какие факторы влияют на температурные пределы распространения пламени

3.4. Факторы, влияющие на концентрационные пределы распространения пламени

При определении по­жарной опасности технологических процессов необходи­мо учитывать изменение пределов воспламенения смеси от различных факторов. Например, в сушилках, где имеются пары ГЖ и ЛВЖ, пределы воспламенения будут ниже, чем при нормальной температуре. В аппаратах и реакторах иногда смесь горючих паров и газов с воздухом находится под давлением, большим или меньшим нормального. В этих случаях пределы воспламенения также отличаются от значений, приведенных в справочных таблицах.

Знание областей безопасных и пожароопасных кон­центраций дает возможность в процессе применения и хранения газов и горючих жидкостей поддерживать такой режим, при котором концентрации горючего выше верхнего или ниже нижнего концентрационных пределов воспламенения. Это достигается созданием соответствующих давлений и температур в аппаратах, хранилищах и различных емкостях. Концентрационные пределы воспламенения используют в расчетах допустимых концент­раций газов внутри взрывоопасного технологического оборудования, систем рекуперации, вентиляции и других систем, а также при расчете предельно допустимой взрывоопасной концентрации горючего газа, при работе с огнем, при классификации производств, связанных с синтезом, применением или хранением горючих газов, по степени пожарной опасности.

Рассмотрим, как связаны пределы воспламенения с основными факторами: присутствием флегматизаторов, мощностью источника зажига­ния, концентрацией кислорода, турбулентностью, примесью горючих паров и газов, температурой смеси, давлением смеси, объемом и диа­метром сосуда и др.

1. Концентрация флегматизаторов (см. рис. 3.7). С увеличением концентрации негорючих газов (СО₂, Аr, N₂) области воспламенения сужаются, пожарная опасность уменьшается. Разные флегматизаторы в зависимости от их теплоемкости не одинаково влияют на КПРП.

Флегматизаторы по-разному изменяют НКПРП и ВКПРП, так как на НКПР_П смесь сильно разбавлена воздухом, на ВКПР_П содержание кислорода определяет свойства смеси.

Существует показатель ПВО – минимальная флегматизирующая концентрация флегматизатора (МФКФ) – та наименьшая концентрация флегматизатора в смеси с горючим и окислителем, при которой смесь становится неспособной к распространению пламени при любом соотношении горючего и окислителя.

Рис. 3.7. Влияние природы флегматизаторов на процесс горения

2. Мощность ИЗ. Как отмечалось ранее, ИЗ – это средство энергетического воздействия, инициирующее горение. Источником зажигания может служить: а) тепловое проявление механической энергии; б) тепловое проявление химической реакции; в) тепловое проявление электроэнергии; г) тепловое проявление лучистой энергии (открытый огонь); д) внезапное адиабатическое сжатие, ударная волна. С уменьшением мощности ИЗ КПРП сужаются, пожарная опасность вещества  уменьшается. Для каждой горючей смеси существует предельная мощность источника зажигания, начиная с которой смесь может воспламеняться. Существует показатель ПВО – минимальная энергия зажигания (МЭЗ, W мин _и.з) – наименьшая энергия электрического разряда, способная воспламенить наиболее легковоспламеняющуюся смесь горючего вещества и воздуха. Знание минимальной мощности источника зажигания имеет большое значение, например, слаботочные электрические сети W_безоп = 0,4 W мин _и.з используются в гаражах, котельных, при напряжение 7-12 В электрических сетей. С увеличением МЭЗ КПРП сужаются, ПВО вещества уменьшаются, это используется при обеспечении безопасности.

3. Концентрация кислорода. С уменьшением концентрации кислорода КПР_П сужаются, пожарная опасность уменьшается, предельное значение концентрации кислорода, при которой горение не распространяется, обычно составляет 12-14 %. Существует показатель ПВО – минимальное взрывоопасное содержание кислорода (МВСК) – такая концентрация кислорода в горючей смеси, состоящей из горючего вещества, воздуха и флегматизатора, при недостижении которой распространение пламени в смеси становится невозможным при любой концентрации горючего в смеси, разбавленной данным флегматизатором.

4. Турбулентность. С ее увеличением, что характеризуется скоростью движения газового потока, при постоянной энергии ИЗ, КПР_П сужаются, ПО вещества  уменьшается (см. рис. 3.8). Причина: увеличение теплоотвода.

5. Температура смеси. С ее уменьшением скорость химической реакции уменьшается, следовательно, область воспламенения сужается. Особенно сильно это заметно на предельных концентрациях.

6. Давление. Горючие смеси различных веществ при повышении давления ведут себя неодинаково, что объясняется физико-химическими свойствами горючей смеси. Для каждой газовой смеси существует минимальное давление, ниже которого при любом составе смеси зажигание невозможно, и нижний и верхний пределы сближаются и затем совпадают. Особенно изменяются ВКПРП.

Рис. 3.8. Влияние турбулентности на КПРП

7. Объем и диаметр сосуда. При уменьшении объема и диаметра сосуда увеличивается площадь теплоотдачи на единицу объема. Существует минимальный объем и диаметр сосуда, меньше которых распространение пламени не происходит. Например, согласно ГОСТ 12.1.044-89, НКПРП и ВКПРП не могут быть использованы в трубах диаметром меньше 50 мм.

В связи с непостоянством значений КПРП (из-за наличия факторов, влияющих на КПРП), вводится понятие предельно допустимой взрывобезопасной концентрации.

Предельно допустимая взрывобезопасная концентрация (ПДВК) – максимальная концентрация горючего в воздухе, при которой еще обеспечивается пожарная безопасность (еще не происходит взрыв).

ПДВК рассчитывается по значению НКПР_П с использованием коэффициента безопасности.

где К_б – коэффициент безопасности, определяется нормативными документами.

Согласно ГОСТ 12.1.044-89, СНиП «Газоснабжение» К_б = 0,4 (в отраслевых нормах К_б может быть более жестким).

В учебных целях будем использовать значения К_б, приведенные в задачнике Г.М. Кремповича:

К_б = 0,1 для производственных зданий,

К_б = 0,5 для аппаратов,

К_б = 0,05 для помещений и аппаратов, в которых будут вестись ремонтные работы с источником зажигания.

Источник

ТЕМПЕРАТУРНЫЕ ПРЕДЕЛЫ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ПЛАМЕНИ (ТПРП)

Давление насыщенного пара определяется его концентрацией и зависит от температуры жидкости. При определенных температурах концентрация насыщенного пара жидкости становится равной нижнему или верхнему концентрационному пределу распространения пламени. Таким образом, пожарную опасность горючих жидкостей можно оценивать не по концентрации ее пара, а по температуре самой жидкости. Таким образом, вместо концентрационного предела можно указать температуру жидкости, при которой эта концентрация образуется.

Такие температуры называются температурными пределами распространения пламени. Как и для концентрационных пределов можно определить нижний и верхний температурный предел распространения пламени.

При температурах ниже нижнего температурного предела концентрация насыщенного пара имеет величину ниже нижнего концентрационного предела распространения пламени, то есть является безопасной.

При температуре выше верхнего температурного предела жидкость образует насыщенный пар, концентрация которого выше верхнего концентрационного предела, и горения такого пара не будет. Однако, такая смесь насыщенных паров является пожароопасной, так как при выходе из емкости в воздух она может гореть в диффузионном режиме.

Для обеспечения пожаровзрывобезопасности процессов производства, переработки, хранения и транспортировки жидкостей определяют безопасную нижнюю t_нб и безопасную верхнюю t_вб рабочую температуру.

Для упрощенных расчетов безопасные температуры можно определить по формулам:

2) определить область взрывобезопасных температур работы технологического оборудования. Для обеспечения пожарной безопасности технологических процессов нужно выбирать температурный режим работы аппаратов с таким учетом, чтобы рабочие концентрации находились вне зоны опасных концентраций. Таким образом, рабочие температуры должны быть ниже нижнего безопасного или выше верхнего безопасного температурного предела распространения пламени.

3) определить степень пожарной опасности паров в емкостях и закрытых технологических аппаратах при фактической температуре.

Например, при фактической температуре 20°С гексанол является безопасным, метанол — взрывоопасным, а ацетон — взрывобезопасным, но пожароопасным.

Источник

Концентрационные пределы распространения пламени

Согласно мнению ученых о дефлаграционном горении, скорость распространения огня можно уменьшить. При испытаниях воспламеняемости различных смесей экспертам удалось выяснить, что сама величина показателя не может быть ниже критического значения. Возгорание на поверхности определенного размера зависит от материала, применяемого окислителя. Если состав превышает границы диапазона, устойчивое протекание реакции исключено.

Концентрационные пределы распространения пламени

С помощью исследовательских опытов в специальных лабораториях определяют характерные особенности риска взрыва некоторых газов, паров. Другими словами, выясняют концентрационные пределы распространения пламени. Они бывают верхние, нижние.

Если виды преодолевают предусмотренные границы, смесь можно считать взрывобезопасной. При реакции больше верхнего уровня существует вероятность, что возникнет диффузионное горение. Если смесь попадает в окружающее пространство, есть источник зажигания.

Нижний

Если концентрация в воздухе горючего вещества минимальная, но при этом возникает стойкий огонь, незатухающий самостоятельно, можно утверждать, что край не перейден. Тогда говорится про нижний концентрационный предел распространения пламени (НКПРП).

Верхний

При попадании в воздух большой кумуляции горючего вещества речь идет про иной уровень. Тогда применяется термин «верхний концентрационный предел распространения пламени» (ВКПРП). Граница отмечается в период самостоятельного затухания огня.

Область воспламенения

При испытаниях показателей различных уровней документируются, на их основании составляется график. Предельные значения считаются областью воспламенения. Горючее вещество с концентрацией в диапазоне от НКПР до ВКПР может вспыхнуть от одной только искры, образованной даже статическим электричеством. Следовательно, чем больше область возгорания, тем более взрывоопасным считается вещество.

Факторы влияния

На показатели верхнего, нижнего предела влияют следующие параметры:

Значения для компонентов газовых смесей

Закономерности поведения каждой составляющей помогают определить возможную реакцию вещества. В ТС применяются не только идеальные газы, в которых молекулы равны, но и различные топливные вещества, в том числе дизельные, состоящие из нескольких компонентов. Даже воздух является смесью таких природных элементов, как кислород, водород и др.

Чтобы определить категорию взрывоопасности смеси, проводят эксперименты. Для воспламенения потребуется источник зажигания. Самостоятельное возгорание происходит только при температуре, влияющей на внешнюю среду или оказывающей действие при нагревании тары, где содержится горючая смесь.

*показатели учитываются как средний уровень для воспламенения в различной среде.

Как рассчитать КПРП

Если жар увеличивается, область возникновения огня расширяется. При сокращении давления она уменьшается. Влияние на динамику поведения огня оказывают ингибиторы, флегматизаторы либо регулировка мощности источника зажигания.

КПР является одной из главных характеристик при выявлении пожарных свойств различных материалов, веществ. Источники воздействия на пламя имеют значение лишь в области распространения.

Формулы

Чтобы вычислить пределы, используют соответствующие расчетные методы, эксперименты.

Находить КПР можно по аппроксимационной формуле.

Обычно наиболее высокая температура огня, скорость распределения по поверхности образуется у смесей стехиометрического состава. Следовательно, их справедливо считают самыми пожаровзрывоопасными. Кумуляцию вычисляют с помощью уравнения.

Стехиометрическая смесь метана с воздухом будет составлять 1 моль основного вещества, 2 моля кислорода и 2×3,76 молей азота. Кумуляция горючего определяется следующим образом:

CH4 + 2O2 + 2×3,76N2 = CO2 + 2H2O + 2×3,76N2

Следовательно, φстех = (nCH4 × 100)/(nCH4 + nO2 + nN2) = (1 × 100)/(1 + 2 + 2×3,76) = 9,5

КПР веществ, данные которых можно увидеть в различных источниках, определены через эксперименты. Для многих видов сырья, газов, смесей приблизительное значение вычисляется с помощью формулы, причем как для нижнего, так верхнего предела.

φн(в) = 100 / (an + b), где n – количество молей кислорода, которое понадобится для полного сгорания одного моля вещества, определенного с помощью уравнения; a и b – постоянные переменные, которые зависят от значения n, указанных в таблице.

Также применяют формулу Ле-Шателье.

Она выражает правило смешения. Заключается оно в том, что несколько видов смесей, показатель которых на нижнем пределе воспламенения, можно соединить и получить материал, находящийся на том же уровне пожароопасности.

Эта формула подходит для вычисления КПР многих видов смесей, не подвергающихся воздействию внешней среды.

Примеры

Задача 1: рассчитать КПР бутана в воздухе.

В данном случае расчет проводится с помощью аппроксимационной формулы. Чтобы вычислить КПР, нужно узнать число молей кислорода, при котором сгорает 1 моль бутана.

С4H10 + 6,5O2 = 4CO2 + 5H2O.

С помощью этих данных следует рассчитать НКПР.

φн(в) = 100 / (an + b) = 100 / (8,684×6,5 + 4,679) = 1,64%

Согласно экспериментальным значениям КПРП (1,86 % и 8,41 %), полученным с помощью справочных источников, по итогам расчета можно понять, что расхождения в них небольшие.

Задача 2: вычислить концентрационные пределы воспламенения смеси, если пропана 80 % об., бутана 20 % об.

Расчет производится с помощью формулы Ле-Шателье.

С помощью специальной таблицы необходимо найти НКПВ и ВКПВ пропана и бутана:

Если невозможно найти табличные сведения, вычисление происходит расчетным способом с помощью формулы, приведенной выше.

Далее подставляют найденные значения:

φсмн = 100 / [(80/2,1) + (20/1,8)] = 2%

φсмв = 100 / [(80/9,5) + (20/9,1)] = 9,4%

Получается, что НКПРП смеси пропана с бутаном составляет 2 % об., а ВКПРП – 9,4 % об.

Когда применяется расчет КПРП

Результаты вычислений необходимы при классификации производств по ПБ. Определяется допустимость концентрации смесей горючих паров, газов, в помещениях, где проходят огневые работы, с целью расчета взрывоопасности. Согласно ГОСТ, показатели необходимо применять для определения ПВБ следующих категорий:

Методы выявления в окружающей среде повышенной концентрации горючих смесей крайне важны для создания безопасных условий деятельности человека. Для этого разработаны специальные устройства, называемые газоанализаторами. Они должны быть на каждом промышленном предприятии. С их помощью можно определить НКПРП и ВКПРП, значит, вычислить вероятную площадь воспламенения и риски, связанные с ним.

Также, степень опасности зависит от группы распространения пламени.

Источник

Задача второго модуля.

Концентрационные и температурные пределы распространения пламени, влияние различных факторов на эти показатели, области использования.

Концентрационные пределы распространения пламени (воспламенения) – тот интервал концентраций, в котором возможно горение смесей горючих паров и газов с воздухом или кислородом.

Низкий (верхний) концентрационный предел распространения пламени – минимальное (максимальное) содержание горючего в смеси горючее вещество – окислительная среда, при котором возможно распространение пламени по смеси на любой расстояние от источника загорания. Внутри этих пределов смесь горюча, а вне их – смесь гореть неспособна.

Концентрационные пределы распространения пламени – одна из характеристик газовой смеси.

Температура и давление влияют на концентрационные пределы распространения пламени. Это влияние можно понять и объяснить, сопоставив воздействие ряда факторов на скорость реакции горения.

Область воспламенения смесей горючих газов с воздухом гораздо более узкая, чем смесей с кислородом.

Реакции, замедляющие горение, оказывают влияние на концентрационные пределы воспламенения. Введение небольших добавок галогенпроизводных углеводородов делает негорючими смеси оксида углерода, водорода или углеводородов с воздухом в результате резкого уменьшения скорости реакции горения.

Введение инертных газов (диоксида углерода, азота) делает смеси негорючими. При этом чем больше теплоемкость негорючего газа, тем больше, т.е. более его флегматизирующее действие. Например, диоксид углерода более эффективен, чем азот, т.к. его теплоемкость больше.

На концентрационные пределы распространения пламени влияет введение негорючих порошков. Здесь определяющим фактором является отношение площади поверхности частицы к удельному объему газовой взвеси, которая зависит от свойств порошка и степени турбулентности пламени.

Влияние давления по-разному сказывается на пределах распространения пламени для различных смесей. Уменьшение давления ниже атмосферного сужает пределы и при достижении определенного значения смесь неспособна к распространению пламени.

Для большей части смесей повышение давления выше атмосферного приводит к расширению области воспламенения, хотя для некоторых смесей этого не наблюдается.

Повышение температуры расширяет область воспламенения. Если начальная температура повышена, то для распространения пламени требуется передавать от фронта пламени к смеси меньше тепла, что и приводит к снижению НКПВ пламени и увеличивает ВКПВ.

На концентрационные пределы распространения (воспламенения) пламени влияет направление распространения пламени и диаметр сосуда. Так, при распространении пламени снизу вверх область воспламенения шире, чем при распространении его сверху вниз или по горизонтали. Эта особенность обусловлена возникновением конвективных потоков, которые поднимают вверх нагретые продукты сгорания и способствуют распространению пламени вверх.

С концентрационными предметами распространения пламени связанна другая характеристика газовой смеси – температурные пределы распространения пламени.

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 (воспламенения).

Концентрационные и температурные пределы распространения пламени – важные параметры, учитываемые при создании безопасных условий введения технологических процессов. Они необходимы при расчетных взрывоопасных концентраций газов и паров в оборудовании и коммуникациях, безопасных температурных режимов работы оборудования, проектировании вентиляционных систем, оценке аварийных ситуаций и др..

Особо следует остановиться на концентрированных пределах распространения пламени (воспламенения) пылей. Значение НКПВ применяют при расчете взрывоопастных концентраций пыли внутри технологического оборудования, трубопроводов, при проектировании вентиляционных систем, а также для сравнительной оценки взрывоопасности промышленных пылей.

Принятый в СССР ГОСТ 12.1.041-83 ССБТ «Пожаро- и взрывобезопасность горючих пылей» сформулировал понятие горючей пыли, перечень показателей, характеризующей ее, и методы обеспечения пожаро- и взрывобезопасности оборудования и технологических процессов при наличии в них горючих пылей (дисперсная система, состоящая из 850мкм, находящихся во взвешенном или осевшем состоянии в газовой среде, способная к самостоятельному горению в воздухе нормального состава.

Задача первого модуля.

При инвентаризации на рабочем месте оператора насосной станции выявлены и количественно определенны следующие вредные и опасные производственные факторы:

1. Температура воздуха в рабочей зоне – 13 0 C.

2. Уровень шума – 90 ДбА.

3. Уровень вибрации – 100 Дб.

Будет ли аттестовано данное рабочее место? Положена ли компенсация оператору?

Принимаем категорию тяжести труда Iб. Дл этой категории выбираем допустимые вредные и опасные производственные факторы и сравниваем их с данными в условии.

1. Температура воздуха в рабочей зоне не ниже 19 0 C, по данным температура 13 0 С, что не допустимо.

2. Уровень шума, не более 75 Дбл, по данным 90Дбл, что показывает превышение нормы.

3. Уровень вибрации 120Дб, по данным 100 Дб, что является допустимым.

Сравнив вредные и опасные факторы, мы можем сказать, что данное рабочее место не будет аттестовано и оператору положена компенсация.

Задача второго модуля.

1.Находим количество ламп нужное для освещения цеха, через удельную мощность.

n = (W * S) / P = (20,5 * 24 * 12) / 80 = 74 лампы

2.Метод использования светового потока

n = Е * S * K₃ * Z / F * * m

i = (A*B) / (h(A+B)), где i = (24*12) / (4*(24+12))=2

=50

n = (300*288*1,5*1,2) / (5220*2*0.5) = 30шт.

20-ти светильников типа ОДР с лампами ЛБ 2х80 не достаточно т.к. по требуемым нормативам для освещения, достаточным для данного цеха (зрительных работ средней точности), количество светильников должно быть не меньше 30 штук.

Источник

Концентрационные пределы распространения пламени (воспламенения) и факторы, на них влияющие

Ранее отмечалось, что для возникновения и распространения процесса горения необходимо наличие горючего, окислителя и высокотемпературного источника зажигания.

В химическую реакцию окисления могут вступать лишь молекулы горючего и окислителя, энергия которых в момент соударений превышает энергию активации. Для этого нужно, чтобы молекулы горючего и окислителя встретились в системе, и произошло их соударение. При этом возможны три вида соударений молекул:

Только в третьем случае вид соударений является эффективным, т.к. протекает с выделением тепла. Но для того, чтобы выделившегося тепла было достаточно для дальнейшего развития химической реакции, необходимо и определенное соотношение концентраций горючего и окислителя. Самые благоприятные условия для развития химической реакции будут тогда, когда соотношение горючего и окислителя будет соответствовать стехиометрической концентрации. Будут существовать также и такие концентрации горючего и окислителя (больше или меньше стехиометрической концентрации), когда протекание химической реакции невозможно, т.е. процесс горения не будет развиваться.

Если рассмотрим процесс воспламенения газовоздушной смеси в пределах концентраций горючего от 0 до 100 %, то увидим, что смесь является взрывопожароопасной не при всех концентрациях (рис. 18.10).

Рис. 6.1. Зависимость давления в системе горючее – окислитель от концентрации горючего: I – область безопасных концентраций; II – область воспламенения (взрывопожароопасная область); III – область пожароопасных концентраций

Значение НКПВ используют при определении категорий производств по пожаровзрывоопасности.

Значение НКПВ и ВКПВ следует применять при расчете взрывобезопасных концентраций газов, паров и пылей внутри технологического оборудования, трубопроводов, при проектировании вентиляционных систем, а также при расчете предельно допустимых взрывобезопасных концентраций газов, паров, пылей в воздухе рабочей зоны с потенциальным источником зажигания.

Существуют экспериментальные и расчетные методы определения КПВ.

Из выражения для определения предельной теплоты горения

Q_пр = (Q_н j_н) /100 можно определить нижний концентрационный предел:

Влияние различных факторов на КПВ:

а) мощность (температура) источника воспламенения

б) начальная температура смеси

г) нейтральные газы и ингибиторы

д) объем и диаметр сосуда

При уменьшении объема сосуда уменьшается его диаметр, увеличивается поверхность теплоотдачи, приходящаяся на единицу объема смеси. Для каждой газовой смеси существует минимальный объем и диаметр, ниже которых при любом составе смеси зажигание и распространение пламени невозможно.

Дата добавления: 2016-12-26 ; просмотров: 1617 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник