Пожар класса «D» — горение металлов
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:
- Алюминий – легкий электропроводный металл с довольно низкой температурой плавления (660°С), в связи с чем при пожаре может произойти разрушение алюминиевых конструкций. Но самым опасным является алюминиевый порошок, который несет в себе угрозу взрыва и может гореть.
- Кадмий и многие другие металлы под воздействием высоких температур выделяют токсичные пары. Поэтому тушение горящих металлов следует производить в защитных масках.
- Щелочные металлы (натрий, калий, литий) вступают в реакцию с водой, образуя при этом водород и количество теплоты, необходимой для его воспламенения.
- Чугун в виде порошка при воздействии высоких температур или огня может взорваться. Искры от чугуна могут спровоцировать возгорание горючих материалов, находящихся вблизи.
- Сталь, которая не считается горючим металлом, также может загореться, если она находится в порошкообразном состоянии или в виде опилок.
- Титан – прочный металл, основной элемент стальных сплавов. Плавится он при высоких температурах (2000°С) и в больших конструкциях или изделиях не горит. Но маленькие детали из титана вполне могут воспламениться.
- Магний – один из главных элементов в легких сплавах, придающий им пластичность и прочность. Гореть могут хлопья и порошок магния. Твердый магний также может воспламениться, но только если его нагреть до температуры выше 650°С.
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 класса D
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.
чем тушить магниевую стружку
Сухой песок, графит, окись магния и густое минеральное масло могут применяться для тушения небольших очагов горения стружки, опилок и компактного металла. Песок локализует очаги горения магния и препятствует поступлению к ним свежего воздуха, вследствие чего горение прекращается.
При засыпании песком значительных очагов горения (порядка десятков килограммов стружки, опилок, компактного металла) начинается реакция между кремнеземом песка и горящим магнием со значительным выделением тепла
В этом случае песок способствует горению магния.
Категорически запрещается тушить песком расплавленный магний и магний, находящийся в плавильном тигле. Нельзя также тушить песком магний или его сплавы, попавшие в шахту печи при прогорании тигля.
Окись магния при засыпании ею больших очагов огня не способствует горению, но и не прекращает его полностью.
Фтористая присадка является хорошим огнегасительным средством, но выделяющиеся (при тушении больших количеств горящего магния) фтористый водород и аммиак затрудняют работу и могут вызвать отравления.
Чугунные опилки хорошо тушат стружку, загоревшуюся на металлообрабатывающих станках, применение в этом случае песка иногда портит оборудование. Необходимо следить, чтобы на чугунных опилках не было ржавчины, иначе опилки вступают в реакцию с горящей магниевой стружкой, усиливая горение.
Небольшие очаги на участке формовки могут быть успешно потушены формовочной смесью для магниевого литья, содержащей, например, 6-8% фтористой присадки или 5-8% присадки ВМ, но применение формовочной смеси для тушения горящей стружки или опилок недостаточно эффективно. Все перечисленные средства тушения подаются на горящий металл с помощью лопат либо через стационарные установки, бункеры и т. п.
Горящие конструкции (перегородки, перекрытия, тамбуры) в цехах, где находится магний и изделия из магниевых сплавов, могут тушиться воздушно-механической пеной.
Не допускается применение воздушно-механической пены для тушения горящей стружки и компактного магния. Для тушения горящего магния и его сплавов не применяют воду, тетрахлорные огнетушители «Богатырь» № 1 и № 3, а также пенные огнетушители.
Страница 7: НПАОП 28.5-7.07-83. ОСТ 1 90338-83 Обработка магниевых сплавов. Общие требования безопасности. (3316)
*Может быть заменен ящиком с сухим флюсом емкостью 50-100 кг.
** Не применять непосредственно для тушения расплавленного магния и его сплавов.
10.7. Категорически запрещается тушить магний и его сплавы водой, тетрахлорными, пенными и углекислотными огнетушителями, так как эти средства усиливают горение магния и его сплавов.
10.8. Для тушения горящих конструкций в цехах, где хранится магний и его сплавы (перегородки, перекрытия, тамбуры и др.), можно применять воздушно-механическую пену. Применение воздушно-механической пены может быть допущено при отсутствии горения магния.
10.9. Допускается тушение пожара обычными средствами в тех частях здания, где магния и его сплавов не имеется.
10.10. Нормы оснащения средствами тушения магния и его сплавов приводятся в табл. 3. Для прочих помещений, не указанных в табл. 3, нормы средств пожаротушения устанавливаются, исходя из конкретных условий. При этом должна быть учтена возможность подачи средств пожаротушения как вручную, так и механизированным путем (огнетушители ОП 100 или ОП 250, заполненными сухим молотым флюсом).
ИНСТРУКЦИЯ ПО ИЗГОТОВЛЕНИЮ, ЗАРЯДКЕ И ПЕРЕЗАРЯДКЕ ПАТРОНОВ ДЛЯ ТУШЕНИЯ МАГНИЕВЫХ СПЛАВОВ
2. Изготовление патрона. Из листовой заготовки малоуглеродистой стали толщиной 1-2 мм согнуть на оправке цилиндр высотой 300мм, диаметром 120мм и сварить встык. Приварить дно внутри патрона на расстоянии 5мм от верха, приварить стальное кольцо толщиной 3мм. Вырезать из заготовки малоуглеродистой стали толщиной 3мм крышку диаметром 116мм и приварить к ней ручку из стального прутка диаметром 8мм. Изготовить разрезное кольцо диаметром 120мм из стальной проволоки диаметром 2-3 мм.
Сварка швов должна гарантировать герметичность патрона. Сварные швы очистить щеткой или протравить в 10%-ном растворе азотной кислоты, внутреннюю поверхность патрона и крышку окрасить масляной краской или асфальтовым лаком. Наружную поверхность патрона окрасить масляной краской и выбить по трафарету надпись со стороны, противоположной петле, «Для тушения магниевых сплавов».
К работе допускаются лица, сдавшие техминимум по обращению с магниевыми сплавами во время обработки и их тушению.
Перечень веществ, наиболее часто применяемых или образующихся при серийном производстве изделий
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.:
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:
Горящий магний
Воспроизведите фотовспышку XIX века!
Проведите этот опыт с нашей подпиской!
Этот эксперимент, как и Испытаниe пламенем, входит в набор Пламя. Подпишитесь и получите всё, что понадобится для проведения этого эксперимента дома.
Реагенты
Безопасность
Часто задаваемые вопросы
Лучше просто дать ему догореть. Но если вам это не подходит, вот парочка способов.
Самое важное: никогда не тушите магний песком или кремнеземом — иначе станет выделяться ядовитый газ силан SiH4. Кроме того, не следует использовать углекислотный огнетушитель. Тушить магний водой также не рекомендуется: в больших количествах горящий магний реагирует с водой довольно бурно, едва ли не со взрывом!
В этом опыте горящего магния очень мало, поэтому, если вам просто необходимо потушить это пламя самостоятельно, залейте его большим объемом воды (одной-двух чашек должно хватить). Еще можно перекрыть доступ пламени к кислороду. Для этого нужно закрыть область горения стеклянным стаканом из набора, а еще лучше — керамической чашкой с толстыми стенками.
Возьмите новую полоску магния и в этот раз держите ее чуть подальше от сухого горючего. Помните, что полоска должна касаться пламени лишь кончиком. Теперь магний должен гореть куда ярче!
Не волнуйтесь! Подождите, пока догорит сухое горючее. Замените старую фольгу новой и повторите опыт с бо́льшим количеством сухого горючего. Расположите магниевую полоску так, чтобы она касалась пламени лишь кончиком.
Другие эксперименты
Пошаговая инструкция
Закрепите на горелке полоску магния.
Чтобы поджечь магний, понадобится очень много тепла. Его можно получить из сухого горючего.
Приготовьтесь! Сейчас будет ярко!
Ожидаемый результат
Магний активно горит на воздухе, выделяя яркий свет и большое количество энергии. Основной продукт реакции между магнием и кислородом – оксид магния MgO.
Утилизация
Твердые отходы эксперимента и реагенты утилизируйте вместе с бытовым мусором.
Что произошло
С химической точки зрения, горение — это процесс отдачи электронов окислителю (обычно кислороду воздуха O2 ) с выделением большого количества тепла и света. В периодической системе прослеживается явная закономерность: элементы из левой части таблицы гораздо охотнее отдают электроны, чем из правой.
Широко известные железо Fe и медь Cu располагаются в середине таблицы и менее склонны делиться электронами с кислородом. А вот герой нашего опыта магний Mg расположен достаточно близко к левому краю таблицы . Поэтому можно предположить, что он будет отдавать часть электронов кислороду . Так и происходит: отдав электроны, магний образует новое соединение — оксид магния MgO. Элементам, расположенным еще левее (таким как натрий Na, калий K и цезий Cs ), для реакции с кислородом даже не нужен сильный нагрев. Они легко или даже самопроизвольно возгораются просто от контакта с воздухом!
Это интересно
Для чего используют магний?
При горении магний излучает невероятно яркий свет, и этому свойству нашли применение. В спектре света, излучаемого горящим магнием, есть важный ультрафиолетовый компонент. Раньше его применяли в фотографии. Смеси магния с различными окислителями (нитратом бария Ba(NO3)2, хлоратом калия KClO3 или перманганатом калия KMnO4) применялись в качестве фотовспышек, поскольку фотопластинки тех времен были весьма чувствительными именно к ультрафиолету.
В настоящее время металлический магний используется как источник яркого белого света в сигнальных и осветительных ракетах, фейерверках, светошумовых снарядах и трассирующих пулях. Металлический магний в смеси с твердыми окислителями также может служить ракетным топливом.
Популярностью в промышленности магний обязан и другим своим свойствам. Сплавы на основе магния, отличающиеся своей легкостью, нашли применение в авиа- и ракетостроении, например, в производстве авиационных шасси. При добавлении небольшого количества лантана La и церия Ce этот сплав становится пригодным для использования при высоких температурах, в частности, в деталях авиационных двигателей. Оксид магния MgO с добавлением хлорида магния MgCl2 (20%) является основным компонентом магнезиального цемента — прочного огнеупорного материала.
Химические источники тока на основе магния используются в качестве стратегических энергоносителей. Из-за довольно быстрой саморазрядки сборку таких элементов следует проводить непосредственно перед их использованием. Зато они дают бо́льшую мощность, чем большинство обычных химических элементов электропитания. В настоящее время разрабатываются магниево-серные аккумуляторы — в будущем они могут заменить современные литий-ионные батареи.
Подпишитесь на наборы MEL Chemistry и проведите эти опыты у себя дома!
Тушение пожаров специальными химическими веществами. Порошковый огнетушитель ОПС-10, ОП-1Б «Момент».
Песок (даже сухой) может реагировать с горящим металлом и усиливать горение. При значительных размерах пожара происходит реакция разложения песка с образованием свободного кремния и кремнистых соединений; последние реагируют с влагой, в результате чего образуются горючие и ядовитые газы. Обычно для тушения горящего металла применяют сухие огнегасительные порошки. Для тушения горящих металлов применяют хлористый и двууглекислый натрий, порошковые графит, углекислый магний, окись магния или их смеси, сжиженные инертные газы.
Для тушения горящих магниевых сплавов используют сухие молотые флюсы, употребляемые при плавке магниевых сплавов; образующаяся на поверхности металла жидкая пленка изолирует его от воздуха.
В порошковых огнетушителях (ОПС-10, ОП-1Б «Момент» и др.) применяются твердые огнегасительные вещества (хлориды щелочных и щелочноземельных металлов), углекислая и двууглекислая сода и др. (рис. 95). Их действие заключается в изоляции очага горения и выделении при нагреве углекислого газа.
Рис. 95. Передвижной порошковый огнетушитель
Основным мероприятием для предупреждения распространения очага пожара газа является прекращение его подачи.
Для определения потребности в пожарном оборудовании и первичных средствах пожаротушения вводятся специальные нормы, приведенные в табл. 36.
Таблица 36 Нормы потребности в пожарном оборудовании и первичных средствах пожаротушения промышленных предприятий.
Наименование помещений, сооружений и установок | Единица измерения, м 2 | Наименование пожарного оборудования и первичных средств огнетушения на единицу измерения | |||||
Огнетушитель ОХП-10 | Огнетушитель ОВП-10 | Огнетушители углекислотные | ящик с песком | бочка с водой | кошма |