Расчет параметров источников пожара (взрыва)
На этом этапе необходимо оценить возможность источников зажигания инициировать горючие вещества.
В расчете принято четыре источника зажигания:
а) вторичное действие молнии;
б) искры короткого замыкания;
в) искры электросварки;
г) колба лампы накаливания.
д) горящую изоляцию электрокабеля (провода)
Вторичное воздействие молнии
Опасность вторичного воздействия молнии заключается в искровых разрядах, возникающих в результате индукционного и электромагнитного воздействия атмосферного электричества на производственное оборудование, трубопроводы и строительные конструкции. Энергия искрового разряда превышает 250 мДж и достаточна для воспламенения горючих веществ с минимальной энергией зажигания до 0,25 Дж.
Вторичное действие удара молнии опасно для газа, который заполнил весь объём помещения.
Термическое действие токов короткого действия
Ясно, что при коротком замыкании, когда отказывает аппарат защиты, появившиеся искры способны воспламенить ЛВЖ и взорвать газ (эта возможность оценивается ниже). Когда срабатывает защита, ток короткого замыкания длится короткое время и способен только воспламенить поливинилхлоридную проводку.
Температура проводника t пр о С, нагреваемого током короткого замыкания, вычисляется по формуле
где t н - начальная температура проводника, о С;
I к.з. - ток короткого замыкания, А;
R - сопротивление (активное) проводника, Ом;
к.з. - продолжительность короткого замыкания, с;
С пр - теплоёмкость материала провода, Дж*кг -1 *К -1 ;
m пр - масса провода, кг.
Чтобы проводка воспламенилась необходимо, чтобы температура t пр была больше температуры воспламенения поливинилхлоридной проводки t вос.пр. =330 о С.
Начальную температуру проводника принимаем равной температуре окружающей среде 20 о С. Выше в главе 1.2.2 были рассчитаны активное сопротивление проводника (Ra=1,734 Ом) и ток короткого замыкания (I к.з. =131,07 А). Теплоёмкость меди С пр =400 Дж*кг -1 *К -1 . Масса провода есть произведение плотности на объём, а объём - произведение длины L на площадь сечения проводника S
m пр =*S*L (18)
По справочнику находим значение =8,96*10 3 кг/м 3 . В формулу (18) подставляем значение площади сечения второго провода, из табл. 11, самого короткого, то есть L=2 м и S=1*10 -6 м. Масса провода равна
m пр =8,96*10 3 *10 -6 *2=1,792*10 -2
При продолжительности короткого замыкания к.з. =30 мс, по табл.11, проводник нагреется до температуры
Данной температуры не хватит, чтобы воспламенить поливинилхлоридную проводку. А если отключит защита, то необходимо будет посчитать вероятность загорания поливинилхлоридной проводки.
Искры короткого замыкания
При коротком замыкании возникают искры, которые имеют начальную температуру 2100 о С и способны воспламенить ЛВЖ и взорвать газ.
Начальная температура медной капли 2100 о С . Высота, на которой происходит короткое замыкание, 1 м, а расстояние до лужи ЛВЖ 4 м. Диаметр капли d к =2,7 мм или d к =2,7*10 -3 .
Количество теплоты, которое капля металла способна отдать горючей среде при остывании до температуры её воспламенения, рассчитывается следующим образом: среднюю скорость полёта капли металла при свободном падении w ср, м/с, вычисляют по формуле
где g - ускорение свободного падения, 9,81 м/с 2 ;
Н - высота падения, 1 м.
Получаем, что средняя скорость полёта капли при свободном падении
Продолжительность падения капли может быть рассчитана по формуле
Затем вычисляют объём капли Vк по формуле
Масса капли m к, кг:
где - плотность металла в расплавленном состоянии, кг*м -3 .
Плотность меди в расплавленном состоянии (по данным преподавателя) равна 8,6*10 3 кг/м 3 , а масса капли по формуле (22)
m к =8,6*10 3 *10,3138*10 -9 =8,867*10 -5
Время полёта капли металла в расплавленном (жидком) состоянии р, с.:
где С р - удельная теплоёмкость расплава материала капли, для меди С р =513 Дж*кг -1 *К -1 ;
S к - площадь поверхности капли, м 2 , S к =0,785d к 2 =5,722*10 -6 ;
Т н, Т пл - температура капли в начале полёта и температура плавления металла, соответственно, Т н =2373 К, Т пл =1083 К ;
Т о - температура окружающего воздуха, Т о =293 К;
Коэффициент теплоотдачи, Вт*м -2 *К -1 .
Коэффициент теплоотдачи рассчитывается следующей последовательности:
1) сначала вычисляют число Рейнольдса
где v=1,51*10 -5 1/(м 2 *с) - коэффициент кинематической вязкости воздуха при температуре 293 К,
где =2,2*10 -2 Вт*м -1 *К -1 - коэффициент теплопроводности воздуха,
1*10 2 Вт*м -2 *К -1 .
Рассчитав коэффициент теплоотдачи найдем время полёта капли металла в расплавленном (жидком) состоянии по формуле (23)
Так как < р, то конечную температуру капли определяют по формуле
Температура самовоспламенения пропана 466 о С, а температура капли (искры) к моменту подлета её к луже ЛВЖ 2373 К или 2100 о С. При данной температуре изопрен возгорится и будет устойчиво гореть, а пропан взорвется ещё при возникновении искры короткого замыкания. Температура вспышки изопрена -48 0 С.
Искровой разряд возникает в тех случаях, когда напряженность электрического поля достигает пробивного для данного газа значения Значение зависит от давления газа; для воздуха при атмосферном давлении оно составляет около . С увеличением давления возрастает. Согласно экспериментальному закону Пашена отношение пробивной напряженности поля к давлению приблизительно постоянно:
Искровой разряд сопровождается образованием ярко светящегося извилистого, разветвленного канала, по которому проходит кратковременный импульс тока большой силы. Примером можт служить молния; длина ее бывает до 10 км, диаметр канала - до 40 см, сила тока может достигать 100 000 и более ампер, продолжительность импульса составляет около .
Каждая молния состоит из нескольких (до 50) импульсов, следующих по одному и тому же каналу; их общая длительность (вместе с промежутками между импульсами) может достигать нескольких секунд. Температура газа в искровом канале бывает до 10000 К. Быстрый сильный нагрев газа приводит к резкому повышению давления и возникновению ударных и звуковых волн. Поэтому искровой разряд сопровождается звуковыми явлениями - от слабого треска при искре малой мощности до раскатов грома, сопровождающих молнию.
Возникновению искры предшествует образование в газе сильно ионизированного канала, получившего название стримера. Этот канал получается путем перекрытия отдельных электронных лавин, возникающих на пути искры. Родоначальником каждой лавины служит электрон, образующийся путем фотоионизации. Схема развития стримера показана на рис. 87.1. Пусть напряженность поля такова, что электрон, вылетевший за счет какого-либо процесса из катода, приобретает на длине свободного пробега энергию, достаточную для ионизации.
Поэтому происходит размножение электронов - возникает лавина (образующиеся при этом положительные ионы не играют существенной роли вследствие гораздо меньшей подвижности; они лишь обусловливают пространственный заряд, вызывающий перераспределение потенциала). Коротковолновое излучение, испускаемое атомом, у которого при ионизации был вырван один из внутренних электронов (это излучение показано на схеме волнистыми линиями), вызывает фотоионизацию молекул, причем образовавшиеся электроны порождают все новые лавины. После перекрывания лавин образуется хорошо проводящий канал - стример, по которому устремляется от катода к аноду мощный поток электронов - происходит пробой.
