Экспериментально выявленная зависимость между температурой окружающей среды, массой вещества и временем до момента его самовозгорания

Температурные пределы распространения пламе­ни связаны с концентрационным соотношением Р* = фп^-760/100, где р< — давление насыщенного пара, соответствующее концентрационному пре­делу ф„. Этим соотношением можно пользоваться для расчета температурных пределов, исходя из концентрационных

Условия теплового самовозгорания выражаются зависимостями:

\gtc=Ap — nplgS;

lg t_c—Ai — n, Igt, где т — время до самовозгорания; А_Р, л_р, А_в, п, — эмпирические коэффициенты, определяемые по экспериментальным данным

 

Минимальная энергия за­жигания

Наименьшее значение энергии электрическо­го разряда, способной воспламенить наибо­лее легковоспламеняющуюся смесь газа, пара или пыли с воздухом

Продолжение табл. 2.2,.

Показатель

Определение показателя

Примечания

 

Кислородный индекс

Минимальное содержание кислорода в ки­слородно-азотной смеси, при котором воз­можно свечеобразное горение материалов в условиях специальных испытаний

Способность взрываться Качественный показатель, характеризую-и гореть при взаимо- щий особую пожарную опасность некоторых действии с водой, кисло- веществ родом воздуха и другими веществами

Нормальная скорость Скбрость перемещения фронта пламени от- Этот показатель иногда называют нормальной
распространения пламе- носительно несгоревшей смеси в направле- скоростью горения
ни. нии, перпендикулярном его поверхности

Скорость выгорания

Количество горючего, сгорающего в единицу времени с единицы площади

Коэффициент дымообра- Величина, характеризующая оптическую
зования плотность дыма, образующегося при сгора-

нии вещества (материала) с заданной насы­щенностью в объеме помещения

Индекс распространения Условный безразмерный показатель, харак-
пламени тернзующий способность веществ распро-

странять пламя по поверхности

Показатель токсичности Отношение количества материала, при сго-
продуктов горения поли- рании которого выделяющиеся продукты
мерных материалов вызывают гибель 50 % подопытных живот-

ных, к единице объема замкнутого простран­ства

Минимальное взрыво- Концентрация кислорода в горючей смеси,
Опасное содержание ки- ниже которой воспламенение и горение смеси
слорода становится невозможным

Максимальное давление Наибольшее давление, возникающее при де-
взрыва флаграционном взрыве газо-, паро- или

пылевоздушной смеси в замкнутом сосуде при начальном давлении горючей смеси 101,3 кПа

Скорость нарастания да­вления при взрыве

Производная давления взрыва по времени на восходящем участке зависимости давле­ния взрыва газо-, паро- или пылевоздушной смеси в замкнутом сосуде от времени

^=s

Рис. 2.1. Прибор для оценки горючести жидкостей и плавящихся твердых веществ:

/ — тигельная электропечь; 2 — кварцевый стакан; 3 — фарфоровый тигель; 4 — держатель тигля; 5 — смотровое зеркало; 6 — термопара; 7 — потен­циометр; 8 — штатив; 9 — керамическая подставка

Рис. 2.2. Прибор «огневая труба»:

/ — камера горения; 2 — газовая горелка; S — смотровое зеркало; 4 —

штатив; 5 — держатель образца

ногорючим. Следует помнить, что трудногорючий газ при нагреве может стать горючим.

Группу горючести жидкостей и плавящихся твердых веществ определяют с помощью прибора, схема кото­рого показана на рис. 2.1. В качестве нагревательного устройства используют тигельную электропечь, позво­ляющую создавать температуру до 900 °С.

При проведении испытаний электропечь нагревают до 900 ± Ю °С. Образец массой 10 г помещают в тигель и опускают в печь. Продолжительность нагревания образца составляет примерно 3 мин. Если образец в те­чение этого времени не воспламеняется или начинает интенсивно кипеть без воспламенения, испытание пре­кращают, а результат считают отказом.

Испытанию подвергают пять образцов исследуемого вещества. Если хотя бы в одном из пяти испытаний образец воспламенится, ему дают возможность раз­гореться, затем тигель с горящим образцом выносят из электропечи, включают секундомер и определяют про-

должительность самостоятельного горения образца.

Если образец вне печи самостоятельно горит менее 5 с, то исследуемое вещество относят к группе трудно­горючих. При времени самостоятельного горения 5 с и более проводят дополнительное испытание для опре­деления температуры воспламенения и группы горюче­сти. При наличии температуры воспламенения вещество относят к горючим, в отсутствие — к трудногорючим.

Горючесть твердых материалов определяют по трем независимым методам. Группу горючих материалов выделяют по методу «огневой трубы», группу трудно­горючих — по методу керамической трубы (КТ) и груп­пу негорючих — по методу испытаний на негорючесть.

Схема прибора «огневая труба» представлена на рис. 2.2. Прибор состоит из камеры горения, представ­ляющей собой стальную трубу внутренним диаметром 50 мм и длиной 165 мм. Подготовленный к испытанию образец подвешивают на крючок держателя по центру камеры. Под образец устанавливают зажженную горел­ку с высотой пламени 40 мм. После зажигания образца горелку убирают и фиксируют время самостоятельного горения. Максимальное время зажигания образца не превышает 2 мин. После завершения эксперимента определяют потерю массы образца.

Материал относят к группе горючих при выполнении одного из следующих условий:

самостоятельное пламенное горение или тление хотя бы у одного из шести испытанных образцов продол­жается более 60 с, и потеря массы превышает 20 %;

самостоятельное горение продолжается менее 60 с, но пламя распространяется по всей поверхности образ­ца при одновременной потере массы не менее чем у двух образцов более 90 %;

самостоятельное пламенное горение композиционных материалов, состоящих из горючих и негорючих компо­нентов, продолжается менее 60 с, но пламя распростра­няется по всей поверхности образца, и при этом выго­рает вся органическая часть материала;

самостоятельное пламенное горение композиционных материалов продолжается более 60 с, потеря массы составляет менее 20 %. В этом случае потерю относят только к массе органической части материала.

Если указанные условия не выполняются, то испыта­ния материала продолжают по методу КТ. Схема при-

Рис. 2.3. Прибор КТ:

/ — огневая камера; 2 — газовая горелка; 3 — мехзниз-м ввода образца; 4 — держатель образца; 5 — смотровое зеркало; 6 — термопара; 7 — зонт; 8 — металлическая подставка; 9 — поддон; 10 — руяоятка поворотной заслонки

бора КТ показана на рис. 2.3. Прибор состоит из кера­мической огневой камеры прямоугольной или цилиндри­ческой формы высотой 300 мм. Площадь поперечного еечения огневой камеры составляет 1,44-10² см. Каме­ра установлена на металлическую цилиндрическую под­ставку, снабженную поворотной заслонкой для регули­рования подачн воздуха в зону горения и поддоном для сбора твердых продуктов сгорания.

Для испытаний готовят четыре образца исследуемого материала длиной 150 мм, шириной 60 мм и фактической толщиной, не превышающей 10 мм. Образцы пено-пластов должны быть толщиной 30 мм. Масса образца должна быть не менее 6 г. Сыпучие вещества и материа­лы испытывают в корзиночках.

Внутреннюю поверхность камеры горения перед каж­дым испытанием покрывают двумя-тремя слоями алю­миниевой фольги.

Исследуемый образец закрепляют в держателе, за­жигают газовую горелку и включают потенциометр. Ротаметром устанавливают такой расход газа в газовой горелке, при котором контролируемая в течение 2—

3 мин температура газообразных продуктов горения в центре верхнего патрубка зонта составляет 200± ±5 °С. Затем в камеру горения на 5 мин вводят иссле­дуемый образец для выявления времени зажигания т₃, определяемого по характеру температурной кривой, записанной на диаграммной ленте потенциометра. За время зажигания принимают время достижения мак­симальной температуры.

После определения времени зажигания проводят три испытания с образцами исследуемого материала и одно тарировочное испытание с асбестоцементной плитой, воздействуя на каждый образец пламенем горелки в те­чение найденного времени зажигания. После истечения времени зажигания прекращают подачу газа в горелку и оставляют образец в огневой камере до остывания на 20 мин, считая с момента ввода образца внутрь камеры.

По подученным на диаграммной ленте температур­ным кривым газообразных продуктов горения опре­деляют площади под этими кривыми sj (для тарировоч-ного испытания) и S, (основного испытания). Началь­ным уровнем при определении Sj и S,- служит прямая, проведенная на диаграммной ленте через две точки, соответствующие температурам образца в начальный период испытания и в конечный период после истечения времени остывания тзд.

Показатель горючести К для каждого испытанного образца рассчитывают по формуле:

Si-Si

За показатель горючести Кср исследуемого материала принимают среднее арифметическое значение показа­телей горючести трех испытанных образцов. Если /С_ср меньше или больше единицы, то для получения достою верных результатов проводят три дополнительных испы? тания при времени зажигания (т_э+ 10) с и три испыта­ния при времени зажигания (т₃—10) с. За окончателъг ный результат принимают максимальное значение К^, полученное при времени зажигания t», (x₃-t-10) я (т₃— 10) с. При К^^ 1 материал относят ктрудногоркъ чим, при К_Ср> 1 —к горючим. Если 1^/(ср^2,5, то материал считают горючим трудновоспдаменяющимся.

Рис. 2.5. Прибор закрытого типа для измерения температуры вспышки:

/ — зажигательное устройство; 2 — заслонка; 3 — термометр; 4 — крышка; 5 — тигель; 6 — мешалка

Рис. 2.4. Установка для испытания веществ и материалов на не­горючесть:

/ — опорная станина; 2 — стабилизатор; 3 — направляющая планка; 4 — термопары; 5 — держатель образца; 6 — печь; 7 — асбестовая прокладка

Группу негорючих материалов определяют по СТ СЭВ 382—76, который соответствует стандарту ИСО * 1182—83. Схема установки для испытания веществ и материалов на негорючесть показана на рис. 2.4.

Испытания проводят при 825±25°С в трубчатой электропечи высотой 150 мм и диаметром 200 мм, имею­щей внутренний сквозной канал диаметром 75 мм. Для нагрева внутреннего пространства печи до заданной температуры используют электроспираль. К нижнему концу канала печи прикреплен конический стабилиза­тор высотой 500 мм. Диаметр верхнего отверстия ста­билизатора равен 75 мм, нижнего 10 мм.

* ИСО — международная организация по стандартизации. 20

При проведении испытаний образец материала по­мещают в держатель и опускают на 20 мин внутрь нагретой печи. Через каждые 10 с фиксируют показания трех термопар. Рабочий спай первой термопары рас­положен на расстоянии 10 мм от стенки печи по сере­дине зоны постоянной температуры, рабочий спай второй термопары находится в центре образца, рабочий спай третьей — на поверхности образца (по середине его высоты). Образец взвешивают до и после проведе­ния испытаний. Проводят пять параллельных испы­таний.

Материал относят к негорючим, если выполняются следующие условия:

среднее из всех максимальных показаний термопар в печи и на наружной поверхности образца не превы­шает более чем на 50 °С первоначально установленную температуру печи;

средняя потеря массы образцов не превышает 50 % их начальной массы до введения в печь;

среднее из всех отмеченных максимальных значений продолжительности пламенного горения не превышает 10 с.

Температура вспышки. Для определения температуры вспышки заданную массу вещества нагревают с задан­ной скоростью, периодически зажигая выделяющиеся Пары и визуально оценивая результаты зажигания.

Температуру вспышки экспериментально определяют в приборах закрытого (з. т.) * и открытого (о. т.) *• типов.

Схема прибора закрытого типа показана на рис. 2.5. В качестве реакционного сосуда используют металли­ческий тигель с внутренним диаметром 51 мм и высотой 56 мм. Тигель закрыт крышкой, на которой располо­жены: зажигательное устройство, заслонка с поворот­ным устройством и мешалка. Тигель, крышку и мешалку изготавливают из материалов, не вступающих в хими­ческое взаимодействие с испытуемыми веществами, например из нержавеющей стали.

Перед проведением измерений образцы легколетучих

* 3. т. (закрытый тигель) — условное название прибора закрытого типа для измерения температуры вспышки.

•* О. т. (открытый тигель) — условное название прибора открытого типа для измерения температуры вспышки.

жидкостей с температурой кипения до 100 °С охлаж­дают до 0 ^СС, образцы вязких жидкостей нагревают до текучести. Вначале проводят предварительное ис­пытание для получения ориентировочного значения тем­пературы вспышки. Затем проводят серию основных испытаний на трех образцах исследуемой жидкости. Образцы жидкостей, имеющих ориентировочную темпе­ратуру вспышки менее 50 °С, охлаждают до темпера­туры, которая на 17 °С меньше ориентировочной тем­пературы вспышки. За 10 °С до ориентировочной тем­пературы вспышки образец нагревают со скоростью 1 °С/мин для жидкостей с температурой вспышки до 104 °С и со скоростью 2 °С/мин для жидкостей с тем­пературой вспышки более 104 °С.

Испытание на вспышку проводят при повышении температуры на каждый 1 °С для жидкостей с темпера­турой вспышки до 104 °С и на каждые 2 °С для жидко­стей с температурой вспышки более 104 °С. За темпе­ратуру вспышки принимают среднее арифметическое трех определений серии основных испытаний с поправ­кой на барометрическое давление, вычисляемое па формуле

₍₂._2>

где р — давление в период проведения опыта, кПа.

Схема прибора открытого типа показана на рис. 2.6. Прибор состоит из фарфорового тигля низкой формы № 5, нагревательной воздушной ванны, газовой горел­ки и термометров.

Подготовку образцов и определение ориентировочной температуры вспышки проводят так же, как и в приборе закрытого типа. После этого проводят серию основных испытаний на трех образцах исследуемого вещества в той же последовательности, что и предварительные испытания. Образцы исследуемого вещества, имеющие ориентировочную температуру вспышки менее 50 °С, охлаждают до температуры, которая на 17 °С ниже ориентировочной температуры вспышки. За 10 °С до ориентировочной температуры вспышки образец на­гревают со скоростью 1 °С/мин для веществ с темпера­турой вспышки до 70 °С и 2 "С/мин для веществ с тем­пературой вспышки более 70 °С. Испытания на вспышку проводят при повышении температуры на каждые

Рис. 2.6. Прибор открытого типа для измерения температуры вспышки:

/ — нагревательная ванна; 2 — кольцо из наронита; 3 — фарфоровый тигель; 4 — термометр; 5 — держатель термометра; 6 — штатив; 7 — под­ставка для горелки; 8 — газовая горелка; 9 — нагревательное устройство; 10 — асбестовая прокладка

I °С/мин для веществ с температурой вспышки до 70 °С я 2 °С/мин для веществ с температурой вспышки более 70 °С. За температуру вспышки каждого определения принимают показание термометра, соответствующее по­явлению пламени над частью или над всей поверхностью образца.

Обработку результатов проводят так же, как и при определении температуры вспышки в приборе закры­того типа.

Температура воспламенения. Для определения темпе­ратуры воспламенения нагревают заданную массу ве­щества, периодически зажигая выделяющиеся пары и визуально оценивая результаты зажигания.

Для измерения температуры воспламенения жидко­стей и плавящихся твердых веществ применяют прибор с открытым тиглем, для измерения температуры вос­пламенения твердых — прибор ОТП.

При измерении температуры воспламенения жидко­стей и плавящихся твердых веществ образец подго­тавливают так же, как и при измерении температуры вспышки. Вначале определяют ориентировочную темпе­ратуру воспламенения. Для этого нагревают образец исследуемого вещества со скоростью 5—б °С/мин.

Через каждые 5 °С повышения температуры проводят испытание на воспламенение. Для этого пламя горелки перемещают от одной стороны тигля до другой в течение 1,5 с на расстоянии 14 Мм от поверхности жидкости. Если пары исследуемого вещества воспламеняются и продолжают гореть не менее 5 с, то нагрев прекращают, и показание термометра в момент появления пламени принимают за температуру воспламенения. Если вос­пламенение паров не происходит или время самостоя­тельного горения после воспламенения составляет менее 5 с, то нагревание образца продолжают, периоди­чески перемещая пламя горелки над тиглем, т. е. повто­ряют испытание на воспламенение.

Определив ориентировочную температуру воспла­менения, проводят серию основных испытаний на трех образцах исследуемого вещества. За 10 °С до ориенти­ровочной температуры воспламенения образец нагре­вают со скоростью 1 °С/мин для веществ с темпера­турой воспламенения до 70 °С и 2 °С/мин для веществ с температурой воспламенения более 70 °С.

Зажигание пламенем газовой горелки проводят при повышении температуры на каждый 1 °С для веществ с температурой воспламенения до 70 °С и на каждые 2 °С для веществ с температурой воспламенения более 70 °С.

За температуру воспламенения жидкости в каждом опыте принимают наименьшую ее температуру, при которой образующиеся пары воспламеняются при под­несении пламени газовой горелки и продолжают гореть не менее 5 с после его удаления. За температуру вос­пламенения исследуемого вещества принимают среднее арифметическое трех определений серии основных испы­таний с поправкой на барометрическое давление.

Прибор ОТП (рис. 2.7) состоит из вертикальной электропечи с двумя коаксиально расположенными ци­линдрами, выполненными из кварцевого стекла. Ци­линдр с внутренним диаметром 80 мм и высотой 240 мм является рабочей камерой. Второй цилиндр имеет внутренний диаметр 110 мм. На цилиндры навиты спи­ральные электронагреватели общей мощностью не ме­нее 2 кВт, что позволяет создавать температуру в ра­бочей камере 750 °С. В качестве источника зажигания используют газовую горелку внутренним диаметром 4 мм.

Рис. 2.7. Прибор ОТП:

/ — стеклянные цилиндры; 2 — спиральные электронагреватели; 3 — тепло­изоляционный материал; 4— стальной экран; 5 — держатель образца; 6 — стальной контейнер; 7 — газовая горелка; 8 — кривошипный механизм; 9, 10 — термопары; //— эжектор

Для испытаний готовят не менее десяти образцов массой по 3 г. После установления в рабочей камере стационарного температурного режима держатель об­разца извлекают из рабочей камеры, в контейнер по­мещают образец и возвращают держатель в исходное положение. Зажигают горелку и формируют пламя в виде клина длиной от 8 до 10 мм.

Если при заданной температуре образец воспламе­нится, испытание прекращают, горелку останавливают в положении «вне печи», держатель с образцом извле­кают из камеры. Следующее испытание проводят с но­вым образцом при меньшей температуре, Если в течение 20 мин образец не воспламенится, испытания прекра­щают, фиксируя «отказ».

Методом последовательных приближений определяют минимальную температуру рабочей камеры, при которой за время не более 20 мин образец воспламеняется от воздействия источника зажигания и горит более 5 с после его удаления, а при температуре на 10 °С ниже наблюдается «отказ» не менее чем в двух параллельных испытаниях.

За температуру воспламенения исследуемого вещест­ва принимают среднее арифметическое двух темпера­тур, различающихся не более чем на 10 °С, при одной из которых наблюдается воспламенение двух образцов, а при другой — два отказа.

Температура самовоспламенения. Для определения температуры самовоспламенения в нагретый сосуд вводят заданную массу исследуемого вещества и визу­ально оценивают результаты испытания. Варьируя тем­пературу, находят минимальную температуру стенки сосуда, при которой еще происходит самовоспламе­нение вещества.

Температуру самовоспламенения газов, жидкостей и плавящихся твердых веществ измеряют на установке, схема которой показана на рис. 2.8.

Основной частью установки является коническая колба Кн-250, помещенная в воздушный термостат. Внутри камеры расположен нагреватель мощностью 1,5 кВт. Равномерность нагрева стенок колбы обеспе­чивается циркуляцией воздуха в термостате, созда­ваемой вентилятором, и применением регулятора тем­пературы, позволяющего плавно изменять подводимую к нагревателю энергию.

Определение температуры самовоспламенения со­стоит из предварительных и основных испытаний. В предварительных испытаниях определяют наиболее легковоспламеняющееся количество вещества, вводи­мого в реакционный сосуд. В серии основных испытаний выявляют наименьшую температуру реакционного со­суда, при которой наблюдается самовоспламенение «аиболее легко самовоспламеняющегося количества ве­щества. Температуру самовоспламенения находят для шести — восьми проб исследуемого вещества, разли­чающихся на 0,05—2,0 см³, и строят график зависи­мости температуры самовоспламенения от величины пробы вещества.

Основные испытания (пять проб) на самовоспламе­нение проводят с наиболее легко самовоспламеняю­щимся количеством вещества при температуре на 5 °С «иже минимальной температуры самовоспламенения, -Полученной в серии предварительных испытаний. ■ За температуру самовоспламенения исследуемого вещества принимают среднее арифметическое двух температур, различающихся на 5 °С, при одной из ко-

£6

1 г

 

Рис. 2.8. Прибор для измерения стандартной температуры само-г воспламенения СТС-2:

1 — крыльчатка вентилятора-, 2 — спиральный нагреватель; 3 — реакцион­ный сосуд; 4 — ем«тровое зеркале; 5 — термостат; 6, 7 и S — термопары

Рис. 2.9. Установки КП:

1 — реакционный сосуд4 2, 5, 6, 11, 12 — краны; 3 — ртутный жаяеметр;, 4 — циркуляционные трубкк; 7 — стеклянная пластина; 8 — электроды за­жигания; 9—высоковольтный источник питания; 10 —испаритель; 13 — яасес-м«шалка

торых наблюдается са\ювослламенен»е наиболее легка сажтосиламеняющегося количества вещества, а пр«другой — отказ.

Температуру самовоспламенения твердых веществ из­меряют на установке ОТП (см. рис. 2.7). Для этого» устанавливают температуру рабочей камеры равной, температуре разложения вещества или (если она не­известна) 500 °С. После установления в рабочей камере стационарного температурного режима держатель из­влекают из рабочей камеры, в контейнер помещают образец и возвращают держатель в исходное положе­ние. Наблюдают за образцом в рабочей камере через смотровое зеркала.

Если образец самовоспламенится, то следующее ис­пытание проводят с новым образцом ври более низкой (например, на 50 °С) температуре. Если же в течение 30 мин образец не самовоспламенился, то опыт пре­кращают и считают, что получили отказ. Следующее

испытание с новым образцом проводят при более высо­кой температуре. Изменяя температуру в рабочей ка­мере, определяют такую минимальную температуру, при которой возникает пламенное горение образца при двукратном повторении испытаний, а при температуре на 10 °С ниже наблюдаются два отказа. За температуру самовоспламенения принимают среднее арифметическое этих определений.

Нижний и верхний концентрационные пределы рас­пространения пламени. Для определения концентра­ционных пределов распространения пламени зажигают газо-, паро- или пылевоздушную смесь с заданной, концентрацией исследуемого вещества в объеме реак­ционного сосуда и устанавливают факт наличия или отсутствия распространения пламени. Изменяя концен­трацию горючего в смеси, находят ее минимальное и максимальное значения, при которых происходит распространение пламени.

Длительное время пределы распространения пламени газов измеряли в установке КП, реакционной камерой в которой служила вертикальная стеклянная трубка диаметром 50—55 мм и высотой 1500 мм. Схема этой установки показана на рис. 2.9. Нижняя часть трубки закрывается пришлифованной стеклянной пластинкой. В реакционный сосуд на расстоянии 100 мм от его нижнего конца введены на шлифах электроды с нако­нечниками, изготовленными из молибденовой проволо­ки. Разрядный промежуток между электродами состав­ляет 8 мм.

Предварительно рассчитывают нижний и верхний концентрационные пределы распространения пламени Фп по газо-, паровоздушным смесям исследуемого ве­щества по формуле (в %)

 

где p = m_c + m_s+ ^н _{4--------------} ^-+2_>5т_р;

т_с, m_s, m_H, т_х, т₀, т_Р — число атомов углерода, серы, водорода, галогена, кислорода и фосфора в молекуле соединения; а„ и Ь_н — универсальные константы, зна­чения которых приведены в табл. 2.3.

Таблица 2.3. Значения постоянных а_м и Ь_я в формуле (2.3)

Предел распространения пламени

 

Нижний		8,684	4,679
Верхний:
при В!	^7,5	1,550	0,560
» в >	7,5	0,768	6,554

При определении нижнего предела распространения пламени для первого испытания готовят газо-, паро­воздушную смесь, содержащую горючего газа (пара) вдвое меньше рассчитанного предела, а при определе­нии верхнего предела распространения пламени готовят смесь, содержащую кислорода вдвое меньше, чем в смеси, соответствующей верхнему пределу.

Для приготовления смеси требуемого состава реак­ционный сосуд вакуумируют до остаточного давления не более 0,6 кПа и затем поочередно подают в него компоненты смеси по парциальным давлениям.

Парциальное давление компонента р_к рассчитывают по формуле (в кПа)

Л—по". (25)

где фк — задаваемая концентрация компонента смеси, % (об.); ро — атмосферное давление, кПа.

После впуска компонентов смеси в реакционный сосуд смесь перемешивают и зажигают. Результат опыта оце­нивают визуально.

Изменяя состав смеси, находят такую концентрацию горючего компонента, при которой пламя распростра­няется на весь объем реакционного сосуда, а при кон­центрации на 0,1 % (об.) меньше (в случае измерения нижнего предела) или больше (при измерении верхнего предела) смесь не воспламеняется или возникшее пламя не распространяется до верхней части реакционного сосуда.

Исследованиями А. Н. Баратова с сотр. показано, что в установке КП не создаются оптимальные условия для распространения пламени. Это выражается в том, что для галогенсодержащих соединений в ней полу­чается более узкая область воспламенения, чем в сосу­дах большого объема, а для обычных горючих точка

Рис. 2.10. Установка «Предел> для измерения концентрационных пределов распространения пламени:

/ — реакционный сосуд; 2 — отверстие для продувки; 3 — верхняя крышка; 4 — смотровое зеркало; 5 — термопара; 6 — ртутный манометр; 7 — трубо­проводы; 8 — 12 — клапаны; 13 — испаритель; 14 — вакуумный насос; 15 — электроды зажигания; 16 — трубчатый электронагреватель; 17 — пакет сеток; 18 — концевой выключатель; 19 — нижняя крышка; 20 — коромысло; 21 — винт; 22 — высоковольтный источник питания

флегматизации оказывается сдвинутой в область сме­сей, обогащенных окислителем.

Поэтому, начиная с 1984 г., измерение пределов распространения пламени газо- и паровоздушных сме­сей проводится на установке «Предел» (рис. 2.10).

Реакционный сосуд установки «Предел» представляет собой цилиндр с внутренним диаметром 300 мм и высо­той 800 мм. Верхняя крышка выполнена из термо­стойкого стекла, через которое при помощи зеркала

наблюдают за процессом распространения пламени при испытании.

Порядок работы на установке «Предел» такой же, как и на установке КП.

Нижний концентрационный предел распространения пламени (НКПР) в пылевоздушных смесях измеряют на установке, схема которой представлена на рис. 2.11. Реакционный сосуд этой установки представляет собой стеклянный цилиндр внутренним диаметром 105 мм и высотой 425 мм. Цилиндр имеет контрольную отметку на высоте 300 мм и закреплен вертикально между двумя металлическими фланцами.

Методика измерения заключается в следующем. Взвешивают навеску исследуемого вещества, затем помещают навеску в распылитель и герметизируют реакционный сосуд. Подают в ресивер воздух до тре­буемого давления, устанавливают на блоке продолжи­тельность распыления, включают источник зажигания и распыляют навеску, визуально фиксируют распростра­нение пламени.

Для первого испытания используют навеску массой 0,2 г. Изменяя массу навески на 10 %, находят ее ми­нимальное значение, при котором получают шесть по­следовательных воспламенений (частота воспламене­ния равна 1), и ее максимальное значение, при котором получают шесть последовательных отказов (частота воспламенения равна 0). На каждой промежуточной навеске проводят по шесть испытаний.

За воспламенение принимают горение пылевоздуш-ной смеси с распространением пламени от источника зажигания до контрольной отметки на реакционном сосуде или выше ее.

Рис. 2.11. Установка для измерения нижнего кон­центрационного предела распространения пламени в пылевоздушных смесях:

/ — реакционный сосуд; 2 — распылитель; 3 — электро­магнитный клапан; 4, 6 — клапаны; 5 — манометр; 7 — ресивер; 8 — блок управле­ния/, 9 — источник зажига­ния

J 4

НКПР рассчитывают по формуле (в г/м⁸)

у (2.6)

где ЛГ,— математическое ожидание величины навески, соответствующей НКПР; V — вместимость реакцион­ного сосуда, м³; /С_п — поправочный коэффициент.

Математическое ожидание величины навески, со­ответствующей НКПР, рассчитывают по методу Спир-мена — Кербера:

M_x = b-d (S,-0,5), (2.7)

где b — минимальное значение массы навески с часто­той воспламенений, равной 1, г; d — величина измене­ния навески, г; S\ — сумма частот воспламенений во всей области неустойчивого воспламенения.

Величину поправочного коэффициента К_п рассчиты­вают по формуле

К„ = Т-Аи (2.8)

где К — среднее значение относительной плотности осадка, равное

Г=4 X

i 1

Ki — коэффициент относительной плотности осадка в /-м испытании; п — число испытаний; А — доверитель­ный интервал, равный

A=St_a/n^0b (2.10)

S — дисперсия; /_а— квантиль распределения Стьюден-та при одностороннем доверительном интервале и до­верительной вероятности 0,95.

Коэффициент относительной плотности осадка рас­считывают по формуле

где т_с, т_А — масса осадка (мг) в стакане и на поверх­ности диска пробоотборника, укрепленного на дне реак­ционного сосуда, после распыления навески массой 0,5 г; S_c, 5р_С — соответственно площадь поперечного сечения стакана и реакционного сосуда, см².

Дисперсию рассчитывают по формуле

с___

(2.12)

Значения квантиля t_a в зависимости от числа испы­таний приведены в табл. 2.4.

Таблица 2.4. Значения t_a в зависимости от числа испытаний

 

п	'■ I		U
	1,833		1,763
	1,812		1,746
	1,796		1,740
	1,782		1,734
	1,771		1,729
	1,761

При выполнении требований изложенного метода из­меренная величина НКПР, например бензойной кисло­ты, составляет 20±3 г-м""³.