84). Образцы для испытания должны характеризовать средние свойства исследуемого вещества (материала). При испытании листового материала его набирают в стопку, соответствующую внутренним размерам корзиночки. В образцах монолитных материалов предварительно высверливают до центра отверстие диаметром (7,0 ± 0,5) мм для термоэлектрического преобразователя. При проведении испытаний заполняют корзиночку исследуемым образцом. Устанавливают термоэлектрические преобразователи в соответствии с вышеописанной схемой. Корзиночку закрывают крышкой и помещают ее в центр термостата, нагретого до заданной температуры испытания (например, 200 °С). За температуру испытания принимают среднеарифметическое показаний термоэлектрических преобразователей 2 и 3 за вычетом поправки. Образец выдерживают в термостате до самовозгорания или (при отсутствии самовозгорания) в течение времени, указанного в табл. 33 ГОСТ 12.1.044-89 (ИСО 4589-84). 49 За самовозгорание принимают повышение температуры образца (по показаниям термоэлектрического преобразователя 1) до (450 ± 50) °С. Если при первом испытании самовозгорание не произошло в течение времени, указанного в табл. 33, то следующее испытание с новым образцом данного объема проводят при большей температуре. Если при первом испытании произошло самовозгорание, то следующее испытание с новым образцом данного объема проводят при меньшей температуре (например, на 20 °С меньше). Испытания повторяют при различных температурах с образцами данного объема до достижения минимальной температуры, при которой происходит самовозгорание, а при температуре на 10 °С меньше минимальной самовозгорание не происходит. Среднеарифметическое значение этих температур принимают за температуру самовозгорания образца данного объема. Аналогичные испытания проводят с образцами исследуемого вещества в корзиночках других размеров. На основании полученных результатов испытаний строят графики зависимости логарифма температуры самовозгорания от логарифма удельной поверхности и логарифма времени до самовозгорания. Условия и результаты испытаний регистрируют в протоколе требуемой формы по ГОСТ 12.1.044-89 (ИСО 4589-84). Рассмотрим метод экспериментального определения минимальной энергии зажигания пылевоздушных смесей. Установка для определения минимальной энергии зажигания пылевоздушных смесей показана на рис. 2.3. 50 Рис. 2.3. Установка для определения минимальной энергии зажигания пылевоздушных смесей: 1 – вибратор; 2 – распылитель; 3 – сетка; 4 – электроды зажигания; 5 – регулятор межэлектронного расстояния. Виброситовой распылитель на базе электромагнитного вибратора от вибромассажного прибора ВПМ-3 мощностью 18 Вт, обеспечивающий создание пылевого облака различной концентрации. Изменение концентрации пылевоздушной смеси достигается регулировкой напряжения на вибраторе распылителя в диапазоне 20–240 В. Распылитель снабжен ситами с размером ячеек 40 и 100 мкм. Диаметр сит должен быть 15–20 мм. Расстояние между ситом распылителя и горизонтальной плоскостью расположения электродов должно регулироваться дискретно с погрешностью не более 1 мм и принимать значения 5; 10 мм. Электроды искрового источника зажигания, представляющие собой стержни из нержавеющей стали диаметром не более 3 мм, длиной не менее 20 мм. Электроды закреплены горизонтально и соосно друг к другу. Угол заточки электродов должен быть не более 15°, расстояние между электродами составляет 2–6 мм и регулируется дискретно с шагом 1 мм и погрешностью ± 0,1 мм. 51 Установка должна обеспечивать искровой разряд с запасенной энергией 10 -3 –10 -1 Дж (при необходимости указанные пределы можно расширить). Частота следования искровых разрядов не должна превышать 2 Гц. В блоке формирования искрового разряда используют: источник высокого напряжения постоянного тока с регулируемым напряжением от 5 до 12 кВ; киловольтметр типа С-196; измеритель L, C, R типа Е7-11; конденсаторы вакуумные типа КП 1-4 для запасаемой энергии от 0 до 50 мДж и дополнительные конденсаторы типа ФГТ-И для запасаемой энергии от 50 до 100 мДж; индуктивность, в качестве которой использована высоковольтная обмотка автомобильной катушки зажигания типа Б115; вакуумные выключатели типа ВВ-16/10. Монтаж высоковольтной цепи должен производиться высоковольтным проводом марки ППОВ, а суммарная длина провода не должна превышать 2 м. Пригодность установки к работе проверяют по ликоподию (ГОСТ 22226), минимальная энергия зажигания которого должна быть равной (15 ± 5) мДж. Для испытаний используют пыль дисперсностью менее 100 мкм. Регулируют параметры разрядного контура (емкость рабочего конденсатора и напряжение на его обкладках) таким образом, чтобы обеспечивалось заданное значение запасенной в конденсаторе энергии. Устанавливают в распылитель сито с таким размером ячеек, при котором достигается максимальный диапазон изменения концентрации пыли. Виброситовым распылителем создается пылевоздушная смесь, пронизывающая разрядный промежуток. Включают рабочую и контролирующую аппаратуру, обеспечив режим периодичного инициирования искрового разряда. Испытания на воспламенение пылевоздушной смеси проводят при заведомо зажигающей энергии, дающей вероятность воспламенения от 0,1 до 0,6. При этом величина разрядного промежутка равна 4 мм, расстояние между ситом и электродами равно 10 мм. 52 Если при 100 мДж нет воспламенения пылевоздушной смеси, то испытания повторяют, изменяя величину разрядного промежутка, высоту сита над электродами, а также напряжение на вибраторе с шагом 50 В. Число искровых разрядов в каждой серии должно быть не менее 100. Минимальной энергией зажигания данной пылевоздушной смеси считают энергию св. 100 мДж, если при испытаниях не зарегистрировано ни одного воспламенения. В момент воспламенения пылевоздушной смеси отключают виброситовой распылитель и источник высокого напряжения постоянного тока. За воспламенение принимают горение пылевоздушной смеси и распространение пламени от источника зажигания на расстояние, более чем в 2 раза превышающее разрядный промежуток. Испытания на воспламенение пылевоздушной смеси повторяют при различном напряжении на вибраторе распылителя до выявления наиболее легко воспламеняющейся смеси. Наиболее легко воспламеняющаяся пылевоздушная смесь имеет самую высокую вероятность воспламенения. Число воспламенений должно быть одинаковым в каждой серии и не менее 10. Изменяя расстояние между ситом дозатора и электродами, а также величину разрядного промежутка, повторяют испытания с наиболее легко воспламеняющейся пылевоздушной смесью до выявления оптимальных значений вышеназванных переменных. Оптимальные значения указанных параметров характеризуются наибольшей вероятностью воспламенения. Изменяя энергию искрового разряда, проводят испытания с наиболее легко воспламеняющейся пылевоздушной смесью при оптимальных значениях h и l до выявления минимальной энергии зажигания. По экспериментальным данным строят кривую зависимости вероятности воспламенения от величины энергии зажигания. Производят оценку результатов. 53 За минимальную энергию зажигания исследуемой пылевоздушной смеси принимают значение энергии зажигания, соответствующее вероятности воспламенения 0,01. Условия и результаты испытаний регистрируют в протоколе требуемой формы по ГОСТ 12.1.044-89 (ИСО 4589-84). Лекция 2.2. Классификация технологических сред по пожарной опасности Пожаровзрывоопасность и пожарная опасность технологических сред В соответствии с ФЗ-123 классификация технологических сред по пожаровзрывоопасности и пожарной опасности используется для установления безопасных параметров ведения технологического процесса. Технологическая среда – это вещества и материалы, обращающиеся в технологической аппаратуре (технологической системе). Технологические среды могут представлять собой: – индивидуальные химические вещества в чистом виде и в виде технического продукта, отвечающего соответствующим требованиям стандарта или техническим условиям; – смеси индивидуальных химических веществ, выпускаемые в соответствии со стандартом или техническими условиями; – природные и искусственные материалы, отвечающие требованиям соответствующих стандартов или технических условий; – технологические полупродукты и продукты производства, которые выделяются в виде самостоятельных фракций и накапливаются в количествах, создающих пожарную опасность. Пожаровзрывоопасность и пожарная опасность технологических сред характеризуется показателями пожаровзрывоопасности и пожарной опасности веществ, обращающихся в технологическом процессе, и параметрами технологического процесса (см. табл. 2.1). 54 Методы определения показателей пожаровзрывоопасности и пожарной опасности веществ, входящих в состав технологических сред, устанавливаются нормативными документами по пожарной безопасности. Как уже было показано, основным таким нормативным документом в настоящее время является ГОСТ 12.1.044-89 (ИСО 4589-84). Кроме того используются и другие документы: ГОСТ 511-82 «Топливо для двигателей. Моторный метод определения октанового числа»; ГОСТ Р 12.3.047-2012 «Система стандартов безопасности труда. Пожарная безопасность технологических процессов. Общие требования. Методы контроля»; ГОСТ 30852.2-2002 (МЭК 60079-1А: 1975) «Электрооборудование взрывозащищенное. Часть 1. Взрывозащита вида «взрывонепроницаемая оболочка». Дополнение 1. Приложение D. Метод определения безопасного экспериментального максимального зазора»; ГОСТ 30852.5-2002 (МЭК 60079-4: 1975) «Электрооборудование взрывозащищенное. Часть 4. Метод определения температуры воспламенения»; ГОСТ 30852.19-2002 (МЭК 60079-20: 1996) «Электрооборудование взрывозащищенное. Часть 20. Данные по горючим газам и парам, относящиеся к эксплуатации электрооборудования»; ГОСТ Р МЭК 60065-2002 «Аудио-, видео- и аналогичная электронная аппаратура. Требования безопасности»; ГОСТ 30852.11-2002 «Электрооборудование взрывозащищенное. Часть 12. Классификация смесей газов и паров с воздухом по безопасным экспериментальным максимальным зазорам и минимальным воспламеняющим токам». Технологические среды по пожаровзрывоопасности подразделяются на следующие группы: 1) пожароопасные; 55 2) пожаровзрывоопасные; 3) взрывоопасные; 4) пожаробезопасные. Среда относится к пожароопасной, если возможно образование горючей среды, а также появление источника зажигания достаточной мощности для возникновения пожара. Среда относится к пожаровзрывоопасной, если возможно образование смесей окислителя с горючими газами, парами легковоспламеняющихся жидкостей, горючими аэрозолями и горючими пылями, в которых при появлении источника зажигания возможно инициирование взрыва и (или) пожара. Среда относится к взрывоопасной, если возможно образование смесей воздуха с горючими газами, парами легковоспламеняющихся жидкостей, горючими жидкостями, горючими аэрозолями и горючими пылями или волокнами и если при определенной концентрации горючего и появлении источника инициирования взрыва (источника зажигания) она способна взрываться. К пожаробезопасным средам относится пространство, в котором отсутствуют горючая среда и (или) окислитель. Разработка технологического оборудования и связанных с ним технологических процессов, разделение технологической схемы на отдельные технологические блоки, ее аппаратурное оформление, выбор типа отключающих устройств и мест их установки, средств контроля, управления и противоаварийной защиты должны обеспечивать с учетом элементов системы обеспечения пожарной безопасности непревышение значений допустимого пожарного риска для производственных объектов. При наличии в технологическом оборудовании пожароопасных, пожаровзрывоопасных и взрывоопасных технологических сред или возможности их образования должны разрабатываться мероприятия по обеспечению пожарной безопасности. 56 Технологическое оборудование и связанные с ним технологические процессы должны разрабатываться так, чтобы предотвратить возможность взрыва и (или) пожара в технологическом оборудовании при регламентированных значениях их параметров при нормальном режиме работы. Регламентированные значения параметров, определяющих пожарную и взрывопожарную опасность технологического оборудования и связанных с ним технологических процессов, допустимый диапазон их изменений должны устанавливаться разработчиком указанного оборудования на основании данных о предельно допустимых значениях параметров или их совокупности для участвующих в технологических процессах технологических сред. Конструкция технологического оборудования и условия ведения связанных с ним технологических процессов должны предусматривать необходимые режимы и соответствующие им технические средства, предназначенные для своевременного обнаружения возникновения пожароопасных аварийных ситуаций, ограничения их дальнейшего развития, а также для ограничения поступления горючих веществ и материалов из технологического оборудования в очаг возможного пожара. |