Если электроды имеют форму, при которой поле в межэлектродном пространстве приблизительно однородно (например, представляет собой шары достаточно большого диаметра), то пробой возникает при вполне определенном напряжении значение которого зависит от расстояния между шарами . На этом основан искровой вольтметр, с помощью которого измеряют высокое напряжение . При измерениях определяется наибольшее расстояние при котором возникает искра. Умножив затем на получают значение измеряемого напряжения.
Если один из электродов (или оба) имеет очень большую кривизну (например, электродом служит тонкая проволока или острие) то при не слишком большом напряжении возникает так называемый коронный разряд. При увеличении напряжения этот разряд переходит в искровой или дуговой.
При коронном разряде ионизация и возбуждение молекул происходят не во всем межэлектродном пространстве, а лишь вблизи электрода с малым радиусом кривизны, где напряженность ноля достигает значений, равных или превышающих . В этой части разряда газ светится. Свечение имеет вид короны, окружающей электрод, чем и вызвано название этого вида разряда. Коронный разряд с острия имеет вид светящейся кисти, в связи с чем его иногда называют кистевым разрядом. В зависимости от знака коронирующего электрода говорят о положительной или отрицательной коронах. Между коронирующим слоем и некоронирующим электродом расположена внешняя область короны. Режим пробоя существует только в пределах коронирующего слоя. Поэтому можно сказать, что коронный разряд представляет собой неполный пробой газового промежутка.
В случае отрицательной короны явления на катоде сходны с явлениями на катоде тлеющего разряда. Ускоренные полем положительные ионы выбивают из катода электроны, которые вызывают ионизацию и возбуждение молекул в коронирующем слое. Во внешней области короны поле недостаточно для того, чтобы сообщить электронам энергию, необходимую для ионизации или возбуждения молекул.
Поэтому проникшие в эту область электроны дрейфуют под действием ноля к аноду. Часть электронов захватывается молекулами, вследствие чего образуются отрицательные ионы. Таким образом, ток во внешней области обусловливается только отрицательными носителями - электронами и отрицательными ионами. В этой области разряд имеет несамостоятельный характер.
В положительной короне электронные лавины зарождаются у внешней границы короны и устремляются к коронирующему электроду - аноду. Возникновение электронов, порождающих лавины, обусловлено фотоионизацией, вызванной излучением коронирующего слоя. Носителями тока во внешней области короны служат положительные ионы, которые дрейфуют под действием поля к катоду.
Если оба электрода имеют большую кривизну (два коронирующих электрода), вблизи каждого из них протекают процессы, присущие коронирующему электроду данного знака. Оба коронирующих слоя разделяются внешней областью, в которой движутся встречные потоки положительных и отрицательных носителей тока. Такая корона называется двуполярной.
Упоминавшийся в § 82 при рассмотрении счетчиков самостоятельный газовый разряд представляет собой коронный разряд.
Толщина коронирующего слоя и сила разрядного тока растут с увеличением напряжения. При небольшом напряжении размеры короны малы и ее свечение незаметно. Такая микроскопическая корона возникает вблизи острия, с которого стекает электрический ветер (см. § 24).
Корона, появляющаяся под действием атмосферного электричества на верхушках корабельных мачт, деревьев и т. п., получила в старину название огней святого Эльма.
В высоковольтных устройствах, в частности в линиях высоковольтных передач, коронный разряд приводит к вредным утечкам тока. Поэтому приходится принимать меры для его предотвращения. С этой целью, например, провода высоковольтных линий берут достаточно большого диаметра, тем большего, чем выше напряжение линии.
Полезное применение в технике коронный разряд нашел в электрофильтрах. Очищаемый газ движется в трубе, по оси которой расположен отрицательный коронирующий электрод. Отрицательные ионы, имеющиеся в большом количестве во внешней области короны, оседают на загрязняющих газ частицах или капельках и увлекаются вместе с ними к внешнему некоронирующему электроду. Достигнув этого электрода, частицы нейтрализуются и оседают на нем. Впоследствии при ударах по трубе осадок, образованный уловленными частицами, осыпается в сборник.
В условиях производства источники воспламенения могут быть очень разнообразными как по природе их появления, так и по своим параметрам.
Среди возможных источников воспламенения выделим открытый огонь и раскаленные продукты горения; тепловое проявление механической энергии; тепловое, проявление электрической энергии; тепловое проявление химических реакций.
Открытый огонь и раскаленные продукты горения. Пожары и взрывы нередко возникают от постоянно действующих или внезапно появляющихся источников открытого огня и продуктов, сопровождающих процесс горения, - искр, раскаленных газов.
Открытый огонь может воспламенить почти все горючие вещества, так как температура при пламенном горении очень высокая (от 700 до 1500° С); при этом выделяется большое количество тепла и процесс горения, как правило, является продолжительным. Источники огня могут быть разнообразными - технологические нагревательные печи, реакторы огневого действия, регенераторы с выжиганием органических веществ из негорючих катализаторов, печи и установки для сжигания и утилизации отходов, факельные устройства для сжигания побочных и попутных газов, курение, использование факелов для обогрева труб и т. д. Основной мерой противопожарной защиты от стационарных источников открытого огня является их изоляция от горючих паров и газов при авариях и повреждениях. Поэтому аппараты огневого действия лучше размещать на открытых площадках с определенным противопожарным разрывом от смежных аппаратов или изолировать их, размещая обособленно в закрытых помещениях.
Наружные трубчатые огневые печи оборудуют устройством, позволяющим при авариях создать вокруг них паровую завесу, а при наличии смежных аппаратов со сжиженными газами (например, газофракционирующие установки) печи отделяют от них глухой стеной высотой 2-3 м и сверху ее прокладывают перфорированную трубу для создания паровой завесы. Для безопасного розжига печей используют электрозапальники или специальные газовые запальники. Весьма часто пожары и взрывы возникают при производстве огневых (например, сварочных) ремонтных работ из-за неподготовленности аппаратов (о чем говорилось выше) и площадок, где они расположены. Огневые ремонтные работы, кроме
наличия открытого пламени, сопровождаются разлетом
з стороны и падением на нижележащие площадки раска- пенных частичек металла, где они могут воспламенить горючие материалы. Поэтому, кроме соответствующей подготовки аппаратов, подлежащих ремонту, подготавливается и окружающая площадка. В радиусе 10 м убирают все горючие материалы и пыль, сгораемые конструкции защищают экранами, принимают меры к предупреждению попадания искр в нижележащие этажи. Подавляющее большинство огневых работ проводят, используя специально оборудованные стационарные площадки или мастерские.
На производство огневых работ в каждом отдельном случае получается специальное разрешение администрации и санкция пожарной охраны.
В необходимых случаях разрабатывают дополнительные меры обеспечения безопасности. Места производства огневых работ осматривают специалисты пожарной охраны до начала и после окончания работы. При необходимости на время производства работ устанавливают пожарный пост с соответствующей пожарной техникой.
Для курения на территории предприятия и в цехах оборудуют специальные помещения или выделяют соответствующие площадки; для отогрева замерзших труб используют горячую воду, водяной пар или индукционные грелки.
Искры - раскаленные твердые частицы, не полностью сгоревшего топлива. Температура таких искр чаще всего находится в пределах 700-900° С. При попадании в воздух искра сгорает сравнительно медленно, так как на ее поверхности частично адсорбируется двуокись углерода и другие продукты горения.
Снижение пожарной опасности от действия искр достигается устранением причин искрообразования, а при необходимости - улавливанием или гашением искр.
