Пожароопасные вещества - это вещества, обладающие повышенной пожарной опасностью, т.е. способные вызвать неконтролируемое, наносящее материальный ущерб горение вне специального очага. Отношение между количеством тепла, высвобождающегося при горении образца, и количеством тепла, выделяемого источником зажигания, используется в качестве показателя воспламеняемости. Этот показатель позволяет различать легковоспламеняющиеся и слабовоспламеняющиеся вещества. Легковоспламеняющиеся вещества способны быстро загораться на открытом воздухе и в помещении без предварительного нагрева в результате краткого контакта с низкоэнергетическими источниками зажигания, тогда как для загорания слабовоспламеняющихся веществ требуется продолжительное воздействие источника зажигания высокой энергии. Показатель воспламеняемости горючих веществ находится в пределах 0,5-2,1, а у легковоспламеняющихся веществ превышает 2,1.

Группа горючести -это свойство вещества, определяющее способность его к самостоятельному горению, зависящее от параметров состояния системы «вещество-окислительная среда» (температур, давления, объема), а также от агрегатного состояния вещества, окислительной среды и степени измельчения. Характеристики эти указываются в стандартах и технических условиях, используемых для классификации по пожароопасности химических веществ и соединений (чистых и промышленных), смесей химических веществ (рецептур), природных и искусственных материалов, промышленных полуфабрикатов и побочных продуктов, отходов промышленного производства.

Определение пожароопасности веществ для каждого агрегатного состояния различно: газы-вещества, абсолютное давление паров которых при температуре 50°С равно или выше 0,3 Па, жидкости - вещества с температурой плавления (точкой росы) не более 50°С, твердые вещества - вещества с температурой плавления более 50°С.

Ниже дается определение основных показателей пожароопасных веществ.

Температура вспышки. Самая низкая (в условиях специальных испытаний) температура горючего вещества, при которой над его поверхностью образуются пары или газы, способные вспыхивать в воздухе от источника зажигания, но скорость их образования еще недостаточна для устойчивого горения. В этом случае вещество не продолжает гореть, поскольку интенсивность испарения слишком мала для выделения достаточного количества горючих паров.

Температура вспышки определяет условия, при которых горючее вещество становится пожароопасным.

В соответствии с международными рекомендациями к легковоспламеняющимся жидкостям относятся все горючие жидкости, имеющие температуру вспышки ниже 61°С (при определении в закрытом тигле) или 66°С (в открытом тигле). Температура вспышки учитывается при отнесении промышленных предприятий, помещений и установок к той или иной категории по пожаро- и взрывоопасности.

По температуре вспышки пожароопасные вещества разделяются на следующие три класса:

Примеры показателей температуры вспышки: бензин А-72 — 32°С; ацетон — 17,8°С; бензол — 11°С; метанол -1-И °С; газойль +40°С.

Температура воспламенения. Температура горючего вещества, при которой оно выделяет горючие пары и газы с такой скоростью, что после воспламенения их от источника зажигания возникает устойчивое горение. Эта температура характеризует способность вещества к самостоятельному горению.

Температура самовоспламенения. Самая низкая температура вещества, при которой происходит резкое увеличение скорости экзотермических реакций, заканчивающееся пламенным горением. Этот показатель не является постоянным для данного вещества и зависит от условий опыта (количества приложенного тепла, теплопереноса, объема смеси, присутствия катализаторов). Наименьшие величины получают при проведении опыта в сферической стеклянной колбе. Стандартная температура самовоспламенения определяется равномерным нагреванием смесей горючих газов или паров с воздухом при отсутствии внешнего источника зажигания.

Примеры стандартных температур самовоспламенения: метан + 537°С; ацетон + 465°С; бензин А-74 + 300°С; дизельное топливо + 250°С.

Для выбора безопасных условий нагрева вещества используется другой показатель пожаро- и взрывоопасности-температура самонагревания, при которой возникают практически различимые экзотермические реакции.

По температуре самовоспламенения пожароопасные вещества подразделяются на следующие классы:

Т1 > 450°С (например, метан, аммиак, бензол, этан, пропан);

Т2 300-450°С (например, бутан, бензин, ацетилен);

ТЗ 200-300°С (например, гексан, гептан, нефть, газойль, сероуглерод);

Т4 135-200°С (например, диоксан);

Т5 100-135°С (например, сероуглерод);

Т6 85-100°С

Некоторые пожароопасные вещества способны самовоспламеняться при нагреве до относительно низких температур, когда они находятся в контакте с другими веществами или когда тепло вырабатывается микроорганизмами, поэтому различают тепловое, химическое и микробиологическое самовоспламенение, самовозгорание.

Пределы воспламенения (взрываемости). Эти пределы определяют интервал между минимальной (нижний предел) и максимальной (верхний предел) температурами или концентрациями области воспламенения. В этом диапазоне пожароопасное вещество способно воспламеняться от источника зажигания и горения смеси и распространяться на любое расстояние от источника. Нижний концентрационный предел воспламенения учитывается при классификации производств по степени пожароопасности, а также при расчете предельно допустимых взрывобезопасных концентраций для технологических установок, помещений и рабочих мест в случае использования открытого огня и искрящего инструмента. Предельно допустимые взрывобезопасные концентрации определяются при степени надежности невоспламеняемости 0,999 или 0,999999 смеси горючего газа или пара с воздухом делением его нижнего концентрационного предела воспламенения на коэффициент безопасности, который в зависимости от вещества составляет 1,2-4.

Считается, что горючие пары и газы с нижним концентрационным пределом до 10% по объему воздуха и взвеси с нижним пределом до 15 г/м³ представляют особую взрывоопасность.

