Концентрационные пределы распространения пламени реферат

Обновлено: 05.07.2024

НИЖНИЙ (ВЕРХНИЙ) КОНЦЕНТРАЦИОННЫЙ ПРЕДЕЛ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ПЛАМЕНИ (НКПР, ВКПР) — минимальное (максимальное) содержание горючего вещества (см. ГОРЮЧИЕ ВЕЩЕСТВА И МАТЕРИАЛЫ) в смеси с воздухом, при котором возможно распространение пламени по газо-, паро- или пылевоздушной смеси на любое расстояние от источника зажигания (см. ИСТОЧНИК ЗАЖИГАНИЯ ) [1].

Нижний (верхний) концентрационный предел распространения пламени — минимальное (максимальное) содержание горючего вещества в однородной смеси с окислительной средой, при котором возможно распространение пламени по смеси на любое расстояние от источника зажигания [3] .

В литературе данные показатели также называют пределами воспламенения (см. ВОСПЛАМЕНЕНИЕ ) , пределами взрываемости (см. ВЗРЫВ ) , пределами зажигания.

Концентрационный предел распространения пламени (КПР) представляет собой предельное содержание горючего вещества в смеси с окислительной средой (см. КИСЛОРОД ) , при котором пламя, инициированное в каком-либо локальном объеме горючей смеси, способно распространяться по смеси на любое расстояние от источника зажигания. КПР является важной характеристикой в процессе горения и горючести веществ [1] .

Концентрационные пределы распространения пламени (КПРП) являются едва ли не основной характеристикой пожароопасных свойств веществ и материалов. Мощность зажигающей искры, температура самовоспламенения, температура горения имеют смысл только внутри концентрационной области распространения пламени.

Область концентрации горючего вещества, которая лежит между нижним и верхним КПРП, характеризуется возможностью загорания и устойчивого горения смеси и называется областью взрывоопасных концентраций.

Если концентрация горючего вещества выходит за концентрационные пределы, горючая смесь становится взрывобезопасной. Если концентрация горючего вещества меньше нижнего КПРП, то горение невозможно. Если концентрация горючего вещества больше ВКПРП, то возможно диффузионное горение такой газовой смеси при выходе ее в окружающее пространство и наличии источника зажигания.

Величина НКПР (предел воспламенения) фн — это такая объемная (массовая) доля горючего в смеси с окислительной средой (выраженная в процентах или в г/м 3 ), с уменьшением которой смесь становится неспособной к распространению пламени [2, п. 1.1] .

Величина ВКПР фв — это такая объемная (массовая) доля горючего в смеси с окислительной средой, с увеличением которой смесь становится неспособной к распространению пламени [2, п. 1.1] .

Пределы распространения пламени веществ и материалов определяют расчетными и экспериментальными методами.

Наряду с принятой системой определения пределов по концентрации горючего в смеси, в последние годы для твердых горючих материалов стал довольно широко применяться предел распространения пламени по кислороду, который находится экспериментально и носит название кислородного индекса (КИ).

Этот параметр также зависит от давления, температуры. Кислородный индекс характеризует то минимальное содержание кислорода в смеси с азотом, при котором возможно воспламенение горючего материала с его последующим горением.

Пределы распространения пламени применяются в практике для классификации производств по степени их пожарной опасности, при расчете предельно допустимых концентраций горючих паров и газов в помещениях при производстве огневых работ, для расчета взрывоопасных режимов работ в среде, содержащей горючие газы и пары.

Максимальная скорость реакции и распространения фронта пламени наблюдается при стехиометрическом соотношении компонентов (концентрации горючего, равной стехиометрической φ_гв = φ_смк).

При отклонении от стехиометрического соотношения скорость горения, а следовательно, и скорость тепловыделения будут снижаться.

При φ_гв φ_смк снижение тепловыделения происходит в результате нехватки окислителя и затратам на нагревание избытка топлива, не принимающего участия в химической реакции.

Таким образом, для парогазовых смесей можно выделить как минимальную (нижнюю) φ_н, так и максимальную (верхнюю) φн концентрацию горючего, при которой наступают критические условия распространения фронта пламени.

Рис. 1 Расположение областей возможных концентраций горючего

Концентрационные пределы распространения пламени могут сильно изменяться при изменении внешних условий. Изменения КПРП объясняются с точки зрения баланса тепловыделения и теплоотдачи в системе.

Все факторы, изменение которых приведет к увеличению тепловыделения, будут расширять КПРП (снижать нижний КПРП и повышать верхний КПРП). Факторы, увеличивающие теплоотдачу, будут суживать КПРП (увеличивать нижний КПРП и уменьшать верхний КПРП).

Наибольшее влияние на КПРП оказывают:

- концентрация окислителя в окислительной среде (содержание кислорода в воздухе);

Опыты повторять, меняя зазор, до тех пор, пока при подаче искры в одну из камер будет фиксироваться взрыв, а при подаче искры в другую камеру взрыва не будет. Это указывает на то, что зазор между камерами больше БЭМЗ и при взрыве смеси в одной камере через этот зазор происходит одновременно взрыв в другой камере, следовательно, наблюдается передача взрыва. За экспериментальную величину БЭМЗ… Читать ещё >

Расчет концентрационных пределов распространения пламени ( реферат , курсовая , диплом , контрольная )

1. Расчет концентрационных пределов распространения пламени аппроксимационным методом [25] проводят по формуле:

где j — нижний или верхний концентрационный предел распространения пламени, об.%;

b — стехиометрический коэффициент кислорода, равный числу молей кислорода, приходящихся на 1 моль горючего вещества при его полном сгорании;

а, в — универсальные константы :

для нижнего предела, а = 8,684; в = 4,679;

для верхнего предела при b Ј 7,5 а = 1,559; в = 0,560.

при b > 7,5 а = 0,768; в = 6,554.

Величину b определяют по уравнению реакции или по формуле:

где m_c, m_s, m_H, m_x, m_o, m_p — число атомов соответственно углерода, серы, водорода, галогена, кислорода и фосфора в молекуле горючего вещества.

Погрешность расчета по аппроксимационному методу составляет: при вычислении нижнего предела 12%, при вычислении верхнего предела 12% при b Ј 7,5 и 40% при b > 7,5.

При проведении процесса с горючим веществом при параметрах окружающей среды, отличных от стандартных условий (t = 25 о С, Р = 760 мм рт.ст.), нижний (верхний) пределы рассчитывают по формулам:

Повышение давления (Р) по отношению к атмосферному сказывается в основном на величине верхнего концентрационного предела, который рассчитывается по формуле:

j_в Р = (100 j_в атм Ц Р) / (100 — j_в атм + j_в атм Ц Р), (5.10).

где j_в Р и j_в атм — верхние концентрационные пределы при давлении Р и нормальном атмосферном, соответственно, атм.

2. Расчет концентрационных пределов распространения пламени методом, принятым ГОСТом 12.1.044−89 [21].
2.1. Расчет нижнего предела распространения пламени индивидуальных веществ в объемных процентах при температуре 25оС:

где h_s — коэффициент s группы, влияющей на нижний предел распространения пламени, значения которых привед…

Вещества и материалы, способные взрываться и гореть при взаимодействии с водой, кислородом воздуха или друг с другом в таком количестве, что расчетное избыточное давление взрыва в помещении превышает 5 кПа.

Пыли и волокна, ЛВЖ с температурой вспышки более 28 о С, горючие жидкости (ГЖ) в таком количестве, что могут образовывать взрывоопасные паровоздушные или пылевоздушные смеси, при воспламенении которых развивается избыточное давление взрыва в помещении, превышающее 5 кПа.

Горючие и трудногорючие жидкости, твердые горючие и трудногорючие вещества и материалы (в том числе пыли и волокна), вещества материалы, способные при взаимодействии с водой, кислородом воздуха и друг с другом только гореть, при условии, что помещения, в которых они имеются в наличии или обращаются, не относятся к категориям, А или Б.

Негорючие вещества и материалы в горячем, раскаленном или расплавленном состоянии, процесс обработки которых сопровождается выделением лучистого тепла, искр и пламени; горючие газы, жидкости и твердые вещества, которые сжигаются или утилизируются в качестве топлива.

Негорючие вещества и материалы в холодном состоянии.

Пожар легче предупредить, чем его тушить. На этом принципе базируется пожарная профилактика, где заранее предусматриваются мероприятия направленные:

на устранение источников зажигания, окислителя и т. д. ;

предупреждение возможности возникновения очага пожара (замена горючих веществ на негорючие, понижение степени горючести веществ, работа с безопасными концентрациями, температурами и т. п. );

предупреждение распространения пожара при его возникновении внутри оборудования и по трубопроводам, по конструктивным элементам зданий, между зданиями и т. д. (огнепреградители, отсекающие клапаны, резервные емкости, противопожарные стены, зоны, обваловки и т. п. );

безопасная эвакуация людей при пожаре;

первичные и стационарные средства тушения пожара.

Задания и порядок выполнения работы

Задание № 1. Определение нижнего (_н) и верхнего (_в) концентрационных пределов распространения пламени.

Определить степень взрывопожароопасности смеси горючих газов (по заданию преподавателя) на экспериментальной установке по величине нижнего (_н) и/или верхнего (_в) пределов распространения пламени. Полученные результаты сравнить с расчетными и найти погрешность определения. Определить безопасные концентрации. Установить, к какому классу по ПУЭ относится зона вокруг экспериментальной установки, где установлен баллон с заданной смесью газов, и к какой категории по взрывопожароопасности относится помещение, в котором эта смесь используется: 1) как сырье; 2) как топливо.

Порядок выполнения работы

1. Познакомиться с экспериментальной установкой и порядком выполнения работы на ней (см. описание к установке).
2. Провести предварительные расчеты нижнего (верхнего) концентрационных пределов распространения пламени сначала для индивидуальных веществ [см. уравнения (5.6) или (5.115.13)], а затем для смеси газов [см. уравнение (5.15)], указанного в задании состава.
3. Рассчитать объем газовой смеси, необходимой для создания концентрации, соответствующей нижнему (верхнему) пределу по формуле (5.16).
4. Приготовить газовоздушную смесь путем смешения воздуха с рассчитанным объемом газовой смеси в смесительной системе установки.
5. Отобрать часть приготовленной смеси во взрывной цилиндр и поджечь ее искровым разрядом.
6. При наличии взрыва при определении нижнего предела (_н) уменьшить объем, а при определении верхнего (_в) наоборот увеличить объем отбираемого газа на 1 мл.
7. Удалить из смесительной системы и взрывного цилиндра установки продукты сгорания и повторить эксперимент с меньшим (большим) объемом отобранного газа. Эксперимент проводить до тех пор, пока при следующем уменьшении (увеличении) объема газа взрыва не будет.
8. Рассчитать экспериментальную величину нижнего (верхнего) пределов распространения пламени и найти погрешность между рассчитанным и экспериментальным значением. Объяснить различия экспериментальной и расчетной величины.
9. При оценке степени опасности смеси газов с воздухом учитывают, что все газовоздушные смеси, имеющие область воспламенения, ограниченную нижним и верхним концентрационными пределами, взрывопожароопасны, но смеси с _н 10 об.% - особовзрывоопасные, а с _н 10 об.% - взрывоопасные.
10. Установить класс зоны по ПУЭ [23] вокруг баллона с газовой смесью заданного состава.
11. Обосновать категорию помещения, в котором эта газовая смесь используется в качестве: а) сырья; б) топлива.
12. Экспериментальные результаты можно представить в виде табл.5.11:

Объем газа, необходимый для достижения нижнего (верхнего) пределов.

Задание № 2. Определение температуры вспышки и воспламенения.

Оценить степень взрывопожароопасности жидкости (по заданию преподавателя) по температурам вспышки и воспламенения. Экспериментально установленные температуры сравнить с расчетными и справочными величинами, определить погрешности и в случае расхождения объяснить различия.

Установить класс зоны по ПУЭ и категорию помещения по НПБ105−95, где используется исследуемая жидкость. Предложить методы обеспечения пожарной безопасности.

Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться с установкой закрытого (открытого) типа для определения температуры вспышки (t_всп.) и воспламенения (t_восп.).
2. Рассчитать и/или найти в справочнике [22] температуру вспышки для исследуемой жидкости.
3. Заполнить тигель в установке на 2/3 исследуемой жидкостью, установить термометр необходимого диапазона и включить нагревательное устройство.
4. Зажечь и отрегулировать запальный фитилек с помощью зажима на шланге с газом от газового баллона.
5. За 1015 о С до расчетной величины t_всп. (или взятой из справочника) через каждые 12 градуса подносить запальный фитилек к поверхности жидкости и зафиксировать температуру, при которой впервые пары над жидкостью вспыхнут. Это будет экспериментальная температура вспышки — t_всп э _.
6. Продолжить нагрев жидкости и поднесение запального фитилька через каждые 12 градуса нагрева к поверхности жидкости. Зафиксировать температуру, при которой пары загорелись и горение продолжалось не менее 1530 с. Это будет экспериментальная температура воспламенения — t_восп э _.
7. Закрыть емкость с горящей жидкостью крышкой, если измерения проводятся на установке открытого типа, или закрыть задвижку на приборе закрытого типа, чтобы горение прекратилось.
8. Экспериментальные показатели сравнить с расчетными (справочными) и объяснить расхождения в значениях температур.
9. По найденной температуре установить степень опасности жидкости. Наиболее опасными являются ЛВЖ, к которым относятся жидкости с t_всп. 61 о С (на приборе закрытого типа) и 66 о С (на приборе открытого типа). Все ЛВЖ взрывопожароопасны. Если t_всп. 61(66) о С — это пожароопасная горючая жидкость (ГЖ).
10. По разности между t_восп — t_всп = t установить опасность жидкости при эксплуатации в условиях возможного наличия источника зажигания. Чем меньше t, тем опаснее жидкость.
11. Установить класс зоны по ПУЭ вокруг оборудования, в котором используется исследуемая жидкость.
12. Установить категорию помещения по НПБ105−95 [27], в котором используется оборудование с жидкостью.
13. Предложить методы обеспечения пожарной безопасности при использовании исследуемой жидкости.

Экспериментальные результаты можно представить в виде табл.5.12.

Температура жидкости, о С.

Задание № 3. Определение температуры самовоспламенения методом капли.

Оценить степень взрывопожароопасности жидкости (по заданию преподавателя) по температуре самовоспламенения (t_св.). Полученные результаты сравнить с расчетными и справочными данными. Найти погрешность и объяснить возможные расхождения в величинах t_св.

Установить группу взрывоопасной смеси и температурный класс взрывозащищенного электрооборудования. Найти безопасную температуру нагрева исследуемой жидкости. Предложить мероприятия по обеспечению пожарной безопасности при работе с исследуемой жидкостью.

Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться с установкой по определению температуры самовоспламенения методом капли.
2. Рассчитать объем исследуемой жидкости, соответствующей стехиометрическому составу смеси по формуле (5.21).
3. Рассчитать и/или взять из справочника [22] температуру исследуемой жидкости.
4. Включить муфельную печь, отрегулировать потенциометр, показывающий температуру нагрева сосуда и проверить наличие зеркальца над сосудом.
5. Нагреть сосуд до температуры на 3040 о С выше расчетной (справочной) температуры самовоспламенения исследуемой жидкости и отключить печь.
6. За 1015 о С до расчетной (справочной) t_св. через каждые 23 градуса падения температуры вводить в сосуд рассчитанный объем жидкости и через зеркальце фиксировать загорание паров жидкости.
7. С помощью секундомера фиксировать время с момента внесения жидкости в сосуд до воспламенения паров жидкости. Это время по мере остывания сосуда увеличивается.
8. После каждого опыта продукты сгорания удалять из сосуда с помощью специального приспособления.
9. Опыты повторять до тех пор, пока пары внесенной жидкости не будут воспламеняться в течение 35 мин.
10. За экспериментальную температуру самовоспламенения исследуемой жидкости принимается температура, при которой в последний раз было зафиксировано воспламенение паров вносимой в установку жидкости.
11. Сравнить полученную t_св. э с расчетной (t_св. р ) и справочной (t_св. сп ), объяснить наблюдаемые расхождения и установить погрешность определения.
12. Степень опасности жидкости устанавливают путем нахождения по t_св. группы взрывоопасной смеси. Самой опасной будет жидкость, относящаяся к группе Т6, а наименее опасной к группе Т1. Группы взрывоопасных смесей и температурные классы взрывозащищеного электрооборудования приведены в литературе [23] и в разделе 5.1 (табл. 5.1 и 5.2).
13. Найти безопасную температуру нагрева жидкости, определяемую по формуле (5.2).
14. Предложить мероприятия по обеспечению пожарной безопасности при работе с исследуемой жидкостью.
15. Экспериментальные результаты могут быть представлены в виде табл. 5.13.

Температура смеси, о С.

Время (индукционный период), сек.

Экспериментальная t_св. о С.

Задание № 4. Определение безопасного экспериментального максимального зазора (БЭМЗ).

Оценить степень взрывопожароопасности паро-воздушной смеси (по заданию преподавателя) по величине БЭМЗ, определенном на модельной установке. Полученные результаты сравнить с расчетными и/или справочными и объяснить наблюдаемые расхождения. Рассчитать погрешность определения относительно расчетной величины. Предложить меры пожарной безопасности при использовании исследуемой жидкости.

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

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:

давление (если повысить его, верхний предел может увеличиться);
химические/физические свойства объектов, вступивших в реакцию;
температурный режим (если увеличить, за счет повышения активности энергии область воспламенения станет шире);
примеси.

Роль последних трудно переоценить, ведь, при добавлении к горючей смеси жидких, твердых или порошкообразных веществ (флегматизаторов), может понизиться чувствительность к таким внешним воздействиям, как удар, трение, статическое электричество.

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.

Идеальные соединения, такие как метан, при смешивании с другими не вступают в реакцию, сохраняя индивидуальность. В технических устройствах используют топливные продукты, состоящие из:

азота;
углекислого, сернистого газа;
испарений воды и кислорода;
нефтяного сырья 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.

Температура самовоспламенения или взрыва (°С)	Вещества
100*	сероуглерод
135*	диэтиловый эфир, ацетальдегид, различные виды альдегидов, декан и т.д.
200*	гексан, гептан, керосин, некоторые виды бензина, спирты, сероводород и т.д.
300*	ацитилен, изобутан, этилбензол, спирты, растворители и т.д.
450*	водород, аммиак, ацетон, бензол, пропан, этан и др.

*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.

Показатели	а	b
Для вычисления нижнего предела	8,684	4,679
Для вычисления верхнего предела при n 7,5	1,550 0,768	0,560 6,554

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.

φп =100/[(φ1/φ1п) + (φ2/φ2п) + … + (φn/φnп)] , где φп – означает НКПРП и ВКПРП воспламенения смеси; φ1, φ2 φ3 – концентрации горючих компонентов, % (об.); φ1 + φ2 +φ3 = 100 %; φ2п – пределы каждого вещества в смеси, % (об.).

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:

рншУ Фн1=2,1 % об.;
рн2 = 1,8 % об.;
рв1 = 9,5 % об.;
рв2 = 9,1 % об.

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:

строительные стандарты;
нормы устройства электроустановок;
классификации опасных грузов;
типизация помещений по ПБ согласно установленным нормам;
контроль над качеством материала, используемого при постройке, ремонте морских судов, военной техники.

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.

Материальный и тепловой баланс процесса горения. Расчет концентрационных пределов распространения пламени. Определение линейной и массовой скоростей выгорания жидкости. Расчет основных параметров взрыва, температуры вспышки и температуры воспламенения.

Рубрика	Безопасность жизнедеятельности и охрана труда
Вид	методичка
Язык	русский
Дата добавления	24.03.2015
Размер файла	1,1 M

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Интервал концентраций между НКПРП и ВКПРП называется областью воспламенения или областью распространения пламени. Область воспламенения зависит от свойств вещества. Наибольшая область воспламенения у водорода (4 -75 %) и ацетилена (2,5 - 81 %), наименьшая - у бензина (1 - 8 %), керосина (0,6 - 3 %), пропана (2 - 9,5 %), бутана (2 - 9 %) и т. д. (см. табл. приложения 4). В предельных смесях, т. е. при концентрации горючего вещества, равной НКПРП или ВКПРП, скорость распространения пламени и его температура минимальны, а максимальные значения скорости и температуры пламени имеют, как правило, смеси стехиометрического состава, поэтому такие смеси наиболее пожаровзрывоопасны.

Концентрация горючего вещества в стехиометрической смеси рассчитывается исходя из уравнения реакции горения. Например, из уравнения реакции горения пропана в воздухе

С3Н8 + 5 (О2 + 3,76 N2) = 3СО2 + 4Н2О + 5 · 3,76 N2

видно, что стехиометрическая смесь состоит из 1 моля пропана, 5 молей кислорода и 5·3,76 молей азота. Стехиометрическая концентрация горючего в такой смеси может быть рассчитана по уравнению:

Чаще стехиометрическую концентрацию рассчитывают по формуле, %

Значения КПРП веществ, указанные в справочной литературе, были установлены экспериментальным путём. Для некоторых веществ они приведены в табл. приложения 4 и 6. Для большинства горючих веществ они могут быть приближённо рассчитаны по ряду формул.

2.4.1 РАСЧЁТ НКПРП ИНДИВИДУАЛЬНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ПО ПРЕДЕЛЬНОЙ ТЕПЛОТЕ СГОРАНИЯ

Согласно тепловой теории возникновения и прекращения горения, наличие пределов распространения пламени можно объяснить тем, что для распространения пламени по горючей парогазовоздушной смеси требуется выделение некоторого количества тепла. Экспериментально установлено, что количество тепла, выделяющееся при горении смесей с содержанием горючего, равным НКПРП, для большинства веществ является величиной примерно постоянной и равно 1830 кДж/м3. Эту величину называют предельной теплотой сгорания Qпр. Если известно значение низшей теплоты сгорания вещества Qн, то можно определить концентрацию горючего в предельной по горючести смеси, %

где Qпр - количество теплоты, выделяющееся при сгорании 1м3 предельной смеси горючего с воздухом,

Qн - количество теплоты, выделяющееся при сгорании 1м3 горючего.

ПРИМЕР: Рассчитать НКПРП ацетилена, если его низшая теплота сгорания составляет 1256 кДж/моль.

Предельная теплота сгорания измеряется в кДж/м3, поэтому и низшую теплоту сгорания необходимо перевести в кДж/м3. Согласно закону Авогадро, объём одного моля любого газа при нормальных условиях равен 22,4·10-3 м3, тогда: кДж/м3.

НкпРП находим по формуле:

Значения теплоты сгорания других веществ можно найти в справочной литературе или рассчитать по следствию из закона Гесса. Для некоторых веществ значения низшей теплоты сгорания приведены в таблицах приложений 6 и 7.

2.4.2 РАСЧЁТ КПРП ПО АППРОКСИМАЦИОННОЙ ФОРМУЛЕ

По аппроксимационной формуле можно рассчитать значения и нижнего, и верхнего концентрационных пределов распространения пламени для стандартных условий, т. е. при температуре 25 оС или 298 К, %:

где - стехиометрический коэффициент при кислороде (число молей кислорода, необходимое для полного сгорания 1 моля горючего вещества, определяемое по уравнению реакции горения);

a, b - константы, имеющие определённые значения для НКПРП и ВКПРП в зависимости от значения , приведённые в таблице 20.

Читайте также: