О взрывопожароопасности водочной продукции Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

С. Г. Алексеев

канд. хим. наук, начальник организационно-научного и редакционно-издательского отдела Уральского института ГПС МЧС России

Н. М.Барбин

д-р техн. наук, старший научный сотрудник, заведующий кафедрой Уральского института ГПС МЧС России

А. С. Авдеев

начальник сектора ГУ “Судебноэкспертное учреждение федеральной противопожарной службы “Испытательная пожарная лаборатория” по Пермскому краю

А. В. Пищальников

начальник лаборатории ГУ “Судебноэкспертное учреждение федеральной противопожарной службы “Испытательная пожарная лаборатория” по Пермскому краю

УДК 618.840

О ВЗРЫВ0П0ЖАР00ПАСН0СТИ ВОДОЧНОЙ ПРОДУКЦИИ

Экспериментально определен ряд показателей пожаровзрывоопасности пяти марок водочной продукции. Рассчитаны удельные взрывобезопасные объемы для складских помещений с водочной продукцией. Найдены зависимости удельного безопасного объема от абсолютной максимальной температуры воздуха при различных скоростях воздушного потока.

Ключевые слова: водка, взрывопожароопасность, показатель, метод, взрывобезопасный объем, зависимость.

ГОСТ Р 52190-2003 [1] определяет водку как “спиртной напиток, представляющий собой бесцветный водно-спиртовый раствор крепостью 40,0-45,0, 50,0 и 56,0 %, с мягким присущим водке вкусом и характерным водочным ароматом”. Инструкция по проектированию винно-водочных производств [2] относила помещения для цехов по розливу и готовой водочной продукции к категории Б по ОНТП 24-86 [3]. Отметим, что пришедшие на смену ОНТП 24-86 документы НПБ 105-95 [4], а затем и НПБ 105-03 [5] оставили практически без изме-

Таблица 1. Показатели пожаровзрывоопасности водноспиртовых растворов

Концентрация этанола, об. % (мае. %)* Температура, °С Температурный предел воепла-менения, °С

вепыш- *2 ки воепла- менения еамовое- пламенения ниж- ний верх- ний

56 (42) 22/22 25 470 24 39

40 (55) 25/26 28 473,6 32 49

58 (50) 25 - - - -

48 (40) 28 - 535 25 49

56 (30) 32 - - - -

[2]*

[2]*

[5,6]

[5,6]

[5, 6]

Примечания: * Курсивом выделены значения концентрации этанола, вычисленные с помощью переводной диаграммы [8].

*2 т->

В числителе указана температура вспышки в закрытом тигле, в знаменателе — в открытом тигле.

*3 Из протокола ИПЛ УПО ГУВД Мосгорисполкома от 20.05.1974 г. № 25/9/436.

нения подход определения категории помещения Б по взрывопожароопасности. Сущность данного подхода сводится к следующему: необходимо наличие легковоспламеняющейся жидкости с температурой вспышки более 28 °С, способной образовывать взрывоопасную паровоздушную смесь, при воспламенении которой развивается расчетное избыточное давление взрывав помещении более 5 кПа [3-5].

Отметим, что в вышеупомянутой инструкции [2] приведены показатели пожарной опасности водноспиртовых растворов, определенные в ИПЛ УПО ГУВД Мосгорисполкома (табл. 1). При рассмотрении этих данных видно, что температура вспышки водно-спиртового раствора с концентрацией спирта 40 об. % менее 28 °С, как в открытом, так и в закрытом тигле. Если взять классические справочники по показателям пожарной опасности веществ и материалов [6,7], то из них следует, что водно-спиртовые растворы с концентрацией менее 40 мас. % имеют температуру вспышки более 28 °С. Как видно из табл. 1, в сорокоградусной водке содержится 33 мас. % этанола, а это означает, что температура вспышки такой водки должна находиться между 28 и 32 °С. Таким образом, сопоставление литературных данных показывает, что существуют расхождения экспериментально найденных показателей пожарной опасности водочной продукции. Кроме того, не понятна логика составителей инструкции [2], которые рассматривают помещения для цехов по розливу и готовой водочной продукции как потенциальные помещения категории Б по взрывопожароопасности, а не категории А, но при этом гово-

ка

Образцы водочной продукции: № 1 — “Зеленая марка”;

№ 2 — “Градус”; № 3 — “Пять озер”; № 4 — “Путинка”;

№ 5 — “Прикамье”

рят, что температура вспышки сорокоградусной водки составляет менее 28 °С.

Для разрешения данного вопроса авторами взяты пять образцов сорокоградусной водочной продукции (см. рисунок) и по ГОСТ 12.1.044-89* [9] на аттестованном оборудовании определены их температуры вспышки, воспламенения и самовоспламенения, а также показатель преломления п^°. Результаты испытаний аккумулированы в табл. 2. Сравнение данных табл. 1и2 показывает, что, с одной стороны, установленные температуры вспышки в закрытом тигле и самовоспламенения испытанных образцов водки хорошо сопоставляются с результатами, полученными ранее в московской ИПЛ [2]. Расхождение не превышает юстированные допуски воспроизводимости для этих методов испытаний* [9]. С другой стороны, имеется и существенное различие в полученных результатах. В нашем случае температура воспламенения ис-

пытанных образцов водки выше их температуры вспышки в закрытом тигле на 9-12 °С, по данным инструкции [2] это различие не превышает 3 °С.

Поскольку температура вспышки в закрытом тигле образцов водки № 1-5 составила менее 28 °С, то это позволяет говорить о том, что сорокоградусная водка относится к классу особоопасных легковоспламеняющихся жидкостей (ЛВЖ) [9, п. 2.1.2]. Хорошо известно, что ЛВЖ способны образовывать взрывоопасные паровоздушные смеси. Следовательно, и готовая сорокоградусная водочная продукция также может в определенных условиях представлять опасность взрыва. Для оценки этой опасности были выполнены расчеты по алгоритму, заложенному в НПБ 105-03 [5]. В целях универсальности расчета и возможности использования его результатов практическими сотрудниками Государственного пожарного надзора в различных регионах нашей страны авторами определен минимальный удельный безопасный объем помещения А¥без, в котором расчетное избыточное давление взрыва составит 5 кПа в случае аварийного разлива 1 л сорокоградусной водочной продукции. Расчеты осуществлялись в программе “Microsoft Excel”. При решении этой задачи учитывалось, что абсолютная максимальная температура воздуха в нашей стране колеблется от 22 до 45 °С [10]. Промежуточные и конечные результаты расчета приведены в табл. 3.

При скорости воздушного потока, равной нулю, в зависимости от месторасположения района нашей страны удельный безопасный объем помещения находится в интервале от 9,4 до 35,3 м3 при расчете на

* Воспроизводимость метода испытаний составляет для определения температуры вспышки 3,5 °С (в закрытом тигле) и 16 °С (в открытом тигле), для температуры самовоспламенения — 5 % (24 °С для нашего случая) [9].

Таблица 2. Результаты испытания водочной продукции

Образец Производитель Условия проведения эксперимента Концент- рация Показатель преломления nD Температура, о(

температура, ос давление, кПа этанола, об. % вспышки*1 воспламе- нения*1 самовоспла- менения*

№ 1 ЗАО ЛВЗ “Топаз”, г. Москва 20 103 40 1,3548 26/34 [25,5/33,5] 35 [34,5] 480 (480)

№2 ОАО “Пермалко”, г. Пермь 20 103 40 1,3548 27/36 [26,5/35,5] 37 [36,5] 479 (480)

№3 ООО “Омсквинпром”, г. Омск 20 103 40 1,3548 27/38 [26,5/37,5] 39 [38,5] 479 (480)

№4 ОАО “Московский завод “Кристалл”, г. Москва 20 103 40 1,3548 27/36 [26,5/35,5]*1 37 [36,5] 482 (480)

№5 ОАО “УралАлко”, г. Пермь 20 103 40 1,3548 26/35 [25,5/34,5] 36 [35,5] 479 (480)

Примечания: *1В квадратных скобках указаны значения температур вспышки и воспламенения образцов водки с поправкой на атмосферное давление, определенные по ГОСТ [9].

*2 В круглых скобках приведена температура самовоспламенения образцов водки после округления по ГОСТ [9].

ISSN 0S69-7493 ВОЖАРОВЗРЫШОБЕЗОВАСВОСТЬ 2009 ТОМ 1S №2

21

Таблица 3. Результаты расчета минимального безопасного удельного объема помещения

Абсолютная максимальная температура воздуха, °С Давление насыщенного пара, кПа Плотность паров этанола, кг/м3 Интенсивность испарения, 105 кг/(м2-с) Масса паров этанола, кг т 2 М 1 § < ^

При скорости воздушного потока в помещении, равной нулю

45 22,63 1,764 15,3597 0,2765 35,3

44 21,52 1,770 14,6076 0,2629 33,5

43 20,46 1,775 13,8876 0,2500 31,8

42 19,45 1,781 13,1985 0,2376 30,1

41 18,47 1,787 12,5393 0,2257 28,5

40 17,55 1,792 11,9088 0,2144 27,0

39 16,66 1,798 11,306 0,2035 25,5

38 15,81 1,804 10,7299 0,1931 24,1

37 15,00 1,810 10,1794 0,1832 22,8

36 14,22 1,816 9,65368 0,1738 21,6

35 13,48 1,822 9,15171 0,1647 20,4

34 12,78 1,827 8,67261 0,1561 19,3

33 12,10 1,833 8,21549 0,1479 18,2

32 11,46 1,839 7,77949 0,1400 17,2

31 10,85 1,846 7,3638 0,1325 16,2

30 10,27 1,852 6,96761 0,1254 15,3

29 9,71 1,858 6,59013 0,1186 14,4

28 9,18 1,864 6,23063 0,1122 13,6

27 8,68 1,870 5,88838 0,1060 12,8

26 8,20 1,876 5,56266 0,1001 12,0

25 7,74 1,883 5,25281 0,0946 11,3

24 7,30 1,889 4,95815 0,0892 10,7

23 6,89 1,896 4,67806 0,0842 10,0

22 6,50 1,902 4,41192 0,0794 9,4

При скорости воздушного потока в помещении, равной 0,1 м/с

45 22,63 1,764 15,5364 0,2797 35,8

44 21,52 1,770 15,5834 0,2805 35,8

43 20,46 1,775 15,5833 0,2805 35,6

42 19,45 1,781 15,5399 0,2797 35,4

41 18,47 1,787 15,4572 0,2782 35,1

40 17,55 1,792 15,3385 0,2761 34,7

39 16,66 1,798 15,1873 0,2734 34,3

38 15,81 1,804 15,0068 0,2701 33,8

37 15,00 1,810 14,7999 0,2664 33,2

36 14,22 1,816 14,5693 0,2622 32,6

35 13,48 1,822 14,3179 0,2577 31,9

34 12,78 1,827 14,0479 0,2529 31,2

33 12,10 1,833 13,7618 0,2477 30,5

32 11,46 1,839 13,4616 0,2423 29,7

31 10,85 1,846 13,1495 0,2367 28,9

30 10,27 1,852 12,8274 0,2309 28,1

Продолжение табл. 3

Абсолютная максимальная температура воздуха, °С Давление насыщенного пара, кПа Плотность паров этанола, кг/м3 Интенсивность испарения, 105 кг/(м2-с) Масса паров этанола, кг т 2 М 1 § < ^

29 9,71 1,858 12,4969 0,2249 27,3

28 9,18 1,864 12,1597 0,2189 26,5

27 8,68 1,870 11,8174 0,2127 25,7

26 8,20 1,876 11,4713 0,2065 24,8

25 7,74 1,883 11,1228 0,2002 24,0

24 7,30 1,889 10,7731 0,1939 23,2

23 6,89 1,896 10,4232 0,1876 22,3

22 6,50 1,902 10,0742 0,1813 21,5

При скорости воздушного потока в помещении, равной 0,2 м/с

45 22,63 1,764 18,3779 0,3130 40,02

44 21,52 1,770 18,8263 0,3130 39,89

43 20,46 1,775 19,1801 0,3130 39,76

42 19,45 1,781 19,4467 0,3130 39,64

41 18,47 1,787 19,6327 0,3130 39,51

40 17,55 1,792 19,7448 0,3130 39,39

39 16,66 1,798 19,7889 0,3130 39,26

38 15,81 1,804 19,7709 0,3130 39,13

37 15,00 1,810 19,6962 0,3130 39,01

36 14,22 1,816 19,5699 0,3130 38,88

35 13,48 1,822 19,3971 0,3130 38,76

34 12,78 1,827 19,1821 0,3130 38,63

33 12,10 1,833 18,9293 0,3130 38,50

32 11,46 1,839 18,6428 0,3130 38,38

31 10,85 1,846 18,3263 0,3130 38,25

30 10,27 1,852 17,9834 0,3130 38,13

29 9,71 1,858 17,6174 0,3130 38,00

28 9,18 1,864 17,2314 0,3102 37,53

27 8,68 1,870 16,8284 0,3029 36,53

26 8,20 1,876 16,411 0,2954 35,51

25 7,74 1,883 15,9817 0,2877 34,46

24 7,30 1,889 15,5428 0,2798 33,40

23 6,89 1,896 15,0966 0,2717 32,33

22 6,50 1,902 14,6449 0,2636 31,26

Примечание. При расчете учитывалось, что 1 л сорокоградусной водки содержит 0,313 кг этанола [11]. По НПБ 105-03 [5] принимались следующие допущения: площадь зеркала испарения для 1 л водки составляет 0,5 м2, время испарения — 3600 с, свободный объем помещения равен 80 % объема помещения. Использованы линейные зависимости коэффициента ^ от температуры: ^ = 3,50 - 0,0553? (при скорости воздушного потока 0,1 м/с; коэффициент корреляции г2 = -0,996); ^ = 5,35 - 0,0923? (при скорости воздушного потока 0,2 м/с; г2 = -0,984), которые найдены с учетом данных НПБ 105-03 [5].

аварийный разлив 1 л водки. Учет влияния движения воздуха в помещении приводит к тому, что интервал значений ДУбез становится уже. Так, нижняя граница ДУбез поднимается до 21,50 и 31,26 м3 при скорости воздушного потока &возд 0,1 и 0,2 м/с соответственно, в то время как расчетный прирост верхней границы ДУбез составляет 0,50 и 4,62 м3 при ювозд, равной 0,1 и 0,2 м/с соответственно (табл. 3). Заметим, что начиная с 29 °С при &возд = 0,2 м/с за расчетное время испарения (3600 с) весь этанол (0,313 кг), содержащейся в 1 л водки, переходит в парообразное состояние. Таким образом, дальнейший рост ДУбез от 38,00 до 40,02 м3 (см. табл. 3) лишен физического смысла и обусловлен несовершенством расчетной методики, предложенной НПБ 105-03 [5]. Но, тем не менее, это нормативный подход, который заложен в существующую основу ка-тегорирования помещений по взрывопожароопас-ности. Обработка полученных результатов расчета (см. табл. 3) дает следующие зависимости ДУбез от абсолютной максимальной температуры воздуха ? (г2 — коэффициент корреляции):

^(ДУбез) = 0,0250? + 0,4321 (г2 = 0,999) при

^возд 0;

^(ДУбез) = 9,874-10-3? + 1,142 (г2 = 0,954);

^(ДУби) = 3,465-Ю-4?2 - 3,309 10 2? - 0,770 (г2 = 0,999) при юво3д = 0,1 м/с;

^(ДУбез) = 2,631 10 5?3 - 2,946'10-3?2 + 0,110? + 0,215 (г2 = 0,991) при

^возд 0,2 м/с.

Используя результаты данного исследования, практические работники Государственного пожарного надзора легко могут оценить взрывопожаро-опасность складских помещений, в которых хранится водочная продукция, вводя поправочные коэффициенты на количество разбившихся водочных бутылок.

Выводы

В ходе исследования экспериментально определены температуры вспышки, воспламенения и самовоспламенения пяти образцов водочной продукции. Рассчитаны удельные безопасные объемы помещения при аварийном разливе 1 л водки для различных регионов нашей страны. Найдены зависимости удельного безопасного объема от абсолютной максимальной температуры воздуха при различных скоростях воздушного потока.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. ГОСТ Р 52190-2003. Водки и изделия ликеро-водочные. Термины и определения. — Утв. Госстандарт России 29 декабря 2003 г.; ввод. в действие с 1 января 2005 г. — М.: Госстандарт России, 2005.

2. ВСН 13-94. Инструкция по проектированию взрывопожароопасных производств спиртовых, ликеро-водочных и коньячных предприятий пищевой промышленности. — Утв. Комитет РФ по пищевой и перерабатывающей промышленности 5 марта 1994 г. ; ввод. в действие с 1 апреля 1994 г. // 1лНр://5аЬ5у2гап. narod.ru/gosts/vsn13-94.pdf.

3. ОНТП 24-86. Определение категорий помещений и зданий по взрывопожарной и пожарной опасности. — Утв. МВД СССР 27 февраля 1986 г. ; конец действия с 1 января 1996 г. // http://stroyntd.narod.ru/files/doc1071.html.

4. НПБ 105-95. Определение категорий помещений и зданий по взрывопожарной и пожарной опасности. — Утв. ГУ ГПС МВД России 31 октября 1995 г. ; начало действия с 1 января 1996 г. ; конецдействия с 1 августа 2003 г. — М.: ВНИИПО, 1995.

5. НПБ 105-03. Определение категорий помещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности. — Утв. МЧС России 18 июня 2003 г.; ввод. в действие с 1 августа 2003 г. // Сборник НСИС ПБ. — 2007. — №3 (31) [электронная версия].

6. Корольченко, А. Я. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и средства их тушения : справочник :в2ч. / А. Я. Корольченко, Д. А. Корольченко. — М. : Пожнаука, 2004. — Ч. 2.

7. Баратов, А. Н. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и средства их тушения : спра-воч. изд.: в 2 кн. /А. Н. Баратов, А. Я. Корольченко, Г. Н. Кравчук [и др.]; под ред. А. Н. Баратова, А. Я. Корольченко. — М. : Химия, 1990. — Кн. 2.

8. Стабников, В. Н. Перегонка и ректификация этилового спирта/В. Н. Стабников. — М.: Пищевая промышленность, 1969.

9. ГОСТ 12.1.044-89*. ССБТ. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения. — Утв. Госстандарт СССР 12 декабря 1989 г. ; ввод. в действие с 1 января 1991 г. // Сборник НСИС ПБ. — 2007. — № 3 (31) [электронная версия].

10. СНиП 23-01-99*. Строительная климатология. — Утв. Госстрой России 11 июня 1999 г.; ввод. в действие с 11 июня 1999 г. — М.: Госстрой России, 2000.

11. Рабинович, В. А. Краткий справочникхимика /В. А. Рабинович, 3. Я. Хавин. — Л.: Химия, 1978.

Материал поступил в редакцию 16.03.09. ©Алексеев С. Г., Барбин Н. М., Авдеев А. С., Пищальников А. В., 2009 г.

(тел.: +7 (343) 360-80-65, 360-81-13).

0869-7493 ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ 2009 ТОМ 18 №2

23