Улавливание и гашение искр при работе топок и двигателей внутреннего сгорания достигается использованием искроулавливателей и искрогасителей. Конструкции искроулавливателей очень разнообразны. Устройства для улавливания и гашения искр основаны на использовании силы тяжести (осадительные камеры), силы инерции (камеры с перегородками, насадками, сетками, жа- люзийные устройства), центробежной силы (циклонные
улавливатели, турбинно-вихревые), сил электрического притяжения (электрофильтры), охлаждения продуктов сгорания водой (водяные завесы, улавливание поверхностью воды), охлаждения и разбавления газов водяными парами и др. В некоторых случаях устанавливают
/ - топка; 2 - осадительная камера; 3 - циклонный искроулавливатель; 4 - дожигательная насадка
последовательно несколько систем искрогашения, как показано на рис. 3.7.
Тепловое проявление механической энергии. Опасное в пожарном отношении превращение механической энергии в теплоту имеет место при ударах твердых тел с образованием искр, трении тел при взаимном перемещении относительно друг друга, адиабатическом сжатии газов и т. д.
Искры удара и трения образуются при достаточно сильном ударе или интенсивном истирании металлов и других твердых тел. Высокая температура искр трения определяется не только качеством металла, но и окислением его кислородом воздуха. Температура искр нелегированных малоуглеродистых сталей превышает иногда
1500° С. Изменение температуры искр удара и трения в зависимости от материала соударяющихся тел и прилагаемого усилия показано на графике рис. 3.8. Несмотря на высокую температуру, искры удара и трения имеют небольшой запас тепла в связи с незначительностью их массы. Многочисленными опытами установлено, что
Рис. 3.8. Зависимость температуры искр удара и трения от давления соударяемых тел
наиболее чувствительными к искрам удара и трения являются ацетилен, этилен, сероуглерод, окись углерода, водород. Вещества, имеющие большой период индукции и требующие для воспламенения значительного количества тепла (метан, естественный газ, аммиак, аэрозоли и т. д.), искрами удара и трения не поджигаются.
Искры, упавшие на осевшую пыль и волокнистые материалы, создают очаги тления, которые могут вызвать пожар или взрыв. Большой поджигательной способностью обладают искры, получающиеся при ударах алюминиевых предметов по окисленной поверхности стальных деталей. Предупреждение взрывов и пожаров от искр удара и трения достигается применением неискрящих инструментов для повседневного использования и при аварийных работах во взрывоопасных цехах; маг-
нитных сепараторов и камнеулавливателей на линиях" подачи сырья в машины ударного действия, мельницы и т. п. аппараты; выполнением деталей машин, которые могут соударяться друг с другом, из искробезопасных металлов или путем строгой регулировки величины зазора между ними.
Неискрящими считаются инструменты, выполненные из фосфористой бронзы, меди, алюминиевых сплавов АКМ-5-2 и Д-16, легированные стали, содержащие 6- 8% кремния и 2-5% титана и т. п. He рекомендуется применять обмедненный инструмент. Во всех случаях, где это возможно, операции ударного действия следует заменять безударными*. При использовании стальных ударных инструментов во взрывоопасных средах место работы усиленно вентилируют, соударяющиеся поверхности инструмента смазывают консистентными смазками.
Разогрев тел от трения при взаимном перемещении зависит от состояния поверхностей трущихся тел, качества их смазки, давления тел друг на друга и условий отвода тепла в окружающую среду.
При нормальном состоянии и правильной эксплуатации трущихся пар избыток выделяющегося тепла своевременно отводится в окружающую среду, обеспечивая поддержание температуры на заданном уровне, т. е., если Qtp= QnoT, то /раб = Const. Нарушение этого равенства приведет к увеличению температуры трущихся тел. По этой причине опасные перегревы имеют место в подшипниках машин и аппаратов, при буксовании транспортерных лент и приводных ремней, при наматывании волокнистых материалов на вращающиеся валы, механической обработке твердых горючих веществ и т. д.
Чтобы уменьшить возможность перегрева, вместо подшипников скольжения для высокооборотных и сильно нагруженных валов применяют подшипники качения.
Большое значение имеет систематическая смазка подшипников (особенно подшипников скольжения). Для нормальной смазки подшипника используют тот сорт масла, который принят с учетом нагрузки и числа оборотов вала. Если естественное охлаждение недостаточно для отвода избыточного тепла, устраивают принудительное охлаждение подшипника проточной водой или циркулирующим маслом, обеспечивают контроль за темпе-
ратурой подшипников и применяемой жидкости для их охлаждения. За состоянием подшипников систематически наблюдают, очищают от пыли и грязи, не допускают перегрузки, вибраций, перекосов и нагрева сверх установленных температур.
He следует допускать“перегрузки транспортеров, Защемления ленты, ослабления натяжения ремня, ленты. Применяют устройства, автоматически сигнализирующие о работе с перегрузкой. Вместо плоскоременных передач применяют клиноременные, которые практически исключают буксование.
От попадания волокон в зазоры между вращающимися и неподвижными частями машины, постепенного уплотнения волокнистой массы и ее трения о стенки машины (на текстильных фабриках, льно- и пенько-джуто- вых заводах, в сушильных цехах заводов химических волокон и др.) уменьшают зазоры между цапфами валов и подшипниками, применяют втулки, кожухи, щиткЦ и другие противонамоточные устройства для защиты валов от соприкосновения с волокнистыми материалами. В некоторых случаях устанавливают противонамоточные ножи и т. п.
Разогрев горючих газов и воздуха при их сжатии в компрессорах. Повышение температуры газа при адиабатическом сжатии определяется уравнением
где Tll1 Tk - температура газа до и после сжатия, °К; Pm Pk - начальное и конечное давления, кГ/см2\ k - показатель адиабаты, для воздуха?=1,41.
Температура газа в цилиндрах компрессора при нормальной степени сжатия не превышает 140-160° С. Так как конечная температура газа при сжатии зависит от степени сжатия, а также от величины начальной температуры газа, то во избежание чрезмерного перегрева при сжатии до высоких давлений газ сжимают постепенно в многоступенчатых компрессорах и охлаждают после каждой ступени сжатия в межступенчатых холодильниках. Чтобы избежать повреждений компрессора, контролируют температуру и давление газа.
Повышение температуры при сжатии воздуха нередко приводит к взрывам компрессоров. Взрывоопасные концентрации образуются в результате испарения и разложения смазочного масла в условиях повышенных температур. Источниками воспламенения являются очаги самовозгорания продуктов разложения масла, отлагающихся в нагнетательном воздуховоде и ресивере. Установлено, что на каждые IO0C повышения температуры в цилиндрах компрессора процессы окисления ускоряются в 2-3 раза. Естественно, что взрывы, как правило, происходят не в цилиндрах компрессоров, а в нагнетательных воздуховодах и сопровождаются горением масляного конденсата и продуктов разложения масла, скапливающихся на внутренней поверхности воздуховодов. Во избежание взрывов воздушных компрессоров, кроме контроля за температурой и давлением воздуха, устанавливают и строго выдерживают оптимальные нормы подачи смазочного масла, систематически очищают нагнетательные воздуховоды и ресиверы от горючих отложений.
Тепловое проявление электрической энергии. Тепловое действие электрического тока может проявиться в виде электрических искр и дуг при коротком замыкании; чрезмерного перегрева двигателей, машин, контактов и отдельных участков электрических сетей при перегрузках и переходных сопротивлениях; перегрева в результате проявления вихревых токов индукции и самоиндукции; при искровых разрядах статического электричества и разрядах атмосферного электричества.
При оценке возможности возникновения пожаров от электрооборудования необходимо учитывать наличие, состояние и соответствие имеющейся защиты от воздействия окружающей среды, коротких замыканий, перегрузок, переходных сопротивлений, разрядов статического и атмосферного электричества.
Тепловое проявление химических реакций. Химические реакции, протекающие с выделением значительного количества тепла, таят потенциальную возможность возникновения пожара, взрыва, так как при этом возможен разогрев реагирующих или рядом находящихся горючих веществ до температуры их самовоспламенения.
Химические вещества по опасности тепловых проявлений экзотермических реакций разделяют на следующие группы (подробнее об этом сказано в гл. I).
а. Вещества, воспламеняющиеся при соприкосновении с воздухом, т. е. имеющие температуру самовоспламенения ниже температуры окружающей среды (например, алюминийорганические соединения) или нагретые выше температуры их самовоспламенения.
б. Вещества, самовозгорающиеся на воздухе, - растительные масла и животные жиры, каменный и древесный уголь, сернистые соединения железа, сажа, порошкообразные алюминий, цинк, титан, магний, торф, отходы нитроглифталевых лаков и т. д.
Самовозгорание веществ предупреждают уменьшением поверхности окисления, улучшением условий отвода тепла в окружающую среду, снижением начальной температуры среды, использованием ингибиторов процессов самовозгорания, изоляцией веществ от соприкосновения с воздухом (хранение и обработка под защитой негорючих газов, защита поверхности измельченных веществ пленкой жира и т. д.).
в. Вещества, воспламеняющиеся при взаимодействии с водой, - щелочные металлы (Na, К, Li), карбид кальция, негашеная известь, порошок и стружка магния, титана, алюминийорганические соединения (триэтилалюминий, триизобутил алюминий, диэтил алюминийхлорид и т. п.). Многие из этой группы веществ при взаимодействии с водой образуют горючие газы (водород, ацетилен), которые в процессе реакции могут воспламеняться, а некоторые из них (например, алюминийорганические соединения) при контакте с водой дают взрыв. Естественно, что такие вещества хранят и используют, защищая от соприкосновения с ними производственной, атмосферной и почвенной воды.
г. Вещества, воспламеняющиеся при контакте друг с другом, - это в основном окислители, способные в определенных условиях воспламенять горючие вещества. Реакциям взаимодействия окислителей с горючими веществами способствуют измельченность веществ, повышенная температура и наличие инициаторов процесса. В некоторых случаях реакции носят характер взрыва. Окислители нельзя хранить совместно с горючими веществами, нельзя допускать какой-либо взаимоконтакт между ними, если это не обусловлено характером технологического процесса.
д. Вещества, способные разлагаться с воспламенением или взрывом при нагревании, ударе, сжатии и т. п. воздействиях. К ним относятся взрывчатые вещества, селитры, перекиси, гидроперекиси, ацетилен, порофор ЧХЗ-57 (азодинитрилизомасляной кислоты) и др. Такие вещества в процессе хранения и использования предохраняют от опасных температур и опасных механических воздействий.
Химические вещества перечисленных выше групп нельзя хранить совместно, а также вместе с другими горючими веществами и материалами.
В зависимости от давления газа, конфигурации электродов и параметров внешней цепи существует четыре типа самостоятельных разрядов:
- тлеющий разряд;
- искровой разряд;
- дуговой разряд;
- коронный разряд.
1. Тлеющий разряд возникает при низких давлениях. Его можно наблюдать в стеклянной трубке с впаянными у концов плоскими металлическими электродами (рис. 8.5). Вблизи катода располагается тонкий светящийся слой, называемый катодной светящейся пленкой 2.
Между катодом и пленкой находится астоново темное пространство 1. Справа от светящейся пленки помещается слабо светящийся слой, называемый катодным темным пространством 3. Этот слой переходит в светящуюся область, которую называют тлеющим свечением 4, с тлеющим пространством граничит тёмный промежуток – фарадеево тёмное пространство 5. Все перечисленные слои образуют катодную часть тлеющего разряда. Вся остальная часть трубки заполнена святящимся газом. Эту часть называют положительным столбом 6.
При понижении давления катодная часть разряда и фарадеево тёмное пространство увеличивается, а положительный столб укорачивается.
Измерения показали, что почти все падения потенциала приходятся на первые три участка разряда (астоново темное пространство, катодная святящаяся плёнка и катодное тёмное пятно). Эту часть напряжения, приложенного к трубке, называют катодным падением потенциала .
В области тлеющего свечения потенциал не изменяется – здесь напряженность поля равна нулю. Наконец, в фарадеевом тёмном пространстве и положительном столбе потенциал медленно растёт.
Такое распределение потенциала вызвано образованием в катодном темном пространстве положительного пространственного заряда, обусловленного повышенной концентрацией положительных ионов.
Положительные ионы, ускоренные катодным падением потенциала, бомбардируют катод и выбивают из него электроны. В астоновом темном пространстве эти электроны, пролетевшие без столкновений в область катодного тёмного пространства, имеют большую энергию, вследствие чего они чаще ионизируют молекулы, чем возбуждают. Т.е. интенсивность свечения газа уменьшается, но зато образуется много электронов и положительных ионов. Образовавшиеся ионы в начале имеют очень малую скорость и потому в катодном тёмном пространстве создаётся положительный пространственный заряд, что и приводит к перераспределению потенциала вдоль трубки и к возникновению катодного падения потенциала.
Электроны, возникшие в катодном тёмном пространстве, проникают в область тлеющего свечения, которая характеризуется высокой концентрацией электронов и положительных ионов коленарным пространственным зарядом, близким к нулю (плазма). Поэтому напряженность поля здесь очень мала. В области тлеющего свечения идёт интенсивный процесс рекомбинации, сопровождающийся излучением выделяющейся при этом энергии. Таким образом, тлеющее свечение есть, в основном, свечение рекомбинации.
Из области тлеющего свечения в фарадеево тёмное пространство электроны и ионы проникают за счёт диффузии. Вероятность рекомбинации здесь сильно падает, т.к. концентрация заряженных частиц невелика. Поэтому в фарадеевом тёмном пространстве имеется поле. Увлекаемые этим полем электроны накапливают энергию и часто в конце концов возникают условия, необходимые для существования плазмы. Положительный столб представляет собой газоразрядную плазму. Он выполняет роль проводника, соединяющего анод с катодными частями разряда. Свечение положительного столба вызвано, в основном, переходами возбужденных молекул в основное состояние.
2. Искровой разряд возникает в газе обычно при давлениях порядка атмосферного. Он характеризуется прерывистой формой. По внешнему виду искровой разряд представляет собой пучок ярких зигзагообразных разветвляющихся тонких полос, мгновенно пронизывающих разрядный промежуток, быстро гаснущих и постоянно сменяющих друг друга (рис. 8.6). Эти полоски называют искровыми каналами .
Т газа = 10 000 К ~ 40 см I = 100 кА t = 10 –4 c l ~ 10 км |
После того, как разрядный промежуток «пробит» искровым каналом, сопротивление его становится малым, через канал проходит кратковременный импульс тока большой силы, в течение которого на разрядный промежуток приходится лишь незначительное напряжение. Если мощность источника не очень велика, то после этого импульса тока разряд прекращается. Напряжение между электродами начинает повышаться до прежнего значения, и пробой газа повторяется с образованием нового искрового канала.
В естественных природных условиях искровой разряд наблюдается в виде молнии. На рисунке 8.7 изображен пример искрового разряда – молния, продолжительностью 0,2 ÷ 0,3 с силой тока 10 4 – 10 5 А, длиной 20 км (рис. 8.7).
3. Дуговой разряд . Если после получения искрового разряда от мощного источника постепенно уменьшать расстояние между электродами, то разряд из прерывистого становится непрерывным, возникает новая форма газового разряда, называемая дуговым разрядом (рис. 8.8).
| ~ 10 3 А | ||
| Рис. 8.8 | ||
При этом ток резко увеличивается, достигая десятков и сотен ампер, а напряжение на разрядном промежутке падает до нескольких десятков вольт. Согласно В.Ф. Литкевичу (1872 – 1951), дуговой разряд поддерживается, главным образом, за счет термоэлектронной эмиссии с поверхности катода. На практике – это сварка, мощные дуговые печи.
4. Коронный разряд (рис. 8.9).возникает в сильном неоднородном электрическом поле при сравнительно высоких давлениях газа (порядка атмосферного). Такое поле можно получить между двумя электродами, поверхность одного из которых обладает большой кривизной (тонкая проволочка, острие).
Наличие второго электрода необязательна, но его роль могут играть ближайшие, окружающие заземленные металлические предметы. Когда электрическое поле вблизи электрода с большой кривизной достигает примерно 3∙10 6 В/м, вокруг него возникает свечение, имеющее вид оболочки или короны, откуда и произошло название заряда.
ИСТОЧНИК ЗАЖИГАНИЯ - источник энергии, инициирующий загорание. Должен обладать достаточной энергией, температурой и длительностью воздействия.
Как уже было раньше отмечено, горение может возникнуть при влиянии на ГС разнообразных источников зажигания. По природе происхождения источники зажигания можно классифицировать:
открытый огонь, раскаленные продукты горения и нагретые ими поверхности;
тепловые проявления механической энергии;
тепловые проявления электрической энергии;
тепловые проявления химических реакций (из этой группы в самостоятельную группу выделены открытый огонь и продукты горения).
Открытый огонь, раскаленные продукты горения и нагретые ими поверхности
Для производственных целей широко используют огонь, огневые печи, реакторы, факелы для сжигания паров и газов. При проведении ремонтных работ часто используют пламя горелок и паяльных ламп, применяют факелы для отогревания замерзших труб, костры для прогрева грунта при сжигании отходов. Температура пламени, а также количество тепла, которое при этом выделяется, достаточны для зажигания почти всех горючих веществ.
Открытое пламя. Пожарная опасность пламени обусловленна температурой факела и временем его влияния на горючие вещества. Например, воспламенение возможно от таких “малокалорийных” ИЗ, как тлеющий окурок сигареты или папиросы, зажженной спички (табл 1).
Источники открытого огня - факелы - нередко используют для разогрева застывшего продукта, для освещения при осмотре аппаратов в темноте, например, при измерении уровня жидкостей, при разведении костра на территории объектов с наличием ЛВЖ и ГЖ.
Высоконагретые продукты горения - газообразные продукты горения, которые получаются при горении твердых, жидких и газообразных веществ и могут достигать температур 800-1200оС. Пожарную опасность представляет выход высоконагретых продуктов через неплотности в кладке топок, дымовых каналов.
Производственными источниками зажигания также являются искры, которые возникают при работе топок и двигателей. Они представляют собой твердые раскаленные частицы топлива или окалины в газовом потоке, которые получаются в результате неполного сгорания или механического выноса горючих веществ и продуктов коррозии. Температура такой твердой частицы достаточно высокая, но запас тепловой энергии (W) небольшой из-за маленькой массы искры. Искра способна зажечь только вещества, достаточно подготовленные к горению (газо-паровоздушные смеси, осевшая пыль, волокнистые материалы).
Топки “искрят” из-за конструктивных недостатков; из-за использования сорта топлива, на который топка не расcчитана; из-за усиленного дутья; из-за неполного сгорания топлива; из-за недостаточного распыления жидкого топлива, а также из-за не соблюдения сроков чистки печей.
Искры и нагар при работе ДВС образуются при неправильном регулировании системы подачи топлива, электрозажигания; при загрязнении топлива смазочными маслами и минеральными примесями; при продолжительной работе двигателя с перегрузками; при нарушении сроков очистки выхлопной системы от нагара.
Пожарная опасность искр котельных, труб паровозов и тепловозов, а также других машин, костра в значительной степени определяются их размером и температурой. Установлено, что искра d = 2 мм пожароопасна, если имеет t » 1000°С; d=3 мм - 800°С; d = 5 мм - 600°С.
Опасные тепловые проявления механической энергии
В производственных условиях пожароопасное повышение температуры тел в результате преобразования механической энергии в тепловую наблюдается:
при ударах твердых тел (с образованием или без образования искр);
при поверхностном трении тел во время их взаимного перемещения;
при механической обработке твердых материалов режущим инструментом;
при сжатии газов и прессовании пластмасс.
Степень разогрева тел и возможность появления при этом источника зажигания зависит от условий перехода механической энергии в тепловую.
Искры, которые получаются при ударах твердых тел.
Размеры искр удара и трения, которые представляют собой раскаленную до свечения частичку металла или камня, обычно не превышают 0,5 мм. Температура искр нелегированных малоугольных сталей может достигать температуры плавления металла (около 1550оС).
В производственных условиях от удара искр воспламеняются ацетилен, этилен, водород, оксид углерода, сероуглерод, метано-воздушная смесь и другие вещества.
Чем больше в смеси кислорода, тем интенсивнее горит искра, тем выше горючесть смеси. Искра, которая летит, непосредственно не воспламеняет пылевоздушной смеси, но, попав на осевшую пыль или на волокнистые материалы, вызовет появление очагов тления. Так на мукомольных, ткацких и хлопкопрядильных предприятиях около 50% всех пожаров возникает от искр, которые высекаются при ударах твердых тел.
Искры, которые получаются при ударах алюминиевых тел о стальную окисленную поверхность, приводят к химическому воздействию с выделением значительного количества тепла.
Искры, образующиеся при попадании в машины металла или камней.
В аппаратах с мешалками, дробилках, аппаратах-смесителях и других, в том случае, если вместе с обрабатываемыми продуктами попадают куски металла или камни, могут образовываются искры. Искры образуются также при ударах подвижных механизмов машин об их неподвижные части. В практике нередко бывает так, что ротор центробежного вентилятора сталкивается со стенками кожуха или игольчатыми и ножевыми барабанами волокноотделительных и трепальных машин, которые быстро вращаются, ударяются о неподвижные стальные решетки. В таких случаях наблюдается искрообразование. Оно возможно и при неправильном регулировании зазоров, при деформации и вибрации валов, изнашивании подшипников, перекосах, недостаточном креплении на валах режущего инструмента. В таких случаях возможно не только искрообразование, но и поломка отдельных частей машин. Поломка узла машины, в свою очередь, может быть причиной образования искр, так как частицы металла попадают при этом в продукт.
Зажигание горючей среды от перегрева при трении.
Всякое перемещение соприкасающихся друг с другом тел требует затраты энергии на преодоление работы сил трения. Эта энергия в основном превращается в теплоту. При нормальном состоянии и правильной эксплуатации частей, которые трутся, тепло, которое выделяется своевременно отводится специальной системой охлаждения, а также рассеивается в окружающая среде. Увеличение тепловыделения или уменьшение теплоотвода и теплопотерь, ведет к повышению температуры трущихся тел. По этой причине происходит воспламенение горючей среды или материалов от перегрева подшипников машин, сильно затянутых сальников, барабанов и транспортерных лент, шкивов и приводных ремней, волокнистых материалов при наматывании их на валы машин и апаратов, которые вращаются.
В этом отношении наиболее пожароопасными являются подшипники скольжения сильно нагруженных и высокооборотистых валов. Плохое качество смазки рабочих поверхностей, их загрязнение, перекос валов, перегрузка машин и черезмерное затягивание подшипников - все это может явиться причиной перегрузки. Очень часто корпус подшипников загрязняется отложениями горючей пыли. Это также создает условия для их перегрева.
На объектах, где применяются или обрабатываются волокнистые материалы происходит их загорание при наматывании на вращающиеся узлы (прядильные фабрики, льнозаводы, эксплуатация комбайнов). Волокнистые материалы и соломистые продукты наматываются на валы возле подшипников. Наматывания сопровождается постепенным уплотнением массы, а потом сильным нагреванием ее при трении, обугливанием и воспламенением.
Выделение тепла при сжатии газов.
Значительное количество тепла выделяется при сжатии газов в результате межмолекулярного движения. Неисправность или отсутствие системы охлаждения компрессоров может привести к их разрушению при взрыве.
Опасные тепловые проявления химических реакций
В условиях производства и хранения химических веществ встречается большое количество таких химических соединений, контакт которых с воздухом или водой, а также взаимный контакт друг с другом может быть причиной возникновения пожара.
1) Химические реакции, которые протекают с выделением значительного количества тепла, имеют потенциальную опасность возникновения пожара или взрыва, так как возможный неконтролируемый процес разогрева реагирующих, вновь образующихся или рядом находящихся горючих веществ.
2) Вещества, которые самовоспламеняются и самовозгораются при контакте с воздухом.
3) Нередко, по условиям технологического процеса, вещества, находящиеся в апаратах, могут быть нагретые до температуры, превышающей температуру их самовозгорания. Так, продукты пиролиза газа при получении этилена из нефтепродуктов имеют температуру самовоспламенения в границах 530 – 550оС, а выходят из печей пиролиза при температуре 850оС. Мазут с температурой самовоспламенения 380 – 420оС на установках термического крекинга нагревается до 500оС; бутан и бутилен, который имеют температуру самовоспламенения соответственно 420оС и 439оС, при получении бутадиена нагревается до 550 – 650оС и т. д. При выходе наружу этих веществ происходит их самовоспламенение.
4) Иногда вещества в технологических процесах имеют очень низкую температуру самовоспламенения:
Триэтилалюминий - Al (C2H5)3 (-68°С);
Диэтилалюминийхлорид - Al (C2H5)2Сl (-60°С);
Триизобутилалюминий (-40°С);
Фтористый водород, жидкий и белый фосфор - ниже комнатной.
5) Многие вещества при контакте с воздухом способны к самовозгоранию. Самовозгорание начинается при температуре окружающей среды или после некоторого преварительного их подогрева. К таким веществам следует отнести растительные масла и жиры, сернистые соединения железа, некоторые сорта сажи, порошковидные вещества (алюминий, цинк, титан, магний и т.п.), сено, зерно в силосах и т.п.
Контакт самовоспламеняющихся химических веществ с воздухом происходит обычно при повреждении тары, разливе жидкости, расфасовке веществ, при сушении, открытом хранении твердых измельченных, а также волокнистых материалов, при откачке жидкостей из резервуаров, когда внутри резервуаров есть самовоспламеняющиеся отложения.
Вещества, которые воспламеняются при взаимодействии с водой.
На промышленных объектах имеется значительное количество веществ, воспламеняющихся при взаимодействии с водой. Выделяющееся при этом тепло может вызвать воспламенение образующихся или примыкающих к зоне реакции горючих веществ. К веществам, воспламеняющимся или вызывающим горение при соприкосновении с водой, следует отнести щелочные металлы, карбид кальция, карбиды щелочных металлов, сернистый натрий и др. Многие из этих веществ при взаимодействии с водой образуют горючие газы, воспламеняющиеся от теплоты реакции:
2К +2Н2О=КОН+Н2+Q.
При взаимодействии небольшого количества (3...5 г) калия и натрия с водой температура поднимается выше 600...650оС. Если взаимодействуют в большом количестве, происходят взрывы с разбрызгиванием расплавленного металла. В дисперсном состоянии щелочные металлы загораются во влажном воздухе.
Некоторые вещества, например негашеная известь, являются негорючими, но теплота реакции их с водой может нагреть горючие материалы, которые находятся рядом, до температуры самовоспламенения. Так, при контакте воды с негашеной известью температура в зоне реакции может достичь 600оС:
Са + Н2О = Са(ВОН)2 + Q.
Известны случаи пожаров в птичниках, где в качестве подстилки применялось сено. Пожары возникали после обработки птицеводческих помещений негашеной известью.
Опасен контакт с водой алюминийорганических соединений, так как их взаимодействие с водой происходит со взрывом. Усиление пожара или взрыва, что начались, может произойти при попытках тушить подобные вещества водой или пеной.
Воспламенение химических веществ при взаимоконтакте происходят при действии окислителей на органические вещества. В качестве окислителей выступают хлор, бром, фтор, окислы азота, азотная кислота, кислород и много других веществ.
Окислители при взаимодействии с органическими веществами вызовут их загорание. Некоторые смеси окислителей и горючих веществ способны загоратся при действии на них серной или азотной кислотой или небольшим количеством влаги.
Реакции взаимодействия окислителя с горючим веществом содействует измельченность веществ, его повышенная начальная температура, а также наличие инициаторов химического процеса. В некоторых случаях реакции носят характер взрыва.
Вещества, которые воспламеняются или взрываются при нагревании или механическом воздействии.
Некоторые химические вещества нестойки по природе, способны разлагаться с течением времени под действием температуры, трения, удара и других факторов. Это, как правило, эндотермические соединения, и процесс их разложения связан с выделением большого или меньшего количества тепла. К ним относятся селитры, перекиси, гидроперекиси, карбиды некоторых металлов, ацетилениды, ацетилен и др.
Нарушения технологического регламента, использования или хранения таких веществ, влияние на них источника тепла может привести к взрывному их разложению.
Склонность к взрывному разложению под действием повышенной температуры и давления имеет ацетилен.
Тепловые проявления электрической энергии
При несоответствии электрооборудования характеру технологической среды, а также в случае несоблюдения правил эксплуатации этого электрооборудования может возникнуть пожаровзрывоопасная ситуация на производстве. Пожаровзрывоопасные ситуации возникают в технологических процесах производств при КЗ, при пробоях прослойки изоляции, при чрезмерном перегреве электродвигателей, при повреждениях отдельных участков электрических сетей, при искровых разрядах статического и атмосферного электричества и т.д.
К разрядам атмосферного электричества относятся:
Прямые удары молнии. Опасность прямого удара молнии состоит в контакте ГС с каналом молнии, температура в котором достигает 2000оС при времени действия около 100 мкс. От прямого удара молнии воспламеняются все горючие смеси.
Вторичные проявления молнии. Опасность вторичного проявления молнии состоит в искровых разрядах, которые возникают в результате индукционного и электромагнитного влияния атмосферного электричества на производственное оборудование, трубопроводы и строительные конструкции. Энергия искрового разряда превышает 250 мДж и достаточна для воспламенения горючих веществ из Wmin = 0,25 Дж.
Занос высокого потенциала. Занос высокого потенциала в здание происходит по металлическим коммуникациям не только при их прямом поражении молнией, но и при расположении комуникаций в непосредственной близости от молниеотвода. При несоблюдении безопасных расстояний между молниеотводом и коммуникациями, энергия возможных искровых разрядов достигает значений 100 Дж и больше. То есть достаточна для загорания практически всех горючих веществ.
Термическое действие токов КЗ. В результате КЗ происходит термическое действие на проводник, который нагревается до высоких температур и может являться ИЗ горючей среды.
Электрические искры (капли металла). Электрические искры образуются при КЗ электропроводки, электросварке и при плавлении электродов электрических ламп накаливания общего назначения.
Размер капель металла при КЗ электропроводки и плавлении нити накаливания электроламп достигает 3 мм, а при электросварке 5 мм. Температура дуги при электросварке достигает 4000 оС, поэтому дуга будет источником зажигания для всех горючих веществ.
Электрические лампы накаливания. Пожарная опасность светильников обусловлена возможностью контакта ГС с колбой электрической лампы накаливания, нагретой выше температуры самовоспламенения ГС. Температура нагревания колбы электрической лампочки зависит от ее мощности, размеров и расположения в пространстве.
Искры статического электричества. Разряды статического электричества могут образоваться при транспортировании жидкостей, газов и пыли, при ударах, измельчении, распылении и подобных процессах механического влияния на материалы и вещества, являющиеся диэлектриками.
Вывод: Для обеспечения безопасности технологических процессов, в которых возможен контакт горючих веществ с источниками зажигания, необходимо точно знать их природу для исключения воздействия на среду.
Вопрос 2: Профилактические мероприятия исключающие воздействия источников зажигания на горючую среду.;
Противопожарные мероприятия, которые исключают контакт горючей среды (ГС) с открытым пламенем и раскаленными продуктами горения.
Для обеспечения пожаровзрывобезопасности технологических процессов, процессов переработки, хранения и транспортирования веществ и материалов необходимы разработка и внедрение инженерно-технических мероприятий, которые предотвращают образование или внесение в ГС источника зажигания.
Как было отмечено раньше, не каждое нагретое тело может быть источником зажигания, а только те нагретые тела, которые способны нагреть некоторый объем горючей смеси до определенной температуры, когда скорость тепловыделения равняется либо превышает скорость теплоотвода из зоны реакции. В этом случае мощность и продолжительность теплового влияния источника должны быть такие, чтобы на протяжении определенного времени поддерживались критические условия, необходимые для формирования фронта пламени. Поэтому, зная эти условия (условия формирования ИЗ), можно создать такие условия ведения технологических процессов, которые исключали бы возможность образования источников зажигания. В тех случаях, когда условия безопасности не выполняются, внедряют инженерно-технические решения, которые разрешают исключить контакт ГС с источниками зажигания.
Основным инженерно-техническим решением, которое исключает контакт горючей среды с открытым пламенем, раскаленными продуктами сгорания, а также высоконагретыми поверхностями является изоляция их от возможного соприкосновения как при нормальной работе оборудования, так и при авариях.
При проектировании технологических процессов с наличием аппаратов “огневого” действия (трубчатые печи, реакторы, факелы) необходимо предусматривать изоляцию этих установок от возможного столкновения с ними горючих паров и газов. Это достигается:
размещением установок в закрытых помещениях, обособленных от других аппаратов;
размещением на открытых площадках между “огневыми” аппаратами и пожароопасными установками защитных преград. Например, размещения закрытых сооружений, которые выполняют роль преграды.
соблюдением пожаробезопасных регламентированных разрывов между аппаратами;
применением паровых завес в тех случаях, когда невозможно обеспечить пожаробезопасное расстояние;
обеспечением безопасного конструктивного выполнения факельных горелок устройствами беспрерывного сжигания, схема которого приведена на рис. 1.
Рисунок 1 - Факел для сжигания газов: 1 - линия подачи водяного пара; 2 - линия поджигания очередной горелки; 3 - линия подачи газа к очередной горелке; 4 - горелка; 5 - ствол факела; 6 - огнепреградитель; 7 - сепаратор; 8 - линия, по которой подводят газ на сжигание.
Поджигание газовой смеси в очередной горелке осуществляют с помощью так называемого пламени, которое бежит, (предварительно подготовленная горючая смесь поджигается электрозапалом и пламя, перемещаясь вверх, производит поджиг газа горелки). Чтобы уменьшить образование дыма и искр, к факельной горелке подводят водяной пар.
исключением образования “малокалорийных” ИЗ (на объектах курение разрешается только в специально оборудованных местах).
использованием горячей воды или водяного пара для отогревания замерзших участков технологического оборудования вместо факелов (оборудование открытых стоянок автомобилей системами подачи горячего воздуха) или индукционных грелок.
очисткой трубопроводов и вентиляционных систем от горючих отложений пожаробезопасным средством (пропарка и механическая очистка). В исключительных случаях допускается выжигание отходов после демонтажа трубопроводов на специально отведенных участках и постоянных местах проведения огневых работ.
контролем за состоянием кладки дымовых каналов при эксплуатации топок и ДВС, не допускать неплотности и прогаров выхлопных труб.
защитой высоконагретых поверхностей технологического оборудования (камеры ретурбентов) теплоизоляцией с защитными кожухами. Предельно допустимая температура поверхности не должна превышать 80% температуры самовоспламенения горючих веществ, которые обращаются в производстве.
предупреждением опасного проявления искр топок и двигателей. На практике данное направление защиты достигается предупреждением образования искр и использованием специальных устройств для улавливания и их тушения. Для предупреждения образования искр предусматривают: автоматическое поддержание оптимальной температуры подаваемой на сжигание горючей смеси; автоматическое регулирование оптимального соотношения между топливом и воздухом в горючей смеси; предупреждение продолжительной работы топок и двигателей в форсированном режиме, с перегрузкой; использование тех видов топлива, на которые рассчитаны топка и двигатель; систематическая очистка внутренних поверхностей топок, дымовых каналов от сажи и выпускных коллекторов двигателей от нагаромаслянных отложений и т.п.
Для улавливания и тушения искр, которые образуются при работе топок и двигателей, применяют искроулавливатели и искрогасители, работа которых основана на использовании гравитационных (осадочных камер), инерционных (камер с перегородками, сетками, насадками), центробежных сил (циклонные и турбинно-вихревые камеры).
Наибольшее распространение на практике получили искроулавливатели гравитационного, инерционного и центробежного типа. Ими оборудуют, например, дымовые каналы дымогазовых сушилок, системы выпуска выхлопных газов автомобилей и тракторов.
Для обеспечения глубокой очистки топочных газов от искр на практике часто применяют не один, а несколько разнообразных типов искроулавливателей и искрогасителей, которые соединяют между собою последовательно. Многоступенчатое искроулавливание и тушение надежно себя зарекомендовало, например, в технологических процессах сушки измельченных горючих материалов, где в качестве теплоносителя используются дымовые топочные газы в смеси с воздухом.
Противопожарные мероприятия, которые исключают опасные тепловые проявления механической энергии
Предотвращение образования источников зажигания от опасных тепловых влияний механической энергии является актуальной задачей на взрывопожароопасных объектах, а также на объектах, где применяются или перерабатываются пыль и волокна.
Для предотвращения образования искр при ударах, а также выделении тепла при трении применяются такие организационные и технические решения:
Применение искробезопасного инструмента. В местах возможного образования взрывоопасных смесей паров или газов необходимо применять взрывобезопасный инструмент. Искробезопасными считают инструменты, выполненные из бронзы, фосфористой бронзы, латуни, берилия и др.
Пример: 1. Искробезопасные башмаки торможения ж.д. цистерн.2. Латунный инструмент для открывания барабанов с карбидом кальция на ацетиленовых станциях.
Применение магнитных, гравитационных или инерционных улавливателей. Так, для очистки хлопка-сырца от камней перед поступлением его в машины устанавливают гравитационные или инерционные камнеулавливатели. Металлические примеси в сыпучих и волокнистых материалах улавливают также магнитными сепараторами. Такие устройства широко применяются в мукомольном и крупяном производстве, а также на комбикормовых заводах.
