Parametrii pentru aprecierea pericolului de incendiu

a. Pericolul de incendiu. In obiectivele industriale, institutii, cladiri de locuit, instalatii tehnologice si ori unde se depoziteaza, se manipuleaza si se folosesc materiale si substante combustibile exista pericol de incendiu. Aceasta se datoreste faptului ca materialele si substantele au inmagazinat un anumit potential caloric (sarcina termica). Daca in acelasi spatiu sau in imprejurimi exista sau isi fac aparitia vreo sursa de aprindere, pericolul de incendiu este iminent. Acesta se produce atunci cand exista o corelatie in timp si in spatiu a unor conditii specifice. De fapt este o trecere a energiei unei surse de aprindere asupra materialului sau substantei combustibile (potentialul de incendiu), ceea ce are ca urmare "pregatirea si activarea energiei pana se formeaza sistemul inflamabil. Dintr-un astfel de sistem inafara substantei combustibile face parte si oxigenul din aer.

In conditiile progresului de astazi, sursele de aprindere sunt prezente aproape pretutindeni si daca incendiile nu izbucnesc in mare numar, aceasta se datoreste faptului ca sursele nu se gasesc in corelatie necesara de timp si spatiu, fata de potentialul de incendiu, pentru a declansa un incendiu.

Rolul de seama in inlaturarea acestui fenomen il au masurile de prevenire a incendiilor.

In activitatea practica este necesar sa se aprecieze cat mai exact pericolul de incendiu pentru a se putea lua cele mai eficiente masuri de prevenire, care au ca scop principal:

- mentinerea la un nivel redus a probabilitatii de izbucnire a unui incendiu;

- oprirea propagarii rapide a unui eventual incendiu, respectiv producerea de pagube minime.

Hotararea aspupra naturii masurilor de prevenire si stingere a incendiilor este cateodata, greu de luat. Uneori se pune problema daca este necesar si economic acceptabil ca pericolul de incendiu sa fie redus substantial prin masuri constructive si de exploatare (de exemplu: peretii antifoc, mod de depozitare etc. ), alteori trebuie stabilita si necesitatea unor instalatii automate de semnalizare si stingere.

Se pune problema de a gasi metode cu ajutorul carora sa se aprecieze pericolul de incendiu deci de a se determina prin calcul marimi care sa contribuie la luarea unor masuri corecte. Pe plan modial sunt deja initiate cateva metode de stabilire a pericolului de incendiu.

Forta de distrugere a unui incendiu actioneaza in doua directii: asupra cladirii si aspupra continutului acestuia. Pericolul pentru cladiri consta in distrugerea elementelor de constructii. Gradul de distrugere este determinat de doi factori care actioneaza in sens opus si anume: intensitatea si durata incendiului pe de o parte si capacitatea de rezistenta a constructiei pe de alta.

Pericolul continutului se refera la distrugerea bunurilor materiale in cladiri.

Cele doua categorii de pericole au legatura intre ele, intrucat pe de-o parte distrugerea unei cladiri are drept efect, de regula, si distrugerea continutului acestuia, iar pe de alta parte sarcina termica constituie, deseori, pericolul principal pentru cladire. Cu toate acestea, cele doua pericole pot exista independent unul de altul. Astfel, poate sa existe un pericol mare pentru cladire, fara un pericol apreciabil al continutului sau poate sa ajunga la o paguba apreciabila a continutului cu mult inainte ca pericolul sa ameninte cladirea.

Din cele aratate rezulta ca pericolul total nu poate fi indicat printr-o singura valoare numerica. Deci, trebuie stabilite valori pentru pericolul cladirii si valori pentru pericolul continutului. Pentru aceasta este necesara cunoasterea marimii a o serie de indici care sa intre cu valoarea respectiva in unele relatii matematice, ce nu fac obiectivul acestui capitol. Totusi se poate rezuma ca, la baza stabilirii pericolului de incendiu trebuie sa stea, pe de o parte factori importanti care determina producerea si dezvoltarea incendiului, iar pe de alta parte, factori ce trebuie sa determine prevenirea incendiilor, exprimati in aceasta prin anumite marimi.

Produsul dintre factorii de pericol reda pericolul de incendiu potential, in timp ce produsul marimilor care micsoreaza acest pericol exprima valoarea efectiva de protectie.

Pericolul de incendiu = Pericol potential  .

Masurile de protectie

Pentru stabilirea pericolului de incendiu potential se va tine seama de:

- sarcina termica;

- conditiile de vizibilitate si posibilitatea cresterii pagubelor datorita degajarii fumului;

- marimea compartimentelor de incendiu in functie de posibilitatea de evacuare a cladirii si ventilarea incaperilor;

- inaltimea incaperii, respectiv a cladirii;

- eventualitatea cresterii pagubelor datorita degajarii de gaze de ardere cu actiune coroziva;

- aglomerare de valori (materiale etc. ) pe unitatea de suprafata.

Cu ajutorul factorilor de pericol trebuie sa se stabileasca atat gradul de pericol pentru constructii si oamenii, determinat de incendiu, cat si marimea pagubelor care se produc datorita efectelor secundare ale incendiului, ca de exemplu actiunea fumului, a gazelor de ardere cu actiune coroziva si aglomerarea de valori.

Dintre masurile de protectie fac parte:

- masurile normale (regulile generale si specifice de prevenire a incendiilor);

- masurile speciale (instalatii semnalizare, mijloace de legatura cu unitatile de interventie, dotarea pompierilor, instalatii automate de stingere etc. )

- asigurarea unei anumite rezistente la foc a cladirilor.

In general, calculul pericolului de incediu trebuie sa tina seama de 2 factori principali:

- sarcina termica calculata intr-un anumit mod;

- rezistenta la foc a cladirilor, apreciata si interpretata cu toate implicatiile.

Sarcina termica S_Q constituie primul si cel mai important parametru al pericolului de incendiu. Ea reprezinta cantitatea de caldura pe care o poate degaja prin combustie completa totalitatea materialelor combustibile, fixe si mobile, existente in spatiul afectat de incendiu.

Densitatea sarcinii termice se determina prin raportul sarcinii termice la suprafata spatiului afectat de incendiu (suprafata compartimentului de incendiu), conform relatiei:

_n

S Q_i M_i

Q_s = S_Q = t ₌₁ [MJ/m²];

A_s A_s

S_Q - sarcina termica, in MJ;

Q_i - puterea calorica inferioara a materialelor de acelasi fel in MJ/kg;

M_i - masa totala a materialelor combustibile de acelasi fel, in kg;

A_s - aria sectiunii orizontale a spatiului afectat (compartimentul de incendiu), in m².

Pentru a se lua in consideratie influenta ventilatiei si a configuratiei incaperii, in ultimul timp se foloseste o alta relatie de calcul a sarcinii termice:

q = S (GH)

A_tA_f

A_t - suprafata totala a peretilor inconjuratori, in m²;

A_f - suprafata ferestrelor.

Rezistenta la foc a elementelor de constructie este o notiune actualmente deja destul de precisa si susceptibila de a fi masurata, mai mult insa datorita cercetarilor efectuate in acest domeniu este posibil sa fie calculata. Aceasta este definita si masurata in comformitate cu numeroase norme nationale, existand chiar o norma internationala. Totusi, pentru ca rezistenta la foc sa constituie un element de baza in asigurarea securitatii impotriva incendiilor in constructii ar trebui ca ea sa fie imbunatatita.

