Попередження пожеж та вибухів

Система запобігання пожежі ¾ це комплекс організаційних заходів та технічних засобів, спрямованих на виключення можливості виникнення пожежі. Організаційні та технічні заходи з попередження пожежі реалізуються ще на стадії проектування окремих об’єктів. При цьому попередньо вивчаються особливості технологічних процесів та об’єкту в цілому, можливі причини та джерела виникнення пожежі. Запобіганню пожежі у великій мірі сприяє правильне планування, розташування основних та допоміжних приміщень з урахуванням рельєфу місцевості, дотримання протипожежних розмірів між будівлями у відповідності з вимогами генерального плану та ін.

Пожежна профілактика ¾ комплекс організаційних та технічних заходів, спрямованих на забезпечення безпеки людей, на запобігання пожежі, обмеження її розповсюдження, а також створення умов для успішного гасіння пожежі. Пожежна профілактика ефективна, якщо постійно ведеться дослідження пожежної безпеки об’єктів, приміщень та процесів. Мета дослідження ¾ виявити умови утворення у апаратах та виробничих приміщеннях вибухонебезпечних концентрацій, джерел запалювання та інших факторів, що призводять до виникнення пожежі.

Попередження пожежі досягається: запобіганням утворенню горючого середовища; запобіганням виникнення у горючому середо­вищі або появи в ньому джерел запалювання; підтриманням температури гарячого середовища нижче максимально допустимої; підтриманням тиску у горючому середовищі нижче максимально допустимого по горючості; зменшенням визначального розміру горючої суміші середовища нижче максимально допустимого по горючості. Температура самозапалювання горючої суміші залежить від форми останньої. Зменшуючи визначальний розмір горючої суміші у фланцевих з’єднаннях трубопроводів, світильниках, електродвигунах, можна запобігти небезпеці пожежі і навіть вибуху.

Реалізація перших двох вищеназваних шляхів запобігання пожежі, у свою чергу, може досягатися впровадженням у виробництво ряду організаційних та технічних заходів, що виключають умови появи факторів, що характеризують пожежну небезпеку об’єктів.

Запобігання виникненню горючого середовища забезпечується обмеженням:

· допустимої концентрації горючих газів та пари у повітрі – менше нижньої або більше верхньої границі вибуховості. Для цього приміщення провітрюють, улаштовуючи природну вентиляцію, або вентилюють за допомогою механічної – штучної вентиляції. Підтримання концентрації газів або пари більше верхньої границі вибуховості у резервуарах та апаратах забезпечується за допомогою герметизації останніх;

· допустимої концентрації флегматизатора у повітрі, горючому газі, парі або рідині. Додаючи у горючу суміш вогнегасні склади, наприклад, на основі галоїдовуглеводнів можна за певної їх концентрації домогтися стану, коли суміш, що була горючою раніше стане негорючою. Суміш може стати негорючою (це залежить від фізичних та хімічних властивостей домішки та горючої суміші, їх спорідненості один до одного) або у результаті дії інгібітору (інтенсивного гальмування швидкості хімічних реакцій у полум’ї) флегматизатору – домішки, або за рахунок зменшення вмісту окисника у суміші, частина якого йде на окислення флегматизатора.

· допустимої концентрації кисню у газі. Якщо розвести горючу суміш, то можна зменшити концентрацію кисню до межі, при якій вона стає негорючою. Більшість органічних речовин не здатна горіти при вмісті кисню у горючій суміші менше 14 – 15%;

· горючості застосованих речовин, матеріалів, обладнання та конструкцій.

Запобігання виникненню у горючому середовищі джерел запалювання здійснюється:

¨ регламентацією виконання, застосування та режиму експлуатації машин, механізмів та іншого обладнання, матеріалів та виробів, що можуть бути джерелом запалювання горючої суміші. При експлуатації машин та механізмів у процесах, наприклад, прийому, зберігання та відпускання нафтопродуктів на складах не допускаються співудари окремих вузлів машин, у результаті яких можуть висікатися іскри. Всі автомобілі з бензиновими та дизельними двигунами споряджаються пристроями, що гасять іскри, справність яких контролюється кожен день при виїзді з гаражу;

¨ застосуванням електрообладнання, що відповідає класу пожежної вибухонебезпечності приміщення або зовнішньої установки, групі та категорії вибухонебезпечної суміші. Ця вимога реалізується шляхом правильного вибору електрообладнання, кому­таційної електроапаратури у відповідному вибухопожежобезпечному виконанні та її режимів експлуатації;

¨ застосуванням технологічного процесу та обладнання, що задовольняє вимогам електростатичної іскрової безпеки. Технологічні процеси передбачають з’єднання всіх без виключення металічних частин обладнання у єдине електричне коло із наступним приєднанням його до заземного контуру або заземлювача;

¨ улаштуванням захисту від блискавок для будівель, споруд та обладнання. Будівлі та споруди захищають від прямих ударів блискавки, електростатичної та електромагнітної індукції і від заносу потенціалів;

¨ регламентацією максимально допустимої температури нагрівання поверхонь обладнання та матеріалів, що можуть увійти в контакт із горючим середовищем. Режим роботи обладнання не повинен викликати підвищеного нагрівання його поверхні;

¨ регламентацією максимально допустимої енергії іскрового розряду в горючому середовищі. Зменшувати енергію іскрового розряду можливо, якщо зменшувати напругу між частинами обладнання, при якій відбувається іскровий розряд у горючому середовищі;

¨ регламентацією максимально допустимої температури нагрівання горючих речовин, матеріалів та конструкцій;

¨ застосуванням інструменту, що не іскрить, при роботі з легкозай­мис­тими речовинами. При зачищенні резервуарів застосовують інстру­мент та пристосування, що не висікають іскру при ударах та падінні;

¨ ліквідацією умов для хімічного самозаймання оборотних речовин та матеріалів. До самозаймистих речовин у технологічних процесах належать, наприклад, пірофорні речовини, що розігріваються при окисленні киснем повітря до 600 ;

¨ усуненням контакту з повітрям пірофорних речовин. При зачи­щенні резервуарів та посудин, у яких було паливо, старанно видаляють продукти корозії, тим самим виключаючи можливість утворення пірофорних речовин та їх контакт із киснем повітря.

Попередження вибуху. Попередити виникнення вибуху можливо шляхом виключення утворення вибухонебезпечного середовища та виникнення джерела ініціювання вибуху.

Вибух ¾ швидке екзотермічне хімічне перетворення вибухонебез­печного середовища, що супроводжується виділенням енергії та стиснутих газів, що здатні виконувати роботу.

Вибухобезпечність ¾ стан виробничого процесу, при якому виклю­чається можливість вибуху або у випадку його виникнення, відбува­ється запобігання дії на людей, викликаних ним небезпечних та шкід­ли­вих факторів та забезпечується зберігання матеріальних цінностей.

У результаті вибуху речовина перетворюється на сильно нагрітий газ, що заповнює об’єм із дуже високим тиском. Вибух можливий тільки за певної концентрації горючої суміші. Границі концентрації горючої суміші, при яких відбувається вибух, називаються концентраційними границями запалювання речовини.

Велика швидкість горіння при вибуху призводить ло виділення великої кількості теплової енергії за короткий проміжок часу. У області вибуху температура горючих газів досягає 1500 – 3000 . Швидкість розповсюдження вибухової хвилі може складати кілька сотень метрів. Вибухи призводять, як відомо, до виникнення пожеж так само, як і пожежі призводять до виникнення вибухів.

У замкнутому об’ємі тиск залежить від температури при вибуху, а також від співвідношення числа молекул до та після вибуху. При вибуху газів та пари тиск звичайно не перевищує 981 кПа. Якщо у суміші концентрація кисню збільшується (вище 21%), то тиск може при вибуху досягати 1962 кПа внаслідок більш високої температури продуктів вибуху.

Тиск при вибуху горючих сумішей

,

де  ¾ тиск горючої суміші до вибуху, Па; ;  ¾ температура горючої суміші відповідно до вибуху та при вибуху, ; ,  ¾ число молекул горючої суміші відповідно до та після вибуху.

Приклад. Обчислити тиск при вибуху суміші пари ацетону з повітрям, якщо  = 20 ,  = 2277 ;  = 9,81×10  Па.

Рішення. Визначимо число молекул до та після вибуху при  = 21 та  = 20

CH COCH  + 4O  + 4×3,76N  = 3CO  + 3H O + 15N .

Тиск при вибуху

 =  =  = 900 кПа.

Границі запалювання (вибуховості) горючих сумішей непостійні і залежать від початкової температури, тиску, наявності інших домішок, характеру джерела запалювання. Якщо початкова температура горючої суміші підвищується, то діапазон вибуховості розширюється, до того ж нижня границя стає меншою, а верхня більшою. Вважають, що з підвищенням температури суміші на кожні 100 нижня границя вибуховості зменшується на 10% від вихідного значення, а верхня зростає на 15%. Зменшення або збільшення температури горючої суміші призводить відповідно до зменшення або збільшення швидкості її горіння. Із збільшенням швидкості горіння суміші зменшується час віддачі горючою сумішшю тепла у навколишнє середовище, що веде до підвищення її температури, вона не зменшується), і тому розведена повітрям гаряча суміш, яка не вибухає при низькій температурі, стає вибухонебезпечною при більш високій.

Підвищення тиску горючої суміші практично не змінює діапазону її вибуховості, а його зменшення значно змінює границі вибуху. Для кожної горючої суміші будь-якої концентрації при певній температурі існує пороговий тиск, нижче якого вибух неможливий. Очевидно, при цьому верхня та нижня границя вибуху сходиться.

Додавання у горючу суміш негорючих газів різко зменшує верхню границю вибуху. При цьому його нижня границя майже не змінюється, тому що уведення негорючого домішку незначно впливає на концентрацію кисню, яка визначає здатність горючої суміші до вибуху. При певній концентрації негорючих речовин горюча суміш стає неви­буховою, тому при гасінні пожеж газів та пари в зону горіння уводять негорючі гази-флегматизатори (азот, вуглекислий газ, аргон та ін.).

Можливість виникнення вибуху горючої суміші у великій мірі залежить від потужності електричного розряду (іскри). Для кожної горючої суміші за певних умов існує мінімальна енергія запалювання. Цю енергію повинен передати горючій суміші електричний розряд або інше джерело тепла. Чим вище потужність іскри, тим впевненіше відбуваються горіння та вибух, ширше стає діапазон вибуху. Але розширення його діапазону із збільшенням потужності іскри не безмежне. Небезпека вибуху горючої суміші зростає, якщо збільшується тривалість іскрового розряду.

Вибухонебезпечне середовище ¾ хімічно активне середовище, що знаходиться при таких умовах, коли може виникнути вибух.

Вибухонебезпечне середовище можуть утворювати: суміші пари бензинів, ацетону, розчинників, спиртів, ефірів та інших речовин із повітрям або іншими окисниками ¾ киснем, озоном, окислами азоту; речовини, схильні до вибухового перетворення, ¾ ацетилен (при зварювальних роботах), озон та ін.

Вибухонебезпечність середовища (горючі суміші, гази, пара) характеризується: температурою спалаху; концентраційними та темпе­ра­турними границями запалювання; температурою самозапалювання; нормальною швидкістю розповсюдження полум’я; мінімальним вибухонебезпечним вмістом кисню (окисника); мінімальною енергією запалювання; чутливістю до механічної дії ¾ удару та тертя.

Небезпечність вибуху характеризується наступними основними факторами: максимальним тиском та температурою вибуху; швидкістю наростання тиску при вибуху; тиском у фронті ударної хвилі; якостями дробіння та фугасними якостями вибухонебезпечного середовища.

