ТБ теплоэнергетических установок - Меры предупреждения взрывов и пожаров

§ 4. МЕРЫ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ ВЗРЫВОВ И ПОЖАРОВ

Самовоспламенение и самовозгорание

Для возникновения пожара или взрыва необходимы: а) горючее вещество; б) окислитель (обычно воздух); в) источник воспламенения. Горение возникает либо от постороннего источника воспламенения, либо в результате самовоспламенения или самовозгорания горючего вещества.
Самовоспламенением называется процесс самопроизвольного ускорения реакции окисления горючего вещества.
Наименьшая температура горючего вещества, при которой реакции окисления в нем способны самоускоряться до появления пламени, называется температурой самовоспламенения.
Температура самовоспламенения для данной горючей смеси зависит от объема и формы сосуда, в котором она находится. Чем больше объем горючей смеси, тем меньше поверхность теплоотдачи, приходящаяся на единицу ее объема. Если теплоотдача мала, то самовоспламенение возникает уже при небольшой температуре. Наоборот, при очень малом объеме горючей смеси поверхность теплоотдачи, приходящаяся на единицу объема, становится такой большой, что теплоотдача во много раз превышает теплообразование и самовоспламенения не произойдет или оно возникнет при очень высокой температуре.
На этом принципе устроены огнепреградители: сетка в шахтерской лампе, сетка в бензохранилищах и газопроводах, в резервуарах с огнеопасными веществами, пористые наполнители в баллонах с ацетиленом. В мелких ячейках или узких каналах этих сеток пламя охлаждается и гаснет.
Большую поверхность теплоотдачи, приходящуюся на единицу объема горючего вещества, можно получить не только уменьшением объема, но и соответствующей формой. 

Поверхность плоского сосуда в виде щели значительно превышает поверхность куба при одинаковом объеме горючей смеси в обоих сосудах.
Следовательно, смесь в плоском сосуде не самовоспламенится, так как велика теплоотдача, а в кубическом самовоспламенится, так как поверхность и теплоотдача малы.
Принцип огнепреградителей в виде щели используют для взрывобезопасных светильников, электродвигателей. Если по какой-либо причине произойдет взрыв внутри оболочки светильника или электродвигателя, то пламя не проникнет в окружающую взрывоопасную среду, так как процесс горения прекратится в плоской щели или в лабиринте фланцев.
Самовозгорание по физической природе, тот же процесс, что и самовоспламенение, но оно происходит при температуре окружающего воздуха или ниже ее. Самовозгорают твердые, жидкие и газообразные вещества. Например, олифа, распределенная тонким слоем на волокнистом веществе, самовозгорает при температуре окружающего воздуха.
Температура самовозгорания тем ниже, чем меньше поверхность теплоотдачи. Промасленная одежда или тряпки, будучи скомканы, самовозгорают при температуре +20°С. В развернутом виде при этой температуре они не могут самовозгореть.
Основными причинами самовозгорания углей (бурый, каменный и др.) являются окисление их при температуре окружающего воздуха и абсорбция (поглощение) углем кислорода воздуха. Измельчение углей способствует их самовозгоранию.
Пожарная опасность складов торфа значительно выше, чем складов угля, так как торф, особенно фрезерный, склонен к самовозгоранию в результате биологических процессов. Развитие микроорганизмов в торфе начинается при 10—18° С и прекращается при 70° С. В очень сухом или очень влажном торфе развитие микроорганизмов затруднено и поэтому торф в этом случае не самовозгорает.
Для предотвращения самовозгорания топлива уменьшают высоту штабелей, уплотняют штабеля для того, чтобы в них не проникал воздух, наблюдают за температурой топлива. Для изоляции от воздуха поверхность откосов иногда покрывают коркой из смеси извести, глины, песка.
При возникновении очага горения уголь вынимают, немедленно засыпают выемку свежим углем и тщательно трамбуют.

Взрывоопасные концентрации горючих смесей

Способность газо- или паровоздушной смеси самовоспламеняться и взрываться зависит от ее концентрации. Нижним пределом взрывоопасной концентрации называется такая концентрация газа или пара в горючей смеси, ниже которой смесь не способна взрываться. Недостаток воздуха в смеси ведет к тому, что смесь теряет способность взрываться. 

Концентрация газа или пара, выше которой смесь не взрывается, называется верхним пределом, взрывоопасной концентрации. В диапазоне между нижним и верхним пределами находятся концентрации, при которых горючие смеси взрываются. Наиболее опасны горючие смеси с малым нижним пределом (до 2,5%) и с большим диапазоном (свыше 25%) взрывоопасной концентрации (табл. 6).

