Определение нижнего концентрационного предела распространения пламени газовоздушной смеси на модельном стенде

Описание стенда

 

1 – мерный цилиндр; 2 – смеситель; 3, 5 – аспираторы; 4 – взрывной цилиндр; 6 – высоковольтный индуктор; 7 – газовый кран; 8, 11, 12 – воздушные краны; 9 – кран; 10– трехходовой кран; 13 – электроды; 14, 15 – резиновые груши

Рисунок 4.2 – Схема модельного стенда для определения НКПРП газовоздушной смеси

 

Стенд (рис.4.2) состоит из мерного цилиндра (1), смесительной колбы (2) (общий объем этих сосудов равен 1600 см³). Мерный цилиндр соединяется с газовой линией при помощи крана (7) и с атмосферой – краном (8). Газовоздушная смесь из смесителя (2) во взрывной цилиндр (4) перемещается по стеклянной трубке при помощи кранов (9) и (10) (кран (10) – трехходовой). Вытеснение воздуха из смесительной колбы, мерного и взрывного цилиндров производится посредством аспираторов (3) и (5), которые имеют резиновые груши (14), (15) и краны для соединения с атмосферой (11), (12). Искровой разряд для воспламенения газовоздушной смеси создается при помощи электродов (13) от высоковольтного индуктора ИВ-100 (6).

 

Порядок выполнения работы

1) Рассчитайте нижний концентрационный предел распространения пламени (С_{н расч}, % (об.)) для газовоздушной смеси известного состава по формуле:

С_{н расч} = С_н1d₁ + С_н2d₂ + … + С_нid_i (4.1)

где С _{н 1}, С _{н 2}, …, С _{н i} – нижние концентрационные пределы индивидуальных горючих компонентов в смеси, % (об.); в данной работе исследуются смеси пропан-метан; для пропана НКПРП = 2,31% (об.); для метана НКПРП = 5,28% (об.);

d₁, d₂, …, d_i – объёмная доля горючих компонентов в смеси, доли единицы; принимается в соответствии с номером Вашей подгруппы по табл.4.1.

 

Таблица 4.1 – Процентный состав смеси пропан-метан

№ подгруппы	Состав смеси, % (об.)
пропан	метан

 

2) Рассчитайте объем горючей смеси газов (V_г, см³), который необходимо подать в мерный цилиндр и смесительную колбу, чтобы создать концентрацию, соответствующую НКПРП, по формуле:

V_г = С_н V_ц / 100 (4.2)

где С_н – нижний концентрационный предел распространения пламени смеси горючих веществ, % (об.);

V_ц – суммарный объем мерного цилиндра и смесителя, см³; V_ц = 1600 см³.

3) В связи с тем, что на НКПРП влияют атмосферное давление и температура воздуха, необходимо рассчитать объем горючей смеси газов с учетом запаса в размере 10%:

V_г10 = V_г + 0,1 V_г = 1,1 V_г (4.3)

где V_г – расчетный объем горючей смеси газов, см³; 0,1 – запас, доли ед.

4) Включите в сеть высоковольтный индуктор (6), установите тумблер индуктора в положение «Включено» и нажмите кнопку с целью проверки искры во взрывном цилиндре.

5) Трехходовой кран (10) переведите в положение «I» для сообщения с атмосферой и с этой же целью откройте кран (8); остальные краны (7), (9), (11), (12) должны быть закрыты.

6) С помощью насоса (14) вытеснитес помощью воды воздух из смесительной колбы (2) и мерного цилиндра (1). Как только вода достигнет нулевой отметки, закройте кран (8), а кран (11) откройте.

7) Откройте газовый баллон[5].

8) Откройте кран (7) и наберите в мерный цилиндр количество газа, равное (V_г10, см³); после чего кран (7) закройте.

9) Закройте газовый баллон.

10) Откройте кран (8) для забора воздуха из атмосферы с целью получения газовоздушной смеси определенного состава. После полного удаления воды из смесительной колбы закройте краны (8) и (11).

11) Вытесните воздух из взрывного цилиндра, нажимаяна резиновую грушу (15). При подъеме воды к трехходовому крану (10) установите его в положение «II» для соединения взрывного цилиндра со смесительной колбой.

12) Краны (9) и (12) откройте для перемещения газовоздушной смеси из смесительной колбы во взрывной цилиндр; после полного удаления воды из взрывного цилиндра, краны (9) и (12) закройте.

13) Нажимая кнопку высоковольтного индуктора для получения искры во взрывном цилиндре, фиксируйте наличие или отсутствие распространения пламени (наличие распространения пламени определяется визуально по всплеску воды во взрывном цилиндре).

14) Для дальнейших измерений уменьшите количество газа при наличии распространения пламени, а при отсутствии – увеличьте на 10 см³. Последовательно изменяя концентрацию газа, найдите нижний концентрационный предел распространения пламени с точностью до 10 см³, для чего повторите п.п.5-13. Результаты работы внесите в протокол 4.1.

Протокол 4.1

Вариант № (номер подгруппы)………………………………..

Состав горючей смеси ………………………………………….

Расчётное значение НКПРП С_н, % (об.)……………………….

Атмосферное давление Р_t, мм рт. ст.…………………………..

Температура воздуха в помещении t_t, °С………………………..

Параметры	Опыты
Объем взятого газа, см^3
Отметка о наличии взрыва (да / нет)

Экспериментально определённый НКПРП С_{н эксп}, % (об.)…….

Предельно допустимая взрывобезопасная концентрация ПДВК¢, % (об.)………….…………………………………………

 

15) Используя формулу (4.1), определите экспериментальный НКПРП (С_{н эксп}, % (об.)).

16) Используя экспериментальные данные, определите предельно допустимую взрывобезопасную концентрацию горючего газа (ПДВК, % (об.)) по формуле:

ПДВК = С_{н эксп} / К ¢ _б (4.4)

где С_{н эксп}– экспериментально определённый НКПРП, % (об.); принимается из протокола 4.1; К¢_б – коэффициент безопасности со степенью надёжности 0,999; для пропана К¢_б = 1,24, для метана К¢_б = 1,26, для смеси пропан-метан допускается принимать К¢_б = 1,25.

17) Дайте рекомендации по средствам тушения пожаров при загорании горючих газов (приложение В) и условиям хранения сжатых, сжиженных и растворенных газов в баллонах (приложение Г).

Определение концентрации паров горючей жидкости в воздухе газоанализатором ПГФ-2М

Описание прибора

Переносной газоанализатор Файнберга (ПГФ) во взрывозащищенном исполнении (рис.4.3) применяют для контроля загазованности атмосферы, содержащей горючие вещества. Прибор изготовлен в соответствии с ранее действовавшими «Правилами изготовления взрывозащищенного и рудничного электрооборудования (ПИВРЭ, 1969 г.)» и имеет обозначение ПГФ-2М-И3Г, где буква «И» показывает, что оборудование «искробезопасное»; цифра «3» обозначает величину щелевого (фланцевого) зазора электрооборудования (0,35-0,65 мм); буква «Г» обозначает температурный класс (135-200°С).

 

а) принципиальная «пневматическая (газовоздушная)» схема; б) панель прибора;

1 – измерительная спираль; 2 – рабочая камера; 3 – ручной насос; 4 – трехходовой кран; 5 – миллигальванометр; 6 – переключатель пределов измерения; 7 – сравнительная камера; 8 – переключатель «Контроль-Анализ»; 9 – кнопка «накал»

Рисунок 4.3 – Переносной газоанализатор Файнберга ПГФ - 2М – И3Г

 

Принцип действия термохимического газоанализатора ПГФ-2М-И3Г (рис.4.3) основан на повышении электрического сопротивления платиновой измерительной спирали (1) при каталитическом сжигании анализируемого горючего газа (пара). В рабочую камеру подается проба горючего газа (пара) в смеси с воздухом с помощью ручного насоса (3), смонтированного в общем блоке с двумя камерами ПГФ. Рукоятка насоса выведена на панель. Засасывание газа в рабочую камеру производится через трехходовой кран (4) с двумя штуцерами для присоединения газозаборной линии и засасывания чистого воздуха. В обоих штуцерах установлены калиброванные диафрагмы.

Трехходовой кран позволяет, не снимая шланга для забора газа, проверить нулевую точку прибора по воздуху поворотом крана, а также произвести двукратное разбавление газа воздухом, соединив измерительную камеру ПГФ одновременно с обоими штуцерами.

На шкале миллигальванометра (5) нанесены три реперные точки для установки тока накала, обозначенные красным треугольником и индексами I, II, III. На внутренней стороне крышки корпуса ПГФ имеется таблица (табл.4.2) для расчета концентрации горючего газа (пара) в воздухе по показаниям на шкале указателя. Погрешность измерений не более 0,5%.

ПГФ во взрывозащищенном исполнении можно применять для определения мест утечек горючих газов и паров. Для этого газозаборный шланг подносят к предполагаемому месту утечки и насосом отбирают пробу. Определение производят сначала по «Пределу-2», а если стрелка указателя отклоняется незначительно, то по «Пределу-1».

 

Порядок выполнения работы

1) Подготовку прибора к работе осуществляет лаборант. Подготовка заключается в установке постоянной силы тока с помощью рукоятки реостата «Ток»; отборе чистого воздуха в сравнительную камеру (7) и установке стрелки на ноль с помощью рукоятки реохорда «Нуль».

2) Для измерения концентрации горючего пара:

a) установите трёхходовой кран (4) в положение «Газ-воздух» (двукратное разбавление газа воздухом), переключатель (8) – в положение «Анализ» и переключатель (6) – в положение «Пр-2»;

b) с помощью насоса (3) отберите пробу паров этанола;

c) нажмите кнопку (9) «Накал» и отсчитайте максимальное отклонение стрелки по шкале миллигальванометра (5).

3) При малых отклонениях стрелки по шкале миллигальванометра (5):

a) установите трёхходовой кран (3) в положение «Газ», переключатель (8) – в положение «Анализ», переключатель (6) – в положение «Пр-2»;

b) отберите пробу паров этанола;

c) нажмите кнопку (9) и отсчитайте отклонение стрелки. Если оно будет мало, то переключатель (6) установите в положение «Пр-1» и прокачайте ещё раз исследуемый воздух; нажмите кнопку (9) и отсчитайте максимальный отброс стрелки.

4) Зафиксированную миллигальванометром концентрацию с учётом данных табл.4.2 запишите в протокол 4.2.

 

Таблица 4.2 – Расчет концентрации в % по объему

газ	пропан	диэтиловый эфир	этиловый спирт	коксовый газ	этилен
пределы
деления шкалы		0,10	0,40	0,08	0,40	0,20	0,65	0,20	1,00	0,05	0,25
	0,18	0,80	0,16	0,80	0,30	1,25	0,36	1,80	0,10	0,55
	0,25	1,20	0,24	1,20	0,40	1,80	0,48	2,40	0,15	0,90
	0,33	1,60	0,32	1,70	0,50	2,80	0,60	3,00	0,20	1,40
	0,40	2,00	0,40	2,20	0,65	3,70	1,00	4,00	0,25	2,00

 

5) Выберите в приложении Д коэффициенты безопасности К¢_б (cо степенью надёжности 0,999) и К²_б (cо степенью надёжности 0,999999). Основываясь на величине нижнего концентрационного предела распространения пламени (НКПРП, % (об.)), определите предельно допустимые взрывобезопасные концентрации (ПДВК, % (об.)):

ПДВК¢ = НКПРП / К¢_б (4.5)

ПДВК² = НКПРП / К²_б (4.6)

6) Результаты расчетов внесите в протокол 4.2.

7) Сравните измеренную концентрацию с ПДВК и сделайте вывод о возможности распространения пламени и возникновения взрыва.

Протокол 4.2

№ п.п.	Наименование показателя	Единица измерения	Значение показателя
	Наименование вещества	---
	Атмосферное давление Рt	мм рт. ст.
	Температура воздуха tt	°С
	Измеренная концентрация С	% об.
	НКПРП (прил.Д)	% об.
	ВКПРП (прил.Д)	% об.
	Коэффициент безопасности (прил.Д)	К¢б	---
К²б	---
	Предельно допустимая взрывобезопасная концентрация	ПДВК¢	% об.
ПДВК²	% об.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5