Особенности горения и тушения металлов и гидридов металлов
Производства, связанные с получением и переработкой металлов, их сплавов, гидридов металлов и металлоорганических соединений характеризуются повышенной пожарной и взрывопожарной опасностью. При выборе безопасных условий проведения технологических процессов, в которых обращаются указанные выше вещества и материалы, необходимо учитывать особенности их воспламенения, горения и тушения.
Результаты и обсуждение
Горение металлов, их сплавов, металлосодержащих веществ, в т.ч. металлоорганических веществ согласно ГОСТ 27331-87 подразделяются на 3 класса:
Каждый из перечисленных металлов и их гидридов в обычном состоянии представляет собой твердое вещество, кроме металлоорганических соединений (МОС), представляющих собой жидкости.
Из особенностей металлов, которые имеют прямое отношение к их пожаро-, взрывоопасности и горению необходимо отметить следующие:
Способностью самовоспламеняться обладают щелочные металлы, стружка, металлические порошки, имеющие неокисленную активную поверхность, гидриды металлов, МОС (классы пожаров Д2, Д3).
Наиболее пожаро-, взрывоопасными металлами, горение которых происходит по классу Д1, являются легкие металлы в виде продуктов их переработки: порошков разной дисперсности, стружки. Металлы в виде изделий различной конфигурации (листы, профили и т.п.) поджечь практически невозможно, если обеспечиваются условия преобладания теплоотвода над теплоприходом.
Гидриды металлов занимают промежуточное положение между металлами и органическими соединениями. Связано это с тем, что при их разложении выделяется водород, что можно рассматривать как аналогию процесса выделения горючих газов при пиролизе органических материалов, сгорающих в газовой фазе [1].
При этом гидриды металлов значительно различаются между собой по своим физико-химическим свойствам, по механизму горения и воспламенения. Так, гидриды титана, ниобия, тантала и т. д. являются по существу растворами водорода в металле и имеют переменный состав с металлическим типом связи. Они горят в основном в тлеющем режиме, пламенное горение водорода практически отсутствует.
В то же время литий-алюминий гидрид (ЛАГ), гидриды алюминия (ГА) и лития (ГЛ) – ярко выраженные индивидуальные соединения с ионной (для ГЛ – частично ковалентной) связью, характеризующиеся наличием режимов пламенного и гетерогенного горения [2].
ГА и гидриды щелочных металлов проявляют пирофорные свойства, активно взаимодействуют с влагой воздуха, при небольшом нагреве активно выделяют водород и вследствие этого в состоянии аэровзвеси образуют гибридные взрывоопасные смеси с воздухом.
При повышенных температурах и при горении возможно взаимодействие азота с наиболее активными гидридами, например, ГА.
Небольшое разбавление азота воздухом может привести к очень «жесткому» взрыву аэровзвеси ГА, поэтому не для всех гидридов металлов можно использовать азот в качестве защитной атмосферы. Иногда для этого приходится использовать аргон.
Таким образом, характер горения металлов и металлосодержащих веществ исключает применение воды, водопенных средств тушения и ряда газовых огнетушащих составов, т. к. при контакте этих средств с горящими металлами происходит их взаимодействие, приводящее к разгоранию.
В России и мировой практике для тушения пожаров классов Д1, Д2, Д3 применяются огнетушащие порошковые составы специального назначения (ОПСН). При создании рецептуры таких составов учитываются следующие факторы:
В настоящее время наиболее распространены для тушения пожаров классов Д1, Д2, Д3 ОПСН на основе хлоридов щелочных металлов (KCl – Россия и NaCl – Европа, США). В качестве огнетушащих составов для металлов существует ряд жидкостных составов (например, на основе борных эфиров), но они не нашли широкого применения в практике пожаротушения.
Основным принципом достижения положительного результата при тушении металлосодержащих веществ (по классам Д1, Д2, Д3) является создание с помощью ОПСН защитного полного покрытия очага горения, препятствующего доступу кислорода воздуха в зону горения. Такое покрытие должно быть достаточно плотным, иметь необходимую толщину слоя порошка по всей поверхности очага горения, что достигается при определенном удельном расходе порошка (кг/м 2 ).
Тушение металлов и металлосодержащих веществ имеет ряд особенностей, присущих каждой группе веществ по классам Д1, Д2, Д3 в т.ч.:
0,7-0,8 г/см 3 ), что обеспечивается введением в состав порошка негорючей добавки с низкой плотностью (перлит, вермикулит), что также способствует адсорбции МОС и улучшает надежность тушения.
При тушении натрия [3] возникает так называемый «капиллярный» или фитильный эффект горения за счет роста оксидных образований, прорастающих через слой порошка, по которым жидкий натрий проникает и горит в виде фитиля. Для предотвращения роста оксидов обычно используют специальные добавки.
Тушение металлов и металлосодержащих соединений ОПСН коренным образом отличается от тушения, например, углеводородных ЛВЖ, ГЖ (классы пожаров A, B, C) порошками общего назначения. В случае тушения пожаров класса Д (Д1, Д2, Д3) основная задача при подаче ОПСН заключается в создании на поверхности очага горения слоя порошкового покрытия, желательно равной высоты, что достигается путем использования так называемых успокоителей, присоединяемых к подающему устройству (на выходе подающего ствола) огнетушителей, порошковых автомобилей. Использование насадки-успокоителя при подаче ОПСН необходимо при тушении порошков металлов и их гидридов, при этом практически предотвращается образование аэровзвеси огнетушащего порошка. Для тушения пожаров классов A, B, C применяется распылительное устройство типа «пистолет», при этом создается порошковое облако над очагом горения, которое способствует достижению тушения.
ОПСН можно применять для тушения радиоактивных металлов. При использовании, например, огнетушащего состава на основе хлорида калия, значительно снижается выделение радиоактивных аэрозолей.
Однако использование порошкового пожаротушения тоже имеет свои недостатки:
Магний. Магний — блестящий белый металл, мягкий, тягучий, способный деформироваться в холодном состоянии. Он используется как основа в легких сплавах для придания им прочности и пластичности. Температура плавления магния 650 °С. Порошок и хлопья магния легко воспламеняются, но в твердом состоянии магний надо нагреть до температуры, превышающей его температуру плавления, прежде чем он воспламенится. Затем он горит очень сильно сверкающим белым пламенем. При нагревании магний бурно реагирует с водой и всеми видами влаги.
Обычное местонахождение на судне
Основным материалом, из которого изготовлен корпус судна, является сталь. Для надстроек некоторых судов используется алюминий, а также его сплавы и другие более легкие металлы. Преимущество алюминия заключается в том, что он позволяет уменьшить вес конструкций, а недостатком с точки зрения борьбы с пожаром является сравнительно низкая температура плавления по сравнению со сталью.
Кроме материалов, используемых при постройке самого судна, металлы в различных формах перевозятся на судне в качестве груза. Обычно в отношении размещения металлов в твердой форме никаких ограничений не существует. Что касается порошков металлов, таких как титан, алюминий и магний, то их следует размещать в сухих изолированных районах. То же относится и к таким металлам, как калий и натрий.
Необходимо отметить, что крупногабаритные контейнеры, используемые для перевозки грузов, обычно изготавливаются из алюминия. Стенки этих контейнеров плавятся и трескаются в условиях пожара.
Тушение пожаров классаD
Тушение пожаров, связанных с горением большинства металлов, представляет значительные трудности. Часто эти металлы бурно реагируют с водой, что приводит к распространению пожара и даже взрыву. Если горит небольшое количество металла в ограниченном пространстве, рекомендуется дать возможность ему выгореть до конца. Окружающие поверхности следует защитить, используя воду или другое подходящее огнетушащее вещество.
Для тушения пожаров металлов используют некоторые синтетические жидкости, которых на судне, как правило, не имеется. Определенного успеха при борьбе с такими пожарами позволяет добиться применение имеющихся на судах огнетушителей с универсальным огнетушащим порошком.
С разным успехом для тушения пожаров металлов употребляют песок, графит, различные порошки и соли. Но ни один из способов тушения нельзя считать эффективным для пожаров, связанных с горением любого металла.
Вода и огнетушащие вещества на водяной основе, такие как пена, не должны применяться для тушения пожаров горючих металлов. Вода может вызывать химическую реакцию, сопровождающую-ся взрывом. Даже если химической реакции не происходит, капли воды, попадающие на поверхность расплавленного металла, будут расширяться и разбрызгивать расплавленный металл. Но в некоторых случаях необходимо с осторожностью применять воду: например, при горении больших кусков магния можно подавать воду только на те участки, которые еще не охвачены огнем, для их охлаждения и предупреждения распространения пожара. Воду никогда не следует подавать на сами расплавленные металлы, ее нужно направлять на районы, находящиеся под угрозой распространения пожара. В ряде стран издаются перечни, содержащие технические характеристики горючих металлов, в которых указываются способы тушения пожаров и необходимые огнетушащие вещества. Владельцам, суда которых могут быть использованы для перевозки горючих металлов, рекомендуется иметь такие перечни с указанием физико-химических характеристик этих металлов.
