Концентрационные и температурные пределы воспламенения (взрываемости)

Для воспламенения смесей горючих газов и паров с воздухом (при отсутствии жидкой фазы) необходимы определенные количественные соотношения между ними, определяемые концентрационными пределами воспламенения.

Эти пределы выражаются в единицах объемной (объемн. %) и весовой (мг/л) концентраций.

Нижним и верхним концентрационными пределами воспламенения называется соответственно минимальная и максимальная концентрации газов и паров в смеси с воздухом (или кислородом), при которых возможно их горение.

Для расчета концентрационных пределов воспламенения горючих веществ можно пользоваться следующими эмпирическими формулами:

объемн. %

г/л

объемн. %

г/л

где НП—нижний концентрационный предел воспламенения;

ВП—верхний концентрационный предел воспламенения;

N—число атомов кислорода, необходимое для сгорания 1 моль горючего;

V_t—объем 1 моль газа при начальной температуре, л;

М—молекулярный вес горючего компонента смеси.

С увеличением молекулярного веса горючего компонента, в пределах гомологических рядов снижаются как верхние, так и нижние концентрационные пределы воспламенения. При этом вследствие более быстрого падения кривой верхних пределов воспламенения область воспламенения сужается. При разветвлении структуры горючего компонента, с одной стороны, снижается температура вспышки вследствие увеличения упругости пара, а с другой стороны, повышаются нижние пределы воспламенения.

Для сложной газо-паровоздушной смеси известного состава пределы воспламенения П можно подсчитать по формуле Ле-Шателье:

 

, объемн. %

где К_1, К₂, К₃ - концентрации горючих компонентов в горючей части смеси, объемн. %;

К₁+К₂+...+К_п=100%;

П₁,П₂,П₃-соответствующие пределы воспламенения чистых компонентов смеси, объемн.%.

При вычислении пределов воспламенения в единицах весовой концентрации в этой формуле К₁, К₂,... К_п заменяют соответственно весовыми процентами горючих компонентов.

Взрываемость паров можно характеризовать либо концентрационными, либо (при наличии жидкостной фазы) температурными пределами воспламенения (взрываемости).

Нижним температурным пределом воспламенения называется самая низкая температура жидкости, при которой ее насыщенные пары с воздухом в замкнутом объеме образуют смесь, способную воспламениться при поднесении к ней импульса воспламенения.

Концентрация паров на нижнем температурном пределе соответствует нижнему концентрационному пределу.

Верхним температурным пределом воспламенения называется высшая температура жидкости, при которой ее насыщенные пары с воздухом в замкнутом объеме образуют смесь, способную воспламениться при поднесении к ней импульса воспламенения. При более высокой температуре образуется смесь, не способная гореть. Концентрация паров на верхнем температурном пределе соответствует верхнему концентрационному пределу.

Температурные пределы воспламенения могут быть пересчитаны в концентрационные по следующим формулам:

где НП и ВП—нижний и верхний концентрационные пределы, объемн. %;

Р₁ и Р₂—давление насыщенных паров при температурах, соответствующих нижнему или верхнему температурному пределу, ат;

Р_атм—атмосферное давление, ат.

Наиболее взрывоопасными являются жидкости с широкими пределами воспламенения (сероуглерод), а также с нижним пределом воспламенения менее 1% (бензол, толуол и др.) и температурой вспышки (нижним температурным пределом воспламенения) ниже +15.

Горючие газы, пары и некоторые виды пылей характеризуются объемными пределами воспламенения, т.е. определенными по объему соотношениями с воздухом, при которых смесь воспламеняется от постороннего источника зажигания с быстрым распространением горения на весь объем смеси. При этом горение часто сопровождается взрывом.

От обычного горения взрыв отличается мгновенностью (тысячные, иногда миллионные доли секунды) сгорания вещества, высокой температурой (значительно выше температуры обычного горения) с мгновенным образованием большого количества газов и паров, создающих высокие давления, которые ведут к разрушению конструкций и сооружений.

Взрыв смеси может произойти от открытого источника огня и при соответствующей концентрации паров или газов воздухе. Например, пары автомобильного бензина А-74 становятся взрывоопасными при содержании их по отношению к воздуху от 0,79 до 5,165 (по объему), а смесь водорода с воздухом -при содержании водорода по отношению к воздуху от 4,15 до 80%. Эти концентрации представляют собой объемные пределы взрывоопасности.

Наименьшее количество паров, газов или пыли в смеси с воздухом, которое способно дать взрыв от источника воспламенения и ниже которого смесь не взрывоопасна, называется нижним пределом взрываемости. Наибольшее количество паров, газы или пыли в смеси с воздухом, которое еще способно дать взрыв от источника воспламенения и выше которого смесь не взрывоопасна, называется верхним пределом взрываемости.

Кроме объемных пределов взрываемости, для паров ЛВЖ и ГЖ имеются температурные пределы. Нижним температурным пределом взрываемости является такая температура жидкости, при которой ее насыщенные пары образуют с воздухом нижнюю границу взрываемости, а верхним - верхнюю границу.

Хранение в закрытой таре жидкостей, верхний температурный предел взрываемости которых ниже температуры воздуха помещения, не представляет опасности взрыва, тогда как при хранении этих жидкостей в таких же условиях в открытой таре возникает опасность взрыва. Поэтому бензин, ацетон, бензол и другие жидкости, у которых верхний предел взрываемости ниже температуры воздуха отапливаемых помещений, надо хранить в закрытой таре.

Пары всех бензинов, большинство сырых нефтей и таких жидкостей, как ацетон и бензин, имеют минусовую температуру вспышки. Это значит, что при наличии источника открытого огня они могут загореться даже на морозе и взрываться, если концентрация этих паров в воздухе окажется в пределах взрывоопасности.

Нижний температурный предел взрываемости огнеопасных жидкостей равен температуре вспышки. Поэтому по температуре вспышки можно сказать, когда наступит момент образования нижнего предела взрываемости паров. Учитывая, что температурные пределы взрываемости действительны только для жидкостей, хранящихся в закрытых емкостях (бочках, канистрах), и зная температуру окружающего воздуха, можно определить, будут ли смеси данных жидкостей в воздухе находится в пределах взрываемости или нет. Например, температурные пределы взрываемости бензина А-74 от- 36 до-7⁰С. Значит, если температура окружающего воздуха выше -7⁰С, то над поверхностью бензина в закрытой емкости количество паров находится за верхним пределом взрываемости и смесь не способна ни гореть, не взрываться.

Если ЛВЖ хранить в открытой таре, сообщающейся с атмосферой, то при любой (даже минусовой) температуре можно ожидать взрывоопасной концентрации паров в воздухе в том случае, когда температура окружающей среды окажется выше температуры вспышки данной жидкости. Вот почему в производственных помещениях и хранилищах надо следить за тем, чтобы тара с нефтепродуктами была закрыта.

Взрывоопасные концентрации пыли образуются, когда она состоит из частиц воспламеняющегося вещества малых размеров, образующих с воздухом однородную смесь. В помещениях, где хранятся или применяются испаряющиеся жидкости и газы, а также выделяется пыль, нельзя курить и применять открытое пламя; электрооборудование должно быть взрывобезопасного исполнения; вентиляция должна обеспечивать удаление из помещений газов, паров и пыли.

Самовоспламенение - это такое явление, когда вещество загорается без открытого источника огня, будучи нагрето до определенной температуры. Температура, до которой нужно нагреть вещество, чтобы оно загорелось, называется температурой самовоспламенения.

Температура самовоспламенения большинства горючих жидкостей находится в пределах 250-600⁰С;

Температура самовоспламенения твердых веществ находится в пределах 150-700⁰С. Она зависит от степени измельчения вещества и количества летучих продуктов, выделяющихся из него при нагревании. Чтобы предупредить пожар от самовоспламенения, следует знать причины его возникновения. Одна из них -трение. Самовоспламенение от трения может произойти в подшипниках и буксах, при пробуксовке приводных ремней по шкивам, при попадании волокон или пыли между трущимися деталями. Для предупреждения пожара, возникающего при трении, необходимо трущиеся детали своевременно смазывать и не допускать трения там, где его не должно быть. Другая причина пожаров от самовоспламенения - соприкосновение горючего вещества с телами, разогретыми выше температуры самовоспламенения этого вещества.

Самовозгорание является частным случаем самовоспламенения. При этом вещества загораются без открытого источника огня за счет тепла, образующегося внутри вещества в результате химической реакции окисления его кислородом воздуха или биологического процесса, вызванного жизнедеятельностью микроорганизмов.

По температуре самовоспламенения вещества делятся на две группы. Первая группа - вещества, температура самовоспламенения которых выше обычной (комнатной), т.е. выше 18-20⁰С. Чтобы эти вещества загорелись, их надо нагреть. Вторая группа - вещества, температура самовоспламенения которых ниже обычной, т.е. ниже 18-20⁰С. Для загорания таких веществ их не нужно специально нагревать. Будучи нагреты окружающей средой, они способны самовозгораться и при определенных условиях их температура за счет самонагревания может оказаться достаточной для возникновения процесса горения.

Самовозгорание промасленных материалов происходит при окислении веществ (растительных и минеральных масел, олифы и др.) кислородом воздуха при определенных условиях. Основным условием, способствующим самовозгоранию промасленных материалов (спецодежды, обтирочных концов, пакли, опилок, минеральной ваты и др.), является их кучность. Находясь в куче и самонагреваясь, такие материалы мало рассеивают тепло в окружающую среду и температура, возрастая, может оказаться достаточной для их загорания. Поэтому промасленную одежду следует развешивать, а не держать в свернутом состоянии. Промасленную ветошь надо складывать в предназначенные для этого металлические и плотно закрывающиеся ящики. По окончании смены ящики следует опорожнять, удалив промасленную ветошь в безопасные в пожарном отношении места. Нельзя размешать промасленные материалы на паровых трубах, радиаторах и приборах отопления, а также на подшипниках, электромоторах и других нагретых поверхностях.

ВОЗГОРАЕМОСТЬ МАТЕРИАЛОВ.

Возникновение пожаров, характер и масштабы распространения огня в значительной степени зависят от огнестойкости материалов и конструкций, из которых выстроены здания и сооружения.

По возгораемости строительные материалы и конструкции согласно СНиП (санитарные нормы и правила) разделяются на 3 группы:

1- несгораемые, которые под действием огня или высокой температуры не воспламеняются, не тлеют и не обугливаются (неорганические материалы, металлы);

2- трудносгораемые - при контакте с огнем с трудом воспламеняются, тлеют и обугливаются, а после удаления источника зажигания горения или тление прекращается (бетон, и др).

3- сгораемые материалы - при контакте с огнем и при высокой температуре воспламеняются и продолжают гореть или тлеть после удаления источника зажигания.

Всякая ограждающая конструкция, выполненная даже из сгораемого материала, обладает определенной стойкостью по отношению к действию огня. Эту стойкость принято оценивать пределом огнестойкости.

Огнестойкостью называется способность материалов конструкций выдерживать воздействие огня и высокой температуры, не теряя своих несущих и функциональных качеств.

Пределом огнестойкости называется время, в течении которого материалы конструкций сопротивляются воздействию огня не теряя своих несущих и функциональных качеств.

Сопротивление воздействию огня здания или сооружения характеризуется степенью огнестойкости, которая оценивается по группе возгораемости применяемых материалов и степенью их огнестойкости. По степени огнестойкости производственные здания подразделены на 5 классов.