Лабораторная  работа 4

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИОННЫХ ПРЕДЕЛОВ РАСПРОСТРАНЕНИЯ  ПЛАМЕНИ ПО ГАЗОПАРОВОЗДУШНЫМ  СМЕСЯМ

Цель  работы

  Определить  концентрационные пределы распространения  пламени (область взрываемости) газопаровоздушных  смесей и противопожарные требования к зданию для размещения в нем производства, связанного с применением этой газопаровоздушной смеси.

Содержание  работы

1. Определить  нижний и верхний концентрационные пределы распространения пламени (воспламенения, область взрываемости) сложного газа (задание получить у преподавателя).
2. Определить температурные пределы распространения пламени (воспламенения) для принятого сложного газа.
3. Вычислить давление, развиваемое при взрыве индивидуального вещества (задание получить у преподавателя).
4. Определить противопожарные требования к зданию, в котором может быть размещено производство, связанное с применением заданного газа.
5. Определить категорию здания по взрывопожарной и пожарной опасности.

Основные  сведения

ГАЗОПАРОВОЗДУШНАЯ ГОРЮЧАЯ СИСТЕМА

  При проектировании промышленных предприятий  и размещении оборудования необходимо учитывать физико-химические свойства веществ, участвующих в производственных процессах, особенно веществ, склонных к воспламенению и взрыву.

  Горение - химический процесс взаимодействия горючего вещества и окислителя, сопровождающийся выделением большого количества теплоты и света.

  В зависимости от агрегатного состояния  горючих веществ горение может  быть гомогенным и гетерогенным. При  гомогенном горении компоненты горючей смеси находятся в начальном газообразном, состоянии. Если компоненты перемешаны, то происходит кинетическое горение (скорость горения зависит только от кинетики химических превращений). В противном случае, происходит диффузионное горение. Горение, характеризуемое наличием раздела фаз к горючей системе, является гетерогенным.

  В зависимости от скорости протекания процесса различают установившееся (скорость распространения пламени  в пределах нескольких м/с), взрывное (десятки и сотни м/с) и детонационное (тысячи м/с) горение. Взрывное горение (взрыв) сопровождается быстрым выделением большого количества энергии, вызывающим нагрев продуктов горения до высоких температур и резкое повышение давления.

  Известны  два механизма самоускоряющихся превращений при горении, теория которых разработана ученым Н.П.Семеновым - тепловой и цепной. Тепловой заключается в возрастании скорости превращения с увеличением температуры, а цепной - в результате развития цепных разветвленных реакций.

  По  агрегатному состоянию различают  следующие горючие вещества: газы - вещества, абсолютное давление паров которых при температуре 50°С равно или более 300 кПа (3 кгс/см²), или критическая температура которых менее 50°С; жидкости - вещества с температурой плавления (каплепадения) менее 50°С; твердые - вещества и материалы с температурой плавления (каплепадения) более 50°С; пыли - диспергированные твердые

 

  

вещества и  материалы с размером частиц менее 850 мкм.

Номенклатура  показателей пожаро- и взрывоопасное™ вещества и материалов, необходимых  для их характеристики в условиях производства, переработки;

транспортировки и хранения, установлена ГОСТ 12.1.044-84. В число этих показателей входят: группа горючести, температура вспышки, температура воспламенения, температура  самовоспламенения, нижний и верхний концентрационные пределы распространения пламени (воспламенения), температурные пределы распространения пламени (воспламенения), максимальное давление взрыва. Эти показатели можно получить экспериментально или расчетно-аналитическим методом. Показатели пожаро- и взрывоопасности веществ и материалов определяются с целью получения исходных данных для подразделения производств на категории в соответствии с требованиями строительных норм и правил на проектирование производственных зданий промышленных предприятий, правил устройства электроустановок, утвержденных Госэнергонадзором, а также для  разработки  систем  по обеспечению пожарной безопасности и взрывобезопасности в соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.044-84, ОНТП 24-86, ГОСТ 12.1.004-91.

  По  горючести вещества и материалы подразделяют на три группы:

   - негорючие (несгораемые) - вещества  и материалы, неспособные к  горению в воздухе. Негорючие  вещества могут быть пожароопасными (например, окислители, а также вещества, выделяющие горючие продукты  при взаимодействии с водой, кислородом воздуха или друг с другом;

   - трудногорючие (трудносгораемые) - вещества  и материалы, способные возгораться  в воздухе от источника зажигания,  но не способные самостоятельно  гореть после его удаления;

  - горючие (сгораемые) - вещества и материалы, способные самовозгораться, а также возгораться от источника зажигания и самостоятельно гореть после его удаления. Из группы горючих веществ и материалов выделяют легковоспламеняющиеся вещества и материалы.

  Легковоспламеняющимися  называют горючие вещества и материалы, способные воспламеняться от кратковременного (до 30с) воздействия источника зажигания с низкой энергией (пламя спички, искра, тлеющая сигарета и т.п.). Легковоспламеняющимися называются жидкости с температурой вспышки не более 61°С в закрытом тигле или 66°С в открытом тигле.

  Результаты  оценки группы горючести следует  применять при подразделении  материалов по горючести, при определении  категории производств по взрывной, взрывопожарной и пожарной опасности, а также классов взрывоопасных и пожароопасных зон; при разработке мероприятий по обеспечению безопасности в соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.004-91.

  Температура вспышки - самая низкая температура горючего вещества, при которой в условиях специальных испытаний над его поверхностью образуются пары и газы, способные вспыхивать от источника зажигания, но скорость их образования еще недостаточна для устойчивого горения.

  Вспышка - быстрое горение горючей смеси, не сопровождающееся образованием сжатых газов.

  Температуру вспышки можно определить экспериментально и расчетом с помощью эмпирической формулы Орманди и Грэвена

  T_всп= 0,736 • Т_кип

  где Ткип - температура кипения жидкости, К.

  Температура воспламенения - наименьшая температура вещества, при которой в условиях специальных испытаний вещество выделяет горючие пары и газы с такой скоростью, что после их зажигания возникает устойчивое пламенное горение.

  Температуру воспламенения определяют экспериментально и расчетным путем.

  Температура самовоспламенения - самая низкая температура вещества, при которой в условиях  специальных испытаний происходит  резкое увеличение скорости экзотермических реакций, заканчивающихся пламенным горением.

  Основным  показателем взрывной опасности  газов и паров в смеси с  воздухом являются нижний и верхний концентрационные пределы распространения пламени (воспламенения) - минимальное и максимальное содержание горючего в смеси "горючее вещество - окислительная среда", при котором возможно распространение пламени по смеси на любое расстояние от источника зажигания.

  Температурные пределы распространения  пламени (воспламенения) - такие температуры вещества, при которых его насыщенные пары образуют в конкретной окислительной среде концентрации, равные соответственно нижнему (нижний температурный   предел)   и   верхнему   (верхний   температурный   предел) концентрационным пределам распространения пламени.

  Оценивают нижний и верхний концентрационные пределы распространения пламени (φ_П) по газопаровоздушным смесям исследуемого индивидуального вещества, %, по Формуле

  

    (1)

  

  m_c, m_s, m_н, m_x, m_o, m_p - число атомов соответственно углерода, серы, водорода, галоида, кислорода и фосфора в молекуле соединения;

а_м, b_м - универсальные константы, значения которых приведены в табл. 1.

Таблица 1

 

Например, для  ацетона С₃Н₆О:

  Область концентраций, при которых возможно воспламенение смеси, называют областью воспламенения, или диапазоном взрываемости. Пределы области не являются строго постоянными для определенной смеси и зависят от мощности источника воспламенения, наличия примесей инертных газов и паров, а также от давления горючей смеси. Увеличение мощности электрических искр, температуры и давления расширяет область воспламенения, но при неизменных условиях пределы этой области постоянны.

  Концентрационные  пределы воспламенения смеси, состоящей  из нескольких взрывоопасных компонентов  паров и газов, можно определить по формуле:

  

  (2)

  где n₁, n₂,..., n_n - содержание компонентов в смеси, %; (φ₁, φ₂,…, φ_n - нижние и верхние концентрационные пределы распространения пламени (воспламенения) отдельных компонентов в смеси с воздухом, %.

   С повышением температуры и давления пределы воспламенения газовых  смесей с воздухом расширяются. Температурные в концентрационные пределы воспламенения связаны между собой следующими формулами:

   

   (3)

  где , - давление насыщенных паров при температурах, соответствующих нижнему и верхнему температурным пределам, кПа; Робщ - атмосферное давление, кПа.

  Определив концентрационные пределы распространения  пламени (воспламенения), вычисляют  значения и , соответствующие этим пределам. Принимая значения и равными давлению насыщенного пара, можно определить температуру насыщенного пара, т.е. температурные пределы распространения пламени (воспламенения).

  Для углеводородов, спиртов, эфиров температурные  пределы распространения пламени рассчитывают по формуле

Т_кип =K • t_кип - l(4)

где t_кип - температура кипения, °С;

  К, l - коэффициенты, постоянные в пределах гомологического ряда (углеводороды, спирты, эфиры).

Таблица 2