Таблица 6
Пределы взрывоопасной концентрации газовоздушных смесей

Пределы воспламенения насыщенных паров жидкости выражают через ее температуру, при которой образуются упругие насыщенные пары. Нижним температурным пределом или температурой вспышки называют наименьшую температуру окружающей среды, при которой смесь насыщенных паров с воздухом воспламеняется при поднесении к ней источника воспламенения. Сама жидкость не загорается. Верхним температурным пределом называют температуру, при которой насыщенные пары жидкости воспламениться не могут.
При концентрации горючих паров ниже нижнего или выше верхнего предела взрыва не происходит. Пары жидкости вспыхивают в том случае, если их концентрация будет в пределах взрываемости. Температура вспышки поэтому всегда невелика: для бензина — 36° С, для трансформаторного масла +122° С. В опорожненной из-под бензина таре зимой может произойти взрыв, так как температура окружающей среды достаточна для вспышки и для образования взрывоопасной концентрации. Летом при высокой температуре воздуха все остатки бензина легко испаряются, образуя концентрацию выше верхнего предела взрываемости, и взрыв не произойдет.
Жидкости делят на два класса: легковоспламеняющиеся с температурой вспышки менее 45°С и горючие с температурой вспышки выше 45° С (табл. 7). Наиболее взрывоопасны легковоспламеняющиеся жидкости с малой температурой вспышки (ниже 15°С), весьма опасны с tвсп=15—28°С и опасны с tвсп=28—45°С.

Характеристика взрывоопасности жидкостей

Огне- и взрывоопасные характеристики горючей пыли зависят от ее дисперсности (раздробления). Мелкая пыль обладает сильно развитой поверхностью, химической активностью и низкой температурой самовоспламенения и поэтому огне- и взрывоопасна. Огне- и взрывоопасность пыли характеризуют температурой самовоспламенения и нижним пределом взрывоопасной концентрации. Верхние пределы взрывоопасной концентрации пыли практически недостижимы.
Весьма взрывоопасны пыли, имеющие выход летучих 10— 25%. Дальнейшее увеличение выхода летучих на взрываемость каменно-угольных пылей влияния не оказывает. Пыль антрацита, кокса и древесного угля практически не взрывается, так как содержит летучих менее 10%.

Защита от взрывов и пожаров

Для предотвращения взрывов и пожаров необходимо, чтобы в рабочем помещении отсутствовали: 1) взрывоопасная горючая смесь и 2) источник зажигания.
Чтобы газ или угольная пыль не натекали в помещение, технологическое оборудование, пыле- и газопроводы, горелки и т. п. надежно уплотняют. В пыльных цехах не рекомендуется общеобменная вентиляция, так как она создает завихрения пыли и образует взрывоопасную смесь. Помещения, а также тару из-под взрывоопасных веществ вентилируют, чтобы избежать скоплений взрывоопасной газовоздушной смеси.
В тепловых цехах запрещается хранить бензин, керосин, спирт, масло, нитрокраски и другие легковоспламеняющиеся и горючие жидкости. Смазочное масло в количестве суточной потребности хранят в масленках в специальных металлических -бачках или шкафах вблизи рабочего места.

Промасленный обтирочный материал способен самовозгораться. Поэтому в помещениях тепловых цехов устанавливают закрытые металлические ящики с отделениями для чистого и грязного обтирочного материала. Последний удаляют из цеха ежедневно.
Полы в помещениях тепловых цехов выполняют ровными, нескользящими, огнестойкими из твердых, прочных несгораемых материалов. Их поддерживают постоянно в сухом и чистом состоянии. Пролитое масло должно немедленно насухо вытираться.
В каждом цехе на случай возникновения пожара обеспечена возможность быстрой и безопасной эвакуации людей через эвакуационные выходы — двери, ворота, проходы. Выходы считаются эвакуационными, если они ведут из помещений:

1. первого этажа непосредственно наружу;
2. в соседние помещения того же этажа, имеющие выход наружу непосредственно или через лестничные клетки;
3. в проход или в коридор с непосредственным выходом наружу или через лестничную клетку.

Расстояние между выходами из тепловых цехов электростанций составляет не более 30 м в противоположных сторонах помещения. Число выходов и лестниц — не менее двух. Расстояние от наиболее удаленного рабочего места до выхода — не более 30 м. Двери в помещениях тепловых цехов открываются только наружу или по направлению ближайших выходов наружу.

