Горючая среда (смесь)

Горючая среда (смесь) – это:

1) среда (смесь), способная воспламеняться при воздействии источника зажигания (Федеральный закон РФ от 22.07.2008 № 123-ФЗ «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности»);

2) среда (смесь), способная самостоятельно гореть после удаления источника зажигания (ГОСТ 12.1.004-91 ССБТ. Пожарная безопасность. Общие требования).

Для горения необходимы горючее вещество, кислород (или иной окислитель) и источник вос­пламенения.

Чтобы возникло горение, горючее вещество должно быть на­грето до определенной температуры источником воспламенения (пламенем, искрой, накаленным телом) или тепловым прояв­лением какого-либо другого вида энергии: химической (экзо­термическая реакция), механической (удар, сжатие, трение) и т.д. Выделившиеся при нагревании горючего вещества пары и газы смешиваются с воздухом и окисляются, образуя горючую среду. По мере накопления тепла в результате окисления газов и паров скорость химической реакции увеличивается, вследствие чего происходит самовоспламенение горючей смеси и появляется пламя.

С появлением пламени наступает горение, которое при благоприятных условиях продолжается до полного сгорания ве­щества. В установившемся процессе горения постоянным источником воспламенения является зона горения, т.е. область, где протекает химическая реакция, выделяется тепло и излучается свет.

Для возникновения и протекания горения горючее вещество и кислород должны находиться в определенном количественном соотношении. Содержание кислорода в воздухе для большинства горючих веществ должно быть не менее 14-18 %.

Образование горючей среды

Твердыми веществами органического происхождения

Горючая среда образуется в тех случаях, когда в технологическом процессе обращаются (обрабатываются, применяются или хранятся) твердые горючие вещества: древесина, уголь, волокнистые материалы. Как правило, они не изолируются от окружающего воздуха, могут гореть непосредственно на открытых площадках, в помещениях, аппаратах, коммуникациях.

Пылями

Горючие пыли образуются при обращении в технологическом процессе измельченных твердых веществ и материалов (при механической обработке – дроблении, шлифовании, сверлении и т.п.; транспортировке – в системах пневмотранспорта, при пересыпании продукции с одного транспортера на другой; а также в сепараторах, классификаторах, на участках загрузки и выгрузки измельченных веществ). Пыль может на­ходиться во взвешенном состоянии в воздухе (аэровзвесь), а также осаждаться на конструкции и оборудование (аэрогель).

Опасность таких производств состоит в том, что аэровзвеси способны к взрывному горению, а аэрогели – к самовозгоранию. Взрывы пыли протекают циклически – за первичным локальным взрывом (вспышкой), взвихряющем осевшую на конструкциях и оборудовании пыль, следует повторный, значительно более мощный взрыв. Такой взрыв уже способен повредить или разрушить оборудование, что приводит к образованию взрывоопасной среды уже в масштабах производственного помещения. Мощности последнего взрыва, как правило, достаточно для полного или частичного разрушения производственного здания. Такой сценарий развития пылевого взрыва представляет собой цепь последовательных взрывов с все более возрастающей мощностью.

Взрывоопасная среда (ВОС) внутри и снаружи технологического оборудования с пылями образуется при условии:

С_Р ≥ С_НПВ (1),

где:

• С_Р – рабочая концентрация пыли (с учетом взвешен­ной и осевшей) в аппарате или помещении;
• С_НПВ – нижний концентрационный предел воспламенения пыли.

Горючими газами

При нормальной работе аппаратов с газами в них, как пра­вило, не образуется взрывоопасной среды, ввиду отсутствия окислителя (рабочая концентрация составляет 100% об.). Иногда технологией предусматривается подача внутрь аппарата смеси рабочего газа с воздухом или кислородом. В таком случае взрывоопасная среда образуется при условии:

С_НПВ ≤ С_Р ≤ С_ВПВ (2),

где:

• С_р – рабочая концентрация горючего газа в аппарате;
• С_НПВ, С_ВПВ – нижний и верхний концентрационные пределы воспламенения газа.

Парами ЛВЖ и ГЖ

В производственных условиях подвергаются обработке и широко применяются легковоспламеняющиеся жидкости (ЛВЖ) и горючие жидкости (ГЖ). Горючая среда в аппаратах с жид­костями может образовываться: при нормальном режиме рабо­ты; при особых режимах работы (пуск и остановка технологических аппаратов) и при аварийном режиме (нарушении техно­логии производства, разрушении аппаратов и коммуникаций).

Внутри технологического оборудования

В производственных условиях аппараты с жидкостями обычно не заполняются полностью и, следовательно, над зер­калом жидкости имеется определенный свободный объем, который постепенно насыщается ее парами. При таких условиях количество паров в свободном объеме может быть достаточным для образования в смеси с воздухом или дру­гим окислителем горючей среды. При допущении, что при неподвижном уровне ЛВЖ и ГЖ в аппаратах концентрация их паров близка к концентрации насыщенного пара, возможность образования взрывоопасной среды определяется путем проверки двух условий:

1. Наличия над зеркалом жидкости паровоздушного пространства.
2. Выполнения зависимости:

Т_НПВ ≤ Т_Р ≤ Т_ВПВ (3),

где:

• Т_Р – рабочая температура жидкости;
• Т_НПВ и Т_ВПВ – соответственно нижний и верхний темпера­турные пределы воспламенения.

Если хотя бы одно из данных условий не выполняется, то ВОС в аппарате не образуется.

Температурные пределы воспламенения для жидкостей определяются по справочной литературе, экспериментально или расчетным путем. Рабочая температура жидкости определяется по технологическому регламенту или непосредственно по показаниям приборов контроля технологического процесса.

Необходимо помнить, что условие возможности образования взрывоопасной среды (3) справедливо в двух случаях:

• при неизменном уровне жидкости в аппарате, когда образовалась насыщенная концентрация ее паров;
• при наполнении аппаратов с дыхательными устройства­ми, т.к. подъем уровня жидкости никоим образом не изменит концентрацию ее паров, а лишь их объем над зеркалом жидкости.

При опорожнении аппаратов с дыхательными устройства­ми происходит насыщение паров жидкости окислителем за счет притока воздуха через дыхательную арматуру, их концентрация снижается и у богатых смесей (Т_Р > Т_ВПВ) мо­жет попасть в область воспламенения. В таком случае оцен­ку возможности образования ВОС проводить по условию (3) нельзя и ее осуществляют по соотношению:

С_НПВ ≤ С_Р ≤ С_ВПВ (4),

где:

• С_Р – рабочая концентрация паров жидкости в аппарате;
• С_НПВ, С_ВПВ – нижний и верхний концентрационные пределы воспламенения жидкости.

Концентрационные пределы воспламенения для жидкостей определяются по справочной литературе, экспериментально или расчетным путем. Рабочая концентрация паров жидкости в аппарате на данный момент времени определяется экспериментально или расчетом.

При выходе веществ наружу из аппаратов

В производственном помещении или у наружных установок горючая среда может образовываться только при выходе горючих веществ из аппаратов наружу. Это может случиться да­же при нормальной работе технологического оборудования, в том случае, если применяются аппараты с открытой поверхностью испарения, дыхательными устройствами, периодически открываемыми для загрузки и выгрузки продукции и т.п.

Наиболее опасными в пожарном отношении аппаратами являются аппараты с открытой поверхностью. Над зеркалом испарения в этих аппаратах может образоваться ВОС при вы­полнении условия:

Т_Р ≥ Т_ВСП (5),

где:

• Т_Р – рабочая температура горючей жидкости;
• Т_ВСП – температура вспышки жидкости.

В случаях, когда по условиям технологического процесса требуется изменение уровня жидкости применяют аппа­раты с дыхательными устройствами. Они представляют со­бой закрытые емкости (резервуары, мерники, дозаторы и т.п.), сообщающиеся с атмосферой при помощи дыхательных устройств.

Выход паров горючих жидкостей из этих аппаратов происходит при больших и малых дыханиях.

Под большим дыханием понимается вытеснение паров на­ружу или подсос воздуха внутрь аппарата при изменении в нем уровня жидкости (операции заполнения и опорожнения), под малым – вытеснение паров наружу или подсос воздуха внутрь аппарата при изменении температуры в его газовом пространстве (уровень остается неизменным).

Образование ВОС около дыхательного устройства при вы­теснении паров наружу возможно при условии:

Т_Р ≥ Т_НПВ (6),

где:

• Т_Р – рабочая температура горючей жидкости;
• Т_НПВ – нижнему температурному пределу воспламенения жидкости.

Аппараты, работающие под избыточным давлением, также могут быть источником выделения горючих газов и паров, т.к. даже при их исправном состоянии возможны незначительные утечки горючих веществ через различные разъемные соединения, уплотнения валов, плунжеров и т.п. Такие утечки могут происходить непрерывно, но, как правило, не создают реальной пожарной опасности, т.к. локально рассредоточены по поверхности аппаратов и коммуникаций и рассеиваются в воз­духе рабочей среды под воздействием воздухообмена.

В период пуска и остановки технологических аппаратов

Остановка технологического оборудования на производстве осуществляется периодически и связана с необходимостью проведения различных регламентных работ: профилактических осмотров, чисток, ремонтов и т.п.

Причинами образования горючей среды при остановке аппа­ратов являются:

• снижение температурного режима, если в них при нормальной работе имелась горючая жидкость с рабочей тем­пературой не ниже Т_ВПВ (при этом температура, снижаясь, вой­дет в область воспламенения) – условие (3);
• приток наружного воздуха через дыхательную арматуру при сливе жидкости или через открытые люки при раз­герметизации аппаратов с неполностью удаленными из них горючими жидкостями и обеднение горючей смеси – условие (4);
• негерметичное отключение аппаратов от трубопроводов с горючими веществами.

Образование ВОС возможно при пуске аппаратов, когда в объем, заполненный воздухом, поступает горючее вещество и концентрация в аппарате увеличивается от 0 до С_Р:

С_Р ≥ С_НПВ (7),

где:

• С_Р – рабочая концентрация паров жидкости в аппарате;
• С_НПВ – нижний концентрационный предел воспламенения жидкости.

При нарушении режима работы и повреждении технологических аппаратов

Наибольшую пожарную опасность для производства представляют нарушения режима работы технологического оборудования и связанные с ними повреждения и ава­рии, при которых вследствие выхода значительного коли­чества горючих газов за короткий промежуток времени может образовываться горючая концентрация не только внутри аппаратов, но и снаружи.

Повреждения технологического оборудования возможны в результате различных воздействий, а именно:

• механических (образование повышенного или понижен­ного давления, воздействия динамических нагрузок, эрозионный износ);
• температурных (температурные напряжения, изменения физических свойств металлов);
• или химических (химическая или электрохимическая коррозия).

Способы исключения условий образования горючей среды

Исключение условий образования горючей среды должно обеспечиваться одним или несколькими из следующих способов:

1. Применение негорючих веществ и материалов.
2. Ограничение массы и (или) объема горючих веществ и материалов.
3. Использование наиболее безопасных способов размещения горючих веществ и материалов, а также материалов, взаимодействие которых друг с другом приводит к образованию горючей среды.
4. Изоляция горючей среды от источников зажигания (применение изолированных отсеков, камер, кабин).
5. Поддержание безопасной концентрации в среде окислителя и (или) горючих веществ.
6. Понижение концентрации окислителя в горючей среде в защищаемом объеме.
7. Поддержание температуры и давления среды, при которых распространение пламени исключается.
8. Механизация и автоматизация технологических процессов, связанных с обращением горючих веществ.
9. Установка пожароопасного оборудования в отдельных помещениях или на открытых площадках.
10. Применение устройств защиты производственного оборудования, исключающих выход горючих веществ в объем помещения, или устройств, исключающих образование в помещении горючей среды.
11. Удаление из помещений, технологического оборудования и коммуникаций пожароопасных отходов производства, отложений пыли, пуха.

Способы исключения условий образования в горючей среде (или внесения в нее) источников зажигания

Исключение условий образования в горючей среде (или внесения в нее) источников зажигания должно достигаться одним или несколькими из следующих способов:

1. Применение электрооборудования, соответствующего классу пожароопасной и (или) взрывоопасной зоны, категории и группе взрывоопасной смеси.
2. Применение в конструкции быстродействующих средств защитного отключения электроустановок или других устройств, исключающих появление источников зажигания.
3. Применение оборудования и режимов проведения технологического процесса с защитой от статического электричества.
4. Устройство молниезащиты зданий, сооружений и оборудования.
5. Поддержание безопасной температуры нагрева веществ, материалов и поверхностей, которые контактируют с горючей средой.

6. Применение способов и устройств ограничения энергии искрового разряда в горючей среде до безопасных значений.
7. Применение искробезопасного инструмента при работе с легковоспламеняющимися жидкостями и горючими газами.
8. Ликвидация условий для теплового, химического и (или) микробиологического самовозгорания обращающихся веществ, материалов и изделий.
9. Исключение контакта с воздухом пирофорных веществ.
10. Применение устройств, исключающих возможность распространения пламени из одного объема в смежный.

Безопасные значения параметров источников зажигания определяются условиями проведения технологического процесса на основании показателей пожарной опасности обращающихся в нем веществ и материалов, определенных в ст. 11 Федерального закона РФ от 22.07.2008 № 123-ФЗ.

Источники: Справочник инженера пожарной охраны. Под общей редакцией Самойлова Д.Б. –М.: 2010; Федеральный закон РФ от 22.07.2008 № 123-ФЗ «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности»; ГОСТ 12.1.004-91. Система стандартов безопасности труда. Пожарная безопасность. Общие требования.