До небезпечних та шкідливих факторів, які можуть впливати на працюючих у результаті вибуху, належать: ударна хвиля, у фронті якої тиск перевищує допустиме значення; полум’я; обвалення конструкцій, будівель та їх частини, що розлітаються.

Ініціюється вибух наступними джерелами: відкритим вогнем; палаючими та розжареними частинками, що вилітають із випускних труб двигунів внутрішнього згорання , які не захищені пристроєм, що гасить іскри; розрядами статичної та атмосферної електрики; іскрою, що виникає при замиканнях електричних кіл та освітлювального обладнання; електричною дугою при вмиканні електродвигунів та освітлення приміщень; тепловими проявами хімічних реакцій та механічних впливів; іскрами від ударів та тертя; ударною хвилею.

Вибухобезпечність виробничих процесів забезпечується поперед­же­нням вибухів та захистом від вибухів, організаційними та органі­за­ційно-технічними заходами у відповідності з ГОСТ 12.1.010 – 76.

Запобігання утворенню вибухонебезпечного середовища та забезпечення у повітрі виробничих приміщень вмісту вибухонебез-печних речовин нижче нижньої концентраційної границі запалювання досягається застосуванням герметичного обладнання робочої вентиляції приміщень, відведенням та видаленням вибухонебезпечних середовищ із приміщень, у яких вони пролиті і здатні призвести до утворення вибухонебезпечної концентрації; контролем складу повітряного середо­вища, наприклад, у випорожнених резервуарах перед виконанням ремонтних робіт усередині резервуару.

Усередині технологічного обладнання запобігання утворенню вибухонебезпечного середовища забезпечується:

· герметизацією апаратів, насосів, фільтрів;

· підтриманням складу та параметрів середовища зовні області їх запалювання. Наприклад, у резервуарі концентрації пари палива або бензину вища верхньої границі запалювання і тому вона не вибухонебезпечна;

· застосуванням домішок інгібітору та хімічних активних домі­шок флегматизатору;

· конструктивними та технічними рішеннями, що застосо­ву­ються при проектуванні технологічних процесів, а також виробни­чого обладнання та пристосувань.

Запобігання виникненню джерела ініціювання вибуху забезпе­чується:

¨ обмеженням вогневих робіт у вибухонебезпечних приміщеннях;

¨ запобіганням нагріванню обладнання до температури вибухоне­безпечного середовища;

¨ застосуванням засобів, що зменшують тиск у фронті ударної хвилі;

¨ застосуванням матеріалів, що не утворюють при співударі іскор, здатних ініціювати вибух вибухонебезпечного середовища, наприклад, при зачищенні резервуарів застосовується інструмент, що не викрешує іскор при ударах;

¨ застосуванням заходів захисту від іскріння атмосферної та статичної електрики, блукаючих струмів, струмів замикання силових та освітлювальних мереж приміщень;

¨ застосуванням захищеного від вибуху обладнання;

¨ застосуванням швидкодіючих засобів захисного відключення можливих електричних джерел ініціювання вибуху;

¨ обмеженням потужності електромагнітних та інших теплових випромінювань;

¨ усуненням небезпечних теплових проявів хімічних реакцій, наприклад, самозаймання пірофорних речовин у резервуарах при дії на них кисню повітря.

Блискавкозахист.При стиканні або терті двох діелектриків на їх поверхнях виникають електростатичні заряди, тобто відбувається їх електризація. Тиск повітряних потоків викликає контактну електризацію хмар, що утворюють грозові хмари. Грозові хмари не містять вільних електронів та іонів, що обумовлюють провідність, і тому володіють високими ізоляційними властивостями. При достатньому накопиченні електричних зарядів відбувається грозовий розряд (блискавка) між різнойменно зарядженими хмарами, або хмарою і землею, або тим та іншим одночасно. Блискавка, що являє собою бурхливий розряд атмосферної електрики, сприймається нашим зором у вигляді вогняних смуг різної форми. Багаточисленними науковими експериментами та дослідами встановлено, що напруга електричного поля хмари біля поверхні землі перед грозовим розрядом складає від 6 до 300 кВ/м, потенціал хмари вад 0,1 до 1 млрд В, час окремого розряду хмари від 25 до 1000 мкс, час повного розряду хмари 1,13 с. Струми, що протікають у момент розряду хмари, досягають колосальних значень (до 500 кА), внаслідок чого у каналі проходження блискавки різко нагрівається та розширюється повітря, утворюючи вибухову хвилю, що супроводжується звуковим ефектом, який називають громом.

