Вопрос 3. Концентрационные пределы распространения пламени. Область воспламенения. Факторы, влияющие на область воспламенения.

Итак, мы уже рассмотрели механизм горения газов и газовоздушных смесей и распространение пламени по парогазовоздушным смесям.

Говорили, что скорость распространения пламени зависит от состава горючей смеси.

Иными словами, в зависимости от соотношения в смеси горючего и окислителя распространение горения может идти либо с максимальной скоростью, либо вообще прекратиться.

Необходимо вспомнить теорию окисления, об активных центрах в системе горючее - окислитель, о скорости химической реакции, а именно о реакции горения.

Итак, мы имеем следующие системы:

• горючее – горючее;

• окислитель- окислитель;

• окислитель- горючее.

Окислитель- горючее наиболее эффективная система.

Бедная смесь – избыток окислителя; богатая смесь – избыток горючего; равновесная смесь – горючее-окислитель. От того какая смесь зависит число соударений активных центров.

При отклонении стехиометрического соотношения в системе горючее-окислитель в ту или иную сторону, скорость химической реакции, а, следовательно, и скорость тепловыделения тоже будет изменяться (в сторону снижения).

Существует минимальная концентрация (нижний концентрационный предел «НКПВ») и максимальная концентрация (верхний концентрационный предел «ВКПВ») горючего газа в смеси с воздухом, при которых смесь может воспламениться от источника зажигания и пламя распространится на весь объем горючей смеси. ГОСТ 12.1.044-89 п.2.5

Интервал между НКПВ и ВКПВ является областью воспламенения.

Именно этот показатель – область воспламенения – необходимо учитывать для безопасной работы аппаратов и трубопроводов, заполненных газом или смесью газа с воздухом, а также и для паровоздушных смесей.

Область воспламенения характеризуется тем, что внутри нее все смеси горючего и окислителя способны воспламеняться от внешнего источника зажигания с последующим распространением горения на весь объем.

Чем ниже НКПВ, тем больше область воспламенения, тем большую опасность представляет тот или иной горючий газ или смесь газов.

Для области воспламенения характерно:

- максимальная скорость распространения пламени;

- максимальная температура горения;

- максимальное давление взрыва.

Область воспламенения можно изменить, меняя условия процесса горения или реакции окисления.

Факторы, влияющие на область воспламенения:

1. влияние мощности источника зажигания (с увеличением мощности источника зажигания область воспламенения увеличивается, с уменьшением мощности источника зажигания – сужается);

2. влияние начальной температуры смеси (с увеличением начальной температуры смеси - Т₀ область воспламенения расширяется);

3. влияние давления (Р < Р_атм, т.е. при давлении ниже атмосферного область воспламенения сужается и при определенном значении давления смесь может стать вообще пожаровзрывобезопасной);

4. влияние наличия инертных газов (добавка инертных газов в горючую газовую смесь сужает область воспламенения, за счет уменьшения ВКПВ).

Итак, возможность образования взрывоопасной концентрации определяют из соотношения: φ_н ≤ φ_р ≤ φ_в (φ_р – рабочая концентрация).

Рабочую концентрацию определяют по технологическому регламенту исходя из соотношения компонентов, подаваемых в аппарат, или путем контроля концентрации на соответствующих приборах.