Классификация огнетушителей в зависимости от вида огнетушащего средства
1. Огнетушители порошковые. Они бывают с порошками общего и специального назначения. Первые используются при ликвидации возгораний материалов, содержащих углерод (древесина, газы), вторые – при тушении пожаров, вызванных горением щелочных металлов, пирофорных веществ или соединений алюминия.
3. Огнетушители жидкостные. Огнетушащее средство в данном случае представлено водой в чистом виде, водным раствором определенных химических веществ или водой, в которую добавлены поверхностно-активные вещества. Возможно использование этих огнетушителей только при плюсовых температурах.
4. Огнетушители пенные. Имеют широкую область применения, исключение составляет случаи, когда пена может послужить проводником электрического тока. Пена, являющаяся огнетушащим средством в огнетушителях данного вида, образуется из водных растворов щелочей и кислот.
5. Огнетушители воздушно-пенные. Они используются для тушения на пожарах средней категории. Не допускается применение данных огнетушителей в случае возгорания щелочных металлов, веществ, поддерживающих горение без кислорода, электроустановок под напряжением. Огнетушащим средством является водный раствор пенообразователя ПО-1, за границей вместо ПО-1 используется смачиватель «легкая вода».
6. Огнетушители аэрозольные. В качестве огнетушащего средства выступают галоидированные углеводороды, способствующие парообразованию, например, бромистый этил, хладон. Данные огнетушители хорошо справляются с возгораниями электроустановок, легковоспламеняющихся жидкостей, различных твердых веществ, за исключением щелочей и веществ, содержащих кислород.
Порошковый огнетушитель
Порядок приведения огнетушителя в действие
Ручные углекислотные огнетушители типа ОУ предназначены для тушения небольших загораний электропроводов, кабелей, электроустановок до 1000 В (тушение производить только при снятом напряжении).
Порядок приведения в действие огнетушителя:
Нельзя пользоваться огнетушителями, имеющими повреждения (вмятины, орешины и пр.).Нельзя пользоваться непроверенными огнетушителями (не имеющими паспорта завода-изготовителя и без пломбы). Нельзя бросать огнетушители, хранение их разрешается только на специальных подставках с креплением. Запрещается хранить огнетушители вблизи отопительных приборов.
При работе огнетушителя направлять раструб в нужную сторону и удерживать его необходимо только при помощи рукоятки, специально смонтированной на подвижной трубке. Если такой ручки нет, то подводящие трубки должны иметь пластмассовые покрытия. Ни в коем случае нельзя держать раструб углекислотного огнетушителя незащищенной, голой рукой – углекислотный снег имеет очень низкую температуру и это может стать причиной сильного обморожения рук.
Огнетушитель, типы огнетушителей.
Огнетушитель — ручное или стационарное устройство для пожаротушения. Ручной огнетушитель обычно представляет собой цилиндрический баллон красного цвета с соплом или трубкой. При введении огнетушителя в действие из его сопла под большим давлением начинает выходить вещество, способное потушить огонь. Таким веществом может быть пена, вода, какое-либо химическое соединение в виде порошка, а также диоксид углерода, азот и другие химически инертные газы. Огнетушители в России должны находиться во всех производственных помещениях, а правила дорожного движения многих стран обязывают держать огнетушитель в каждом автомобиле.
Огнетушители различают по способу срабатывания:
автоматические (самосрабатывающие) — обычно стационарно монтируются в местах возможного возникновения пожара;
ручные (приводятся в действие человеком) — располагаются на специально оформленных стендах.
Огнетушители различаются по принципу действия:
ручные малолитражные с объемом корпуса до 5 л;
промышленные ручные с объемом корпуса от 5 до 10 л;
стационарные и передвижные с объемом корпуса свыше 10 л.
По способу подачи огнетушащего состава:
под давлением газов, образующихся в результате химической реакции компонентов заряда;
под давлением газов, подаваемых из специального баллончика, размещенного в корпусе огнетушителя;
под давлением газов, закаченных в корпус огнетушителя;
под собственным давлением огнетушащего средства.
По виду пусковых устройств:
с вентильным затвором;
с запорно-пусковым устройством пистолетного типа;
с пуском от постоянного источника давления.
Огнетушители маркируются буквами, характеризующими вид огнетушителя, и цифрами, обозначающими его вместимость.
Предназначены для тушения пожаров огнетушащими пенами: химической или воздушно-механической. Химическую пену получают из водных растворов кислот и щелочей, воздушно-механическую образуют из водных растворов и пенообразователей потоками рабочего газа: воздуха, азота иди углекислого газа. Химическая пена состоит из 80 % углекислого газа, 19,7 % воды и 0,3 % пенообразующего вещества, воздушно-механическая примерно из 90 % воздуха, 9,8 % воды и 0,2 % пенообразователя.
Пенные огнетушители применяют для тушения пеной начинающихся загораний почти всех твердых веществ, а также горючих и некоторых легковоспламеняющихся жидкостей на площади не более 1 м². Тушить пеной загоревшиеся электрические установки и электросети, находящиеся под напряжением, нельзя,[www.theredstar.ru завод Красная Звезда] так как она является проводником электрического тока. Кроме того, пенные огнетушители нельзя применять при тушении щелочных металлов натрия и калия, потому что они, взаимодействуя с водой, находящейся в пене, выделяют водород, который усиливает горение, а также при тушении спиртов, так как они поглощают воду, растворяясь в ней, и при попадании на них пена быстро разрушается. Современные пенные огнетушители используют в качестве газообразующего реагента азид натрия, который легко разлагается с выделением большого количества азота.
К недостаткам пенных огнетушителей относится узкий температурный диапазон применения (5—45 °C), высокая коррозийная активность заряда, возможность повреждения объекта тушения, необходимость ежегодной перезарядки.
К их числу относятся углекислотные, в которых в качестве огнетушащего вещества применяют сжиженный диоксид углерода (углекислоту), а также аэрозольные и углекислотно-бромэтиловые, в качестве заряда в которых применяют галоидированные углеводороды, при подаче которых в зону горения тушение наступает при относительно высокой концентрации кислорода (14—18 %).
Углекислотные огнетушители выпускаются как ручные, так и передвижные. Ручные огнетушители одинаковы по устройству и состоят из стального высокопрочного баллона, в горловину которого ввернуто запорно-пусковое устройство вентильного или пистолетного типа, сифонной трубки, которая служит для подачи углекислоты из баллона к запорно-пусковому устройству, и раструба-снегообразователя. Для приведения в действие углекислотного огнетушителя необходимо направить раструб-снегообразователъ на очаг пожара и отвернуть до отказа маховичок или нажать на рычаг запорно-пускового устройства. При переходе углекислоты из жидкого состояния в газообразное происходит увеличение её объема в 400—500 раз, сопровождаемое резким охлаждением [www.theredstar.ru завод Красная Звезда] до температуры −72 °C и частичной кристаллизацией; во избежание обморожения рук нельзя дотрагиваться до металлического раструба. Эффект пламегашения достигается двояко: понижением температуры очага возгорания ниже точки воспламенения, и вытеснением кислорода из зоны горения негорючим углекислым газом.
Для тушения небольших очагов загораний горючих жидкостей, газов, электроустановок напряжением до 1000 В, металлов и их сплавов используются порошковые огнетушители. Во время пользования снимают крышку огнетушителя и через сетку порошок вручную распыливают на очаг горения. Образующееся устойчивое порошковое облако изолирует кислород воздуха и ингибирует горение.
Огнетушители порошковые самосрабатывающие
Предназначены для тушения без участия человека огнетушащими порошками типа АВС загораний твердых и жидких веществ, нефтепродуктов, электро-оборудования под напряжением до 5000 В, в небольших складских, технологических, бытовых помещениях, гаражах и пр. без постоянного пребывания в них людей. При необходимсти могут использоваться вместо или вместе с переносными.
Фраза «горение металлов» у многих вызывает недоумение. Люди далекие от вопросов пожарной безопасности уверены, что металлы не горят. Однако это не совсем так. Некоторые металлы способны не просто гореть, но даже самовоспламеняться.
Основные опасности, которые несут в себе разные металлы:
Как видно, гореть способны в основном измельченные металлы в виде порошка, стружки, опилок. Помимо указанных опасностей, металлы могут также стать причиной травм, ожогов и увечий людей.
Тушение пожаров классаD
Горение класса D происходит на поверхности металла при очень высокой температуре и сильным искрообразованием.
Вода как огнетушащее вещество совершенно не подходит для металлических изделий и порошков, так как многие из них вступают в реакцию с ней, вследствие чего пожар может только усилиться. Также попадание воды на горящий металл может способствовать разбрызгиванию его на людей и окружающие предметы.
