Чем определяют пожарную опасность веществ и материалов

Пожарная опасность — это совокупность параметров, описывающих способность различных веществ, материалов к вступлению друг с другом в специфическую реакцию окисления, протекающую с обязательным выделением тепла. Реакция называется горением, ее видимые проявления (лучи света, языки пламени) и есть огонь. Свободно распространяющийся, лишенный контроля огонь называют пожаром.

Пламя, как явление, представляет собой частички легких фракций или испарений тех или иных веществ, стремительно окисляющихся в воздушной или иной газовой смеси. Горение может происходить как с выделением пламени, так и без него.

Условия горения

Понятие пожарной опасности тесно связано с горючестью веществ, материалов, то есть с их способностью загораться и гореть в течение определенного времени. Чтобы горение произошло, необходимо наличие 3-х факторов:

• потенциально горючего вещества;
• окислителя;
• источника огня (или высокой температуры).

Без присутствия одного из них реакция невозможна, так как суть горения — самораспространяющийся окислительный процесс. Идеальным окислителем является кислород. Быстрее всего вещество сгорает в чистом кислороде, но если его содержание в газовой смеси падает до 10%, то процесс прекращается. Кроме кислорода, окислителями являются хлор, фтор, бром, йод и некоторые другие элементы таблицы Менделеева.

Некоторые вещества, например черный порох, содержат окислитель внутри себя, среди своих компонентов. Поэтому порох может гореть в безвоздушной среде и даже в вакууме, а вот дерево, к примеру, в таких условиях не загорится.

Полыхать могут вещества, находящиеся в любом физическом состоянии — твердом, жидком или газообразном (четвертый тип, плазма, в этом вопросе не рассматривается). При этом в силу ряда причин наибольшую пожарную опасность представляет воспламенение горючих жидких веществ и газов, которое происходит легче и может иметь характер взрыва.

Дело в том, что большинство твердых веществ, включая бумагу, дерево, некоторые виды пластмассы, в своем исходном состоянии не горят. Воспламеняются пары этих веществ, которые начинают образовываться при нагревании. Горит паровоздушная смесь над твердым телом, хотя зрительно кажется, что воспламенился сам объект. Список твердых веществ, способных гореть де-факто, без плавления и испарения, относительно невелик. Среди них можно назвать кокс и древесный уголь, которые сами по себе являются продуктами распада, происходящего в процессе горения, каменного угля и древесины соответственно.

Таким образом, для возгорания необходимо (в большинстве случаев) образование смеси из горючих продуктов испарения или разложения исходного сырья — и воздуха, в котором должен содержаться кислород — не менее 10%. Чем больше процент кислорода, тем активнее идет реакция.

Как начинается горение

От того, при каких условиях начинается горение, во многом зависит пожарная безопасность. Источник горения — это катализатор, запускающий процесс. В случае с хорошо поддающимися огню веществами источником горения становится сам очаг пожара (система поддерживает сама себя). Некоторые горючие системы веществ и материалов при определенных условиях способны к самовозгоранию. Как правило, их основой являются горючие жидкости.

Величину пожарной опасности любого вещества можно охарактеризовать по температуре вспышки, воспламенения и самовоспламенения. Для жидкостей и газов вводится также такое понятие, как верхний и нижний предел воспламенения.

Таблица. Температуры воспламенения и взрываемости некоторых горючих газов

Наименование газа	Химическая формула	Температура воспламенения	Пределы взрываемости при 20 оС и давлении 760 мм рт. ст.
			нижний	верхний
Ацетилен	С2Н2	305 – 500	2,3	82
Бутан	С4Н10	430 – 569	1,9	8,5
Водород	Н2	510 – 590	4,2	75
Метан	СН4	537 – 850	5,3	15
Окись углерода	СО	610 – 658	12,5	75
Пропан	С3Н8	466 – 588	2,1	9,5
Сероводород	Н2S	290 – 487	4,3	45,5
Пентан	С5Н12	530 — 610	1,4	7,8
Этан	С2Н6	510 – 594	3	14
Этилен	С2Н4	450 – 550	3	30

Вспышка — это краткосрочная реакция возгорания, протекающая при минимуме нагрева, когда конкретное вещество испаряется или частично распадается до получения газов, способных войти в состав горючей системы. Вспышка может произойти от поджога или повышения температуры до критичного уровня, но сама по себе не способна перейти в стабильное горение — скорость образования горючих газов слишком мала.

Температура воспламенения — это температура, при которой горючая система веществ или материалов входит в режим самоподдержания. В этом случае скорость образования газов равна или превышает скорость их сгорания.

Температура самовоспламенения — наименьшая температура, при которой в результате внутренней химической реакции вещество может нагреться до такого состояния, что воспламенится без внешнего источника. Вещества в таком состоянии представляют наибольшую пожарную опасность.

Пределы воспламенения определяются степенью концентрации горючих газов в объеме воздуха, при которой они способны гореть.

Самовоспламеняющиеся материалы

К самым известным веществам, способным к самовозгоранию и поэтому обладающим повышенной пожарной опасностью, относятся:

• бурый уголь;
• торф;
• древесные опилки;
• минеральное масло;
• белый фосфор;
• эфир;
• скипидар.

Эти вещества могут самостоятельно загореться, всего лишь контактируя с воздухом. Некоторые из них, как, например, бурый уголь и белый фосфор, вспыхивают при нормальной температуре, другим требуется нагрев окружающей среды для запуска реакции. В соответствии с ГОСТ 12.1.011-78 о классификации взрывоопасных смесей, все подобные элементы делятся на группы по температуре самовоспламенения. Группа Т6 присвоена веществам с наименьшей температурой самовозгорания в пределах 85 ℃, Т1 — с наибольшей, свыше 450 °.

Некоторые вещества загораются при контакте не с атмосферным воздухом, а, например (и как это ни странно) с водой. К ним относятся натрий, гидриды кальция и магния, смесь йода и цинка.

Другие группы веществ могут вспыхивать при контакте с сильными кислотами, например с азотной.

Самовозгорание не всегда сопровождается пламенем. В частности, торф или опилки, контактируя с атмосферой, могут медленно тлеть, образовывая большое количество дыма, но почти не выделяя пламени.

Разделение на группы по горючести

Для корректной оценки пожарной безопасности различных материалов и веществ был разработан и введен в действие закон № 123-ФЗ (последняя действующая редакция от 29.07.2017).

Данный нормативный акт дифференцирует все известные материалы на строительные, текстильные и кожевенные и все остальные. Для последних, не относящихся к строительству, текстильной или кожевенной промышленности, используется упрощенная градация по степени пожарной опасности.

Итак, любые вещества и материалы, кроме упомянутых обособленных групп, делятся на горючие, трудногорючие и негорючие.

Первые способны полыхать или тлеть без источника горения, в том числе и загораться самостоятельно, поэтому они представляют высокую пожарную опасность.

Трудногорючие могут гореть, но только при непосредственном контакте с источником пламени. С точки зрения пожарной опасности это не самый худший вариант материалов.

Негорючие вещества или материалы не взаимодействуют для горения с воздухом (или не горят вообще). Но в эту же группу отнесены и те, которые могут образовывать горючие смеси при контакте, например, с водой, а также окислители, например тот же кислород.

Необходимо помнить, что некоторые негорючие вещества способны поддерживать горение или быть взрывоопасными.

Показатели пожарной опасности

Строительные материалы, оживальные и текстильные выделяют в отдельную группу, которая наиболее часто становится источником пожара. Поэтому ей отдельно посвящена 13-я статья закона № 123-ФЗ, которая описывает основные показатели и свойства этих веществ по отношению к огню.

К показателям пожарной опасности этих материалов относится воспламеняемость, горючесть, возможность распространения пламени, образование дыма, токсичность.

Параметр воспламеняемости означает количество энергии, которое должно быть затрачено тепловым потоком на воспламенение определенного участка поверхности. Определяется в киловаттах на квадратный метр. Легковоспламеняемым веществам достаточно 20 кВт/м², умеренновоспламеняемым — 20-35 кВт/м², трудновоспламеняемым нужно больше 35 кВт/м², чтобы начался пожар.

По горючести материалы данной группы делятся на негорючие и горючие, последние имеют градацию: слабо-, умеренно-, нормально-, сильногорючие. Параметр определяется температурой выделяемого дыма, степенью повреждения объекта и длительностью самостоятельного (без внешнего источника) горения.

Таблица. Классификация горючих материалов по показателю токсичности продуктов горения

Класс опасности	Показатель токсичности продуктов горения в зависимости от времени экспозиции
	5 минут	15 минут	30 минут	60 минут
Малоопасные	более 210	более 150	более 120	более 90
Умеренноопасные	более 70, но не более 210	более 50, но не более 150	более 40, но не более 120	более 30, но не более 90
Высокоопасные	более 25, но не более 70	более 17, но не более 50	более 13, но не более 40	более 10, но не более 30
Чрезвычайно опасные	не более 25	не более 17	не более 13	не более 10

Большинство органических веществ данной группы умеренно-, нормально- и сильногорючие (например, дерево, хлопок). Слабогорючие — это, как правило, композиты из органических и неорганических веществ, например, фибролит, войлок с глиняной пропиткой.

Негорючие материалы в большинстве своем — неорганика. Хорошим примером являются гипс, глина, бетон.

Способность веществ распространять пламя по своей поверхности, то есть быстро гореть, зависит от количества тепла, необходимого для воспламенения определенного участка. Так же, как и воспламеняемость, выражается в киловаттах на квадратный метр. У нераспространяющих горение материалов этот параметр — более 11 кВт/м², у сильнораспространяющих — меньше 5 кВт/м².

Дымообразующий фактор — это количество вырабатываемого при горении дыма. Выражается коэффициентом дымообразования, минимум — 50 м²/кг, максимум — 500 м²/кг.

По ядовитости продуктов горения (выделяемых при этом газов и веществ, содержащихся в дыме) все вещества градуируются от чрезвычайно опасных до мало опасных.

Особенности жидкостей

Жидкостной пожар относится к числу наиболее опасных, так как воспламеняемые жидкости вспыхивают быстрее, чем твердые вещества, горят достаточно долго и с большим выделением тепла, а огонь моментально распространяется по всей поверхности жидкости.

Напомним, что горит не сама жидкость (бензин, керосин, масло), а газы, образующиеся над ее поверхностью при испарении. Многие жидкости с особой легкостью образуют огнеопасные газовоздушные смеси.

Тушение жидкостного пожара затруднено из-за невозможности применять основные способы. Тушить его водой, закидывать песком, если горит поверхность глубокой емкости, невозможно.

Все горючие жидкие вещества классифицируются по температуре воспламенения:

• 1 класс: < -13 ℃;
• 2 класс: от -13 до 28 ℃;
• 3 класс: от 29 до 61;
• 4 класс: от 62 до 120;
• 5 класс: > 120.

Первые три класса — это легко воспламеняемые жидкости (ЛВЖ). Группа представляет наибольшую пожарную опасность, склонна к самовоспламенению или образованию потенциально опасных газо-воздушных смесей при нормальных температурных условиях. Требует особых режимов хранения.

Четвертый и пятый — обычные воспламеняемые жидкости. К ним относятся, в частности, многие используемые в обиходе химикаты и продукты переработки нефти — бензин, керосин, метиловый, этиловый и другие спирты. Вещества образовывают опасные смеси собственных паров с воздухом при нагреве больше температуры вспыхивания. Также требуют особых условий хранения, но считаются относительно безопасными.