Физико-химические свойства горения. Основные принципы пожарной безопасности

Дисциплина: Физико-химические основы развития и тушения пожаров Тема №1. Физико-химические свойства горения. Основные принципы пожарной безопасности Лекция 1. Физико-химические свойства горения. Доцент, к.т.н. Станкевич Татьяна Сергеевна Доцент, к.т.н. – Станкевич Татьяна Сергеевна Тел. 89527909369 E-mail: tatiana.stankevich@klgtu.ru Вид контроля – зачет. 9 лекций, 9 практических заданий, 1 курсовая (реферат). Баллы: Курсовая - «5» - 15 баллов; «4» - 14 баллов; «3» - 13 баллов. Практическая - «5» - 5 баллов; «4» - 4 балла; «3» - 3 балла. Пропуск занятия – минус 2 балла. Опоздание со сдачей работы – за каждую неделю минус 2 балла. На зачет должно быть от 40 баллов – допуск; 60 баллов – зачет (при сдаче всех практических заданий, срезов и курсовой). Все практические на «3» + курсовая на «3»: 9*3+13=40 баллов (достаточно для допуска к зачету) Сдача рефератов – 14 ноября 2019 г. Требования к курсовой – оформление по ГОСТ, 20-30 страниц, содержание, введение, основная часть, заключение, список литературы. Защита курсовой. Темы рефератов по дисциплине «Физико-химические основы развития и тушения пожаров» 1. Анализ понятийно-терминологического аппарата в области пожаровзрывобезопасности. 2. Современные исследования в области процесса горения веществ. 3. Пожарная безопасность и профессиональная деятельность пожарных. 4. Пожарная опасность веществ. 5. Государственная политика в области пожарной безопасности. 6. Современные аспекты международного сотрудничества в области пожарной безопасности. 7. Средства тушения пожаров. 8. Мероприятия по снижению риска возникновения пожаров. 9. Опасные факторы пожара. 10. Предупреждение лесных пожаров. Темы рефератов по дисциплине «Физико-химические основы развития и тушения пожаров» 11. Ликвидация лесных пожаров. 12. Природа взрыва и его характеристики. 13. Защита от взрыва технологического оборудования. 14. Порядок оценки последствий взрыва на объектах экономики. 15. Порядок ликвидации последствий взрыва на объектах экономики. 16. Современные способы и средства индивидуальной защиты от взрыва. 17. Порядок обращения с ЛВЖ. 18. Порядок хранения ЛВЖ. 19. Порядок хранения взрывчатых веществ. 20. Порядок перевозки ЛВЖ. Темы рефератов по дисциплине «Физико-химические основы развития и тушения пожаров» 21. Порядок перевозки взрывчатых веществ. 22. Защита сооружений объектов экономики от поражения их молниями. 23. Современные результаты в области исследования природы молний. 24. Нормативные документы по пожаровзрывобезопасности. 25. Основы пожарной профилактики и ее задачи. 26. Современное противопожарное оборудование. 27. Пожарные риски, расчет пожарных рисков. 28. Применение геоинформационных систем для оперативного мониторинга пожаров в Российской Федерации. 29. Применение геоинформационных систем для оперативного мониторинга пожаров в США. 30. Особенности тушения газовых и нефтяных фонтанов. Вопросы 1. Физико-химические свойства горения. 2. Условия развития пожара. 3. Причины пожаров. 1. Физико-химические свойства горения 2𝐶4 𝐻10 + 13𝑂2 → 8𝐶𝑂2 + 10𝐻2 𝑂 +Q Бутан Экзотермическая реакция – химическая реакция, при которой происходит выделение теплоты. Термохимическое уравнение. Символ "+Q" означает, что при сжигании вещества выделяется теплота (тепловой эффект реакции) Горение – экзотермическая реакция, протекающая в условиях ее прогрессивного самоускорения (ГОСТ 12.1.044-2018 Система стандартов безопасности труда. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения). Опасный фактор пожара (ОФП) – это фактор пожара, воздействие которого приводит к травме, отравлению или гибели человека, а также к материальному ущербу (ГОСТ 12.1.033-81 Система стандартов безопасности труда. Пожарная безопасность. Термины и определения). ОФП являются (ГОСТ 12.1.004-91 Система стандартов безопасности труда. Пожарная безопасность. Общие требования): 1. пламя и искры; 2. повышенная температура окружающей среды; 3. токсичные продукты горения и термического разложения; 4. дым; 5. пониженная концентрация кислорода. Предельные значения ОФП: 1. температура среды 700С; 2. тепловое излучение 1,4 кВт/м2; 3. содержание оксида углерода 1,16*10-3 кг/м3; 4. содержание диоксида углерода 0,11 кг/м3; 5. содержание кислорода менее 17% об. (0,226 кг/м3); 6. значение по потери видимости в дыму – 20 м; 7. содержание хлороводорода – 2,3*10-5 кг/м3. Вторичные проявления ОФП (ГОСТ 12.1.004-91): 1. осколки, части установок, конструкций; 2. радиоактивные и токсичные в-ва и мат-лы, вышедшие из разрушенных аппаратов и установок; 3. электрический ток, возникающий в результате выноса высокого напряжения на токопроводящие части конструкций, аппаратов; 4. опасные факторы взрыва, произошедшего вследствие пожара; 5.огнетушащие вещества. ОФП являются (Федеральный закон от 22.07.2008 N 123-ФЗ «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности»): 1) пламя и искры; 2) тепловой поток; 3) повышенная температура окружающей среды; 4) повышенная концентрация токсичных продуктов горения и термического разложения; 5) пониженная концентрация кислорода; 6) снижение видимости в дыму. К сопутствующим проявлениям опасных факторов пожара относятся: 1) осколки, части разрушившихся зданий, сооружений, транспортных средств, технологических установок, оборудования, агрегатов, изделий и иного имущества; 2) радиоактивные и токсичные вещества и материалы, попавшие в окружающую среду из разрушенных технологических установок, оборудования, агрегатов, изделий и иного имущества; 3) вынос высокого напряжения на токопроводящие части технологических установок, оборудования, агрегатов, изделий и иного имущества; 4) опасные факторы взрыва, происшедшего вследствие пожара; 5) воздействие огнетушащих веществ. Пламя Горение всех жидких, газообразных и большинства твердых горючих веществ, которые, разлагаясь или испаряясь, выделяют газообразные продукты, сопровождается образованием пламени. Пламя – газовый объем, в котором происходит процесс горения паров и газов. Свечение пламени при Светящееся пламя Несветящееся пламя горении органических веществ зависит от наличия в нем раскаленных твердых частиц углерода, которые успевают сгорать. Несветящееся (синее) пламя обычно бывает при сгорании газообразных продуктов. Сульфат меди Тепловой поток Часть тепла при горении в виде тепловых лучей распространяется в пространстве, что вызывает нагрев окружающих предметов. Повышенная температура окружающей среды Нагретый воздух может стать причиной поражения и некроза верхних дыхательных путей, привести к удушью и смерти человека. Повышенная температура окружающей среды Большую опасность для жизни людей представляют продукты горения. Обычно при пожарах в помещениях концентрация СО2 значительно превышает смертельную. Основным механизмом токсического воздействия СО2 на человека является блокирование гемоглобина крови, при этом нарушается поступление кислорода из легких в ткани, что приводит к кислородному голоданию. В зарубежной практике к токсичным продуктам горения относят угарный газ и циановодород (HCN), углекислый газ отнесен к разряду удушающих газов, хлороводород отнесен к раздражающим газам. В США принята так называемая концепция «fractional effective dose» (FED), по которой учитывается усиление токсического воздействия при действии одновременно нескольких токсичных компонентов. Пониженная концентрация кислорода Пониженное содержание кислорода характерно для любой зоны пожара, в которой есть дым: зоны горения, зоны теплового воздействия и зоны задымления. При этом, пониженное содержание кислорода, как опасный фактор пожара, как правило, существует при пожаре в густом дымовом слое. Например, в припотолочном слое в коридоре этажа пожара или в самом горящем помещении низкая концентрация кислорода представляет угрозу. Также пониженное содержание кислорода наблюдается при развитых пожарах в помещениях, регулируемых вентиляцией, т.е. при недостатке кислорода воздуха. Разбавленный дым, находящийся в нижнем слое в помещениях вдали от очага пожара, как правило, не представляет угрозы по пониженному содержанию кислорода. Снижение видимости в дыму¶ За счет наличия в составе дыма твердых и жидких частиц, при прохождении через него света, интенсивность последнего снижается, что в итоге приводит к снижению и потере видимости в дыму. Напрямую снижение видимости в дыму не представляет угрозы жизни и здоровью людей как опасный фактор пожара. Если человек, выбежит в задымленный коридор, то при некоторой критической видимости, из-за страха к пожару он может вернуться обратно. Причем процент вернувшихся обратно людей возрастает с понижением видимости. Как показывает практика проведения расчетов опасных факторов пожара, блокирование путей эвакуации чаще всего наступает по потере видимости в дыму. Одна из основных зада пожарной профилактики, направленной на исключение горючей среды из системы пожара, является изучение пожароопасных свойств веществ и материалов (ВиМ). По ГОСТ 12.1.044-2018: •Газы – в-ва, давление насыщенных паров которых при темп-ре +250С и давлении 101,3 кПа (1 атм) превышает 101,3 кПа (1 атм). •Жидкости – вещества, давление насыщенных паров которых при температуре 25°С и давлении 101,3 кПа меньше 101,3 кПа. К жидкостям относят также твердые плавящиеся вещества, температура плавления или каплепадения которых меньше 50°С. •Твердые в-ва – индивидуальные вещества и их смесевые композиции с температурой плавления или каплепадения больше 50°С, а также вещества, не имеющие температуру плавления (например, древесина, ткани и т.п.). •Пыли – твердые дисперсные материалы, аэровзвеси которых способны в определенном диапазоне концентрации частиц распространять волну горения, представляющую как опасность пожара, так и опасность взрыва. Характерный размер частиц пыли (для частиц с формой, близкой к сфере, габаритный размер; для волокон - поперечный размер волокна, для плоских частиц - толщина), горючей во взвешенном состоянии, как правило, не превышает 850 мкм. Пропилен Полипропилен Циклогексан Бутадиен 1,3 Диэтиловый эфир Этанол Этаналь (ацетальдегид) Этановая кислота (уксусная кислота) Пропин Ацетилцеллюлоза Этановый ангидрид (уксусный ангидрид) Пропан Номенклатура показателей и их применяемость для характеристики пожаровзрывоопасности веществ и материалов приведены в таблицах 5.1-5.3 (ГОСТ 12.1.044-2018). Примечания к таблице 5.1 1 Знак "+" обозначает применяемость, знак "-" - неприменяемость показателя. 2 Кроме указанных показателей, допускается использовать другие, более детально характеризующие пожаровзрывоопасность веществ и материалов. 3 Первая группа показателей необходима: - при категорировании наружных установок по взрывопожарной опасности; - при категорировании пожарной опасности помещений; - при классификации и определении области применения веществ и материалов; - при математическом моделировании пожара в здании (сооружении). 4 Температура вспышки может определяться для твердых веществ, которые по условиям технологии обращаются нагретыми до расплавленного или разжиженного состояния. 5 Значения теплоты сгорания могут быть получены экспериментальными либо расчетными методами, изложенными в национальных и международных стандартах, а также из официально опубликованных справочных данных. Примечания к таблице 5.2 1 Знак "+" обозначает применяемость, знак "-" - неприменяемость показателя. 2 Кроме указанных, допускается использовать другие показатели, более детально характеризующие пожаровзрывоопасность веществ и материалов. 3 Вторая группа показателей (совместно с первой группой) необходима: - для классификации веществ и материалов; - для определения вероятности воздействия опасных факторов пожара; -для определения вероятности возникновения пожара, взрыва в здании, на объектах и наружных установках. Все горючие в-ва содержат углерод и водород. Это основные компоненты газовоздушной смеси (ГВС), участвующие в реакции горения. Температура воспламенения горючих веществ и материалов различна и для большинства не превышает 3000С. Физико-химические основы горения заключаются в термическом разложении в-в или мат-в до углеводородных паров и газов, которые под воздействием высоких температур вступают в химическое взаимодействие с окислителем, превращаюсь в процессе сгорания с двуокись углерода, окись углерода, сажу и воду. При этом выделяется тепло и световое излучение. Природный газ – газообразная смесь, состоящая из метана и более тяжелых углеводородов, азота, диоксида углерода, водяных паров, серосодержащих соединений, инертных газов. Основной компонент природного газа – метан. ГОСТ Р 53521-2009 Переработка природного газа. Термины и определения. Сжиженные углеводородные газы (СУГ) – сжиженные углеводородные смеси пропана, пропилена, бутанов и бутенов с примесями углеводородных и неуглеводородных компонентов, получаемые путем переработки природного газа и нефти, применяемые в качестве моторного топлива, для коммунальнобытового и промышленного потребления. ГОСТ Р 53521-2009. Сжижение природного газа – конденсация прошедшего первичную обработку природного газа при снижении его температуры. ГОСТ Р 53521-2009. При скорости истечения горючих паров и газов с поверхности в-ва равной скорости распространения пламени по ним наблюдается устойчивое пламенное горение. Если скорость пламени больше скорости истечения паров и газов, то происходит выгорание газопаровоздушной смеси и самозатухение пламени. скорость выделения горючей смеси = скорости распространения огня по ней Горение на поверхности материала Горение Горение с отрывом от поверхности материала скорость выделения горючей смеси > скорости распр-ния пламени по ней Отличие – содержание или отсутствие окислителя непосредственно в горючей газопаровоздушной смеси. Кинетическое Горение Диффузионное Турбулентное Ламинарное Кинетическое горение – это горение предварительно перемешанных горючих газов и окислителя. На пожарах этот вид горения встречается редко. Диффузин. горение – окислитель поступает в зону горения извне. Поступает, как правило, снизу пламени вследствие разрежения, которое создается у его основания. Диффуз. горение бывает ламинарным (спокойным) и турбулентным (неравномерным во времени и пространстве). Ламинарное горение характерно при равенстве скоростей истечения горючей смеси с повер-сти мат-ла и скорости распр-ния пламени по ней. Турбулентное горение наступает, когда скорость выхода горючей смеси значительно превышает скорость распр-ния пламени. В этом случае граница пламени становится неустойчивой вследствие большой диффузии воздуха в зону горения. Неустойчивость вначале возникает у вершины пламени, а затем перемешается к основанию. 2. Условия развития пожара Горение ВиМ возможно только при определенном содержании кислорода в воздухе. Содержание кислорода, при котором исключается возможность горения ВиМ, устанавливается опытным путем. Источники зажигания подразделяются на: 1.открытый огнь, 2.тепло нагревательных элементов, 3.электрическую энергию, 4.самовозгорание и т.п. Виды самовозгорания: тепловое, химическое, микробиологическое. Тепловое самовозгорание выражается в аккумуляции материалом тепла, в процессе которого происходит самонагревание материала. Химич. самовозгорание сразу проявляется в пламенном горении. Микробиологическое самовозгорание – связано с выделением тепловой энергии микроорганизмами в процессе жизнедеятельности в питательной для них среде. Динамика развития пожара Эксперимент. Данные для помещения размером 5*4*3 м, отношение площади оконного проема и площади пола 25%, пожарная нагрузка 50 кг/м2 – древесные бруски. 1 фаза (10 мин) – начальная, включающая переход возгорания в пожар (1-3 мин) и рост зоны горения (5-6 мин). Происходит преимущественно линейное распр-ние огня вдоль горючего В или М. Обильное дымовыделение, среднеобъемная темп-ра повышается до 2000С. Приток воздуха в помещение увелич-ся. Продолжительность фазы 20-30% продолжительности П. 2 фаза (30-40 мин) – стадия объемного развития пожара. Бурный процесс, темп-ра внутри помещения поднимается до 250-3000С, начинается объемное развитие пожара, когда пламя заполняет весь объем помещения. Разрушение остекления через 15-20 мин от начала пожара. Из-за разрушения остекления приток воздуха увелич-ся, темп-ра повышается до 800-9000 С. Стабилизация пожара происходит на 20-25 мин от начала пожара и продолжается 20-30 мин. 3 фаза – затухающая стадия П. Догорание в виде медленного тления. В зависимости от характеристики горючей среды или горящего объекта пожары подразделяются (ГОСТ 27331-87): Пожары ядерных материалов, радиоактивных отходов и радиоактивных веществ (F) – согласно Федеральному закону от 22 июля 2008 г. N 123-ФЗ "Технический регламент о требованиях пожарной безопасности" 3. Причины пожаров