Блискавка вибирає шлях найменшого електричного опору, використовуючи для цього різні металічні та інші предмети з високою провідністю. Дія блискавки виражається у механічному та термічному ефектах (прямий удар блискавки), а також у вторинних проявах через вплив на відстані (через індукцію) та через занос високих потенціалів.

Від прямих ударів блискавки можуть відбуватися механічні руйнування об’єктів, через які проходить грозовий розряд. Найбільшу можливість і небезпеку механічного зруйнування являють собою об’єкти, що володіють великим опором проходженню струму блискавки і знаходяться високо порівнюючи з іншими.

Струм блискавки виділяє дуже велику кількість тепла, що може спричинити виникнення пожежі, якщо поблизу каналу блискавки знаходяться легкозаймисті предмети. Крім займання теплова дія блискавки може викликати вибухи.

Вторинні прояви блискавки виявляються у вигляді впливу на відстані (електростатична та електромагнітна індукція) та проникнення (або заносу) високого потенціалу на обладнання, що знаходиться у будівлі або споруді.

Електростатична індукція ¾ виникнення електричних зарядів через вплив на відстані. Якщо грозова хмара з електричним зарядом знаходиться над яким-небудь незаземленим металічним предметом, то на ньому через індукцію виникає електричний заряд, що дорівнює заряду хмари, але протилежного знаку. Ці заряди можуть викликати іскріння між окремими частинами конструкцій або обладнання.

Електромагнітна індукція¾виникнення ЕДСу якому-небудь провідному контурі, що знаходиться у змінному електромагнітному полі струму. Струм блискавки вимірюється у часі, змінюючи і збуджуване ним магнітне поле, що є причиною виникнення ЕДС у незамкнутих металічних контурах. Між цими контурами може виникати іскріння, що викликає займання.

Проникнення або занос високих потенціалів на обладнання та конструкції, що знаходяться у будівлях та спорудах, може відбуватися при прямому ударі блискавки у повітряні лінії електрифікації та зв’язку, а також у кабельні лінії та різні металічні надземні та підземні комунікації, пов’язані з цим обладнанням.

Для захисту від первинних проявів блискавки улаштовують блискавковідводи, які сприймають грозовий розряд (блискавку) і безпечно відводять струм блискавки у землю, створюючи захисну зону. Найбільш широке розповсюдження знайшли стержневі та тросові блискавковідводи. Блискавковідвід складається із несучої частини, або опори, приймача блискавки, відведення струму та заземлювача захисту від прямих ударів блискавки. Приймачі блискавки, або уловлювачі блискавки, є найбільш високою частиною блискавковідводу і слугують для прийому блискавки та передачі її відведенням струму, що з’єднані із заземлювачами. Несуча частина або опора стержневого блискавковідводу може бути металічною або дерев’яною.

При застосуванні дерев’яних опор у верхній частині укріплюється металічний приймач блискавки необхідного перерізу, що здіймається над опорою приблизно на 1,5 м. Від приймача блискавки по дерев’яній опорі прокладають міцно укріплені відведення струму, які одним кінцем надійно під’єднують до приймача блискавки, а другим – до заземлювача захисту від прямих ударів блискавки. При металічних опорах верхня частина їх використовується як приймач блискавки, а сама опора – як відведення струму, що надійно з’єднане із заземлювачем. Стержневі блискавковідводи можуть встановлюватися на відстані від об’єкта, який треба захищати або на самому об’єкті.

