ГОСТ 12.1.044-89 - Пожаровзрывоопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения
4.15.4. Требования безопасности
Взаимодействие некоторых веществ может быть бурным или даже взрывоопасным, поэтому при проведении испытаний необходимо соблюдать особую осторожность и руководствоваться соответствующей документацией по технике безопасности, утвержденной в установленном порядке.
Термостат следует устанавливать в вытяжном шкафу. Рабочее место оператора должно удовлетворять санитарно-гигиеническим требованиям по ГОСТ 12.1.005.
4.16 Метод экспериментального определения скорости выгорания жидкостей
Метод не применим для испытания жидкостей с кинематической вязкостью более 1,5·10-3 м2 ·с-1 при 20 °С, давлением насыщенного пара более 19,9 кПа при 20 °С, а также жидкостей, образующих на поверхности при горении твердые продукты реакции.
4.16.1. Аппаратура
Установка для определения массовой скорости выгорания жидкостей (черт. 17) включает в себя следующие элементы.
1 — основание; 2 — блок горелок; 3 — горелка; 4 — сетчатое ограждение;
5 — теплоизолирующий экран с передвижными шторками; 6 — уровнемер;
7 — заправочная емкость; 8 — верхняя крышка; 9 — винт; 10 — штуцер;
11, 18 — гибкие шланги; 12 — измерительный блок; 13 — трубка; 14 — смотровое окно;
15, 19 — стаканы; 16 — трехходовой кран; 17 — нижняя крышка
Черт. 17
4.16.1.1. Набор горелок внутренним диаметром 10,0+0,1, 15,0+0,1 , 18,00+0,15, 20,00+0,15, 25,0+0,2 , 30,00+0,25, 40,00+0,25, 50,00+0,25 , 60,0+0,3 мм, высотой (50,0±0,5) мм, толщиной стенки 0,5-0,1 мм, выполненных из стали марки 12Х18Н9Т по ГОСТ 5632.
4.16.1.2. Блок горелок, служащий для закрепления горелки в рабочем положении, сбора пролитой жидкости в стакан и установки сетчатого ограждения.
4.16.1.3. Сетчатое ограждение высотой (300±2) мм и диаметром (200 ±2) мм, изготовленное из металлической сетки с размером ячеек от 0,25 до 0,50 мм, предназначено для исключения воздействия потоков воздуха приточно-вытяжной вентиляции на процесс горения.
4.16.1.4. Заправочная емкость высотой 250 мм, внутренним диаметром 45 мм, герметично закрытая торцевыми крышками, выполнена из нержавеющей стали и служит для поддержания постоянного уровня исследуемой жидкости в горелке. Заполнение емкости жидкостью производят через отверстие в верхней крышке. Заправочная емкость соединена с измерительным блоком гибким шлангом. По вмонтированной в верхнюю крышку трубке в заправочную емкость поступает воздух из атмосферы. Контроль за работой установки осуществляют визуально через смотровое окно по поступлению пузырьков воздуха в заправочную емкость.
Примечание. Допускается в качестве заправочной емкости применять стеклянный сосуд таких же размеров.
4.16.1.5. Двойной теплоизолирующий экран высотой 460 мм, шириной 230 мм, расположенный между блоком горелок и заправочной емкостью, снабжен передвижными шторками, закрывающими отверстие, через которое проходит соединительный шланг от нижней крышки заправочной емкости к горелке.
4.16.1.6. Измерительный блок для преобразования изменения давления в верхней части заправочной емкости, пропорционального массе выгоревшей жидкости, в электрический сигнал. Запись сигнала осуществляют электронным потенциометром класса точности не ниже 0,5, ширина диаграммной ленты — не менее 250 мм. Измерительный блок должен фиксировать потерю массы (2·10-6— 1,5·10-4) кг·с-1 и иметь градуировочный коэффициент при максимальной чувствительности не ниже 8,5 мм · г-1.
4.16.1.7. Установку следует считать подготовленной к работе и состояние проведения испытаний удовлетворительным, если полученное значение массовой скорости выгорания стандартного вещества этилацетата (ГОСТ 22300) на горелке диаметром 30 мм составляет (296±25)·10-4 кг·м-2·с-1.