Песком также нельзя тушить горящие металлы. Его применение может привести к взаимодействию этих двух материалов и усилить горение.
Для тушения металлов чаще всего используют специальные сухие порошки. Причем для каждого метала необходимо подбирать свой состав.
Горение магния и сплавов на его основе подавляется посредством сухих молотых флюсов, применяемых при их плавке. Флюсы способствуют отделению очага возгорания от воздуха с помощью образующейся жидкой пленки.
Натрий, калий и их сплав тушатся огнетушителями или установками с огнетушащими порошками ПС-1 и ПС-2. Нередко для борьбы с возгоранием этих щелочных металлом используют поваренную соль, аргон и азот.
Горящий натрий можно потушить порошкообразным графитом.
Металлический литий в случае его воспламенения потушить очень непросто. Все самые распространенные огнетушащие вещества для этого не подходят (вода, углекислота, пена и т. д.).
Для устранения возгорания металлического лития были разработаны специальные порошковые смеси ПС-11, ПС-12 и ПС-13. В их основе – различные флюсы и графит с примесями.
Возгорание лития также можно подавить путем вытеснения воздуха из очага горения при помощи аргона.
Металл считается потушенным после охлаждения всех поверхностей.
Большинство людей думает, что металлы (Me) не горят. Но это не так. Причем воспламенения некоторых Me ликвидировать очень сложно. Ошибка способна привести к взрыву и другим неприятным последствиям. В статье пойдет речь о том, чем тушить магний.
Классы пожаров
Процесс неконтролируемого горения, способного нанести существенный ущерб, принято делить на категории:
Пожары класса D – что это
К этой категории относят все случаи горения металлов. Пожары класса D делятся на 3 вида:
При поднесении к металлу открытого огня на поверхности вещества начинается испарение и окисление. Когда концентрация паров достигает предела, происходит воспламенение Me, возникает цветной огонь. По оттенку можно понять, какой это металл:
На заметку. Щелочные металлы в виде пудры или порошка, находясь на открытом воздухе, способны к самовоспламенению. Это происходит из-за их окисления, что приводит к повышению температуры.
Характеристика и свойства магния
Mg – двухвалентный, пластичный, щелочно-земельный, активный металл серебристого оттенка. Если магний находится на открытом воздухе, на его поверхности появляется пленка окиси. Этот металл довольно активный и растворяется в воде при нагревании. Реагирует со всеми кислотами, за исключением плавиковой.
Магний устойчив к действию минеральных масел, бензина, едкой щелочи, керосина, соды. Благодаря способности соединяться с хлором и кислородом металл применяют для выделения чистых веществ (титана, брома). Чтобы синтезировать органические соединения, используют возможность взаимодействия Mg с галогенами (йод, хлор).
Чем его можно тушить
Главным средством, используемым для ликвидации воспламенения магния, является порошковый огнетушитель. Оптимальный вариант устройства – тот, в состав которого входят хлориды. Это связано с их доступностью и нетоксичностью.
Механизм действия огнетушителя основан на создании препятствия доступа воздуха к месту горения. К другим свойствам работы усройства относят охлаждение поверхности, ингибирование реакции.
Небольшой очаг можно потушить:
Чем нельзя и что будет
Если начала гореть значительная площадь, то засыпание территории песком приведет к выделению большого количества тепла. Не подойдет и такое популярное средство, как фтористая присадка. Это связано с тем, что в результате ее реакции с магнием формируется аммиак, способный вызвать отравление.
Основные правила тушения пожаров класса D
Горящие металлы затушить практически невозможно. Обычно стратегия борьбы с огнем состоит в том, чтобы дать веществу догореть до конца, сдерживая распространение пожара на большую площадь. Для этого окружающие поверхности заливаются водой или подходящим средством тушения огня.
Данный вид горения происходит при высокой температуре на поверхности металлов. При этом наблюдается искрообразование. Ликвидируя огонь, нужно придерживаться определенных правил:
Нормативные документы
Технический регламент и основные требования пожарной безопасности прописаны в законе №123-ФЗ от 27 декабря 2018 г. Стандарты специализированной техники и порядок использования огнетушителей указаны в ГОСТ 51057-2001.
Выводы
Тушение магния – непростая задача. Для устранения огня подходят не все способы. Использование некоторых из них – к примеру, воды или углекислотного огнетушителя – способно только усугубить ситуацию. Оптимальным выбором считается чугунная стружка или воздушно-механическая пена.
