Показатели пожаровзрывоопасности веществ и материалов - минимальное взрывоопасное содержание кислорода

Минимальным взрывоопасным содержанием кислорода (МВСК) в газо- или паровоздушной смеси называется такая концентрация кислорода, ниже которой воспламенение и горение смеси становятся невозможными при любом содержании горючего в этой смеси. Концентрация флегматизатора в смеси воздуха с флегматизатором, соответствующая минимальному взрывоопасному содержанию кислорода, называется минимальной флегматизирующей концентрацией.

Значения МВСК используют при расчетах взрывопожаробезопасных режимов работы технологического оборудования, выборе режимов работы систем "азотного дыхания", разработке систем и установок взрывоподавления и тушения пожаров. Величины МВСК и минимальной флегматизирующей концентрации СфЛ того или иного флегматизатора связаны следующим соотношением:

где СH2O - концентрация паров воды в воздухе, % (об.).

Минимальное взрывоопасное содержание кислорода зависит от вида горючего и выбранного флегматизатора, от начальной температуры исходной смеси. На рис. 9.4 приведены диаграммы распространения пламени метановоздушных смесей при флегматизации их различными флегматизаторами. Из этого рисунка видно, что самым эффективным флегматизатором для метановоздушной смеси является метилбромид (для полной флегматизации смеси его требуется меньше, чем других флегматизаторов). Повышение температуры исходной смеси сопровождается уменьшением МВСК. Ориентировочно это уменьшение описывается формулой

где МВСК(Т1) и МВСК(Т2) - значения минимального взрывоопасного содержания кислорода при температурах (в К) Т1 и T2 соответственно; Тад - адиабатическая температура пламени в экстремальной точке области распространения пламени.

В общем случае Тад зависит от вида флегматизатора. При разбавлении горючих смесей азотом Тад = 1400 К, водяным паром и диоксидом углерода Тад = 1450 К.

В лабораторных условиях МВСК для горючего газа или пара экспериментально определяют в два этапа: вначале находят минимальную флегматизирующую концентрацию для принятого флегматизатора, затем по формуле (9.23) вычисляют МВСК.

Для нахождения Сфл необходимо установить зависимость концентрационных пределов горючего газа или пара от содержания изучаемого разбавителя. Для этой цели экспериментально определяют величины пределов при различном содержании флегматизатора в смеси и полученные результаты наносят на график. По оси абсцисс откладывают концентрации флегматизатора в смеси воздуха с флегматизатором, а по оси ординат - концентрационные пределы исследуемого газа или пара. Концентрацию флегматизатора, при которой нижний и верхний пределы сливаются в одну точку, принимают за минимальную флегматизирующую концентрацию. Величину МВСК можно вычислить по формуле

Мощность источника и минимальная энергия зажигания. С изменением мощности источника зажигания может измениться область воспламенения. Особенно это характерно для диэлектрических разрядов. Так, увеличение мощности искры приводит к расширению пределов воспламенения горючей смеси, причем наиболее сильно увеличивается ВКПРП. Однако расширение области воспламенения происходит не бесконечно - выше определенной мощности искры эта область не изменяется. Искры, которые нс вызывают дальнейшего расширения области воспламенения, называются насыщенными.

Допустимая энергия искрового разряда нс должна превышать 40% минимальной энергии зажигания.

Минимальной энергией зажигания называется наименьшее значение энергии электрического разряда, способное воспламенить наиболее легковоспламеняющуюся смесь газа (пара или пыли) с воздухом.

Значение минимальной энергии зажигания испльзуют для обеспечения пожаровзрывобезопасных условий переработки горючих веществ и электростатической искробезопасности технологических процессов.

Сущность метода определения концентрационных пределов распространения пламени заключается в зажигании газо-, паро-или пылевоздушной смеси заданной концентрации исследуемого вещества в объеме реакционного сосуда и установлении факта наличия или отсутствия распространения пламени. Изменив концентрацию горючего в смеси, устанавливают се минимальное и максимальное значения, при которых происходит распространение пламени.

Температурные пределы распространения пламени (воспламенения) - такие температуры вещества, при которых его насыщенный пар образует в окислительной среде концентрации, равные соответственно нижнему (нижний температурный предел, НТПРП), и верхнему (верхний температурный предел, ВТПРП) концентрационным пределам распространения пламени.

Значения температурных пределов распространения пламени применяют: при разработке мероприятий по обеспечению пожаровзрывобезопасности объекта в соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.004-89 и ГОСТ 12.1.010-89; при расчете пожаровзрывобезопасных температурных режимов работы технологического оборудования; при оценке аварийных ситуаций, связанных с разливом горючих жидкостей; для расчета концентрационных пределов распространения пламени; их также необходимо включать в стандарты или технические условия на горючие жидкости.

Для обеспечения безопасности технологический процесс проводят при температуре ниже НТПРП на 10 К или выше ВТПРП на 15 К.

На температурные пределы распространения пламени оказывает влияние начальное давление: уменьшение начального давления по сравнению с атмосферным приводит к снижению этого показателя, повышение - к увеличению.

Сущность метода определения температурных пределов заключается в термостатировании исследуемой жидкости при заданной температуре в закрытом реакционном сосуде, содержащем воздух, испытании на зажигание паровоздушной смеси и установлении факта наличия или отсутствия распространения пламени. Изменяя температуру испытания, находят также ее значения (минимальное и максимальное), при которых насыщенный пар образует с воздухом смесь, способную воспламениться от источника зажигания и распространять пламя в объеме реакционного сосуда.

Были рассмотрены основные показатели пожаровзрывоопасности веществ и материалов, которыми пользуются химики-технологи. Приведенные в табл. 9.1 остальные показатели охарактеризованы в ГОСТ 12.1.044-89 "Пожаровзрывоопасность веществ и материалов (номенклатура показателей и методы их определения)".