4.16.2. Проведение испытаний
4.16.2.1. Устанавливают соответствие исследуемой жидкости паспортным данным. Перед началом испытания жидкость должна иметь температуру (20 ±3) °С.
4.16.2.2. Проверяют герметичность установки, для чего заполняют заправочную емкость и соединенную с ней горелку дистиллированной водой, закрывают наливное отверстие винтом и включают измерительную систему. На диаграмме должна фиксироваться прямая линия, параллельная направлению движения ленты потенциометра. Отклонение каретки потенциометра от этой линии указывает на недостаточную герметичность установки, которую следует устранить.
4.16.2.3. В соответствии с инструкцией по эксплуатации установки определяют градуировочный коэффициент R измерительной системы, который представляет собой отношение отклонения показаний измерительного прибора к соответствующей ему потере массы жидкости в горелке.
4.16.2.4. Заполняют заправочную емкость исследуемой жидкостью и проверяют работу установки по п. 4.16.2.2. Если исследуемая жидкость имеет давление пара выше допустимого, наблюдаются явления, подобные случаю нарушения герметичности заправочной емкости.
4.16.2.5. Определяют массовую скорость выгорания жидкости, для чего соединяют заправочную емкость с горелкой, установив уровень жидкости в горелке на высоте ее среза. В зависимости от принятого метода определения скорости выгорания (п. 4.17.2 или 4.17.3) проводят эксперименты на одной горелке или последовательно на горелках разного диаметра. Зажигают жидкость в горелке открытым пламенем или электрической спиралью. Устанавливают сетчатое ограждение и включают регистрирующий прибор.
4.16.2.6. Если при разгорании жидкость вскипает или, расширяясь, переливается через край горелки, то необходимо произвести плавную корректировку уровня жидкости в горелке, понизив его на минимальное расстояние, позволяющее устранить перечисленные выше эффекты.
4.16.2.7. В протоколе испытаний фиксируют ламинарный или переходный режим горения жидкости. Ламинарное горение обычно наблюдается в горелках диаметром менее 20 мм и характеризуется отсутствием колебаний и закручивания пламени. Пульсирующее горение следует квалифицировать как переходное.
4.16.2.8. Испытание прекращают после того, как регистрирующий прибор зафиксирует прямолинейный участок длиной не менее 1/3 длины шкалы показаний регистрирующего прибора.
4.16.2.9. Проводят еще два параллельных испытания на той же горелке согласно пп. 4.16.2.4--4.16.2.8.
4.16.3. Оценка результатов
4.16.3.1. Массовую скорость выгорания каждого испытания (mi) в кг · м-2 · с-1 вычисляют по формуле
,
(13)
где w — скорость движения диаграммной ленты, мм·с-1;
Dl—проекция прямолинейного участка диаграммы на ось абсцисс, мм;
d—внутренний диаметр горелки, мм;
R — градуировочный коэффициент, мм · г-1;
Dt — проекция прямолинейного участка диаграммы на ось ординат, мм. Вычисления проводят с точностью до 4-го знака после запятой.
4.16.3.2.
Вычисляют среднее арифметическое
значение скорости выгорания (
) по результатам,
полученным при испытании исследуемой жидкости на горелке данного
диаметра.
4.16.3.3. За скорость выгорания исследуемой жидкости принимают скорость выгорания в турбулентном режиме, вычисляемую по формуле (24).
4.16.3.4. Сходимость метода при доверительной вероятности 95 % не должна превышать 15 %
4.16.3.5. Воспроизводимость метода при доверительной вероятности 95 % не должна превышать 23 % .
4.16.3.6. Условия и результаты испытаний регистрируют в протоколе, форма которого приведена в приложении 1.
4.16.4. Требования безопасности
Установку для определения скорости выгорания жидкости следует помещать в вытяжной шкаф. При работе с токсичными веществами необходимо применять соответствующие индивидуальные средства защиты. Рабочее место оператора должно удовлетворять требованиям электробезопасности по ГОСТ 12.1.019 и санитарно-гигиеническим требованиям по ГОСТ 12.1.005.
