Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Смеси дисперсных горючих материалов (таких как газообразное или парообразное топливо и некоторые виды пыли) и кислорода в воздухе будут гореть только в том случае, если концентрация топлива находится в четко определенных нижних и верхних границах, определенных экспериментально, называемых пределами воспламеняемости или пределами взрываемости . Горение может варьироваться в расправе от дефлаграции через детонацию .

Пределы зависят от температуры и давления, но обычно выражаются в объемных процентах при 25 ° C и атмосферном давлении. Эти ограничения относятся как к производству и оптимизации взрыва или сгорания, как в двигателе, так и к его предотвращению, как при неконтролируемых взрывах скоплений горючего газа или пыли. Получение наилучшей горючей или взрывоопасной смеси топлива и воздуха ( стехиометрическая пропорция) важно для двигателей внутреннего сгорания, таких как бензиновые или дизельные двигатели .

Стандартный справочник по-прежнему разработан Майклом Джорджем Забетакисом , инженером по пожарной безопасности , с использованием аппарата, разработанного Горным бюро США .

Насилие возгорания [ править ]

Горение может быть разной степени насилия. Дефлаграции является распространение зоны горения со скоростью , меньшей , чем скорость звука в среде непрореагировавшего. Детонационной является распространение зоны горения с большей скоростью , чем скорость звука в среде непрореагировавшего. Взрыв является разрывным или разрывом шкафа или контейнера в связи с развитием внутреннего давления от дефлаграции или детонации , как определен в NFPA 69.

Ограничения [ править ]

Нижний предел воспламеняемости [ править ]

Нижний предел воспламеняемости (LFL): самая низкая концентрация (процент) газа или пара в воздухе, способная вызвать вспышку огня в присутствии источника возгорания (дуга, пламя, тепло). Многие специалисты по безопасности считают этот термин тем же, что и нижний взрывоопасный уровень (НПВ). При концентрации в воздухе ниже, чем LFL, газовые смеси «слишком бедны» для горения. LFL газообразного метана составляет 4,4%. [1] [2] Если в атмосфере содержится менее 4,4% метана, взрыв не может произойти, даже если присутствует источник возгорания. С точки зрения здоровья и безопасности концентрация нижнего предела взрываемости считается непосредственно опасной для жизни или здоровья (IDLH) , если для горючего газа не существует более строгих пределов воздействия. [3]

Показания в процентах на мониторах горючего воздуха не следует путать с концентрациями LFL. Эксплозиметры, разработанные и откалиброванные для конкретного газа, могут показывать относительную концентрацию атмосферы к LFL - LFL составляет 100%. Например, отображаемое значение LFL для метана 5% будет эквивалентно 5%, умноженным на 4,4%, или примерно 0,22% метана по объему при 20 ° C. Контроль опасности взрыва обычно достигается за счет достаточной естественной или механической вентиляции. для ограничения концентрации горючих газов или паров до максимального уровня 25% от их нижнего предела взрываемости или воспламеняемости .

Верхний предел воспламеняемости [ править ]

Верхний предел воспламеняемости (UFL): самая высокая концентрация (процент) газа или пара в воздухе, способная вызвать вспышку огня в присутствии источника возгорания (дуга, пламя, тепло). Концентрации выше, чем UFL или UEL, «слишком богаты» для сжигания. Работа выше UFL обычно избегается из соображений безопасности, потому что утечка воздуха может привести смесь в диапазон воспламеняемости.

Влияние температуры, давления и состава [ править ]

Пределы воспламеняемости смесей нескольких горючих газов могут быть рассчитаны с использованием правила смешивания Ле Шателье для объемных долей горючих газов :

и аналогично для УФЛ.

Температура , давление и концентрация окислителя также влияют на пределы воспламеняемости. Более высокая температура или давление, а также более высокая концентрация окислителя (в первую очередь кислорода в воздухе) приводят к более низкому LFL и более высокому UFL, следовательно, газовая смесь будет легче взорваться. Влияние давления очень мало при давлениях ниже 10 миллибар и трудно предсказуемо, поскольку оно было изучено только в двигателях внутреннего сгорания с турбонагнетателем .

Обычно атмосферный воздух поставляет кислород для горения, и пределы предполагают нормальную концентрацию кислорода в воздухе. Обогащенная кислородом атмосфера усиливает сгорание, снижая LFL и увеличивая UFL, и наоборот; Атмосфера, лишенная окислителя, не является ни горючей, ни взрывоопасной при любой концентрации топлива (за исключением газов, которые могут энергетически разлагаться даже в отсутствие окислителя, такого как ацетилен ). Значительное увеличение доли инертных газов в воздушной смеси за счет кислорода увеличивает LFL и снижает UFL.

Контроль взрывоопасной атмосферы [ править ]

Газ и пар [ править ]

Контроль концентраций газов и паров, выходящих за пределы воспламеняемости, является одним из основных соображений безопасности и гигиены труда . Методы, используемые для контроля концентрации потенциально взрывоопасного газа или пара, включают использование продувочного газа, инертного газа, такого как азот или аргон, для разбавления взрывоопасного газа перед контактом с воздухом. Также распространено использование скрубберов или адсорбционных смол для удаления взрывоопасных газов перед выпуском. Газы также могут безопасно поддерживаться при концентрациях выше UEL, хотя нарушение в контейнере для хранения может привести к взрывоопасным условиям или интенсивным пожарам .

Пыль [ править ]

У пыли также есть верхний и нижний пределы взрываемости, хотя верхние пределы трудно измерить и они не имеют большого практического значения. Нижние пределы воспламеняемости для многих органических материалов находятся в диапазоне 10–50 г / м³, что намного выше пределов, установленных для здоровья, как и в случае нижнего предела взрываемости многих газов и паров. Облака пыли такой концентрации плохо просматриваются на более коротком расстоянии и обычно существуют только внутри технологического оборудования.

Пределы воспламеняемости также зависят от размера частиц пыли и не являются внутренними свойствами материала. Кроме того, концентрация выше нижнего предела взрываемости может быть создана внезапно из-за скоплений осевшей пыли, поэтому регулирование путем регулярного мониторинга, как это делается с газами и парами, не имеет значения. Предпочтительный метод борьбы с горючей пылью - предотвращение скопления осевшей пыли через технологический корпус, вентиляцию и очистку поверхности. Однако более низкие пределы воспламеняемости могут иметь значение при проектировании завода.

Летучие жидкости [ править ]

Ситуации, вызванные испарением легковоспламеняющихся жидкостей в заполненном воздухом пустом объеме контейнера, могут быть ограничены объемом гибкого контейнера или использованием несмешивающейся жидкости для заполнения пустого объема. Гидравлические танкеры используют вытеснение воды при заполнении цистерны нефтью. [4]

Примеры [ править ]

Пределы воспламеняемости / взрываемости для некоторых газов и паров приведены ниже. Концентрации даны в процентах от объема воздуха.

  • Жидкости класса IA ​​с температурой вспышки менее 73 ° F (23 ° C) и температурой кипения менее 100 ° F (38 ° C) имеют рейтинг воспламеняемости 4 по NFPA 704.
  • Жидкости класса IB с температурой вспышки менее 73 ° F (23 ° C) и температурой кипения, равной или превышающей 100 ° F (38 ° C), и жидкости класса IC с температурой вспышки, равной или превышающей 73 ° F. (23 ° C), но менее 100 ° F (38 ° C) имеют рейтинг воспламеняемости NFPA 704, равный 3.
  • Жидкости класса II с температурой вспышки, равной или превышающей 100 ° F (38 ° C), но менее 140 ° F (60 ° C), и жидкости класса IIIA с температурой вспышки, равной или превышающей 140 ° F (60 ° C), но менее 200 ° F (93 ° C) имеют рейтинг воспламеняемости NFPA 704, равный 2.
  • Жидкости класса IIIB с температурой вспышки, равной или превышающей 200 ° F (93 ° C), имеют рейтинг воспламеняемости NFPA 704, равный 1.

ASTM E681 [ редактировать ]

Воспроизвести медиа
Изображение пламени R-32 возле его LFL в 12-литровом приборе ASTM E-681. [27]

В США наиболее распространенным методом измерения LFL и UFL является ASTM E681 . [27] Это стандартное испытание требуется для газов HAZMAT класса 2 и для определения классификации воспламеняемости хладагента . В этом стандарте используются визуальные наблюдения за распространением пламени в сферических стеклянных сосудах объемом 5 или 12 л для измерения пределов воспламеняемости. Воспламеняющиеся условия определяются как условия, при которых пламя распространяется за пределами угла конуса 90 °.

См. Также [ править ]

  • Воспламеняемость
  • Ограничение концентрации кислорода
  • Минимальная энергия зажигания

Ссылки [ править ]

  1. ^ https://www.engineeringtoolbox.com/explosive-concentration-limits-d_423.html
  2. ^ https://www.honeywellanalytics.com/~/media/honeywell-analytics/documents/english/11296_gas-book_v5_0413_lr_en.pdf?la=en
  3. ^ «Текущий бюллетень разведки № 66: Вывод значений, непосредственно опасных для жизни или здоровья (IDLH)» (PDF) . Национальный институт охраны труда и здоровья (NIOSH) . Ноября 2013 . Проверено 11 февраля 2018 .
  4. ^ Моррелл, Роберт В. (1931). Нефтяные танкеры (Второе изд.). Нью-Йорк: Издательство Simmons-Boardman. С. 305 и 306.
  5. ^ Бриттон, Л. Дж. «Использование данных о материалах в оценке статической опасности». как указано в Приложении B NFPA 77-2007
  6. ^ a b c d e f g h i j Работа с современными углеводородами и кислородсодержащими растворителями: руководство по воспламеняемости. Архивировано 1 июня 2009 г. в Wayback Machine Группа производителей растворителей Американского химического совета , стр. 7 января 2008 г.
  7. ^ Matheson Gas Products. Книга данных Matheson Gas (PDF) . п. 443 . Проверено 30 октября 2013 .
  8. ^ a b c d e f g h i j k l m n o «Газы - Пределы концентрации взрывоопасных и воспламеняющихся веществ» . Проверено 9 сентября 2013 .
  9. ^ "ICSC 0018 - н-БУТИЛ МЕРКАПТАН" . www.inchem.org . Проверено 18 марта 2018 .
  10. ^ "2-ГЕКСАНОН ICSC: 0489" . oit.org . Проверено 18 марта 2018 .
  11. ^ «Сайт IPCS INTOX закрыт» . www.intox.org . Проверено 18 марта 2018 .
  12. ^ Yaws, Карл L .; Брейкер, Уильям; Книга данных Мэтисона по газу, опубликованная McGraw-Hill Professional, 2001, стр. 211
  13. ^ Yaws, Карл L .; Брейкер, Уильям; Книга данных Мэтисона по газу, опубликованная McGraw-Hill Professional, 2001, стр. 216
  14. ^ "ICSC 0425 - ЦИКЛОГЕКСАНОН" . www.inchem.org . Проверено 18 марта 2018 .
  15. ^ "Паспорт безопасности циклопентадиена" . ox.ac.uk . Проверено 18 марта 2018 .
  16. ^ Yaws, Карл L .; Брейкер, Уильям; Книга данных Мэтисона по газу, опубликованная McGraw-Hill Professional, 2001, стр. 221
  17. ^ "ICSC 0353 - ЦИКЛОПЕНТАН" . www.inchem.org . Проверено 18 марта 2018 .
  18. ^ Yaws, Карл L .; Брейкер, Уильям; Книга данных Мэтисона по газу, опубликованная McGraw-Hill Professional, 2001, стр. 226
  19. ^ Yaws, Карл L .; Брейкер, Уильям; Книга данных Мэтисона по газу, опубликованная McGraw-Hill Professional, 2001, стр. 244
  20. ^ Уолш (1989) Паспорта химической безопасности, Рой. Soc. Chem., Кембридж.
  21. ^ Encyclopedia.airliquide.com [ постоянная мертвая ссылка ]
  22. ^ Yaws, Карл L .; Брейкер, Уильям; Книга данных Мэтисона по газу, опубликованная McGraw-Hill Professional, 2001, стр. 266
  23. ^ Yaws, Карл L .; Брейкер, Уильям; Книга данных Мэтисона по газу, опубликованная McGraw-Hill Professional, 2001, стр. 281
  24. ^ Yaws, Карл L .; Брейкер, Уильям; Книга данных Мэтисона по газу, опубликованная McGraw-Hill Professional, 2001, стр. 286
  25. ^ Yaws, Карл L .; Брейкер, Уильям; Книга данных Мэтисона по газу, опубликованная McGraw-Hill Professional, 2001, стр. 296
  26. ^ Yaws, Карл L .; Брейкер, Уильям; Книга данных Мэтисона по газу, опубликованная McGraw-Hill Professional, 2001, стр. 301
  27. ^ a b c Ким, Деннис К .; Клигер, Александра Е .; Lomax, Peter Q .; Маккой, Конор Дж .; Рейманн, Джонатан Ю.; Сандерленд, Питер Б. (14 сентября 2018 г.). «Усовершенствованный метод проверки пределов воспламеняемости хладагента в 12-литровом сосуде» . Наука и технологии для искусственной среды . 24 (8): 861–866. DOI : 10.1080 / 23744731.2018.1434381 . ISSN 2374-4731 . 
  28. ^ «Периодическая таблица элементов: водород - H (EnvironmentalChemistry.com)» . environmentalchemistry.com . Проверено 18 марта 2018 .
  29. ^ «Горючие материалы» (PDF) . afcintl.com . Архивировано 3 марта 2016 года из оригинального (PDF) . Проверено 18 марта 2018 .

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Дэвид Р. Лид, главный редактор; Справочник по химии и физике CRC, 72-е издание ; CRC Press; Бока-Ратон , Флорида; 1991; ISBN 0-8493-0565-9