Горіння суміші газів, парів з повітрям

Розвиток процесів горіння

В результаті вивчення теми слухачі повинні

Знати:

· відмінні особливості процесів самоспалахування і запалювання (примусового спалахування);

· види джерел запалювання. Механізм займання горючих систем джерелами запалювання. Критичні умови примусового займання;

· запалювання іскрами різного походження.

Література:

5 Частина С. 99 – 115.

Для запобігання пожеж та вибухів на виробництві важливо знати концентрацію газів і пари легкозаймистих та горючих рідин в приміщеннях, технологічному обладнанні, резервуарах або сховищах.

Знаючи концентрацію пари, рідин або газів і порівнюючи її з концентраційними межами запалювання даної речовини, можна визначити небезпеку відносно вибуху.

Запалювання горючої речовини в суміші з окисниками відбувається тільки тоді, коли ця суміш утворена певними концентраціями. Такі концентрації горючої речовини в суміші з окисником при наявності джерела запалювання здатні займатися з розповсюдженням полум’я по всьому об’ємі горючої суміші. Граничні концентрації суміші горючої речовини з окисником носять назву концентраційних меж поширення полум’я (КМПП).

Розрізняють нижні та верхні концентраційні межі поширення полум’я.

Мінімальний вміст горючої речовини в однорідній суміші з окислювальним середовищем, при якому можливе поширення полум’я по суміші на будь-яку відстань від джерела запалювання, називається нижньою концентраційною межею поширення полум’я (НКМПП). Аналогічно максимальний вміст горючої речовини в однорідній суміші з окислювальним середовищем, при якому можливе поширення полум’я по суміші на будь-яку відстань від джерела запалювання, називається верхньою концентраційною межею поширення полум’я (ВКМПП).

В темі розглядається питання елементи дифузійної і теплової теорії поширення полум’я. Поняття про масову і нормальну швидкість поширення полум'я. Фронт полум’я, зони фронту полум’я, процеси, що відбуваються в підготовчій зоні та зоні горіння. Нормальна швидкість поширення полум’я. Фактори, що впливають на нормальну швидкість поширення горіння,: початкова температура, тиск, склад суміші, вид горючої речовини. Вибух, перехід кінетичного дефлаграційного горіння в детонацію, визначення максимального тиску при вибуху.

На початку вивчення матеріалу потрібно засвоїти основні положення теорії кінетичного горіння газо-пароповітряних сумішей, які сформовані Я.Б.Зельдовичем, такі як:

1. Поняття про утворення фронту полум’я і його основних характеристик (товщина, температура, час реакції).

2. Про швидкість поширення полум’я і основні фактори, які на неї впливають (склад суміші, наявність флегматизаторів і інгібіторів, початкова температура і тиск).

3. Про перехід кінетичного горіння в детонацію.

Теорія горіння газових сумішей встановлює зв'язок між швидкістю поширення полум’я по суміші з одного боку, і швидкістю хімічної реакції горіння та теплофізичними характеристиками горючої суміші – з іншого. Теорія поділяє горіння на детонаційне і дефлаграційне, останнє, у свою чергу,поділяється на кінетичне та дифузійне.

Потрібно глибоко вивчити види швидкості поширення поширення полум’я та її залежність фізико-хімічних властивостей горючої суміші, від концентрацій горючої речовини й окислювача, від наявності каталізаторів, активних і інертних домішок і від температури.

Необхідно вивчити питання про причини підвищення тиску внаслідок прискорення поширення фронту полум’я.

Тиск під час вибуху можна визначити за формулою:

де: Р₀ – початковий тиск суміші, кПа;

Т₀ – початкова температура суміші в Кельвінах;

∑β_п.г – сума молів продуктів горіння, кмоль;

∑β_ст.. – сума молів вихідної суміші, кмоль;

Т_виб – температура вибуху в Кельвінах.

Такий розрахунок дає величину тиску вибуху стехіометричної концентрації, цей тиск є максимальним. Звичайно тиск вибуху не перевищує 1 мПа, якщо початковий тиск суміші був нормальним.

Тиск під час вибуху – важливий фактор для розрахунку противибухового захисту апаратів і розрахунку послаблених і легкозкидаючих конструкцій споруд та будівель.

Слід дати визначання стехіометричної концентрації, показати порядок розв'язування задачі за визначенням процентної і масової стехіометричної концентрації за формулою:

, г/м³

, %: β_CТ = β_ГР + β₀₂ + β_N2

Показати пожежну вибухонебезпеку сумішей при стехіометричній концентрації. Розглядаючи вплив концентрації окисника, слід описати небезпеку підвищення концентрації кисню на реальних прикладах пожежної небезпеки технологічних процесів. Бажано підтвердити теоретич­ні положення виписками з правил пожежної небезпеки.

Необхідно пам’ятати, що порядок розрахунку температури вибуху при подвійному об’ємі аналогічний порядок розрахунку теоретичної температури горіння, але має ту особливість, що процес вибуху проходить в надзвичайно короткий період часу, тому виділяється енергія до початку розширення продуктів вибуху.

Температура вибуху газоповітряних сумішей при постійному об’ємі завжди вища, ніж при постійному тиску, так як в останньому випадку частина тепла, яка виділяється, витрачається на завершення роботи розширення продуктів горіння.

Далі слід розглянути методи визначення концентраційних меж поширення полум’я, навчитися визначати концентраційні межі за довідковою літературою і розрахунком при відсутності довідникових даних. Для цієї мети можна використати апроксимаційну формулу:

, %; г/м³

де: а і в – коефіцієнти, які приймаються за цією таблицею:

Область застосування	а	в
для	φН	8,684	4,679
φв	при β02 ≤ 7,5	1,550	0,560
φв	при β02 >7,5	0,768	6,554

Для визначення меж поширення полум’я сумішей декількох горючих газів або парів застосовують формулу Ле – Шателье:

де: п - число горючих газів;

К_і - доля кожного компоненту у суміші.

φ_і - відповідна концентраційна межа кожного із газів суміші.

Необхідно знати, що концентраційні межі поширення полум’я не є постійними, а залежать від ряду факторів, які можна легко сформулювати, знаючи чинники які впливають на швидкість хімічної реакції. Розгляньте данні чинники, визначить механізм їх впливу на межі поширення полум’я, а потім застосуйте на практиці для пониження пожежної небезпеки технологічних процесів, які пов’язані з перетворенням горючих газів і рідин шляхом ведення певних процесів в атмосфері інертних газів, будовою систем пожежогасіння, зниження тиску, зниження потужності можливих джерел запалювання і т.д.

Вивчаючи вплив негорючих домішок необхідно теоретично обґрунтовувати їх вплив на швидкість реакції, для наочності можна відобразити їх вплив графічно. В цьому питанні доцільно розкрити дію флегматизаторів, мінімальні флегматизуючі концентрації для речовин і вплив мінімального вибухонебезпечного вмісту кисню (МВНК) в залежності від виду флегматизатора.

Важливе значення мають концентраційні межі поширення полум'я для визначення пожежо-вибухонебезпечності виробництва, запобігання пожеж та вибухів в нормальних умовах і в період проведення ремонтних робіт. Для цієї мети необхідно вміти розрахувати гранично допустиму вибухонебезпечну концентрацію (ГДВК).

Гранично допустима вибухонебезпечна концентрація визначається діленням нижньої концентраційної межі поширення полум’я газу або пари в повітрі на коефіцієнт безпеки для нижньої концентраційної межі:

де: j_н - нижня концентраційна межа поширення полум’я в повітрі при атмосферному тиску і температурі в %.;

К - коефіцієнт безпеки менший 1. Для виробничих приміщень К <0,1.

Для приміщень, у яких передбачається ведення вогневих робіт К <0,05.

Порівнюючи фактичну концентрацію парів і газів з ГДВК і концентраційні межі поширення полум’я можна зробити висновок, про небезпеку даної концентрації.

В залежності від густини газу або пари по відношенню до густини повітря (a) обґрунтовуються вимоги прокладання електрокомунікацій, установленні електро- і нагрівальні апаратури, встановленні вентиляції і т.д. Відносна густина за повітрям визначається відношенням молекулярної маси газу або пари /М/ до умовної молекулярної маси повітря (М п = 29).

У відповідях на питання № 39, 40, необхідно дати визначення розглянутих параметрів, у відповідях на питання № 38, 41- привести конкретні приклади розрахунку.

Поняття:

Горіння на межі елементарного об’єму з середовищем називається фронтом полум’я.

Нормальна, або фундаментальна швидкість – це швидкість поширення фронту полум’я відносно свіжої суміші в напрямку по нормалі до поверхні фронту [перпендикуляр до дотичної поверхні фронту (U_н)].

Видима швидкість – це швидкість переміщення фронту полум’я відносно стінок труби (U_в)].

Масова швидкість – це кількість речовини, що прореагувала в одиницю часу на одиниці поверхні фронту полум’я (U_м)].

U_н = dn/dτ‚ м/с; U_в = dl /dτ‚ м/с; U_м = ρ₀• U_н‚ кг/м^2•с;

ρ₀ – питома маса суміші при початкових умовах.

Нормальна і видима швидкість пов’язані між собою співвідношенням що називається законом косинусу:

U_н = U_в •cos φ

φ– кут між векторами видимої і нормальної швидкості.

Та мінімальна (найменша) концентрація парів, газів або пилу в однорідній суміші з повітрям, при якій суміш уже може спалахувати від джерела запалювання і полум’я поширюється на весь об’єм горючої суміші, називається нижньою концентраційною межею поширення полум’я (НКМПП).

Та найвища концентрація горючих парів, газів або пилу в суміші з повітрям, при якій суміш ще здатна спалахувати (займатися) від джерела запалювання з поширенням полум’я на весь об’єм називається верхньою концентраційною межею поширення полум’я (ВКМПП).

НКМПП, ВКМПП – мінімальний, максимальний вміст горючої речовини в однорідній суміші з окислювальним середовищем, за якого можливе поширення полум'я по суміші на будь-яку відстань від джерела запалювання,

Концентраційний інтервал газів або парів у повітрі між нижньою і верхньою концентраційними межами поширення полум’я називається зоною запалювання, або зоною спалахування

Дата добавления: 2014-11-29