Материал: Теория горения и взрыва. Возникновение и распространение горения. Оценка пожарозрывоопасности веществ и материалов. Однолько А.А., Колодяжный С.А

7.3. Классификация веществ по гост 12.1.044

Вещества согласно ГОСТ 12.1.044 [7] классифицируются по горючести, дымообразованию, индексу распространения пламени, токсичности продуктов горения.

Классификация веществ по горючести

Группа горючести – классификационная характеристика способности веществ и материалов к горению. Горение – экзотермическая реакция, протекающая в условиях ее прогрессивного самоускорения.

По горючести вещества и материалы подразделяют на три группы:

• трудногорючие (трудносгораемые) – вещества и материалы, способные гореть в воздухе при воздействии источника зажигания, не способные самостоятельно гореть после его удаления;

• негорючие (несгораемые) – вещества и материалы, не способные к горению в воздухе.

• горючие (сгораемые) – вещества и материалы, способные самовозгораться, а также возгораться при воздействии источника зажигания и самостоятельно гореть после его удаления. Горючие жидкости с температурой вспышки не более 61 °С в закрытом тигле или 66 °С в открытом тигле, зафлегматизированных смесей, не имеющих вспышку в закрытом тигле, относят к легковоспламеняющимся. Особо опасными называют легковоспламеняющиеся жидкости с температурой вспышки не более 28 °С.

Сущность экспериментального метода определения горючести заключается в создании температурных условий, способствующих горению, и оценке поведения исследуемых веществ и материалов в этих условиях (см. прил.).

Необходимо учитывать, что трудногорючие вещества могут быть взрывоопасными: нитрит аммония NH4NO2 является трудногорючим, но одновременно - взрывчатым веществом. При незначительном нагревании нитрит аммония спокойно разлагается по уравнению: NH₄NO₂ → HNO₃ + NH₃. Выделяющий аммиак горит только в присутствии источника зажигания. Совершенно иначе, с взрывом, протекает процесс при воздействии мощного теплового импульса (или детонатора): NH₄NO₂ → N₂ + 2H₂O + 0,5O₂.

Негорючие вещества могут быть пожаровзрывоопасными:

• окислители (перманганат калия KMnO₄, Cl₂, азотная кислота HNO₃, сжиженный и жидкий O₂, перекись натрия Na₂O₂, перекись водорода H₂O₂ и дp.);

• вещества, выделяющие горючие продукты при взаимодействии с водой или друг с другом (карбит кальция CaC2, гидросульфит натрия NaS₂O₄ с водой; разбавленные кислоты (серная, соляная) с металлами);

• вещества, реагирующие с водой или друг с другом с взрывом или с выделением значительного количества тепла (CaO, негашеная известь, HOSO₂Cl – хлорсульфатная кислота);

• вещества, способные при нагревании в закрытых сосудах развивать высокое давление (все, в т.ч. огнетушащие, газы в баллонах – диоксид углерода СО₂, азот N₂).

Например:

а) сжатые и сжиженные газы (сжиженный азот, жидкая углекислота, сернистый ангидрид);

б) термически нестойкие вещества (карбонат аммония (NH₄)₂CO₃);

в) вещества, способные к взрыву без участия кислорода воздуха при нагревании или инициировании ударом, трением – некоторые взрывчатые вещества.

Горючие вещества по воспламеняемости (т.е. по чувствительности к воздействию различных источников зажигания), подразделяются наследующие:

• легковоспламеняющиеся;

• собственно горючие (средней воспламеняемости);

• трудновоспламеняемые.

Легковоспламеняющиеся – горючие вещества повышенной пожарной опасности, которые при хранении на открытом воздухе или в помещении способны без предварительного подогрева возгораться от кратковременного воздействия источника зажигания с низкой энергией (пламени спички, накаленного электропровода). Легковоспламеняющимися могут быть газы, жидкости (ЛВЖ) и твердые вещества. К легковоспламеняющимся газам относят практически все горючие газы: H₂, NH₃ (аммиак), CO, C₃H₈, природный газ.

К ЛВЖ относятся ГЖ с t_всп < 61 С в закрытом тигле (66 ˚C в открытом). Подробнее об открытом и закрытом тигле см. в прил.

ЛВЖ делятся на следующие разряды.

I разряд – особо опасные ЛВЖ. Это ГЖ с температурой вспышки

t_всп < -18 °C в закрытом тигле (-13 C в открытом). Пример: ацетон, автобензин, диэтиловый эфир, изопентан. Создают довольно высокое давление в сосуде, могут распространяться, не смешиваясь воздухом и воспламеняться значительном расстоянии. В закрытых сосудах обычно образуют концентрации выше верхнего концентрационного предела (КПРП).

II разряд – постоянно опасные ЛВЖ. Это ГЖ с t_всп от -17 до +23 C закрытом тигле (от -12 до +27 C в открытом). Пример: бензол, этиловый эфир, этилацетат. Образуют с воздухом смеси, воспламеняющиеся при комнатной температуре в закрытых сосудах. Этим они опаснее, чем ЛВЖ I разряда.

III разряд – опасные при повышенных температурах ЛВЖ. Это горючие жидкости с t_всп > 23  C (до 61 C – в закрытом тигле, от 27 до 66 °C – в открытом). Пример: уайт-спирит, осветительный керосин, скипидар, сольвент, хлорбензол. НКПРП достигается при повышенной температуре (жаркая погода, горячий цех) или в случае, если жидкости нагреты. При обычной температуре эти вещества воспламеняются при воздействии источника зажигания непосредственно на жидкость.

К легковоспламеняемым твердым веществам относятся вещества, способные возгораться от пламени спички, спиртовки и распространять горение по поверхности горизонтально расположенного образца. Пример: целлулоид, полистирол, сухая древесная стружка, торфоплиты.

Трудновоспламеняемые материалы: горючие вещества пониженной пожарной опасности, которые при хранении на открытом воздухе или в помещении не способны возгораться даже при длительном воздействии источника зажигания с низкой энергией. Возгораются только от мощного источника зажигания, способного нагреть до температуры воспламенения значительную часть материала.

Пример: мочевина, гетинакс, древесина, подвергнутая огнезащитной обработке.

Выделяют особые классы горючих веществ:

• пирофорные, т.е. горючие вещества, способные самовозгораться в обычных условиях хранения при контакте с кислородом (температура самовоспламенения до 50C). Пример: триизобутилалюминий, желтый фосфор, жидкий фосфористый водород;

• взрывчатые (взрывоопасные) – вещества, способные к быстрому экзотермическому превращению с образованием сжатых газов (взрыву) без участия кислорода воздуха. Из взрывчатых веществ выделяют промышленные взрывчатые вещества (предназначенные для производства взрывных работ).

Пример. Взрывоопасные вещества: нитроглицерин, ацетилен, перекись бензола. Промышленные взрывчатые вещества: порох, динамит, тротил.

Показатели пожаровзрывоопасности пирофорных и взрывчатых веществ в данном случае не рассматриваются.

Классификация веществ по дымообразованию

Коэффициент дымообразования — показатель, характеризующий оптическую плотность дыма, образующегося при пламенном горении или термоокислительной деструкции (тлении) определенного количества твердого вещества (материала) в условиях специальных испытании.

Различают вещества:

с малой дымообразующей способностью — коэффициент дымообразования до 50 м²/кг включительно;

с умеренной дымообразующей способностью — коэффициент дымообразования от 50 до 500 м²/кг включительно;

с высокой дымообразующей способностью — коэффициент дымообразования от 500 м²/кг.

Сущность метода определения коэффициента дымообразования заключается в определении оптической плотности дыма, образующегося при горении или тлении известного количества испытуемого вещества или материала, распределенного в заданном объеме (см. прил.).

Классификация веществ по индексу распространения пламени

Индекс распространения пламени – условный безразмерный показатель, характеризующий способность веществ воспламеняться, распространять пламя по поверхности и выделять тепло.

Различают вещества:

• не распространяющие пламя по поверхности  индекс распространения пламени равен 0;

• медленно распространяющие пламя по поверхности — индекс распространения пламени св. 0 до 20 включительно;

• быстро распространяющие пламя по поверхности — индекс распространения пламени свыше 20.

Сущность метода определения индекса распространения пламени заключается в оценке способности материала воспламеняться, выделять тепло и распространять пламя по поверхности при воздействии внешнего теплового потока (см. прил.).

Классификация веществ по токсичности продуктов горения

Показатель токсичности продуктов горения ‑ отношение количества материала к единице объема замкнутого пространства, в котором образующиеся при горении материала газообразные продукты вызывают гибель 50 % подопытных животных.

Различают чрезвычайно, высоко, умеренно и малоопасные материалы (табл. 7.1).

Сущность метода определения показателя токсичности заключается в сжигании исследуемого материала в камере сгорания при заданной плотности теплового потока и выявлении зависимости летального эффекта газообразных продуктов горения от массы материала, отнесенной к единице объема экспозиционной камеры. Схема установки приведена на рис. П8.

Таким образом, для разработки мероприятий по предотвращению и успешному тушению пожаров производится оценка пожаровзрывоопасности веществ. Суть ее состоит, как правило, в экспериментальном определении значимых физико-химических свойств вещества и комплекса показателей пожаровзрывоопасности согласно ГОСТ 12.1.044 [7]. Вещества классифицируются по горючести, дымообразующей способности, токсичности продуктов горения, индексу распространения пламени.

Таблица 7.1

Показатели токсичности продуктов горения

веществ различных классов опасности

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

1. Как классифицируются вещества по ГОСТ 12.1.044?

2. На какие группы подразделяют вещества и материалы по горючести?

3. В чем состоит сущность экспериментального метода определения группы горючести?

4. Приведите пример трудногорючего, но взрывоопасного вещества.

5. Перечислите четыре группы негорючих, но пожаровзрывоопасных веществ.

6. В чем отличие легковоспламеняемых веществ от средне- и трудновоспламеняемых веществ. Приведите примеры.

7. На какие разряды делятся легковоспламеняемые жидкости?

8. Как вещества и материалы подразделяются по дымообразованию?

9. Опишите классификацию веществ и материалов по индексу распространения пламени.

10. Как вещества классифицируются по токсичности продуктов горения?

Заключение

В курсе лекций обоснована актуальность изучения науки о горении, приведена историческая справка ее развития, показана роль отечественных ученых.

Дано определение горения как совокупности физико-химических процессов, в основе которых лежит реакция окисления горючих веществ кислородом. Рассмотрены условия возникновения и прекращения горения, которые показывают принципы подходов к предупреждению и тушению пожаров. Приведена классификация процессов горения, дается определение пламени, продуктов горения. Показывается порядок расчетов по определению объема воздуха, необходимого для горения и объема выделяющихся продуктов горения. Рассмотрены понятия тепловых эффектов реакции горения и теплового баланса процесса горения, показаны методы решения задач по расчету тепловых эффектов реакций горения.

Показано, что горение возникает по одному из трех механизмов возникновения горения – самовоспламенение, вынужденное воспламенение (зажигание) и самовозгорание, которые при имеющихся отличиях принципиально сходны.

Рассмотрены физико-химические процессы, протекающие при горении парогазовоздушных смесей, жидкостей и твердых веществ, включая пылевоздушные смеси и металлы. Уделено внимание взрывам газопаровоздушных смесей, пожарам резервуаров и помещений. Показано, как знание теории горения и взрыва применяется на практике при обеспечении пожарной безопасности. Подчеркнуто значение показателей пожаровзрывоопасности веществ и материалов в деле обеспечения пожарной безопасности, приведены расчетные зависимости и примеры решения задач.

Отдельная глава посвящена методике оценки пожаровзрывоопасности веществ и материалов как первого этапа оценки пожаровзрывоопасности технологических процессов производств и обеспечения пожарной безопасности в целом.

Изученные положения теории горения и взрыва будут встречаться обучающимся в качестве одних из базовых понятий ряда специальных дисциплин [1,19], а также будут полезными при практической деятельности по обеспечению пожарной безопасности, так как эффективное обеспечение пожарной безопасности невозможно без понимания природы горения.

Необходимо отметить, что деление механизма распространения пламени на тепловой и диффузионный является условным и отражает недостаточно полное представление о фактическом механизме процесса. Нуждается и в дополнительном изучении природа детонации.

Представляется, что дальнейшее развитие теории горения и взрыва будет связано с углублением имеющихся представлений, а также с изучением особенностей горения появляющихся новых материалов, что позволит определять более эффективные способы обеспечения пожарной безопасности. Отдельно следует отметить активно развивающееся направление по разработке новых и совершенствованию существующих средств огнезащиты.

Библиографический список

1. Федеральный закон Российской Федерации от 22 июля 2008 г. №123-ФЗ «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности» (http://www.consultant.ru/online/base/?req=doc;base=LAW;n=78699).

2. ГОСТ 12.1.004 – 91. Система стандартов безопасности труда. Пожарная безопасность. Общие требования. – М.: Изд-во стандартов, 1992. – 64 с.

3. ГОСТ 12.1.010 – 76. Система стандартов безопасности труда. Взрывобезопасность. Общие требования. – М.: Изд-во стандартов, 1977. – 7 c.

4. ГОСТ 12.1.011 – 78. Система стандартов безопасности труда. Смеси взрывоопасные. Классификация и методы их определения. – М.: Изд-во стандартов, 1977. – 32 с.

5. ГОСТ 12.1.033 – 81. Система стандартов безопасности труда. Пожарная безопасность. Термины и определения. – М.: Изд-во стандартов, 1982. – 48 с.

6. ГОСТ 12.1.041 – 83. Система стандартов безопасности труда. Пожаровзрывоопасность горючих пылей. Общие требования. – М.: Изд-во стандартов, 1983. – 23 с.

7. ГОСТ 12.1.044 – 89. Система стандартов безопасности труда. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения. – М.: Изд-во стандартов, 1989. ‑ 89 c.

8. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и средства их тушения: справ. изд. в 2 кн. / А.Н. Баратов [др.]. – М.: Химия, 1990.

9. Корольченко, А.Я. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и средства их тушения: справочник: в 2-х ч./ А.Я. Корольченко, Д.А. Корольченко– 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Асс. «Пожнаука», 2004.

10. Способы и средства огнезащиты древесины: руководство. – М.: ВНИИПО, 1994. – 51 с.

11. Абдурагимов, И.М. Процессы горения / И.М. Абдурагимов, А.С. Андросов, Л.К. Исаева, Е.В. Крылов. – М.: ВИПТШ МВД СССР, 1984. – 250 с.

12. Вогман, Л.П. Пожарная безопасность элеваторов/ Л.П. Вогман, В.И. Горшков, А.Г. Дегтяренко. – М.: Стройиздат, 1995. – 289 с.

13. Демидов, П.Г. Горение и свойства горючих веществ / П.Г. Демидов, В.А. Шандыба, П.П. Щеглов – М.: Химия, 1981.– 271 с.

14. Драйздейл, Д. Введение в динамику пожаров / Драйздейл Дуглас: пер. с англ./ К.Г. Бомштейна; под ред. Ю.А. Кошмарова, В.Е. Макарова. ‑ М.: Стройиздат, 1990. – 424 с.

15. Корольченко, А.Я. Процессы горения и взрыва / А.Я. Корольченко – М.: Изд-во Пожнаука, 2007. – 266 с.

16. Иншаков, Ю.З. Теория горения и взрыва: лаб. практикум / Ю.З. Иншаков, С.А. Колодяжный, А.А. Однолько, Н.А. Старцева; Воронеж. гос. арх.-строит. ун-т. – Воронеж, 2005. – 93 с.

17. Иншаков, Ю.З. Теория горения и взрыва. Предотвращение и прекращение горения: учеб. пособие. / Ю.З. Иншаков, А.А. Однолько/ Воронеж. гос. арх.- строит. ун-т. – Воронеж, 2004. – 102 с.

18. Однолько, А.А. Математическая обработка результатов измерений при проведении пожарнотехнических исследований: учеб.-метод. пособие / А.А. Однолько, А.Э. Лебедев, А. В. Марченко; под ред. А. В. Заряева. – Воронеж: ВИ МВД России, 1999. – 40 с.

19. Однолько, А.А. Особенности тушения пожаров на различных объектах: учеб.-метод. пособие / А.А. Однолько, С.А. Колодяжный, Н.А. Старцева; Вороне. Гос. арх.-строит. ун-т. – 2-е изд. – Воронеж, 2009. –110 с.

20. Пожарная опасность строительных материалов/ А.Н. Баратов [и др.]; под ред. А.Н. Баратова.  М.: Стройиздат, 1988. – 380 с.

21. Фомин, О.П. Теоретические основы процессов горения: учеб. пособие для вып. практ. задач / О.П. Фомин, Ю.З. Иншаков, М.Д. Грошев, А.А. Хренов. – Воронеж. гос. арх. – строит. ун-т. – Воронеж, 2003. – 95 с.

22. Шрайбер, Г. Огнетушащие средства. Химико-физические процессы при горении и тушении/ Г. Шрайбер, П. Порст: пер. с нем. – М.: Стройиздат, 1975. – 240 с.

23. Щеглов, П.П. Пожароопасность полимерных материалов/ П.П. Щеглов, В.Л. Иванников. – М.: Стройиздат, 1992. – 110 с.