Якщо блискавковідвід встановлюється на захисному об’єкті (ЗО), то між ними повинна бути ізоляція у вигляді дерев’яного стояка визначеної довжини. Для запобігання можливості переходу високої напруги із блискавковідводу на захисний об’єкт у всіх випадках повинні бути дотримані регламентовані відстані між ними по повітрю , дереву , а також по землі  між заземлювачами блискавковідводу та захисного об’єкту.

Тросовий блискавковідвід – це горизонтально натягнутий над об’єктом, що потребує захисту, трос, укріплений на двох опорах, на кожній з яких прокладені відведення струму, які з’єднують приймач блискавки із заземлювачем.

Ефективність блискавковідводу характеризується зоною захисту – простором, що створюється блискавковідводом та будівлею, що захищає від ураження будівлі, споруди, людей які знаходяться у цьому просторі. Зона захисту має різну конфігурацію у залежності від конструкції блискавковідводу.

Заземлювачі разом із відведеннями струму, приймачами блискавки, що їх по’єднують, повинні не тільки відводити струм блискавки у землю, але також забезпечувати його рівномірне розподілення у землі. Для цього необхідно, щоб перехідний опір блискавковідводу був найменшим із усіх перехідних опорів, що знаходяться поблизу. Якщо ж він виявиться більшим опору природних заземлювачів найближчих об’єктів, то грозовий розряд може відбутися не у блискавковідвід, а у розташовані поблизу об’єкти з меншими перехідними опорами, тобто блискавковідвід буде фактично не здатний захистити об’єкт від прямих ударів блискавки. Чим вище імпульсний опір заземлювача, тим більша відстань вимагається між блискавковідводом та об’єктом, який потрібно захищати, і тим більша напруга виникає безпосередньо у грунті і на заземлювачах при грозовому розряді, підвищуючи небезпеку, якій піддаються люди через дію крокових напруг. Щоб не викликати впливу на людей крокової напруги, заземлювачі блискавковідводів прокладаються на віддалі від місць, що відвідуються людьми, на відстані не менше 5 м від доріг та тротуарів. Для запобігання можливості проникнення високих потенціалів на обладнання, що знаходиться у будівлі або споруді, заземлювачі блискавковідводів повинні розташовуватися не ближче 3 м від підземних металічних комунікацій. Для досягнення плавного спадання потенціалу застосовують металічні сітки зі штабів, зв’язаних із заземлювачами у одну заземну систему.

Для захисту будівель та споруд від іскроутворення, що виникає через електростатичну індукцію, необхідно усі струмопровідні частини об’єкту, що потребує захисту, надійно заземлити і не допускати встановлення у будівлі великих довгих металічних предметів, ізольованих від землі. Якщо корпус обладнання підключений до захисного заземлення, то повторне заземлення не потрібне.

Для захисту від іскріння, що виникає між окремими струмо­про­відними системами через електромагнітну індукцію, необхідно усі довгі металічні предмети, що попадають у магнітне поле струму блискавки, робити у вигляді замкнутих контурів. Для цього досить з’єднати перемичками усі паралельно прокладені струмопровідні системи, розташовані на відстані 10 см одна від одної.

Захист від заносів високих потенціалів на обладнання через наземні та підземні лінії зв’язку та електрифікації або інші комунікації досягається приєднанням їх металічних частин перед уведенням у будівлю до заземлювачів захисту від електростатичної індукції або захисного заземлення обладнання. Для запобігання заносам високих потенціалів у приміщення при грозовому розряді у антену вздовж підтримуючих її стояків прокладається провід, один кінець якого з’єднують з металічним дахом, а другий – розташовують на відстані 10 – 15 мм від тросу антени. У самому приміщенні провід, що йде від антени до радіоприймача або телевізора, необхідно приєднувати через перемикач, який дозволяє вмикати його через антену або заземлювачі.

¨ ¨ ¨ ¨ ¨