Температурные пределы воспламенения паров определяются минимальной (нижний предел) и максимальной (верхний предел) температурами. В интервале этих температур насыщенные пары пожароопасных веществ образуют в данной окисляющей воздушной среде концентрации, варьирующиеся между нижним и верхним концентрационными пределами воспламенения. Температурные пределы воспламенения учитываются при расчете безопасных рабочих температур технологической установки. Безопасной с точки зрения вероятности самовоспламенения газовоздушной смеси считается температура на 10°С меньше нижнего или на 15°С выше верхнего температурного предела воспламенения данного вещества. Безопасной температурой длительного нагрева горючего вещества считают температуру, не превышающую 90% температуры самонагревания.

Примеры концентрационных пределов воспламенения (в % по объему в воздухе): ацетон-2,6 и 12,8; ацетилен-2,5 и 81,1; водород-4,1 и 74,2; бутан-1,9 и 8,5; бензол-1,3 и 7,1; бензин-0,96 и 4,96; метан-5,3 и 14; метанол-6 и 34,7, а также (в температурных пределах) дизельное топливо + 27 и + 69°С; легкая нефть — 21 и — 8°С.

Добавление инертного газа к горючей смеси уменьшает диапазон ее воспламеняемости либо полностью устраняет возможность зажигания.

Примеры минимальных концентраций кислорода, представляющих опасность с точки зрения взрыва, в смесях пожароопасных веществ с инертными газами : ацетилен с диоксидом углерода -14,9%; ацетилен с азотом-11,9%; метан с диоксидом углерода-15,6%; метан с азотом-12,8%; бензол с диоксидом углерода-14,4%, бензол с азотом-11,5%.

Максимальное давление взрыва. Наибольшее давление, развивающееся при взрыве в замкнутом объеме горючих смесей оптимального состава. Давление взрыва учитывается при расчетах взрывозащищенности промышленных установок, корпусов для взрывозащищенного электрооборудования, а также предохранительных клапанов и разрывных мембран.

Примеры максимального давления взрыва (в МПа): ацетилен-0,10; ацетон-0,89; бутан-0,86; водород-0,74; метан-0,72.

Максимально безопасный зазор. Узкие зазоры и трубки небольшого диаметра являются препятствиями для распространения огня, взрыва или тепла. Максимальный зазор между фланцами корпуса, через который взрыв, возникший внутри корпуса, не распространяется в окружающее воздушное пространство при любой концентрации пожароопасных веществ в воздухе, называется максимально безопасным зазором. По ширине этого зазора пожароопасные вещества подразделяются на следующие категории:

I. Зазор > 1 мм: метан (рудничный газ).
НА. >0,9 мм: промышленные газы и пары (аммиак, ацетон, бензол, оксид углерода).
ИВ. 0,5-0,9 мм: сероводород.
ПС. <0,5 мм: водород, сероуглерод.

Максимально безопасный зазор учитывается при подборе взрывозащищенного электрооборудования.

Минимальная энергия зажигания. Наименьшее значение энергии электрического разряда, способное воспламенить наиболее легковоспламеняющуюся смесь газа, пара или пыли с воздухом.

В зависимости от величины этой энергии пожароопасные вещества разделяются на следующие категории:

1)    0,3 мДж и более (метан);
2)    0,18-0,3 мДж (этан, бутан, бензин);
3)    0,06-0,18 мДж (этилен, метанол);
4)    <0,06 мДж (водород, ацетилен).

Этот показатель учитывается при проектировании взрывозащищенного электрооборудования, а также при разработке мероприятий для борьбы с электростатическими опасными факторами.

Минимальная огнетушащая концентрация средств объемного тушения. Концентрация флегматизатора в смеси с воздухом, обеспечивающая практически мгновенное тушение диффузионного пламени горючего вещества. Этот показатель учитывается при расчетах необходимого объема газообразных огнетушащих средств, который составляет, например, 57% диоксида углерода или 70% азота по объему для тушения горения ацетилена, 26% С0₂ или 39% N₂ для тушения метана, 62% С0₂ или 76% N₂ для тушения водорода.

Скорость горения. Нормальная скорость горения газовоздушных смесей характеризует перемещение фронта пламени относительно негорючего газа. Этот показатель учитывается при определении распространения пожара, при проектировании газовых горелок для обеспечения постоянного ровного пламени.

Примеры показателей скорости горения (в м/с): ацетилен-1,57; водород - 2,67; метан-0,338; метанол-0,572.
 
Скорость полного сгорания. Определяется массой горючего вещества, которое сгорает за единицу времени на определенной площади. Учитывается при расчете продолжительности, тепловыделения и температуры пожаров.

Скорость, с которой снижается при горении уровень горючей жидкости, составляет 20 см/ч для ацетона, 24-для газойля, 30-для бензина, 12-15-для нефти и 15-для этанола.

Скорость нагревания. Скорость нагревания горючей жидкости определяют путем измерения скорости, с которой увеличивается толщина однородно нагретого слоя при температуре, равной точке кипения жидкости. Этот показатель учитывается при расчете времени, необходимого для тушения пожара. Примеры скорости нагревания (в см/ч): ацетон-60; бензин-70; нефть-25-40.

Тип реакции. Тип реакции горящего вещества с огнетушащими средствами на базе воды (водяные струи, распыляемая вода, пена, пар) определяет выбор стратегии пожаротушения, эффективность тушения огня и вероятность осложнений при борьбе с пожаром (вскипание, выбросы, бурные химические реакции).