4.17. Методы расчета скорости выгорания жидкостей
4.17.1. Если известны параметры состояния исследуемой жидкости, входящие в формулы (14) — (23), то в зависимости от имеющихся данных скорость выгорания (m) в любом режиме горения можно вычислить, не проводя экспериментальных исследований, по формулам:
,
(14)
,
(15)
,
(16)
|
где М |
— |
безразмерная скорость выгорания; |
|
m |
— |
динамическая вязкость паров жидкости при температуре кипения, Н · с·м-2; |
|
r |
— |
плотность паров жидкости при температуре кипения, кг·м-3; |
|
n |
— |
кинематическая вязкость паров жидкости при температуре кипения, м2·с-1; если величина n не известна, то ее вычисляют по формуле
|
|
МF |
— |
молекулярная масса жидкости, кг · моль-1; |
|
d |
— |
характерный размер зеркала горящей жидкости, м. Определяется как корень квадратный из площади поверхности горения; если площадь горения имеет форму окружности, то характерный размер равен ее диаметру. При расчете скорости турбулентного горения можно принять d= 10 м; |
|
Тк |
— |
температура кипения жидкости, К. |
(17)Порядок расчета следующий.
4.17.1.1. Определяют режим горения по величине критерия Галилея Ga, вычисляемого по формуле
,
(18)
где g — ускорение свободного падения, м · с-2.
4.17.1.2. В зависимости от режима горения вычисляют безразмерную скорость выгорания М. Для ламинарного режима горения:
;
,
(19)
Для переходного режима горения:
если
,
то 
,
(20)
если
, то 
.
(21)
Для турбулентного режима горения:
;
(22)
где
;
;
М0— молекулярная масса кислорода, кг · моль-1;
n0 — стехиометрический коэффициент кислорода в реакции горения;
nF—стехиометрический коэффициент жидкости в реакции горения.
Примечание. При Ga < 4,8·108 для ароматических углеводородов А=1,45 при s £ 0,9 и A=3,40s—l,56 при s > 0,9.
В — безразмерный параметр, характеризующий интенсивность массопереноса, вычисляемый по формуле
(23)
где Q — низшая теплота сгорания жидкости, кДж · кг-1;
— безразмерное
значение массы
кислорода, необходимого для сгорания 1 кг жидкости;
с — изобарная теплоемкость продуктов горения (принимается равной теплоемкости воздуха с=1), кДж· кг-1·К-1;
Т0 — температура окружающей среды, принимаемая равной 293 К;
Н —теплота парообразования жидкости при температуре кипения, кДж·кг-1;
се — средняя изобарная теплоемкость жидкости в интервале от Т0 до Тк.
4.17.2. Если известны кинематическая вязкость пара или молекулярная масса и температура кипения исследуемой жидкости, то скорость турбулентного горения вычисляют с использованием экспериментальных данных по формуле
(24)
|
где mп |
— |
экспериментальное значение скорости выгорания в переходном режиме горения, полученное по пп. 4.16.2.5.— 4.16.3.2, кг·м-2·с-1; |
|
dп |
— |
диаметр горелки, в которой получено значение mп, м. Рекомендуется использовать горелку диаметром 30 мм. Если в горелке диаметром 30 мм наблюдается ламинарный режим горения, следует применять горелку большего диаметра. |
Относительная погрешность расчета по формулам (16) и (24) не превышает 21 % .
4.17.3. Если не известны кинематическая вязкость паров или молекулярная масса и температура кипения исследуемой жидкости, то оценку скорости выгорания проводят в следующем порядке.
4.17.3.1. Находят скорость выгорания жидкости в горелках диаметром 10, 15, 18, 20, 25 и 30 мм согласно пп. 4.16.2.5—4.16.3.2. Полученные результаты заносят в табл.14.
Таблица 14
|
Диаметр
горелки |
Скорость
выгорания |
Режим горения (визуальное наблюдение) |
м4·с-2 |
кг·м-1·с-1 |
|
|
|
|
|
|
, кг · м-2·с-1
,
Полезная информация: