ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Санкт-Петербургский государственный технологический институт

(Технический университет)

Кафедра инженерной защиты окружающей среды

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

КОНЦЕНТРАЦИОННЫХ ПРЕДЕЛОВ

РАСПРОСТРАНЕНИЯ ПЛАМЕНИ

В ГАЗОВОЗДУШНЫХ СМЕСЯХ

Методические указания к лабораторной работе для студентов заочной формы обучения

Санкт-Петербург

2008

УДК 502.3

РЕДИН В.И., АНТОНЕНКОВ А.Г. ?Определение концентрационных пределов распространения пламени в газовоздушных смесях?: Методические указания.-СПбГТИ(ТУ),2008. 17 с.

В методических указаниях приводится методика расчета и определения одного из основных пожаротехнических показателей -концентрационных пределов распространения пламени горючих газов в смеси с воздухом. Приводится его значимость для обеспечения пожаровзрывобезопасности производственных процессов, производственных зданий и жилых помещений. Рассматриваются факторы, влияющие на численное значение области воспламенения.

Методические указания предназначены для студентов заочной формы обучения по специальности 280202 ?Инженерная защита окружающей среды? и соответствуют стандарту специальности и рабочей программе по дисциплине ? Безопасности жизнедеятельности?.

Рецензент: ЕВТЮКОВ Н.З., доктор химических наук, профессор кафедры технологии органических покрытий СПбГТИ (ТУ)

Утверждены в качестве методических указаний на заседании методической комиссии факультета защиты окружающей среды.

Рекомендованы к изданию РИСо СПбГТИ (ТУ)

ВВЕДЕНИЕ

Разработка эффективных профилактических мероприятий, борьба со взрывами и успешное тушение возникающих пожаров в решающей степени зависят от правильности и полноты оценки пожаровзрывоопасности веществ и материалов, обращающихся или образующихся на производстве.

В нашей стране принята унифицированная система оценки взрывопожароопасности веществ и материалов, регламентированная ГОСТом 12.1.044-84 ?ССБТ. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения?.

Нижний (верхний) концентрационный предел распространения пламени (воспламенения)-это минимальное (максимальное) содержание горючего в смеси ?горючее вещество - окислительная среда?, при котором возможно распространение пламени по смеси на любое расстояние от источника зажигания. Между этими пределами находится область взрывоопасных концентраций - "область воспламенения". Повышение давления приводит к расширению области воспламенения, причем, главным образом, за счет уменьшения нижнего предела. При падении давления ниже атмосферного происходит резкое сужение области воспламенения. Для каждой системы существует определенное минимальное давление, ниже которого в смеси любого состава распространение пламени невозможно (предел по давлению).

С повышением начальной температуры смеси область воспламенения расширяется, поскольку снижается нижний предел и повышается верхний, причем более сильное влияние температура оказывает на верхний предел. Для количественного учета влияния температуры можно воспользоваться правилом: при повышении температуры горючей смеси на каждые 100?С нижний предел снижается на 10%, от начальной величины, определенной при нормальных условиях, а верхний - увеличивается на 15%.

Влияние температуры на область воспламенения объясняется увеличением скорости горения при предельных концентрациях смесей. Определенное влияние на область воспламенения оказывает концентрация окислителя в смеси и наличие инертных паров и газов. Увеличение содержания кислорода в смеси горючее - окислитель приводит к расширению области воспламенении, в основном это обусловлено возрастанием верхнего предела. При введении в смесь инертных компонентов происходит сужение области воспламенения, так как снижается верхний предел, нижний предел практически не меняется. На значения концентрационных пределов распространения пламени оказывает влияние объем и диаметр сосуда или аппарата, от которых зависит поверхность теплоотдачи, приходящаяся на единицу объема смеси.

Влияние всех перечисленных факторов на область воспламенения необходимо учитывать па практике при использовании табличных данных, которые, как правило, определяются при нормальных условиях. Экспериментально концентрационные пределы распространения пламени по газопаровоздушным смесям определяют на приборе КП-1.

Допускается использовать экспериментальные и расчетные значения концентрационных пределов распространения пламени. Значение нижнего концентрационного предела распространения пламени следует применять при определении категории помещений и зданий по пожаровзрывоопасности.

Значения нижнего и верхнего концентрационных пределов распространения пламени следует применять при расчете взрывобезопасных концентраций газов и паров внутри технологического оборудования, трубопроводов, при проектировании вентиляционных систем, а также при расчете предельно допустимых взрывобезопасных концентраций газов и паров в воздухе рабочей зоны с потенциальными источниками зажигания в соответствии с требованиями нормативных документов.

Величину безопасной концентрации горючего газа или пара С_без определяют из условия:

С_без ? С_н К_б ^--1; ( 1 )

С_без ? С_в К_б

где С_н, С_в - соответственно нижний и верхний концентрационные пределы распространения пламени по газопаровоздушным смесям; К_б-коэффициент безопасности, который: рассчитывают по формуле

К_б = К_п/1- t_(m)ad , (2)

где К_п-коэффициент, учитывающий систематическую погрешность метода определения пределов; t_(m)a- квантиль распределения Стьюдента при т степенях свободы и уровне значимости а; d - коэффициент вариации экспериментального показателя пожаровзрывоопасности.

На практике часто пользуются следующим правилом. Величина концентрации горючего газа или пара, составляющая 50% от нижнего предела распространения пламени или на 50% превышающая верхний предел распространения пламени, является взрывобезопасной.

Содержание горючих газов в воздухе производственных помещений не должно превышать 50% от нижнего предела воспламенения, а также значений ПДК. по санитарным нормам.

Правильный выбор категории помещений и зданий а также класса взрывоопасных зон в помещениях и у наружных установок имеет большое значение для обеспечения взрывопожаробезопасности производства, так как позволяет определить требования к конструкции технологического и электротехнического оборудования, к системам вентиляции и отопления, к генеральному плану предприятия, к конструктивным элементам и устройству производственных зданий и т. п.

Согласно правилам устройства электроустановок (ПУЭ) взрывоопасные зоны производственных помещений и наружных установок в зависимости от условий образования взрывоопасных смесей при работе с горючими газами и парами подразделяются на классы B-I, B-1a, B-I6 и В-1г (см. Приложение 2).

По нормам пожарной безопасности помещения , связанные с применением горючих газов и ЛВЖ, подразделяются на категории А и Б (см. Приложение 1 ).

Цель работы: 1. Экспериментально установить область распространения пламени горючего газа с воздухом. 2. Определить класс взрывоопасной зоны в помещении и у наружных установок при применении электрооборудования. 3. Определить категорию взрывопожарной опасности помещения. 4. Определить допустимую взрывобезопасную концентрацию горючих газов внутри технологического оборудования и в производственных помещениях.

1. Описание установки

Сущность метода определения концентрационных пределов распространения пламени заключается в зажигании газовоздушной смеси в объеме взрывного цилиндра и установлении факта наличия или отсутствия распространения пламени. Изменяя концентрацию горючего в смеси, устанавливают ее минимальное и максимальное значения, при которых происходит распространение пламени.

Установка (рис.) состоит из взрывного цилиндра 6 с предохранительными клапанами, мерного цилиндра 5 для забора газа, двух аспираторов с водой 1, 9 и источника горючего газа. 10.

Схема установки для определения концентрационных пределов распространения пламени

Мерный цилиндр градуирован на 45 см³, сверху имеет трехходовой кран 3, а снизу резиновым шлангом соединен с аспиратором 1. Взрывной цилиндр 6 объемом 200 см³ изготовлен из тугоплавкого стекла, в верхней и нижней частях плотно закрыт резиновыми пробками, через которые пропущены два медных электрода, соединенных с индуктором ВИ-100-8, предназначенными для создания искрового разряда нажатием кнопки 7. Сверху взрывной цилиндр с помощью крана 4 соединен с мерным цилиндром 5 и атмосферой. Снизу взрывной цилиндр соединен резиновым шлангом с аспиратором 9, предназначенным для забора необходимого объема воздуха.

2. Порядок выполнения работы

1. Для облегчения экспериментального поиска концентрационных пределов воспламенения исследуемого горючего газа необходимо предварительно рассчитать их по формуле

С_п = 100/аb + b (3)

где С_п - нижний или верхний концентрационные пределы, а, b - константы: для нижнего предела а = 8,684 и b = 4,679; для верхнего предела а =1,550 и b = 0,560 при b?7,5 и а = 0,768, b = 6,554 при b>7,5; b- стехиометрический коэффициент кислорода, равный числу молей кислорода, приходящихся на 1 моль горючего вещества при его полном сгорании.

Стехиометрический коэффициент кислорода находят по уравнению реакции горения.

2.Рассчитать, какой объем горючего газа необходимо ввести во взрывной цилиндр 6 для создания взрывоопасной концентрации, соответствующей нижнему (верхнему) пределу воспламенения по формуле:

V_г = C_п V_ц/100 (4)

где V_г-объем испытуемого горючего газа, соответствующий нижнему (верхнему) пределу воспламенения, см³; С_п - нижний или верхний пределы воспламенения, об. %; V_ц - объем взрывного цилиндра (Vц - 200 см³).

3. Включить электротрансформатор в сеть и нажатием кнопки 7 проверить образование искры между электродами во взрывном цилиндре 6.

4. Заполнить мерный цилиндр 5 водой, для чего поднять аспиратор 1, кран 3 поставить в положение ?взрывной цилиндр?, кран 4 в положение ?мерный цилиндр?. После заполнения мерного цилиндра водой закрыть кран 3 и поставить аспиратор 1 в нижнее положение.

5. Заполнить взрывной цилиндр 6 водой, для чего кран 4 поставить в положение ?воздух? и поднять аспиратор 9. За­тем закрыть кран 4 и опустить аспиратор 9. 6.Открыть кран газовой линии 2, кран 3 поставить в положение "газ" и забрать рассчитанное количество газа в мерный цилиндр 5.

7.Повернуть кран 3 в положение ?взрывной цилиндр?, кран 4 в положение ?мерный цилиндр? и поднятием аспиратора 1 переместить забранный объем газа во взрывной цилиндр 6, закрыть кран 3. 8.Кран 4 повернуть в положение ?воздух?, забрать необходимый объем воздуха во взрывной цилиндр 6, и как только он освободится от воды, кран 4 закрыть. 9.Дать выдержку в течение 1-2 мин для создания равномерной концентрации газа по всему объему цилиндра 6. . 10.Нажать кнопку источника воспламенения 7 и наблюдать результат опыта. 11.При определении нижнего предела воспламенения в случае отсутствия взрыва повторить опыт, увеличивая содержание горючего газа в смеси на 1 см³, а при взрыве уменьшить содержание газа в смеси на 1 см³.В случае определения верхнего предела воспламенения при отсутствии взрыва повторить опыт, уменьшив содержание горючего газа в смеси на 1 см³, а при взрыве - увеличив на 1 см³.

Результаты определения пределов воспламенения подтвердить не менее двух раз.

12.Составить таблицу наблюдений по следующей форме:

Номер опыта	Объем газа во взрывном цилиндре, мл.	Концентрация газа во взрывном цилиндре, %об.	Результат опыта

13. На основании полученных результатов определить: а) концентрационные пределы воспламенения исследуемого газа; б) допустимые взрывобезопасные концентрации газа в технологическом оборудовании и помещении; в) категорию помещения по степени взрывопожарной опасности и класс взрывоопасной зоны помещений и наружных установок (характеристику технологического процесса получить у преподавателя); г) требуемое исполнение применяемого электрооборудования.