Tр -температура среды в аппарате, 0С. 6 страница

Данные о способности веществ взрываться и гореть при взаимном контакте необходимо включать в стандарты или технические условия на вещества, а также следует применять при определении категории помещений по взрывопожарной и пожарной опасности в соответствии с требованиями норм технологического проектирования; при выборе безопасных условий проведения технологических процессов и условий совместного хранения и транспортирования веществ и материалов; при выборе или назначении средств пожаротушения.

Предварительные испытания веществ на способность взрываться и гореть при взаимодействии друг с другом проводят путем контакта капли, кристаллика или небольшого количества порошкообразного вещества с таким же количеством другого вещества или подачей нескольких капель одного вещества на избыточное количество (до 1 см³) другого вещества.

Если при этом происходит энергичное взаимодействие (взрыв или самовоспламенение) веществ, то такие вещества являются несовместимыми.

Если при контакте малых количеств веществ не происходит активного взаимодействия, то в последующих испытаниях исследуют двухкомпонентные смеси испытуемых веществ в соотношении 10:10, 2:18 и 18:2 см³ (общим объемом 20 см³).

Образцы исследуемых веществ помещают в отдельные реакционные сосуды, устанавливают их в термостат с заданной температурой испытания и выдерживают в течение (40±10) мин до выравнивания температур исследуемых веществ и рабочей зоны термостата (оценивается по показаниям термоэлектрических преобразователей: два из которых измеряют температуры в центре образцов исследуемых веществ, третий — температуру рабочей зоны термостата).

За температуру испытания принимают показания термоэлектрического преобразователя, измеряющего температуру рабочей зоны термостата.

После выравнивания температур образцов и рабочей зоны термостата, разница между которыми не должна превышать 3°С, смешивают исследуемые вещества в одном из реакционных сосудов.

Испытание веществ на способность взрываться и гореть при взаимодействии друг с другом длится не менее 2 ч.

Для каждой смеси проводят по три испытания при каждой из температур: 25, 50 и 100°С.

Температура испытания не должна быть равной температуре изменения агрегатного состояния вещества.

Если за время не менее 2 ч температура смеси в каждом испытании увеличится не более чем на 5°С, то вещества считают совместимыми с точки зрения пожарной безопасности и допускается их совместное хранение.

Если температура смеси твердых веществ хотя бы в одном испытании увеличится более чем на 5°С, то для окончательного вывода о совместимости веществ определяют условия теплового самовозгорания данной смеси.

В случае выявления способности данной смеси к тепловому самовозгоранию считают недопустимым совместное хранение исследуемых веществ.

60. Что такое нормальная скорость распространения пламени, для каких веществ определяется, ее практическое применение?

Важнейшим вопросом теории горения является распространение пламени (зоны резкого возрастания температуры и интенсивной реакции). Различают следующие режимы распространения пламени (горения):

- нормальный режим горения;

- дефлаграционное горение;

- детонация.

Нормальный режим горения наблюдается при спокойном гетерогенном двухфазном диффузионном горении. Скорость горения будет определяться скоростью диффузии кислорода к горючему веществу в зону горения. Распространение пламени происходит от каждой точки фронта пламени по нормали к его поверхности. Такое горение и скорость распространения пламени по неподвижной смеси вдоль нормали к его поверхности называют нормальным (ламинарным). Нормальные скорости горения невелики. В этом случае повышения давления и образования ударной волны не происходит.

Нормальной скоростью распространения пламени называется линейная скорость перемещения элемента фронта пламени относительно неподвижной среды в направлении нормали к поверхности фронта в данном месте.

Нормальная скорость горения является важной характеристикой горения газов. В частности, ее величина определяет возможность перехода горения в детонацию и является одним из основных критериев пожаровзрывоопасности горючей смеси. Значение U_nможет меняться в широких пределах - от нескольких см/сек до десятков м/сек в зависимости от состава горючей смеси. Для практических расчетов (например, горелок и котлов) используют массовую скорость горения – количество горючего, сгорающего на единице поверхности фронта в единицу времени:

, г·м^-2·сек^-1, (1)

где ₀- плотность исходной смеси, c₀ – относительное содержание горючего в смеси.

Нормальную скорость U_n необходимо отличать от фактической скорости распространения пламени V, которая, как говорилось выше, существенно зависит от гидродинамики потока. Наблюдаемая скорость распространения пламени во столько раз больше нормальной скорости, во сколько раз площадь фронта пламени больше сечения трубки.

Поскольку температура горения является главным фактором, определяющим скорость пламени – для данного состава горючей смеси, величина скорости зависит в первую очередь от соотношения концентраций горючего и окислителя и общего содержания инертных компонентов. Если при фиксированном соотношении содержаний горючего и окислителя к их смеси добавлять инертные компоненты, температура горения понижается, так как энергия химического превращения затрачивается на нагревание дополнительных компонентов смеси продуктов сгорания.

Скорость ламинарного пламени зависит от следующих факторов:

- состав смеси. Если изменять концентрацию горючего, то U_nувеличивается, начиная с нижнего предела воспламенения, и достигает максимума при значении коэффициента избытка окислителя чуть меньше единицы 1, а затем снова снижается вплоть до верхней границы распространения;

- температура. Повышение начальной температуры смеси приводит к существенному возрастанию скорости горения. Согласно экспериментальным данным в зависимости от состава горючей смеси;

- давление. Влияние давления на скорость горения неоднозначно. В случае медленно горящих смесей (U_n 0.5 м/ сек ) скорость горения снижается с ростом давления, а для быстрогорящих смесей (U_n 1.2 м/ сек) – наоборот возрастает.Для приближенных расчетов пользуются следующей зависимостью: ;

- добавки инертного газа. Разбавление горючей смеси инертным газом приводят к снижению конечной температуры пламени и соответствующему снижению скорости горения.

61. Что такое скорость выгорания, для каких веществ определяется, ее практическое применение?

Скорость выгорания - количество жидкости, сгорающей в единицу времени с единицы площади. Скорость выгорания характеризует интенсивность горения жидкости.

Значение скорости выгорания следует применять при расчетных определениях продолжительности горения жидкости в резервуарах, интенсивности тепловыделения и температурного режима пожара, интенсивности подачи огнетушащих веществ.

Рис. 1. - Установка для определения скорости выгорания жидкости: 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

Устанавливают соответствие исследуемой жидкости паспортным данным. Перед началом испытания жидкость должна иметь температуру (20 ±3) °С.

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.

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.

Заполняют заправочную емкость исследуемой жидкостью и проверяют работу установки. Если исследуемая жидкость имеет давление пара выше допустимого, наблюдаются явления, подобные случаю нарушения герметичности заправочной емкости.

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 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.

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.

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.

Испытание прекращают после того, как регистрирующий прибор зафиксирует прямолинейный участок длиной не менее 1/3 длины шкалы показаний регистрирующего прибора.

Проводят еще два параллельных испытания на той же горелке.

Оценка результатов.

Массовую скорость выгорания каждого испытания (mi) в кг · м-2 · с-1 вычисляют по формуле:

, (1)

где w - скорость движения диаграммной ленты, мм· с-1;

D l - проекция прямолинейного участка диаграммы на ось абсцисс, мм;

d - внутренний диаметр горелки, мм;

R - градуировочный коэффициент, мм · г-1;

D t - проекция прямолинейного участка диаграммы на ось ординат, мм. Вычисления проводят с точностью до 4-го знака после запятой.

Вычисляют среднее арифметическое значение скорости выгорания ( ) по результатам, полученным при испытании исследуемой жидкости на горелке данного диаметра. За скорость выгорания исследуемой жидкости принимают скорость выгорания в турбулентном режиме.

Сходимость метода при доверительной вероятности 95 % не должна превышать 15 %

Воспроизводимость метода при доверительной вероятности 95 % не должна превышать 23 % .

62. Коэффициент дымообразования, определение, классификация, область применения, сущность метода определения?

Коэффициент дымообразования - показатель, характеризующий оптическую плотность дыма, образующегося при пламенном горении или термоокислительной деструкции (тлении) определенного количества твердого вещества (материала) в условиях специальных испытаний.

Значение коэффициента дымообразования следует применять для классификации материалов по дымообразующей способности. Различают три группы материалов:

- с малой дымообразующей способностью - коэффициент дымообразования до 50 м²^·кг^-1 включ.;

- с умеренной дымообразующей способностью - коэффициент дымообразования св. 50 до 500 м²^·кг^-1 включ.;

- с высокой дымообразующей способностью - коэффициент дымообразования св. 500 м²^·кг^-1.

Значение коэффициента дымообразования необходимо включать в стандарты или технические условия на твердые вещества и материалы.

Сущность метода определения коэффициента дымообразовання заключается в определении оптической плотности дыма, образующегося при горении или тлении известного количества испытуемого вещества или материала, распределенного в заданном объеме.

Рис. 1. - Установка для определения коэффициента дымообразования:

1 - камера сгорания; 2 - держатель образца; 3 - окно из кварцевого стекла; 4, 7 - клапаны продувки; 5- приемник света; 6 - камера измерений; 8 - кварцевое стекло; 9 - источник света; 10 - предохранительная мембрана; 11 - вентилятор; 12 - направляющий козырек; 13 - запальная горелка; 14 - вкладыш; 15 - электронагревательная панель

63. Что такое индекс распространения пламени, для каких веществ определяется, его практическое применение?

Индекс распространения пламени - условный безразмерный показатель, характеризующий способность веществ воспламеняться, распространять пламя по поверхности и выделять тепло.

Значение индекса распространения пламени следует применять для классификации материалов:

- не распространяющие пламя по поверхности - индекс распространения пламени равен 0;

- медленно распространяющие пламя по поверхности - индекс распространения пламени св. 0 до 20 включ.;

- быстро распространяющие пламя по поверхности - индекс распространения пламени св. 20.

Сущность метода определения индекса распространения пламени заключается в оценке способности материала воспламеняться, выделять тепло и распространять пламя по поверхности при воздействии внешнего теплового потока.

Рис. 2. - Установка для определения индекса распространения пламени:

1 - стойка; 2 - электрическая радиационная панель; 3 - рамка держателя образца; 4 - вытяжной зонт; 5 - запальная горелка

64. Что такое показатель токсичности продуктов горения полимерных материалов, для каких веществ определяется, его практическое применение?

Показатель токсичности продуктов горения - отношение количества материала к единице объема замкнутого пространства, в котором образующиеся при горении материала газообразные продукты вызывают гибель 50% подопытных животных.

Значение показателя токсичности продуктов горения следует применять для сравнительной оценки полимерных материалов, а также включать в технические условия и стандарты на отделочные и теплоизоляционные материалы. Классификация материалов по значению показателя токсичности продуктов горения приведена в табл. 2.

Таблица 2

Классификация материалов по значению показателя токсичности продуктов горения

Класс опасности	времени экспозиции, мин

Чрезвычайно опасные	До 25	До 17	До 13	До 10
Высокоопасные	25—70	17—50	13—40	10—30
Умеренноопасные	70—210	50—150	40—120	30—90
Малоопасные	Св.210	Св. 150	Св. 120	Св. 90

Сущность метода определения показателя токсичности заключается в сжигании исследуемого материала в камере сгорания при заданной плотности теплового потока и выявлении зависимости летального эффекта газообразных продуктов горения от массы материала, отнесенной к единице объема экспозиционной камеры.

65. Что такое минимальное взрывоопасное содержание кислорода, для каких веществ определяется, его практическое применение?

Минимальное взрывоопасное содержание кислорода - такая концентрация кислорода в горючей смеси, состоящей из горючего вещества, воздуха и флегматизатора, меньше которой распространение пламени в смеси становится невозможным при любой концентрации горючего в смеси, разбавленной данным флегматизатором.

Значение минимального взрывоопасного содержания кислорода следует применять при разработке мероприятий по обеспечению пожаровзрывобезопасности технологических процессов в соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.004 и ГОСТ 12.1.010.

Сущность метода определения минимального взрывоопасного содержания кислорода заключается в испытании на воспламенение газо-, паро- или пылевоздушных смесей различного состава, разбавленных данным флегматизатором, до выявления минимальной концентрации кислорода и максимальной концентрации флегматизатора, при которых еще возможно распространение пламени по смеси.

Рис. 1. - Установка для определения минимального взрывоопасного содержания кислорода: 1 - термошкаф; 2 - реакционный сосуд; 3 - смотровое окно; 4 - продувочный патрубок; 5 - термоэлектропреобразователь блока регулирования температуры; 6 - задвижка; 7 - вентиляционный патрубок; 8 - испаритель; 9 - вентиль; 10 - ртутный манометр; 11 - пневмопульт; 12 - газовый термометр; 13 - датчик термометра; 14 - электроды источника зажигания; 15 - огнепреградитель; 16 - нижняя крышка; 17 - коромысло; 18 - шестерни; 19 - продувочное отверстие; 10 - заслонка; 21 - штурвал; 22 - вентилятор; 23 - электродвигатель; 24 - электронагреватели; 25- перемешиватели; 26 - источник зажигания; 27 - электропульт; 28 - блок регулирования температуры

66. Что такое минимальная флегматизирующая концентрация флегматизатора, для каких веществ определяется, ее практическое применение?

Минимальная флегматизирующая концентрация флегматизатора - наименьшая концентрация флегматизатора в смеси с горючим и окислителем, при которой смесь становится неспособной к распространению пламени при любом соотношении горючего и окислителя.

Значение минимальной флегматизирующей концентрации флегматизатора следует применять при разработке мероприятий по обеспечению пожаровзрывобезопасности технологических процессов методом флегматизации в соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.004 и ГОСТ 12.1.010.

Сущность метода определения минимальной флегматизирующей концентрации флегматизатора заключается в определении концентрационных пределов распространения пламени горючего вещества при разбавлении газо-, паро- и пылевоздушной смеси данным флегматизатором и получении «кривой флегматизации». Пик «кривой флегматизации» соответствует значению минимальной флегматизирующей концентрации флегматизатора.

67. Что такое максимальное давление взрыва, для каких веществ определяется, его практическое применение?

Максимальное давление взрыва - наибольшее избыточное давление, возникающее при дефлаграционном сгорании газо-, паро- или пылевоздушной смеси в замкнутом сосуде при начальном давлении смеси 101,3 кПа.

Значение максимального давления взрыва следует применять при определении категории помещений по взрывопожарной и пожарной опасности в соответствии с требованиями норм технологического проектирования, при разработке мероприятий по обеспечению пожаровзрывобезопасности технологических процессов в соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.004 и ГОСТ 12.1.010.

Сущность метода определения максимального давления взрыва заключается в зажигании газо-, паро- и пылевоздушной смеси заданного состава в объеме реакционного сосуда и регистрации избыточного развивающегося при воспламенении горючей смеси давления. Изменяя концентрацию горючего в смеси, выявляют максимальное значение давления взрыва.

Рис. 1. - Установка для определения показателей взрыва пылевоздушных смесей: 1 - реакционный сосуд; 2 - конус распылителя; 3 - форкамера; 4 - обратный клапан; 5 - клапан с электроприводом; 6 - манометр; 7 - ресивер; 8 - газоанализатор: 9 - пульт управления; 10 - источник зажигания; 11 - регистрирующая аппаратура; 12 - датчик давления

68. Что такое скорость нарастания давления при взрыве, для каких веществ определяется, ее практическое применение?

Скорость нарастания давления взрыва - производная давления взрыва по времени на восходящем участке зависимости давления взрыва горючей смеси в замкнутом сосуде от времени.

Значение скорости нарастания давления взрыва следует применять при разработке мероприятий по обеспечению пожаровзрывобезопасности технологических процессов в соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.004 и ГОСТ 12.1.010. Сущность метода определения скорости нарастания давления заключается в экспериментальном определении максимального давления взрыва горючей смеси в замкнутом сосуде, построении графика изменения давления взрыва во времени и расчете средней и максимальной скорости по известным формулам. Концентрационный предел диффузионного горения газовых смесей в воздухе (ПДГ) - предельная концентрация горючего газа в смеси с разбавителем, при которой данная газовая смесь при истечении в атмосферу не способна к диффузионному горению.

Концентрационный предел диффузионного горения газовых смесей в воздухе следует учитывать при разработке мероприятий по обеспечению пожаровзрывобезопасности технологических процессов в соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.004-91 и ГОСТ 12.1.010-76.

Сущность метода определения концентрационного предела диффузионного горения газовых смесей в воздухе заключается в определении предельной концентрации горючего газа в смеси с разбавителем, при которой данная газовая смесь не способна к диффузионному горению. При этом фиксируется предельная скорость подачи газовой смеси. Метод определения концентрационного предела диффузионного горения газовых смесей в воздухе применим для смесей с температурой 20-300 °С.

69. Тепловая теория гашения пламени

Как известно, боевая работа на пожаре ведется, в общем случае, сразу по нескольким направлениям: спасание людей, сохранение материальных ценностей, прекращение горения. В рамках данной дисциплины рассматривается только одна составляющая тушения пожара - прекращение горения, общие принципы, пути и способы достижения этой цели. Важность понимания этих вопросов обусловлена тем, что на пожаре основным процессом является процесс горения. Поэтому, с физической точки зрения, прекращение горения во всех его видах означает ликвидацию пожара.

Обычно, при рассмотрении вопросов, связанных с возникновением и прекращением горения используют понятие «классического треугольника горения». Суть его сводится к тому, что процесс горения возникает и развивается когда во времени и пространстве сходятся: горючее вещество, источник зажигания и окислитель (рис. 1). Если разорвать любую связь или исключить один из элементов данной схемы горение станет невозможным.

Рис. 1. - Схема «классического треугольника горения»

Пламенное горение на пожаре является диффузионным, т.е. газообразное горючее непрерывно поступает в зону горения, смешивается с газообразным окислителем и воспламеняется от источника зажигания. На пожаре таким непрерывно действующим источником зажигания является само пламя. Следовательно, ликвидация факела пламени означает исключение из треугольника пожара одного угла - источника зажигания и является условием необходимым для прекращения горения. Однако выполнение только этого условия не всегда достаточно для тушения пожара. Так, при горении многих твердых материалов (древесностружечных плит, древесины и т.д.) температура поверхности составляет 60 (Н700°С, что вполне достаточно для зажигания выделяющихся газообразных продуктов пиролиза и в отсутствие пламени. В таких случаях достаточным условием для тушения пожара является прекращение поступления горючих газов в зону горения, т.е. ликвидация еще одного угла треугольника пожара - горючего вещества.

Наиболее распространенной и наиболее научно обоснованной теорией прекращения процессов горения является тепловая теория потухания пламени. Суть ее сводится к тому, что в результате нарушения теплового равновесия в зоне химических реакций горения при определенных условиях самопроизвольное и непрерывное протекание этих реакций становится невозможным и процесс горения прекращается. Это происходит тогда, когда температура в зоне горения снижается до некоторого критического значения. В результате анализа параметров горения предварительно неперемешанных газов в зависимости от интенсивности подачи горючих компонентов в зону реакции Я.Б. Зельдович получил максимально возможную величину снижения температуры пламени:

(1)

Согласно тепловой теории потухания задача прекращения пламенного горения сводится к снижению температуры в зоне химических реакций до температуры потухания. Это достигается путем нарушения теплового равновесия в зоне протекания химических реакций горения, т.е. нарушения баланса процессов тепловыделения и теплоотвода.

Согласно тепловой теории потухания прекращение горения наступает в результате понижения температуры пламени до некоторой критической величины, называемой температурой потухания Тпот. Это достигается путем увеличения интенсивности теплоотвода из зоны горения и (или) уменьшением интенсивности тепловыделения за счет снижения скорости реакции горения.

Рис. 2. - Зависимость скорости тепловыделения q1 и теплоотвода q2 от температуры Т

Графики зависимостей q1и q2 от температуры показаны на рис. 2.

Проекция точки пересечения графиков на ось абсцисс соответствует температуре диффузионного пламени Тв. Очевидно, что в этой точке q1= q2 процесс горения является устойчивым.

Рассмотрим причину устойчивости. Допустим, что в силу каких-либо причин температура понизилась до Та, а законы тепловыделения и теплоотвода не изменились (т.е. взаимное расположение графиков q1и q2 осталось прежним). Видно, что в этом случае интенсивность тепловыделения станет больше интенсивности теплоотвода. Следовательно, система будет нагреваться более интенсивно, чем охлаждаться, и температура ее вернется к значению. Если, например, по инерции, температура повысится до То , интенсивность охлаждения (q1) станет больше интенсивности тепловыделения (q2). Соответственно температура начнет понижаться. Из всего сказанного следует, что для прекращения процесса горения недостаточно изменить только температуру, необходимо изменить параметры процессов тепловыделения и (или) теплоотвода.

70. Предельные режимы нормального горения, методы их оценки для реальных паровоздушных систем

Теория дефлаграционного горения не накладывает никаких ограничений на температуру горения газопаровоздушных смесей, а значит, и на величину нормальной скорости распространения пламени. Температура горения Тг может снижаться вплоть до температуры исходной горючей смеси Т0. Однако в действительности это не так.

В реальных горючих системах существенную роль играют еще и другие виды теплопотерь из зоны горения. Все зависит от формы и, особенно, от поперечного сечения сосуда, емкости или аппарата с горючей смесью.

Классическая тепловая теория распространения пламени позволяет оценить величину дополнительных тепловых потерь из зоны горения как в стенку, так и на излучение, и учесть их при расчетах скорости распространения пламени.

Величина этих потерь может достигать 40 % от Qн.

Тепловая теория позволяет сделать еще один очень важный для практики вывод. Кинетические закономерности накладывают очень жесткие ограничения на процессы горения и распространения пламени, а именно, при снижении температуры горения в результате теплопотерь на величину:

q = RT₂/E (характеристический интервал температуры) (1)

скорость химических реакций, а значит, и скорость распространения пламени, снижается в e раз, и горение прекращается.

Это значит, что существует критическое значение u_н(к_р), которое равно: