2015-07-14
536
В практике тушения пожаров наибольшее распространение получили следующие принципы прекращения горения: 1) изоляция очага горения от воздуха или снижение концентрации кислорода до значения, при котором не может происходить горение путём разбавления воздуха негорючими газами; 2) охлаждение очага горения ниже определенных температур; 3) интенсивное торможение (ингибирование) скорости химической реакции в пламени; 4) механический срыв пламени в результате воздействия на него сильной струи газа или воды; 5) создание условий огнепреграждения, т. е. таких условий, при которых пламя распространяется через узкие каналы.
Для этих целей используют различные химические вещества.
1) Вода. Огнетушащая способность воды обусловливается охлаждающим действием, разбавлением горючей среды образующимися при испарении парами и механическим воздействием на горящее вещество, т. е. срывом пламени. Охлаждающее действие воды определяется значительными величинами её теплоёмкости и теплоты парообразования. Разбавляющее действие, приводящее к снижению содержания кислорода в окружающем воздухе, обусловливается тем, что объём пара в 1700 раз превышает объём испарившейся воды.
|
|
|
При тушении водой нефтепродукты и многие другие горючие жидкости всплывают и продолжают гореть на поверхности, поэтому вода может оказаться малоэффективной при их тушении. Вода, содержащая различные соли и поданная компактной струёй, обладает значительной электропроводностью, и поэтому её нельзя применять для тушения пожаров объектов, оборудование которых находится под напряжением.
2) Пены применяют для тушения твёрдых и жидких веществ, не вступающих во взаимодействие с водой. Огнетушащие свойства пены определяют её кратностью - отношением объема пены к объему ее жидкой фазы, стойкостью, дисперсностью и вязкостью. На эти свойства пены помимо ее физико-химических свойств оказывают влияние природа горючего вещества, условия протекания пожара и подачи пены.
В зависимости от способа и условий получения огнетушащие пены делят на химические и воздушно-механические. Химическая пена образуется при взаимодействии растворов кислот и щелочей в присутствии пенообразующего вещества и представляет собой концентрированную эмульсию двуокиси углерода в водном растворе минеральных солей, содержащем пенообразующее вещество.
Воздушно-механическую пену низкой (до 20), средней (20—200) и высокой (свыше 200) кратности получают с помощью специальной пенообразующей аппаратуры и пенообразователей. Пеногенерирующая аппаратура включает воздушно-пенные стволы для получения низкократной пены, генераторы пены и пенные оросители для получения среднекратной пены. Для получения высокократной пены требуется дополнительный наддув воздуха.
|
|
|
3) Инертные газообразные разбавители. К ним относят двуокись углерода, азот, дымовые или отработавшие газы, пар, а также аргон и другие газы. Огнетушащее действие названных составов заключается в разбавлении воздуха и снижении в нем содержания кислорода до концентрации, при которой прекращается горение. Огнетушащий эффект при разбавлении указанными газами обусловливается потерями теплоты на нагревание разбавителей и снижением теплового эффекта реакции. Применяются для тушения складов ЛВЖ, аккумуляторных станций, сушильных печей, стендов для испытания электродвигателей, электрооборудования и т. д.
Двуокись углерода нельзя применять для тушения веществ, в состав молекул которых входит кислород, щелочных и щелочноземельных металлов, а также тлеющих материалов. Для тушения этих веществ используют азот или аргон, причем последний применяют в тех случаях, когда имеется опасность образования нитридов металлов, обладающих взрывчатыми свойствами и чувствительностью к удару.
4) Газы в сжиженном состоянии. При таком способе подачи практически отпадает необходимость в ограничении размеров допускаемых к защите объектов, поскольку жидкость занимает примерно в 500 раз меньший объем, чем равное по массе количество газа, и не требует больших усилий для её подачи. Кроме того, при испарении сжиженного газа достигается значительный охлаждающий эффект и отпадает ограничение, связанное с возможным разрушением ослабленных проемов, поскольку при подаче сжиженных газов создается мягкий режим заполнения без опасного повышения давления.
5) Ингибиторы на основе предельных углеводородов, в которых один или несколько атомов водорода замещены атомами галоидов (фтора, хлора, брома). Эффективно тормозят химические реакции в пламени. Галоидоуглеводороды плохо растворяются в воде, но хорошо смешиваются со многими органическими веществами. Огнетушащие свойства галоидированных углеводородов возрастают с увеличением молярной массы содержащегося в них галоида. Наиболее широкое распространение для пожаротушения получили тетрафтордибромэтан (хладон 114В2), бромистый метилен, трифторбромметан (хладон 13В1), а также огнетушащие составы на основе бромистого этила.
Галоидоуглеводородные составы обладают удобными для пожаротушения физическими свойствами. Так, высокие значения плотности жидкости и паров обусловливают возможность создания огнетушащей струи и проникновения капель в пламя, а также удержание огнетушащих паров возле очага горения. Низкие температуры замерзания позволяют использовать эти составы при минусовых температурах.
6) Порошковые составы на основе неорганических солей щелочных металлов. Они отличаются высокой огнетушащей эффективностью и универсальностью, т. е. способностью тушить любые материалы, в том числе нетушимые всеми другими средствами. Порошковые составы являются, в частности, единственным средством тушения пожаров щелочных металлов, алюминийорганических и других металлоорганических соединений.
Широко используют порошковые составы на основе карбонатов и бикарбонатов натрия и калия. Кроме того, для получения порошков используют фосфорно-аммонийные соли, хлориды калия и натрия и др. По области применения эти составы подразделяют на порошки общего и специального назначения. К первым, относят порошки, предназначенные для тушения древесины и ряда других углеродсодержащих твердых материалов, а также ЛВЖ и ГЖ.
К специальным порошкам относят порошок на основе графита для тушения металлов, алюминийорганических и ряда других пирофорных (самовоспламеняющихся на воздухе) элементоорганических соединений.
|
|
|
Порошок ПХ на основе хлоридов натрия и калия считается наиболее универсальным, так как способен тушить пожары и практически любые материалы. Порошки обладают рядом преимуществ перед галоидоуглеводородами: они и продукты их разложения не опасны для здоровья человека; как правило, не оказывают коррозионного действия на металлы; защищают людей, производящих тушение пожара, от тепловой радиации.
Аппараты пожаротушения подразделяют на передвижные (пожарные автомобили), стационарные установки и огнетушители (ручные до 10 л и передвижные или стационарные объемом свыше 25 л).
Автомобили пожарные делят на автоцистерны, доставляющие на пожар воду и раствор пенообразователя и оборудованные стволами для подачи воды или воздушно-механической пены различной кратности, и специальные, предназначенные для других огнетушащих средств или для определенных объектов.
Стационарные установки предназначены для тушения пожаров в начальной стадии их возникновения без участия людей. Их монтируют в зданиях и сооружениях, а также для защиты наружных технологических установок. По применяемым огнетушащим средствам их подразделяют на водяные, пенные, газовые, порошковые и паровые. Стационарные установки могут быть автоматическими и ручными с дистанционным пуском. Как правило, автоматические установки оборудуются также устройствами для ручного пуска.
К стационарным установкам пожаротушения относят спринклерные и дренчерные установки.
Спринклерная установка представляет собой разветвленную, заполненную водой систему труб, оборудованную спринклерными головками. Выходные отверстия спринклерных головок закрываются легкоплавкими замками, которые при воздействии определенной температуры (замки рассчитаны на 345, 366, 414 и 455 К) распаиваются, и вода (пена) из системы под давлением выходит из отверстия головки и орошает конструкции помещения и оборудования в зоне действия спринклерной головки.
|
|
|
При защите неотапливаемых помещений применяют спринклерную установку воздушной системы, в которой трубопроводы заполнены не водой, а сжатым воздухом с использованием вместо водяного контрольно-сигнального клапана воздушного клапана. Такая система заполнена водой только до контрольно-сигнального клапана, а после него в системе находится сжатый воздух. При вскрытии головок в воздушной системе выходит воздух, и после этого она вся заполняется водой.
Дренчерные установки представляют собой систему трубопроводов, на которых расположены специальные головки-дренчеры с открытыми выходными отверстиями диаметром 8, 10 и 12,7 мм лопастного или розеточного типа, рассчитанные на орошение до 12 м2 площади пола.
Дренчеры устанавливают как для тушения пожаров, так и для создания водяных завес для изоляции очагов огня и предотвращения его распространения. Дренчерные установки могут быть ручного и автоматического действия. При ручном действии дренчерная установка приводится в работу открыванием задвижки, после чего вода заполняет систему и выливается через головки-дренчеры. Дренчерные системы автоматического действия выполняются обособленными или объединяются со спринклерными установками с общими питательными трубопроводами и контрольно-сигнальными клапанами.
Газовые установки предназначены для тушения пожаров в зданиях и сооружениях, позволяющих создать внутри них среды, не поддерживающей горения. Их подразделяют на установки объёмного тушения (создание огнетушащей среды во всем объеме помещения), и локального тушения (создание огнетушащей среды в районе пожароопасного участка). По виду огнетушащих средств газовые установки делят на заряжаемые жидкой двуокисью углерода, азотом, аргоном, хладонами 114В2 и 13В1 и др. Газовые установки являются наиболее эффективными при пожарной защите зданий и сооружений, поскольку не только обеспечивают быстрое (в течение около 30 с) тушение пожара, но и предупреждают образование взрывоопасных сред (например, при проливе ЛВЖ) путем создания в атмосфере препятствующих распространению пламени концентраций ингибитора. Установки газового тушения эффективнее и менее сложны и громоздки, чем многие другие (например, пенные).
Огнетушители по виду огнетушащих средств подразделяют на: 1) жидкостные, в которых применяют воду с добавками (для улучшения смачиваемости, понижения температуры замерзания и т. д.); 2) углекислотные, в которых применяют сжиженную двуокись углерода, предназначены для тушения загорании различных материалов и установок напряжением до 1000 В; 3) химпенные (водные растворы кислот и щелочей) применяют для тушения загорания твердых материалов и ГЖ на площади до 1 м2; 4) воздушно-пенные, которые предназначены для тушения загорании ЛВЖ, ГЖ, твердых (в том числе тлеющих) материалов (кроме металлов и установок под напряжением); 5) хладоновые, используемые для тушения ЛВЖ, ГЖ, горючих газов и т. п.; 6) порошковые, предназначенные для тушения различных материалов установок под напряжением до 1000 В; 7) комбинированные применяют для одновременного тушения пожаров ЛВЖ и ГЖ порошком ПСБ-3 и воздушно-механической пеной.
2) Причины пожаров на производстве. Основные мероприятия по пожарной профилактике.
Предприятия машиностроительной промышленности нередко отличаются повышенной пожарной опасностью, так как их характеризует 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 запорно-пусковой и регулирующей арматурой; большая оснащенность электроустановками.
Основной причиной пожаров на машиностроительных предприятиях является нарушение технологического режима. Это связано с большим разнообразием и сложностью технологических процессов. Они, как правило, помимо операций механической обработки материалов и изделий включают процессы очистки и обезжиривания, сушки и окраски, связанные с использованием веществ, обладающих высокой пожарной опасностью. Многие предприятия применяют огневые стенды и другие операции с наличием открытого огня. Сложность противопожарной защиты современных машиностроительных предприятий усугубляется их гигантскими размерами, большой плотностью застройки, увеличением вместимости товарно-материальных складов, применением в строительстве облегченных конструкций из металла и полимерных материалов, обладающих низкой огнестойкостью. Анализ зарегистрированных крупных пожаров на машиностроительных предприятиях показал, что при пожарах на этих предприятиях создается сложная обстановка для пожаротушения, поэтому требуется разработка комплекса мероприятий по противопожарной защите. Этот комплекс включает мероприятия профилактического характера и устройство систем пожаротушения и взрывозащиты. Они рекомендуются ведомственными документами.
Стандартами возможная частота пожаров и взрывов допускается такой, чтобы вероятность их возникновения в течение года не превышала 10-6 или чтобы вероятность воздействия опасных факторов на людей в течение года не превышала 10-6 на человека.
Мероприятия по пожарной профилактике разделяются на организационные, технические, режимные и эксплуатационные.
Организационные мероприятия предусматривают правильную эксплуатацию машин и внутризаводского транспорта, правильное содержание зданий, территории, противопожарный инструктаж рабочих и служащих, организацию добровольных пожарных дружин, пожарно-технических комиссий, издание приказов по вопросам усиления пожарной безопасности и т. д.
К техническим мероприятиям относятся соблюдение противопожарных правил, норм при проектировании зданий, при устройстве электропроводов и оборудования, отопления, вентиляции, освещения, правильное размещение оборудования.
Мероприятия режимного характера - это запрещение курения в неустановленных местах, производства сварочных и других огневых работ в пожароопасных помещениях и т. д.
Эксплуатационными мероприятиями являются своевременные профилактические осмотры, ремонты и испытания технологического оборудования.
Общие сведения о процессе горения
Горение -это химическая реакция окисления, сопровождающаяся выделением теплоты и света. Для возникновения горения требуется наличие трех факторов: горючего вещества, окислителя (обычно кислород воздуха) и источника загорания (импульса). Окислителем может быть не только кислород, но и хлор, фтор, бром, йод, окислы азота и т. д.
В зависимости от свойств горючей смеси горение бывает гомогенным и гетерогенным. При гомогенном горении исходные вещества имеют одинаковое агрегатное состояние (например, горение газов). Горение твердых и жидких горючих веществ является гетерогенным.
Горение дифференцируется также по скорости распространения пламени и в зависимости от этого параметра может быть дефлаграционным (порядка десятка метров в секунду), взрывным (порядка сотни метров в секунду) и детонационным (порядка тысячи метров в секунду). Пожарам свойственно дефлаграционное горение.
В зависимости от соотношения горючего и окислителя различают процессы горения бедных и богатых горючих смесей. Бедными называются смеси, содержащие в избытке окислитель. Их горение лимитируется содержанием горючего компонента. К богатым относятся смеси с содержанием горючего выше стехиометрического соотношения компонентов. Горение таких смесей лимитируется содержанием окислителя. Возникновение горения связано с обязательным самоускорением реакции в системе. Существуют три основных вида самоускорения химической реакции при горении: тепловой, цепной и комбинированной—цепочно-тепловой; Тепловой механизм ускорения связан с экзотермичностью процесса окисления и возрастанием скорости химической реакции с повышением температуры при условии аккумуляции теплоты в реагирующей системе.
Цепное ускорение реакции связано с катализом химических превращений, осуществляемым промежуточными продуктами превращений, обладающими особой химической активностью и называемыми активными центрами. В соответствии с цепной теорией химический процесс происходит не путем непосредственного взаимодействия исходных молекул, а с помощью осколков, образующихся при распаде этих молекул (радикалы, атомарные частицы).
Реальные процессы горения осуществляются, как правило, по комбинированному цепочно-тепловому механизму. Процесс возникновения горения подразделяется на несколько видов.
Вспышка - быстрое сгорание горючей смеси, не сопровождающееся образованием сжатых газов.
Возгорание - возникновение горения под воздействием источника зажигания.
Воспламенение - возгорание, сопровождающееся появлением пламени.
Самовозгорание - явление резкого увеличения скорости экзотермических реакций, приводящее к возникновению горения вещества (материала, смеси) при отсутствии источника зажигания. Сущность и различия процессов возгорания и самовозгорания пояснены ниже.
Самовоспламенение - самовозгорание, сопровождающееся появлением пламени.
Взрыв - чрезвычайно быстрое химическое (взрывчатое) превращение, сопровождающееся выделением энергии и образованием сжатых газов, способных производить механическую работу. Возникновение горения вещества или материала может произойти при температуре окружающей среды ниже температуры самовоспламенения. Эта возможность обусловливается склонностью веществ или материалов к окислению и условиями аккумуляции в них теплоты, выделяющейся при окислении, что может вызвать самовозгорание. Таким образом, возникновение горения веществ и материалов при воздействии тепловых импульсов с температурой выше температуры воспламенения (или самовозгорания) характеризуется как возгорание, а возникновение горения при температурах ниже температуры самовоспламенения относится к процессу самовозгорания. В зависимости от импульса процессы самовозгорания подразделяют на тепловые, микробиологические и химические.
При оценке пожарной опасности веществ и материалов необходимо учитывать их агрегатное состояние. Поскольку горение, как правило, происходит в газовой среде, то в качестве показателей пожарной опасности необходимо учитывать условия, при которых образуется достаточное для горения количество газообразных горючих продуктов. Основными показателями пожарной опасности, определяющими критические условия возникновения и развития процесса горения, являются температура самовоспламенения и концентрационные пределы воспламенения.
Температура самовоспламенения характеризует минимальную температуру вещества или материала, при которой происходит резкое увеличение скорости экзотермических реакций, заканчивающееся возникновением пламенного горения. Минимальная концентрация горючих газов и паров в воздухе, при которой они способны загораться и распространять пламя, называется нижним концентрационным пределом воспламенения;
максимальная концентрация горючих газов и паров, при которой еще возможно распространение пламени, называется верхним концентрационным пределом воспламенения. Область составов и смесей горючих газов и паров с воздухом, лежащих между нижним и верхним пределами воспламенения, называется областью воспламенения.
Концентрационные пределы воспламенения не постоянны и зависят от ряда факторов. Наибольшее влияние на пределы воспламенения оказывают мощность источника воспламенения, примесь инертных газов и паров, температура и давление горючей смеси.
Изменение пределов воспламенения с повышением температуры может быть оценено по следующему правилу: при повышении температуры на каждые 100° величины нижних пределов воспламенения уменьшаются на 8—10%, а верхних пределов воспламенения увеличиваются на 12—15%.
Используя это свойство, можно концентрационные пределы воспламенения насыщенных паров выразить через температуру жидкости, при которой они образуются.
Способностью образовывать с воздухом воспламеняющиеся с большой скоростью (взрывоопасные) смеси обладают также взвешенные в воздухе пыли многих твердых горючих веществ. Та минимальная концентрация пыли в воздухе, при которой происходит ее загорание, называется нижним пределом воспламенения пыли. Поскольку достижение очень больших концентраций пыли во взвешенном состоянии практически нереально, термин "верхний предел воспламенения" к пыли не применяется.
К показателям пожарной опасности, характеризующим критические условия образования достаточного для горения газообразных горючих продуктов испарения или разложения конденсированных веществ и материалов, относятся температуры вспышки и воспламенения, а также температурные пределы воспламенения.
Температурой вспышки, называется самая низкая (в условиях специальных испытаний) температура горючего вещества, при которой над поверхностью образуются пары и газы, способные вспыхивать в воздухе от источника зажигания, но скорость их образования еще недостаточна для последующего горения. Пользуясь этой характеристикой, все горючие жидкости по пожарной опасности можно разделить на два класса: к первому относятся жидкости с температурой вспышки до 61° С (бензин, этиловый спирт, ацетон, серный эфир, нитроэмали и т. д.), они называются легковоспламеняющимися жидкостями (ЛВЖ); ко второму—жидкости с температурой вспышки выше 61° С (масло, мазут, формалин и др.), они называются горючими жидкостями (ГЖ).
Температура воспламенения - температура горючего вещества, при которой оно выделяет горючие пары и газы с такой скоростью, что после воспламенения их от источника зажигания возникает устойчивое горение.
Температурные пределы воспламенения - температуры, при которых насыщенные пары вещества образуют в данной окислительной среде концентрации, равные соответственно нижнему и верхнему концентрационным пределам воспламенения жидкостей.
Пожароопасность веществ характеризуется линейной (выраженной в см / с) и массовой (г / с) скоростями горения (распространения пламени) и выгорания (г/м2с или см/с), а также предельным содержанием кислорода, при котором еще возможно горение. Для обычных горючих веществ (углеводородов и их производных) это предельное содержание кислорода составляет 12—14%, для веществ с высоким значением верхнего предела воспламенения (водород, сероуглерод, окись этилена и др.) предельное содержание кислорода составляет 5% и ниже.
Помимо перечисленных параметров для оценки пожарной опасности важно знать степень горючести (сгораемости) веществ. В зависимости от этой характеристики вещества и материалы делят на горючие (сгораемые), трудногорючие (трудносгораемые) и негорючие (несгораемые).
К горючим относятся такие вещества и материалы, которые при воспламенении посторонним источником продолжают гореть и после его удаления. К трудногорючим относят такие вещества, которые не способны распространять пламя и горят лишь в месте воздействия импульса; негорючими являются вещества и материалы, не воспламеняющиеся даже при воздействии достаточно мощных импульсов.