Если есть опасность попадания в машину твердых немагнитных примесей, осуществляют, во-первых, тщательную сортировку сырья, во-вторых, внутреннюю поверхность машин, об которую эти примеси могут удариться, футеруют мягким металлом, резиной или пластмассой.
Предотвращение возникновения ударов подвижных механизмов машин об их неподвижные части. Основные пожарно-профилактические мероприятия, направленные на предотвращение образования искр удара и трения, сводятся к тщательному регулированию и балансированию валов, правильному отбору подшипников, проверке величины зазоров между подвижными и неподвижными частями машин, их надежному креплению, которое исключает возможность продольных перемещений; предотвращению перегрузки машин.
Выполнение во взрывопожароопасных помещениях полов, которые не искрят. Повышенные требования по искробезопасности выдвигаются к производственным помещениям с наличием ацетилена, этилена, окиси углерода, сероуглерода и др., полы и площадки которых выполняют из материала, который не образует искр, или выстилают резиновыми ковриками, дорожками и т.п.
Предотвращение загорания веществ в местах интенсивного тепловыделения при трении. С этой целью для предупреждения перегрева подшипников осуществляют замену подшипников скольжения на подшипники качения (там, где существует такая возможность). В других случаях осуществляется автоматический контроль температуры их нагревания. Визуальный контроль температуры осуществляется нанесением термовосприимчивых красок, которые изменяют свой цвет при нагревании корпуса подшипника.
Предупреждение перегрева подшипников также достигается: оборудованием автоматических систем охлаждения с применением в качестве хладоагента масел или воды; своевременным и качественным техническим обслуживанием (систематическая смазка, предупреждение чрезмерного затягивания, ликвидация перекосов, очищение поверхности от загрязнений).
Во избежание перегревов и загораний транспортерных лент и приводных ремней нельзя допускать работу с перегрузкой; следует контролировать степень натяжения ленты, ремня, их состояние. Нельзя допускать завалов башмаков элеваторов продукцией, перекосов лент и трение их об кожухи. При использовании мощных высокопроизводительных транспортеров и элеваторов могут применяться устройства и приспособления, которые автоматически сигнализируют о работе с перегрузкой и останавливают движение ленты при завале башмака элеватора.
Для предотвращения наматывания волокнистых материалов на вращающиеся валы машин необходимо их защищать от непосредственного столкновения с обрабатываемыми материалами путем использования втулок, цилиндрических и конических кожухов, кондукторов, направляющих планок, противонамоточных щитов и т.п. Кроме того, устанавливается минимальный зазор между цапфами вала и подшипниками; ведется систематическое наблюдение за валами, где могут быть наматывания, своевременная очистка их от волокон, защита их специальными противонамоточными острыми ножами, которые разрезают волокно, которое наматывается. Такую защиту имеют, например, трепальные машины на льнозаводах.
Предупреждение перегрева компрессоров при сжатии газов.
Предупреждение перегрева компрессоров обеспечивается делением процесса сжатия газов на несколько ступеней; устройством систем охлаждения газа на каждой ступени сжатия; установкой защитного клапана на нагнетательной линии за компрессором; автоматическим контролем и регулированием температуры сжимаемого газа путем изменения расхода охлаждающей жидкости, подаваемой в холодильники; автоматической системой блокирования, которая обеспечивает отключение компрессора в случае увеличения давления или температуры газа в нагнетательных линиях; очисткой теплообменной поверхности холодильников и внутренних поверхностей трубопроводов от нагаромасляных отложений.
Предотвращение образования источников зажигания при тепловых проявлениях химических реакций
Для предотвращения зажигания горючих веществ в результате химического взаимодействия при контакте с окислителем, водой необходимо знать, во-первых, причины, которые могут привести к такому взаимодействию, во-вторых, химию процессов самовоспламенения и самовозгорания. Знание причин и условий образования опасных тепловых проявлений химических реакций позволяет разрабатывать эффективные противопожарные мероприятия, которые исключают их появление. Поэтому основными противопожарными мероприятиями, которые предупреждают опасные тепловые проявления химических реакций являются:
Надежная герметичность аппаратов, которая исключает контакт веществ, нагретых выше температуры самовоспламенения, а также веществ с низкой температурой самовозгорания с воздухом;
Профилактика самовозгорания веществ путем снижения скорости протекания химических реакций и биологических процессов, а также устранение условий аккумуляции тепла;
Снижение скорости протекания химических реакций и биологических процессов осуществляют разнообразными методами: ограничением влажности при хранении веществ и материалов; снижение температуры хранения веществ и материалов (например зерна, комбикормов) путем искусственного охлаждения; хранение веществ в среде с пониженным содержанием кислорода; уменьшение удельной поверхности контакта самовоспламеняющихся веществ с воздухом (брикетирования, гранулирования порошковидных веществ); применение антиокислителей и консервантов (хранение комбикормов); устранение контакта с воздухом и химически активными веществами (перекисними соединениями, кислотами, щелочами и т.п.) путем раздельного хранения самовоспламеняющихся веществ в герметичной таре.
Зная геометрические размеры штабеля и начальную температуру вещества, можно определить безопасный период их хранения.
Устранение условий аккумуляции тепла осуществляется следующим способом:
ограничением размеров штабелей, караванов или куч хранимого вещества;
активным вентилированием воздуха (сена и других волокнистых растительных материалов);
периодическим перемешиванием веществ при их продолжительном хранении;
снижением интенсивности образования горючих отложений в технологическом оборудовании с помощью улавливающих устройств;
периодической очисткой технологического оборудования от самовоспламеняющихся горючих отложений;
Предупреждение воспламенения веществ при контакте друг с другом. Пожары от воспламенения веществ при контакте друг с другом предупреждают раздельным складированием, а также устранением причин их аварийного выхода из аппаратов и трубопроводов.
Исключение воспламенения веществ в результате саморазложения при нагревании или механическом воздействии. Предупреждение воспламенения веществ, предрасположенных к взрывному разложению, обеспечивают путем защиты от нагревания до критических температур, механических воздействий (ударов, трения, давления и т.п.).
Профилактика возникновения источников зажигания от тепловых проявлений электрической энергии
Предупреждение опасных тепловых проявлений электрической энергии обеспечивается:
правильным выбором уровня и вида взрывозащиты электродвигателей и аппаратов управления, другого электрического и вспомогательного оборудования в соответствии с классом пожаро- или взрывоопасности зоны, категории и группы взрывоопасной смеси;
периодическое проведение испытаний сопротивления изоляции электросетей и электрических машин в соответствии с графиком планово-предупредительного ремонта;
защита электрооборудования от токов короткого замыкания (КЗ) (применение быстродействующих предохранителей или автоматических выключателей);
предупреждение технологической перегрузки машин и аппаратов;
предупреждение больших переходных сопротивлений путем систематического обзора и ремонта контактной части электрооборудования;
исключение разрядов статического электричества путем заземления технологического оборудования, повышением влажности воздуха или применением антистатических примесей в наиболее вероятных местах генерирования зарядов, ионизация среды в аппаратах и ограничение скорости движения жидкостей, которые электризуются;
защита зданий, сооружений, отдельно стоящих аппаратов от прямых ударов молнии молниеотводами и защитой от вторичных ее воздействий.
Не следует пренебрегать мерами пожарной пофилактики на предприятиях. Так как любые сэкономленные средства на противопожарной защите будут несоизмеримо малы в сравнении с убытками от пожара, возникшего по этой причине.
Вывод по занятию:
Исключение воздействия источника зажигания на вещества и материалы является одним из основных мероприятий исключающим возникновение пожара. На тех объектах где не удается исключить пожарную нагрузку, особое внимание уделяется исключению источника зажигания.