Основные приемы гашения огня

Прекращение горения основывается на следующих принципах:

1. зону горения интенсивно охлаждают, например, компактной струей воды, которая обладает большой теплоемкостью, быстро распространяется, проникает в глубь горящего вещества и гасит пламя;
2. вводят в зону горения инертные, негорючие газы (углекислый газ, азот, продукты сгорания), водяной пар, распыленную воду; при этом горение прекращается из-за резкого уменьшения кислорода и горючей смеси в зоне горения, а также из-за ее охлаждения;
3. химически тормозят реакцию горения с помощью галоидированных углеводородов (четыреххлористого углерода, бромистого метила и др.), которые обрывают активные центры реакций горения путем соединения горючего вещества с галлоидом;
4. изолируют горючее вещество от кислорода воздуха с помощью покрывала из войлока, асбеста, ткани, а также применяют песок, землю, воду и пену.

На этих принципах разработано большое количество способов тушения пожаров. Наиболее распространен способ тушения с помощью воды.
На территории электростанции имеется водопровод, обеспечивающий расходы воды на технические нужды и противопожарное водоснабжение. В комплекс противопожарного водоснабжения входят пожарные насосы, водопроводы, наружные и внутренние пожарные краны, устройства автоматического пожаротушения (спринклеры и дренчеры).
Напор воды должен быть таким, чтобы создавалась струя высотой не менее 10 м в течение не менее 3 ч. На наружной водопроводной сети вдоль дорог и подъездов установлены гидранты-краны, к которым присоединяют гибкие рукава с брандспойтами. Подземные гидранты размещены в колодцах на линии магистрального водопровода и закрыты металлическими крышками. Надземные гидранты — это водопроводные колонки с запорным клапаном.
Внутренний пожарный водопровод питается от сети наружного. Внутренние пожарные краны установлены в шкафчиках или нишах с остекленной дверцей на площадках лестничных клеток, в коридорах. Пожарный кран оборудован пожарным рукавом длиной 10—20 м и пожарным стволом.
На тепловых электростанциях галерей транспортеров топливоподачи в местах, где они примыкают к зданиям, оборудованы автоматическими спринклерными устройствами. Спринклерные головки установлены на сети из водопроводных труб (рис. 20) и закрыты легкоплавким припоем. При повышении температуры окружающей среды до той, на которую рассчитан припой (72, 93, 141 или 182°С), последний расплавляется, отверстия головок открываются и вода автоматически подается в зону горения.

Рис. 20. Схема водоснабжения спринклерных автоматических головок

Рис. 21. Спринклерная головка: а — в нерабочем положении, б — в момент самораскрытия

Рис. 22. Огнетушитель ОП-5 в рабочем положении: 1 — корпус, 2 — кислотный стакан, 3 — ручка, 4 — резиновый клапан, 5 — гайка мембраны, 6 — штуцер, 7 — шток, 8 — пружина, 9 — крышка горловины, 10 — рукоятка, 11 — спрыск, 12 —  горловина

Устройство спринклера следующее (рис. 21). Клапан 3 в нерабочем состоянии прижат к отверстию-седлу 2, находящемуся в упругой диафрагме-мембране 1. Он удерживается медными пластинами 4, 6, 7. Концы пластин 6 и 4 спаяны в местах (х) легкоплавким припоем. При пожаре припой расплавляется. Пластины 4, 6, 7 самораскрываются, и клапан с помощью мембраны выталкивается из седла. Вода по трубе устремляется через отверстие, попадает на розетку 5 и распыляется, орошая зону горения.
Для тушения пожаров легковоспламеняющихся и горючих жидкостей, а также нефтепродуктов рекомендуется применять пену — смесь газа с жидкостью. Ее преимущества — подвижность, способность распределяться ровным слоем на горящей поверхности и изолировать ее от воздуха.
Ручными пенными огнетушителями тушат пожар в начале его возникновения. Для этого используют огнетушители ОП-5 (рис. 22), в которых пена образуется при соединении кислоты и щелочи. Они быстро приводятся, в действие. Для этого рукояткой 10 проталкивают клапан 4 на стакане с кислотной смесью. Корпус опрокидывают. При этом кислота смешивается с щелочью и образует пену. Густую струю пены, выбрасываемую через спрыск, направляют на основание пламени. Длина струи 5—6 м. Время действия 1—2 мин.
Углекислотные огнетушители ОУ-2, ОУ-5 эффективны при тушении пожара в электроустановках и в закрытых помещениях. Они содержат жидкую углекислоту под давлением 36 ат. Для тушения пожара открывают вентиль и струю углекислоты направляют на пламя. Время действия 1—2 мин.
Согласно Правилам техники безопасности в помещениях тепловых цехов устанавливают пожарные краны с брандспойтами, огнетушителями, ящики с песком и противопожарный инвентарь (лопаты, ведра, багор и др.).