Концентраційні межі запалення - студопедія

Та найменша концентрація горючих парів газів або пилу в суміші з повітрям, при якій суміш вже може спалахнути від джерела запалювання і полум'я поширюється па весь обсяг горючої суміші, називається нижнім концентраційним межею займання (НКМЗ).

Суміш повітря з пальним або паром на нижньому концентраційному межі займання містить надлишок повітря. Так, для суміші повітря з метаном коефіцієнт надлишку повітря дорівнює 2, з оксидів вуглецю 2,6, а з сірковуглецем 6,9 і т. Д.

Фактично найбільший тиск при вибуху спостерігається у сумішей з концентрацією горючої трохи вище стехиометрической, так як швидкість горіння цієї суміші вище швидкості горіння суміші зі стехиометрической концентрацією компонентів.

Недолік повітря в сумішах, багатих пальним, веде до того, що суміш може втрачати здатність займатися. Для різних сумішей концентрація пального, при якій суміш вже не здатна займатися, не однакова. Наприклад, для суміші оксиду вуглецю з повітрям найвищою концентрацією СО, при якій ще можливе займання, є 74%. Вище цієї концентрації ніякі суміші оксиду вуглецю з повітрям запалати не можуть, хоча в них присутня деяка кількість повітря.

Та найбільша концентрація горючих парів, газів або пилу в суміші з повітрям, при якій суміш ще здатна займатися від джерела запалювання з поширенням полум'я на весь її обсяг, називається верхнім межею займання (ВКМЗ). ВКМЗ характеризується надлишком пального та малою кількістю повітря. При запаленні такої газоповітряної суміші частину тепла хімічної реакції витрачається на нагрів не бере участі в реакції пального, тому продукти горіння нагріваються не до максимальної температури; тиск при вибуху становить 0,3-0,4 МПа.

Інтервал концентрацій газів або пари в повітрі між нижнім і верхнім концентраційними межами запалення називається областю займання. Область займання газів (парів) в повітрі визначається при атмосферному тиску (О, 1 МПа) і характеризується тим, що всередині неї все суміші пального з повітрям здатні займатися від зовнішнього джерела запалювання з подальшим поширенням горіння на весь об'єм суміші. Область займання різних газо- і пароповітряних сумішей неоднакова. Найбільшу область займання мають оксид етилену, водень, ацетилен і ін .; найменшу - бензин, гас, пропан, бутан і ін. Чим нижче нижній концентраційний межа запалення і більше область займання газів, тим більшу пожежну небезпеку вони представляють.

Концентрація горючих парів і газів в суміші з повітрям, що перевищує верхній концентраційний межа запалення називається пожежонебезпечної.

Знання областей безпечних і пожежонебезпечних концентрацій дає можливість в процесі застосування і зберігання газів і горючих рідин підтримувати такий режим, при якому концентрації пального вище верхнього або нижче нижнього концентраційних меж займання. Це досягається створенням відповідних тисків і температур в апаратах, сховищах і різних ємностях. Концентраційні межі запалення використовують в розрахунках допустимих концентрацій газів всередині вибухонебезпечного технологічного обладнання, систем рекуперації, вентиляції та інших систем, а також при розрахунку гранично допустимої вибухонебезпечної концентрації горючого газу, при роботі з вогнем, при класифікації виробництв, пов'язаних з синтезом, застосуванням або зберіганням горючих газів, але ступеня пожежної небезпеки.

Потужність джерела запалювання.

Найбільш поширеними джерелами запалювання є електрична іскра і електрична дуга. Механізм займання горючої суміші електричною іскрою або дугою складний, оскільки при виникненні іскри відбувається дуже інтенсивне місцеве збудження молекул газу і їх іонізація. Це у великій мірі інтенсифікує протікання хімічних процесів і змінює критичні умови запалювання. Виникнення іскри викликає підвищення температури газу, тому іскру можна уявити як своєрідне розжарене тіло.

Для кожної горючої суміші існує деяка гранична мінімальна потужність іскри, починаючи з якої суміш запалюється - виникає фронт горіння. Ця мінімальна потужність є функцією складу суміші і залежить від тиску і температури. Знання мінімальній потужності електричних іскор, необхідної для займання різних газових сумішей, має велике практичне значення. Це дає можливість оцінити чутливість горючої суміші до займання, встановити допустиме значення енергії електричного розряду у вибухонебезпечному середовищі, класифікувати горючі суміші займистістю їх електричними розрядами і розробити заходи безпеки проведення процесу.

Допустима енергія іскрового розряду в виробничих умовах для газо-паро-повітряних горючих сумішей не повинна перевищувати 0,4 мінімальної енергії запалювання. Вище цієї межі зміна потужності іскри не змінює кордонів запалювання. Такі іскри називають насиченими. Використання насичених іскор в приладах для визначення концентраційних і температурних меж займання, а також температури спалаху дає результати, що не відрізняються від результатів визначення меж займання з використанням розжарених тіл і пламен.

В умовах виробництва в апаратах і ємкостях газо-повітряні суміші можуть перебувати не тільки в статичному, а й в турбулентному стані. Зі збільшенням турбулентності, яка характеризується швидкістю руху газового потоку Vт, створюваного в ємності, при постійній енергії джерела запалювання концентраційні межі запалення звужуються. Якісно ці дані узгоджуються з результатами спостережень для турбулентного потоку газоповітряної суміші - підвищеної потужності джерела запалювання в міру збільшення швидкості потоку. Це пояснюється тим, що турбулентний перемішування газу ускладнює іскрове займання, так як тепловіддача в свіжий газ визначається теплопровідністю прикордонного шару, навколишнього вогнище запалення. Збільшення тепловідводу через прикордонний шар призводить до звуження меж займання і уповільнення формування полум'я в турбулізованном газі.

Домішки негорючих парів і газів.

Введення в суміш горючого газу з повітрям різних негорючих парів і газів, так званих присадок (азоту, аргону, гелію, парів води і ін.) Не однаково втрачає нормальний стан суміші. Вплив азоту вперше було досліджено на метано-повітряної суміші, в якій кисень заміняли азотом. Було встановлено сильне зміщення верхньої концентраційної межі займання вліво. Характер впливу всіх домішок, крім діоксиду вуглецю, однаковий - мале підвищення нижньої концентраційної межі і великий зсув верхньої концентраційної межі займання. Нижня межа займання незначно змінюється в міру зменшення концентрації кисню при введенні негорючих домішок, так як в суміші є надлишок кисню повітря. Верхній концентраційний межа значно зменшується, оскільки суміш містить мало кисню.

Для придушення запалення, т. Е. Для повної флегматизації суміші, необхідні значні кількості присадок.

Вплив інертних газів на концентраційні межі залежить від теплових характеристик цих газів - їх теплоємності і теплопровідності. Чим більше теплоємність газу при одній і тій же теплопровідності, тим вище ефективність його дії, т. Е. При меншій його концентрації припиняється займання.

Особливу практичну цінність представляють так звані активні домішки - галогеновані вуглеводні (бромистий і йодистий етил, бромметилом, дібромтетрафторетан, бромистий метилен та ін.). Деякі домішки можуть повністю «придушити» займання вже при додаванні близько одного відсотка речовини від загальної маси суміші.

Температура суміші.

Початкова температура горючої суміші впливає на межі займання. З підвищенням температури збільшується швидкість хімічної реакції, і область займання розширюється. Найбільш сильний вплив температура надає на верхній концентраційний межа запалення. З підвищенням початкової температури суміші збільшується швидкість горіння при граничних концентраціях сумішей; суміші, сильно розбавлені пальним або повітрям і не здатні при низькій температурі горіти, стають горючими.

Тиск суміші.

Початковий тиск горючої суміші впливає на межі її займання. Концентраційні межі запалення змінюються внаслідок зміни швидкості поширення полум'я під тиском. Горючі суміші різних речовин при підвищенні тиску поводяться неоднаково, що пояснюється фізико-хімічними властивостями горючої суміші.

Якщо зміна коефіцієнта дифузії суміші буде дорівнює зміні коефіцієнта температуропровідності (δ D = δa), то зміна тиску не вплине на межі займання. Встановлено, що для газових сумішей помітна зміна меж займання спостерігається тільки при зниженому тиску.

Для кожної газової системи існує мінімальний тиск, нижче якого при будь-якому складі суміші запалювання неможливо. Наявність такої точки пов'язано з тим, що в міру зниження тиску верхній і нижній межі зближуються і потім збігаються.

Обсяг і діаметр судини.

При зменшенні обсягу і діаметра посудини збільшується поверхню тепловіддачі, що припадає на одиницю об'єму суміші. Для кожної газової системи існують мінімальний обсяг і діаметр, нижче яких при будь-якому складі суміші запалювання і поширення полум'я стає неможливим.