In prezent, notiunea de rezistenta la foc se bazeaza pe 3 elemente (criterii): stabilitatea, izolatie termica si etanseitate la flacari. Ar trebui sa se tina seama si de un al 4-lea element, etanseitatea la fum, incluzandu-se in afara fumului provenit de la focar si pe cel succeptibil de a fi produs de insusi elementele de constructie pe fata neexpusa la actiunea incendiului. Desigur, trebuie stabilita tentatia de a impune pentru rezistenta la foc valori anormale in detrimetrul economic. Unii specialisti din strainatate sustin ca o rezistenta la foc de 2 h este deja ridicata. S-ar intelege ca este nevoie de o limita consecintele unui incendiu pana la interventia pentru stingere si nu de a "inchide" incendiul pana la arderea tuturor materialelor combustibile, adica de a se lichida de la sine.

Aprecierea pericolului de incendiu al substantelor si materialelor combustibile este probabila numai daca se determina (cunosc) o serie de parametrii ca: grupa de combustibilitate indici de combustibilitate temperatura de imflamabilitate temperatura de aprindere temperatura de autoinflamare tendinta spre autoaprindere temperatura de autoincalzire temperatura de ardere mocnita intervalul de explozie limitele de aprindere ale vaporilor concentratia minima de stingere a incendiului continutul minim de oxigen pentru explozie viteza de ardere substanta de stingere cea mai adecvata

b. Grupe de combustibilitate. Prin combustibilitate se intelege proprietatea pe care o au unele corpuri de a arde in prezenta oxigenului sau a aerului.

Clasificarea materialelor din punct de vedere al combustibilitatii se face in functie de capacitatea acestora de a se aprinde si de a arde in continuare degajand caldura care contribuie la dezvoltarea incendiului. Din acest punct de vedere exista trei grupe de combustibilitate:

1) Incombustibile sunt considerate acele materiale care sub influenta focului sau a temperaturilor ridicate, nu se aprind , nu ard mocnit, nu se carbonizeaza (de exemplu: nisipul, betonul, zgura, mortarul, sticla etc. ).

2) Combustibile sunt materialele care sub actiunea focului sau a temperaturilor inalte se aprind, ard mocnit sau se carbonizeaza.

Materialele combustibile se clasifica la randul lor in functie de posibilitatile de a fi aprinse usor sau greu si de capacitatea lor de a contribui la dezvoltarea incendiului in patru clase astfel:

- clasa C₁ - practic neinflamabile;

- clasa C₂ - dificil imflamabile;

- clasa C₃ - mediu imflamabil;

- clasa C₄ - usor imflamabile.

3) Materialele din clasele C₁ si C₂, denumite in ansamblu "greu combustibile" sunt caracterizate si prin faptul ca arderea, mocnirea sau carbonizarea au loc numai in cazul existentei unei surse exterioare de foc sau de temperatura inalta, incetand dupa indepartarea acestora. Incadrarea materialelor combustibile in una din clasele C₁ - C₄ se face pe baza incercarilor specifice, efectuate in laboratoarele autorizate in acest sens.

c. Indicele de combustibilitate (tabelul 1). Aceasta este o marime adimensionala, care exprima raportul intre cantitatea de caldura degajata de materialul care arde si cantitatea de energie termica a sursei de aprindere. Se determina in laborator prin metoda calorimetrica.

Tabelul 1

Clasificarea substantelor si materialelor dupa indicele de combustibilitate

Pentru stabilirea gradului de combustibilitate, in ultimul timp pe plan modial, se foloseste si metoda indicelul de oxigen (continutul de oxigen al mediului in care monstra continua sa arda independent).

d. Temperatura de inflamabilitate. Aceasta este temperatura minima la care vaporii unui lichid combustibil formeaza aerul, deasupra acestuia, un amestec de o anumita concentratie, care sa-l aprinda in contact cu o sursa de aprindere (flacara, corp incandescent, scantei electrice, scantei mecanice etc. ).

Temperatura de inflamabilitate constituie un parametru de baza, care poate fi folosit cu operativitate pentru indicarea cu aproximatie a conditiilor de temperatura in care o substanta combustibila prezinta pericol de incendiu. Aceasta temperatura se ia in considerare la clasificarea proceselor tehnologice, a incaperilor si instalatiilor dupa gradul de incendiu, in conformitate cu normele in vigoare.

e. Temperatura de aprindere. Substantele si materialele combustibile se aprind la temperaturi diferite. Prin temperatura de aprindere se intelege temperatura cea mai mica la care o substanta aflata in prezenta aerului sau oxigenului trebuie incalzita pentru a se aprinde si a arde in continuare, de la sine, fara incalzire ulterioara. Temperatura de aprindere este caracteristica numai substantelor si materialelor combustibile.

f. Temperatura de autoinflamare. Autoinflamarea se produce in conditiile existentei unei anumite cantitati de vapori si a realizarii temperaturii de inflamabilitate. Prin temperatura de autoinflamare se intelege temperatura minima pana la care este necesar sa se incalzeasca o substanta combustibila pentru a produce aprinderea amestecului de vapori-aer, fara a veni in contact direct cu o sursa de aprindere.

g. Tendinta de autoaprindere. Acest fenomen se constata la o serie de substanta si materiale combustibile, care sunt supuse mai intai unei autoincalziri, ca urmare a unor procese chimice sau biologice petrecute in insasi masa substantelor organice. Procesul de autoincalzire daca nu este intrerupt, trece in autoaprindere. Natura reactiilor defineste si natura autoaprinderilor din acest punct de vedere se deosebesc: autoaprinderi de natura chimica, fizico-chimica si biologica.

Tendinta de autoaprindere termica se caracterizeaza prin temperatura de autoincalzire si prin variatia temperaturii mediului in care se produce fenomenul.

h. Intervalul de explozie (limitele de explozie). Vaporii si gazele combustibile pot forma cu aerul amestecuri explozive care se aprind numai daca au o anumita concentratie.

Concentratia minima a gazelor, vaporilor sau a prafurilor combustibile, in aer, la care se produce explozia se numeste limita inferioara de explozie.

Concentratia maxima a gazelor, vaporilor sau a prafului in aer, la care aprinderea sau explozia nu mai este posibila se defineste ca limita superioara de explozie.

Sub limita inferioara de explozie, amestecul nu poate sa arda si nici sa produca o explozie din cauza excesului de aer, amestecul fiind prea sarac (contine prea putina substanta combustibila pentru intretinerea arderii). In realitate, energia rezultata din arderea unei particule se dispenseaza inainte de a putea activa o alta particula de substanta combustibila pentru propagarea arderii.

Peste limita superioara de explozie, arderea si explozia nu pot avea loc datorita lipsei de aer, amestecul fiind prea bogat. Oxigenul disponibil se consuma in aer in cursul arderii unei particule, nemaifiind suficient timp pentru intretinerea arderii particulei celei mai apropiate. Produsele de ardere care inconjoara particula aprinsa sting flacara.

Explozia amestecului de gaze, vapori sau praf cu aerul sunt posibile numai intre limitele inferioara si superioara , determinand in acest caz intervalul de explozie.

Limitele de explozie ale unui amestec exploziv se pot calcula cu formula lui Le Chatelier:

100

L =______________ ;

a b + c +.n

A B C N

L - concentratia , in %;

a, b, c, .n - continutul, in % de volum al fiecarui component din amestecul considerat;

A, B, C, .N - limitele inferioare sau superioare de explozie ale componentelor din amestecul considerat.

Experimentarile ca si constatarile practice au demostrat ca, odata cu cresterea temperaturii peste cea normala (20 C) intervalul de explozie se mareste.

Temperatura mediului inconjurator exercita o influenta mai mare asupra celei inferioare.

Pentru a se determina limitele de explozie in conditiile cresterii temperaturii (peste cea normala) se pot folosi relatiile de mai jos:

L_{inf. t}=L_{inf. 20} - L_{inf. 20} x 10 t-20 ;

100        100

L_{sup. 20} + L_{sup. 20} x 15 t-20 ;

100 100

L_{inf. t,} L_{sup. t} - limitele inferioare si superioare la temperatura t;

L_{inf. 20} ; L_sup - limitele inferioare si superioara la temperatura de 20 C;

t - temperatura la care a ajuns amestecul, adica temperatura data.

Valorile de aprindere sau de explozie se folosesc la calculul concentratiei admisibile de vapori sau gaze in interiorul aparatelor tehnologice cu pericol de explozie a instalatiilor de ventilatie, precum si la determinarea concentratiei maxime admisibile pentru prevenirea exploziei de vapori, gaze si praf combustibil in spatii inchise.

i. Energia minima de aprindere. Aceasta se defineste ca marime minima a energiei unei scantei electrice sau mecanice, suficienta pentru aprinderea unui amestec de gaze-aer, vapori-aer sau praf cu aerul, la o anumita concentratie (cea care se aprinde mai usor).

Cunoasterea energiei minime de aprindere ajuta la clasificarea diferentelor medii explozive, precum si la alegerea parametrilor echipamentului electric de protectia impotriva scanteilor.

j. Continutul minim de oxigen pentru explozie (ardere): Se defineste ca concentratia minima de oxigen in amestecul de aer, in care s-a introdus un agent de diluare, sub care nu este posibila inflamarea amestecurilor acestora cu gaze, vaporii, sau pulberi combustibile si deci nici propagarea arderii in intregul volum.

Marimea continutului minim de oxigen pentru explozie se foloseste la calcularea regimurilor sigure de functionare a aparatelor si conductelor in cadrul unor instalatii tehnologice, precum si la proiectarea sistemelor si instalatiilor pentru inhibitia exploziilor si stingerea incendiilor.

Concentratia de oxigen fara pericol de explozie se poate calcula din relatia:

C_neex = 1, 2 C_ex - 4, 2

C_neex - concentratia neexploziva de oxigen in amestecul aer-agent de diluare, in % volum;

C_ex - continutul minim de oxigen pentru explozie, in % volum.

Relatia este valabila pentru C_ex > 3, 5 % volum.

k. Indicele de oxigen (tabelul 2). Este continutul de oxigen al mediului in care un material combustibil continua sa arda fara a mai fi supus actiunii sursei de aprindere.

Valoarea indicelui de oxigen se calculeaza cu relatia:

n= 100 x O₂ ;

O₂+N₂

O₂ - proportia de oxigen (raportul volumetric al oxigenului);

N₂ - proportia de azot in amestecul de gaze (raportul volumetric al azotului).

Indicele de oxigen pentru cateva materiale si substante combustibile

Materialele al carui indice de oxigen este mai mic de 21 ard mai usor in aer decat cele care au indicele de oxigen mai mare ca 21.

Indicele de oxigen al materialelor naturale se afla cuprins intre 20-30, iar al celor sintetice intre 15-95. Materialele minerale sub forma de pulbere sau fibre au indicele de oxigen mai mare decat al materialelor din care au provenit.

1. Viteza de ardere (tabelul 3). Este cantitatea de combustibil care se consuma prin ardere in unitatea de timp.

Viteza de ardere a corpurilor solide, lichide si gazoase este diferita si depinde de: cantitea de oxigen care participa la ardere, sarcina termica a materialului combustibil; suprafata specifica a particulelor solide in raport cu volumul acestora; gradul de umiditate; natura si proprietatile materialului combustibil; conditiile meteorologice etc.

In cazul incendiilor, intensitatea acestora se defineste prin viteza de ardere specifica, exprimata prin cantitatea de combustibil care arde in unitatea de timp pe unitatea de suprafata in zona de ardere.

Tabelul 3.

