Что такое нижний температурный предел распространения пламени
Перейти к содержимому

Что такое нижний температурный предел распространения пламени

  • автор:

53.Температурные пределы распространения пламени в воздухе, их расчет.

Температурные пределы распространения пламени (ТПРП) – такие температуры вещества, при которых его насыщенные пары образуют в концентрированной среде концентрации равные нижнему и верхнему концентрационному пределу распространения пламени. ТПРП веществ:

— этиловый спирт – 11…41

— уксусная кислота – 35…76

— метиловый спирт – 5…39

— диэтиловый эфир — -45…-13

Значения ТПРП следует применять при разработке мероприятий по обеспечению пожаро-взрывобезопасности на производстве, при оценке аварийных ситуаций связанных с розливом ЛВПС и горючих жидкостей. ТПРП можно пересчитать в концентрационные по след. формуле:

, — давление насыщенных паров, соотв. Нижнему и верхнему температурным пределам.

Кроме того расчет ТПРП индивидуальных веществ определяют:

К,l – параметры постоянные в пределах гомологического ряда(для спиртов Кн=0,61, lн=38, Кв=0,69, lв=15)

Температурные пределы экспериментально определяют на приборе ТП, основной частью которого явл. трехгорлая колба d=65мм, h=125мм, куда заливается 70 мл исследуемой жидкости

54 Концентрационные пределы распространения пламени паров и газов в воздухе, их расчет.

Газовоздушные смеси воспламеняются только в определенном интервале концентраций горючего вещества, границы которого называются нижним и верхним концентрационными пределами воспламенения.

Нижний концентрационный предел воспламенения — наименьшая концентрация горючего газа(пыли), при которой смесь уже способна воспламеняться от источника зажигания и пламя распространяется на весь объем смеси.

Верхний концентрационный предел воспламенения — наибольшая концентрация горючего газа(пыли), при которой смесь еще способна воспламеняться от источника зажигания и пламя распространяется на весь объем смеси.

Концентрационные пределы воспламенения зависят в основном от содержания инертных компонентов в смеси(СО2, N2 и др.), а также от ее давления и температуры. При возрастании давления и температуры область воспламенения горючих смесей расширяется, при уменьшении – сужается.

Для расчета нижнего(НП) и верхнего(ВП) пределов воспламенения индивидуальных горючих веществ можно использовать следующие эмперические формулы(в % об.):

где N – число молей – атомов кислорода, участвующих в сгорании 1 моля горючего.

Для сложной газовоздушной смеси известного состава пределы воспламенения можно подсчитать по формуле Ле-Шателье (% об.):

где П — предел воспламенения(нижний или верхний), % об.;

С1, С2, Сn — концентрация горючих компонентов в горючей смеси;

П1, П2, Пn — пределы воспламенения чистых компонентов смеси, % об.

Минимальной энергией зажигания – наименьшая величина энергии электрического разряда (мДж), которая достаточна для зажигания наиболее легковоспламеняемой смеси данного газа, пара или пыли с воздухом.

Наиболее пожаро- и взрывоопасными являются газы, имеющие широкую область воспламенения, низкий нижний концентр. предел воспламенения , небольшую энергию зажигания, большую нормальную скорость распространения пламени.

Предел воспламенения и максимальные концентрации в воздухе

Горючие газы – газы, которые хорошо поддерживают процесс горения и распространения огня.

Для поддержания процесса горения обязательно нужен окислитель. Воздух и входящий в него кислород – самые распространенные окислители. Они же являются газами-разбавителями для ПГС.

Горючие газы способны легко воспламеняться и приводить к взрыву при достижении определенной концентрации в смеси с воздухом или кислородом. Если концентрация горючего газа в смеси больше или меньше пределов распространения пламени, взрыва не произойдет. В этом случае говорят, что смесь слишком «богатая», или слишком «бедная» на горючий газ.

НКПР — нижний концентрационный предел распространения пламени – минимальная концентрация горючего газа в однородной смеси с окислителем, при которой возможно распространение пламени по смеси. Если концентрация горючего газа в смеси меньше НКПР, смесь не способна к распространению пламени, поскольку при горении такой «бедной» смеси выделяется так мало тепла, что его не хватает для прогрева и воспламенения остальных объемов газа.

ВКПР — верхний концентрационный предел распространения пламени – максимальная концентрация горючего газа в однородной смеси с окислителем, при котором возможно распространение пламени по смеси. Если концентрация горючего вещества в смеси превышает ВКПР, то количества окислителя в смеси недостаточно для полного сгорания горючего газа.

Область воспламенения — диапазон концентраций, находящийся выше нижнего (НКПР) и ниже верхнего (ВКПР) пределов воспламенения. Горючий газ, концентрация которого находится в пределах этой ограниченной области, способен воспламеняться от искры, вызванной обыкновенным статическим электричеством или трением.

Смесь с концентрацией горючего газа, входящей в область воспламенения, является взрывоопасной. Чем шире диапазон области воспламенения и ниже НКПР, тем более взрывоопасен горючий газ.

Значения НКПР и ВКПР по горючим газам приведены в ГОСТ 31610.20-1-2020.

Ниже приведены значения НКПР и ВКПР для компонентов газовых смесей, выпускаемых на нашем производстве. В последнем столбце в соответствии с «Технологическим регламентом» приведены максимальные концентрации компонентов в смеси с воздухом. Разница между НКПР и максимальной концентрацией компонента – запас, позволяющий безопасно производить, хранить и эксплуатировать газовые смеси с горючими газами. Этот запас обусловлен расчётами и подтверждён многолетним опытом работы.

Компонент Химическая формула Температура вспышки, о С Концентрационный предел распространения пламени в воздухе Температура самовоспламенения о С Максимальная концентрация компонента в воздухе изготавливаемых в ООО «ПГС-сервис», %
нижний НКПР верхний ВКПР
объемная доля, %
водород Н2 4 77 510 2,5
окись углерода СО 10,9 74 605 5,5
метан СН4 4,4 17 537 2,5
этан С2Н6 2,5 15,5 515 1,2
этилен С2Н4 2,3 36 425 1,3
ацетилен С2Н2 2,3 100 305 0
пропан С3Н8 -104 1,7 10,9 470 1,0
пропилен С3Н6 2 11 455 1,0
n-бутан i-С4Н10 -60 1,4 9,3 372 0,8
i-бутан n-С4Н10 1,3 9,8 460 0,7
изобутилен i-С4Н8 -80 1,6 10 384 0,8
изопентан i-С5Н12 -40 1,4 7,6 258 0,8
пентан n-С5Н12 -40 1,5 7,8 258 0,8
гексан С6Н14 -21 1 8,4 233 0,6
гептан С7Н16 -4 1,1 6,7 215 0,05
октан С8Н18 13 0,8 6,5 206 0,05
нонан С9Н20 30 0,7 5,6 205 0,05
декан С10Н22 46 0,7 5,6 201 0,05
бензол С6Н6 -11 1,2 8,6 560 0,8
толуол С7Н8 4 1,1 7,8 535 0,05
метанол CH3ОН 11 6,0 36 386 2,9
аммиак NH3 15,0 33,6 630 7,5
сероводород H2S 4,0 45,5 246 2,1

РАСЧЁТ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ПРЕДЕЛОВ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ПЛАМЕНИ

Температурные пределы распространения пламени служат для характеристики пожарной опасности горючих жидкостей.

Нижний температурный предел распространения пламени (НТПРП) — это наименьшая температура жидкости, при которой над её поверхностью создаётся концентрация насыщенного пара, равная НКПР пламени. При температуре жидкости ниже НТПРП смесь насыщенных паров с воздухом не способна воспламеняться от кратковременного воздействия источника пламени.

Верхний температурный предел распространения пламени (ВТПРП) — это наибольшая температура жидкости, при которой над её поверхностью создаётся концентрация насыщенного пара, равная ВКПР пламени. Выше этой температуры жидкость образует насыщенные пары, которые в смеси с воздухом в закрытом объёме воспламенять не могут, но могут гореть в диффузионной области при выходе из ёмкости в воздух.

Следовательно, если для горючего вещества известны концентрационные пределы распространения пламени, то по зависимости давления насыщенного пара от температуры могут быть найдены его температурные пределы.

Допустим, известен нижний концентрационный предел распространения пламени паров горючей жидкости. Необходимо найти HТПРП, т.е. температуру, при которой концентрация насыщенных паров над поверхностью этой жидкости будет равна НКПРП.

По концентрации паров н и в (значение НКПРП и ВКПРП) можно найти парциальное давление насыщенных паров Рн, кПа

где Р0 — атмосферное давление (общее давление паровоздушной смеси).

По давлению насыщенного пара нетрудно установить соответствующую температуру жидкости, которая и будет значением НТПВ или ВТПВ.

Зависимость давления насыщенного пара от температуры для большинства жидкостей известна и приведена в справочной литературе в виде таблиц (см. таблицу приложения 12), графиков или задана уравнением lgP = f(T) (константы приведены в таблице приложения 16).

Температурные пределы распространения можно определить также по эмпирической формуле, связывающей их с температурой кипения индивидуальных жидкостей и константами К и l, характерными для данного гомологического ряда:

tн(в) = К·Ткип — l , (66)

где tв(н) — нижний или верхний температурный предел распространения пламени, оС;

tкип — температура кипения, оС.

Значения К и l приведены в приложении 17.

ПРИМЕР: Рассчитать НТПРП бутилового спирта по нижнему концентрационному пределу распространения пламени.

  • 1. По справочнику или расчетом находим, что НКПР этилового спирта равен 1,8 %.
  • 2. Определяем, какому давлению насыщенного пара соответствует значение нижнего концентрационного предела:

3. Для нахождения соответствующей температуры можно воспользоваться таблицей приложения 12. По таблице находим, что при Р1 = 1,33 кПа Т1 = 303,2 К, а при Р2 = 2,67 кПа Т2 = 314,5 К. Следовательно, искомая температура, отвечающая нижнему температурному пределу, находится между 303,2 и 314,5 К. Интерполяцией находим НТПРП:

Значение Тн можно определить также по уравнению Антуана:

где Р — давление, кПа;

Т — температура, К (см. таблицу приложения 16).

Решая уравнение относительно Т, получим:

Для бутилового спирта А=11,72, В=2665, С= -6,4. Подставляя численные значения, получим: .

Ответ: нижний температурный предел бутилового спирта составил 308,6 К.

Температурные пределы распространения пламени можно также рассчитывать с использованием номограммы для определения упругости насыщенных паров при различных температурах (номограмма №1, рис. 3).

Нахождение температурных пределов является обратной задачей. Нахождение температурных пределов сводится к тому, что через точку, отвечающую заданному веществу, проводится прямая до пересечения её со шкалой температур при заданном значении давления насыщенного пара, значения которых находятся из формул (65) с использованием значений концентрационных пределов распространения пламени, взятых из справочной литературы. Для нахождения точных значений давления насыщенных паров или температурных пределов необходимо уметь находить цену деления в конкретных интервалах давлений насыщенных паров по формуле (60).

Нижний концентрационный предел распространения пламени

Нижний (верхний) концентрационный предел распространения пламени (НКПРП и ВКПРП) — минимальная (максимальная) концентрация горючего вещества (газа, паров горючей жидкости) в однородной смеси с окислителем (воздух, кислород и др.) при котором возможно распространение пламени по смеси на любое расстояние от источника зажигания (открытое внешнее пламя, искровой разряд).

Область значений графика зависимости КПРП в системе «горючий газ — окислитель», соответствующая способности смеси к воспламенению образует область воспламенения.

На значения НКПРП и ВКПРП оказывают влияние следующие факторы:

  • Свойства реагирующих веществ;
  • Давление (обычно повышение давления не сказывается на НКПРП, но ВКПРП может сильно возрастать);
  • Температура (повышение температуры расширяет КПРП за счет увеличения энергии активации);
  • Негорючие добавки — флегматизаторы;

Размерность КПРП может выражаться в объемных процентах или в г/м³.

Внесение в смесь флегматизатора понижает значение ВКПРП практически пропорционально его концентрации вплоть до точки флегматизации, где верхний и нижний пределы совпадают. НКПРП при этом повышается незначительно. Для оценки способности к воспламенению системы «Горючее+Окислитель+Флегматизатор» строят т.н. пожарный треугольник — диаграмму, где каждой вершине треугольника соответствует стопроцентное содержание одного из веществ, убывающее к противолежащей стороне. Внутри треугольника выделяют область воспламенения системы. В пожарном треугольнике отмечают линию минимальной концентрации кислорода (МКК), соответствующей такому значению содержания окислителя в системе, ниже которого смесь не воспламеняется. Оценка и контроль МКК важна для систем, работающих под вакуумом, где возможен подсос через неплотности технологического оборудования атмосферного воздуха.

В отношении жидких сред применимы также температурные пределы распространения пламени (ТПРП) — такие температуры жидкости и ее паров в среде окислителя, при которых ее насыщенные пары образуют концентрации, соответствующие КПРП.

КПРП определяют расчетным путем или находят экспериментально.

Применяется при категорировании помещений и зданий по взрывопожарной и пожарной опасности, для анализа риска аварии и оценки возможного ущерба, при разработке мер по предотвращению пожаров и взрывов в технологическом оборудовании.

См. также

Ссылки

Wikimedia Foundation . 2010 .

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *