Лекция по "Безопасности жизнедеятельности"

    Основными показателями пожарной опасности горючих  вещ-в являются: тем-ра вспышки, температурные  и концентрационные пределы распространения  пламени, тем-ра воспламенения, тем-ра самовоспламенения и другие.

    Тем-ра вспышки - самая низкая температура горючей жид-ти, при которой над её пов-тью образуются пары, способные вспыхивать в воздухе от внешнего источника зажигания, но скорость их образования недостаточна для устойчивого горения жид-сти. Чем ниже тем-ра вспышки, тем опаснее жид-ть. Из числа горючих жид-тей особо выделяют ЛВЖ - легковоспламеняющиеся жид-ти. К ЛВЖ относятся горючие жид-ти с тем-рой вспышки, не превышающей 61 °С в закрытом или 66 °С в открытом тигле.

    Темп-ра вспышки является основным параметром пожарной опасности горючей жидкости. Она используется для оценки тем-рных условий, при которых горючая жид-ть становится огнеопасной в открытом аппарате, при определении категории помещений и зданий в соответствии с НПБ 105-95, при разработке мероприятий для обеспечения пожаро- и взрывобезопасного ведения технологических процессов.

    В условиях производства в технологических  ап-тах применяют разнообразные  горючие жид-ти. Обычно эти ап-ты не бывают заполнены до предела, т.е. имеют определённый свободный объём. Вследствие испарения горючей жид-ти свободное пространство закрытых ап-тов постепенно насыщается парами. При наличии в этом пространстве воздуха пары жид-ти, смешиваясь с ним, могут образовывать горючие смеси.

    Для практической оценки пожаро- и взрывоопасных  концентраций паров горючей жидкости технологического оборудования необходимо знать температурные и концентрационные пределы распространения пламени.

    Нижний (верхний) концентрационный предел распространения пламени - минимальное (максимальное) содержание горючего, вещ-ва в смеси с окислителем, при котором смесь способна воспламеняться и пламя распространяется по смеси на любое расстояние от источника-зажигания.

    Горючие жид-ти могут находиться в технологических  ап-тах с различными тем-ными режимами. Поэтому в одних случаях тем-ра жидкости будет недостаточна для того, чтобы возникла пожароопасная концентрация, т.е. концентраций паровоздушной смеси будет меньше НКПРП. В других случаях жид-ть может быть нагрета до достаточно высоких тем-р, при которых концентрация паровоздушной смеси в ап-те будет больше ВКПРП. Следовательно, в паровоздушном объёме закрытых ап-тов горючая смесь образуется только в определённых тем-ных интервалах нагрева жид-ти, которые называют тем-ными пределами распространения пламени (НТПРП и ВТПРП).

    Температурные пределы распространения пламени - это тем-ры жид-ти, при которых её насыщенные пары образуют в конкретной окислительной среде концентрации, равные соответственно нижнему и верхнему концентрационным пределам распространения пламени.

    Очевидно, что чем меньше нижний тем-ный предел распространения пламени и чем, шире диапазон между НТПРП и ВТПРП, тем опаснее горючая жидкость. Тем-ные пределы распространения пламени учитывают при расчёте пожаро- и взрывоопасных температурных режимов работы закрытых технологических аппаратов.

    Значения  НТПРП и тем-ры вспышки обычно равны между собой. Однако на практике определение этих параметров проводят на разных установках и полученные данные несколько различаются (иногда на несколько градусов). Поэтому НТПРП можно рассчитать по формуле , где t_ВСП – тем-ра вспышки исследуемого вещества, °С; С – константа, допускается   принимать С = 2, если тем-ра вспышки определена в закрытом тигле и С = 8, если тем-ра вспышки определена в открытом тигле.  

    Тем-ные  пределы распространения пламени при нормальном атмосферном давлении для горючих органических соединений можно рассчитать по формулам: и

    где t_кип – тем-ра кипения жид-ти или тем-ра начала кипения раствора неоднородных жидкостей, ^OC;

    К и l – коэф-ты, определяемые по специальным таблицам.

    Тем-ые пределы распространения пламени  необходимо учитывать при расчёте  безопасных температурных режимов  работы закрытых технологических ап-тов. Оптимальными условиями работы технологических ап-тов являются тем-ные режимы ниже нижнего или выше верхнего тем-ных пределов распространения пламени. При этом необходимо учитывать, что в реальных условиях возможно неравномерное распределение концентраций в паровом объёме ап-та. Поэтому к тем-ным пределам принимается некоторый «запас прочности», и безопасными считают температуры на 10 °С ниже НТПРП и на 15 °С выше ВТПРП.

    Если  же это условие безопасности не выполняется  и ап-т работает в области опасных  тем-р, то необходимо использовать следующие технические решения: применение высокогерметичного оборудования; ликвидация паровоздушного объёма в ап-те; применение ингибирующих (химически активных) и флегматизирующих (инертных) добавок; введение в горючую жидкость каких-либо добавок, снижающих парциальное давление (например, разбавление ацетона или этилового спирта водой); употребление различных вещ-в, способных не разрушаясь, плавать на пов-ти горючей жид-ти и создавать защитный слой и т.п.

    Тем-ра воспламенения  – параметр, характеризующий склонность к самостоятельному горению; - такая тем-ра  горючей жид-ти, при которой над ее пов-тью образуются горючие пары с такой ск-тью, что после их воспламенения от источника зажигания достигается устойчивое горение (более 5 с).

    Тем-ра самовоспламенения - самая низкая тем-ра вещ-ва (или его оптимальной смеси с воздухом), при которой в условиях специальных испытаний происходит резкое увеличение скорости экзотермических реакций, приводящее к возникновению пламенного горения.

    Тем-ра самовоспламенения, определённая стандартным методом, называется стандартной температурой самовоспламенения. Тем-ра самовоспламенения зависит от химического состава вещ-ва, его концентрации в смеси с окислителем, давления, условий тепло- и массообмена, объёма смеси, наличия катализаторов и т.п.

    Знание  темп-ры самовоспламенения имеет  большое практическое значение, так как позволяет оценить возможность пламенного горения вещ-ва (смеси) при контакте с нагретыми пов-тями, при истечении из ап-тов в воздух нагретых до высоких тем-р газов или паров жид-ти. Кроме того, по тем-ре самовоспламенения определяется группа взрывоопасных смесей при выборе типа взрывозащищенного электрооборудования. 

    Концентрационные  пределы распространения  пламени. Влияние  на них давления, тем-ры, инертных добавок.

    Основным  показателем пожарной опасности  горючих газов является НКПРП (ВКПРП).

    Нижний (верхний) концентрационный предел распространения пламени - минимальное (максимальное) содержание горючего, вещ-ва в смеси с окислителем, при котором смесь способна воспламеняться и пламя распространяется по смеси на любое расстояние от источника-зажигания.

    НКПРП – min концентрация горючего газа или пара в смеси с воздухом (с окислителем), при которой уже можно воспламенить смесь от внешнего источника зажигания и пламя распространяется на весь объем смеси. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    ВКПРП – max концентрация горючего газа или пара в смеси, при которой еще возможно воспламенение от внешнего источника зажигания и пламя распространяется на весь объем смеси.

    При взрыве имеет место рост давления. Чем больше диапазон между ВКПРП и НКПРП, тем опаснее вещ-во. Если окислитель – чистый кислород, то опасная область увеличивается (для Н₂ от 3 до 90). Тем-ра и наличие инертных добавок тоже увеличивают диапазон.

    С повышением давления область опасных концентраций расширяется. С понижением – суживается и сходится в критической точке К. 

    Самовоспламенение. Механизм процесса. Температурные классы.

    Тем-ра самовоспламенения - самая низкая тем-ра вещ-ва (или его оптимальной смеси с воздухом), при которой в условиях специальных испытаний происходит резкое увеличение скорости экзотермических реакций, приводящее к возникновению пламенного горения.

    Тем-ра самовоспламенения зависит от химического  состава вещ-ва, его концентрации в смеси с окислителем, давления, условий тепло- и массообмена, объёма смеси, наличия катализаторов и т.п.

    Знание  темп-ры самовоспламенения имеет  большое практическое значение, так как позволяет оценить возможность пламенного горения вещ-ва (смеси) при контакте с нагретыми пов-тями, при истечении из ап-тов в воздух нагретых до высоких тем-р газов или паров жид-ти. Кроме того, по тем-ре самовоспламенения определяется группа взрывоопасных смесей при выборе типа взрывозащищенного электрооборудования. Для получения воспроизводимых результатов испытательную арматуру стандартизируют и получают стандартную тем-ру самовоспламенения, которая приводится в справочнике. Иногда создают самую неблагоприятную комбинацию условий опыта и т.о. получают min t_{САМОВОСПЛАМЕНЕНИЯ}. Принято, что тем-ра пов-ти оборудования во время работы не  должна превышать 80% от стандартной t_{САМОВОСПЛАМЕНЕНИЯ}.

    Категорирование взрывоопасных смесей по t_{САМОВОСПЛАМЕНЕНИЯ}.

    Если  есть горючая смесь, то в ней протекает  процесс окисления. Но при низких тем-рах скорости низкие.

    Ск-ть выделения тепла  ,

    где Q – тепловой эффект реакции; V – Тепловой объем смеси;                   

    К – константа ск-ти реакции; С –  концентрация реагирующих вещ-в;

    n – порядок реакции; Т – тем-ра смеси;

     - энергия активации. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    Ск-ть теплоотвода

    где α – коэф. теплоотдачи;

    s – пов-ть сосуда;

    t₂ – тем-ра смеси;

    t₁ – тем-ра стенки.

    Возможно 3 случая:

    1. - безопасное состояние.

    2. - неустойчивое равновесие.

    3. - самовоспламенение

     , , - кривая отвода тепла для разных тем-р стенки.

    В точке С -

    Точка С – точка неустойчивого равновесия.

    Отвод меньше, нагрев больше → самовоспламенение.

    Самовозгорание.

    Горение – сложный физико-химический процесс, в основе которого лежит быстропротекающая  хим. реакция, сопровождающаяся выделением тепла и излучением света. Горение  не сопровождается ростом давления. Для  начала возгорания необходимо, чтобы слилось 3 фактора: горючее, окислитель и источник воспламенения.

    Взрыв – быстрое превращение вещ-ва, сопровождающееся выделением энергии  и образованием сжатых газов, способных  производить работу.

    Вещ-ва, имеющие t_САМ < 50°С, называются самовозгорающимися. Различают тепловое, химическое и  микробиологическое самовозгорание. Условия возникновения самовозгорания:

    1. Развитая пов-ть окисления.

    2. Склонность вещ-ва окисляться  с заметной ск-тью при нормальной  тем-ре.