Valori obiective pentru viteza de ardere specifica a principalelor materiale combustibile

Daca se cunosc masa combustibila specifica (masa de combustibil si viteza specifica de ardere se poate determina durata aproximativa de ardere libera. Aceasta are o mare importanta practica la elaborarea masurilor operative corespunzatoare pentru cercetarea si combatarea incendiilor.

m. Viteza de incalzire a lichidului (tabelul 4). Este determinata de viteza de crestere a grosimii stratului de lichid, in caz ca aceasta arde pe o suprafata libera, a carei temperaturi este egala cu temperatura de fierbere a lichidului.

Viteza de incalzire se foloseste in calcule care se refera la stingerea incendiilor de lichidare, depozitare in rezervoare.

Tabelul 4

Vitezele de incalzire a catorva lichide combustibile

Datele din tabelul 4 sunt orientative, la rezevoare cu diametre mari vitezele de incalzire sunt mult mai mari.

n. Presiunea maxima de explozie. Presiunea maxima de explozie care s-ar produce, in caz ca n-ar exista un schimb de caldura intre produsele de ardere si peretii instalatiei, poate fi calculata cunoscand concentratia, compozitia substantelor respective, starea initiala a sistemului si calitatea substantelor volatile (cazul prafurilor).

In urma exploziilor amestecurilor de praf aer, de vapori si gaze cu aer, care se produc in cladirile industriale inchise, iau nastere presiuni destul de mari.

Calculele efectuate arata ca in urma exploziei unui amestec stoechiometric de praf-aer intr-o camera cu volum constant, cand combustibilul si oxigenul ar actiona in intregime, presiunea maxima de explozie ar fi 1-15 at. Marimea presiunii maxime a exploziei se foloseste in calculele rezistentei la explozie a aparatajelor pentru gaze, vapori si produse pulverulente combustibile, in calculele supapelor de siguranta si ale membranelor de explozie ale carcaselor echipamentului electric protejat la explozie.

In tabelul 5 sunt cuprinse cateva date in legatura cu presiunile care se pot inregistra in urma exploziei unor amestecuri de praf-aer.

Tabelul 5

Presiunile de explozie pentru cateva amestecuri de praf-aer

Aceste presiuni sunt capabile sa distruga cladirile, marimea distrugerii depinzand de efectul distrugator al presiunii.

Cu cat efectul presiunii dureaza mai putin in umra unei explozii, cu atat distrugerea este mai redusa. In general distrugerea integrala a cladirilor se produce la o presiune de 0, 5 at, iar degradarea partial a avanului si spargerea integrala a geamurilor are loc la o presiune de 0, 1 at.

Dupa unele date din literatura de specialitate elementele de constructie ale cladirilor rezista fara degaradari apreciabile la presiunea dinamica de 0, 15 at. Aceasta inseamna ca daca presiunea la explozia amestecurilor este pana la 0, 15 at, elementele de constructie ale cladirilor actuale de gradul II rezistenta la foc nu vor fi distruse.

Timpul de actionare a sarcini dinamice se considera egal cu timpul de explozie (ardere). Dupa unele date experimentale acest timp variaza de la sutimi de secunda (amestec de hidrogen-aer), pana la zecimi de secunda. De exemplu, viteza de ardere a amestecurilor gaz combustibile-aer se considera egala cu 0, 1-0, 2 s, iar a amestecurilor praf-aer de 0, 5 s.

o. Caracterul reactiei intre substantele care ard si mijlocul de stingere (apa si spuma). Apa sub forma de jeturi compacte sau pulverizate, spuma mecanica si chimica sunt cele mai raspandite substante de stingere a incendiilor. Totusi ele nu pot fi folosite in toate cazurile. La contactul intre apa si spuma si unele substante care ard, se poate produce efervescenta si aruncarea lichidului in exterior. Unele reactii chimice se desfasoara violent si maresc intensitatea arderii, putandu-se produce si explozii. In alte cazuri folosirea apei si spumei nu prezinta pericol, dar nu este eficienta. Pentru fiecare material si substanta combustibila trebuie sa se stabileasca cea mai eficienta substanta de stingere.