Средства тушения 1 страница

Воздух

3* 67

N

17,2—17,9 17,5—18,6 22,6-23,5

образца и оценивают площадь горения. При распро­странении пламени до верхней метки зажигание считают законченным.

Оценивают изменение образца при горении, отмечая такие явления, как плавление и образование капель, обугливание, неустойчивое горение, тление. Измеряют продолжительность горения образца после зажигания и длину образца, по которой распространилось пламя. Результат испытания считают положительным, если достигнуты критерии, указанные в табл. 2.8.

Таблица 2.8. Критерии определения КИ

длина распространения

Форма образца

продолжи­тельность

Критерии горения Метод зажига­ния

горения, с пламени, мм

I, П, III, IV А 180 50 от верхнего торца образца

V Б 180 80 ниже верхней метки

Испытанный образец вынимают. Очищают камеру от твердых продуктов горения и охлаждают ее до 23 ± 2 °С.

При испытании следующего образца уменьшают концентрацию кислорода в газовой смеси, если достиг­нут хотя бы один из критериев горения, указанных в табл. 2.8; увеличивают концентрацию кислорода в газовой смеси, если ни один из критериев, указанных в табл. 2.8, не достигнут.

Проводят предварительные испытания с произволь­ным шагом изменения концентрации кислорода в газо­вой смеси и определяют такие два значения концентра­ции кислорода, различающиеся не более чем на 1 %, при одном из которых выполняется хотя бы один из крите­риев табл. 2.8, а при другом — ни один из указанных критериев не выполняется. Из этих значений выбирают второе в качестве начального для проведения серии основных испытаний.

Серию основных испытаний проводят с контролируе­мой величиной шага d изменения концентрации кисло­рода, чтобы найти такую концентрацию, при которой происходит изменение характера горения образца в со­ответствии с критерием табл. 2.8; зат^м дают статисти­ческую оценку этой концентрации по малому числу ис­пытаний, используя метод Диксона.

Начиная с концентрации кислорода в газовой смеси,

полученной в предварительных испытаниях, испыты­вают один образец. Результат испытания записывают как X, если удовлетворяется хотя бы один из критериев табл. 2.8, и как 0 — если не удовлетворяется. Получен­ное значение концентрации кислорода и результат ис­пытания являются первыми в серии испытаний Nt с контролируемым шагом. Используя шаг изменения концентрации кислорода d, равный не менее 0,2 % от общей газовой смеси (т. е. уменьшая на d, если резуль­тат предыдущего испытания был X, и увеличивая на d, если результат был 0), испытывают серию образцов до тех пор, пока не будет получен результат, отличаю­щийся от результата первого испытания основной се­рии. Полученные значения концентрации кислорода и результаты испытаний составляют серию Nl. Затем проводят еще пять испытаний, изменяя концентрацию кислорода на d. Последнее значение.концентрации в серии основных испытаний обозначается ка Cf, а все результаты и соответствующие значения концентрации серии основных испытаний записывают как Nt= Nl-\-5. Проверяют величину шага изменения концентрации кислорода d, Nt — серии в соответствии с условием

23/3<d<l,5a, (2.21)

где a — оценка стандартного отклонения концентрации кислорода, рассчитываемая для последних шести ис­пытаний в Л/г-серии (включая Cf) по формуле

-x J

где Vi — последовательные значения концентрации кислорода, полученные в последних шести испытаниях Wr-серии; n = 6.

Если условие неравенства (2.21) не выполняется и rf<C2a/3, то повторяют испытания с увеличенным зна­чением of до тех пор, пока не выполнится условие (2.21). Если d> 1,5a, то повторяют испытания с уменьшенным значением d до тех пор, пока не выполнится условие (2.21); при этом d не должно быть менее 0,2 %, если нет специальных требований к материалу.

Если условия неравенства (2.21) выполняются, то кислородный индекс рассчитывают по формуле

(2.23) 53

где К — фактор, выбираемый из табл. 2.9; d_F —окон­чательный шаг изменения концентрации кислорода, выбранный в соответствии с условиями (2.21).

Значение К и его математический знак зависят от результатов серии основных испытаний и" могут быть найдены из табл. 2.9 следующим образом:

если первый результат серии N_L был равен 0, а пер­вый результат серии из пяти испытаний был X, то в гра­фе 1 табл. 2.9 находят строку, значения которой совпа­дают с результатами серии пяти испытаний. Значение К и его знак находят на пересечении данной строки и одной из граф 2—5, для которой число 0 в подзаголовке а соответствует числу 0 результатов в Л^-серии;

если первый результат серии N_L был X, а первый ре­зультат серии из пяти испытаний был 0, то в графе б табл. 2.9 находят строку, значения которой совпадают с результатами серии пяти испытаний. Значение К

Таблица 2.9. Данные для обработки, результатов измерений КИ

	Значение	К, для которых первыми резуль-
Результаты	татами в серии N^ являются	Результаты
				последних
последних пяти		а		пяти испы-
испытаний, на-
				таний, начи-
чинающихся с X					нающихся с 0
	X	XX	XXX	ХХХХ
хоооо	-0,55	—0,55	—0,55	— 0,55	охххх
хооох	-1,25	— 1,25	-1,25	-1,25	0ХШ)
X00X0	0,37	0,38	0,38	0,38	оххох
хоохх	-0,17	—0,14	— 0,14	-0,14	OXJTOO
хохоо	0,02	0,04	0,04	0,04	ож>;а
ХОХОХ	-0,50	—0,46	— 0,45	— 0,45	охохо
ХОХХО	1,17	1,24	1,25	1,25	охоох
хоххх	0,61	0,73	0,76	0,76	0X000
ххооо	-0,30	—0,27	— 0,26	-0,26	ооххх
ххоох	-0,83	—0,76	—0,75	— 0,75	ооххо
ххохо	0,83	0,94	0,95	; 0,95	оохох
ххохх	0,30	0,46	0,50	0,50	00X00
хххоо	0,50	0,65	0,68	0,68	ооохх
хххох	— 0,04	0,19	0,24	0,25	000X0
ххххо	1,60	1,92	2,00	2,01	оооох
ххххх	0,89	1,33	1,47	1,50

Таблица 2.10. Показатели точности измерения КИ

Приближенное значение на 95 \ доверительном уровне

Внутри лаборатории

Между лабо­раториями

Стандартное отклонение 0,2 0,5

Сходимость 0,5 —

Воспроизводимость — 1,4

находят на пересечении данной строки и одной из граф 2—5, для которой количество X в подзаголовке б соответствует числу X результатов в Л^-серии. Знак К в этом случае заменяется противоположным.

Данный метод определения КИ обеспечивает показа­тели точности, приведенные в табл. 2.10, для материа­лов, которые зажигаются без особых сложностей и спо­койно горят.

Способность взрываться и гореть при взаимодействии с водой, кислородом воздуха и другими веществами. Метод определения опасности взаимного контакта веществ основан на механическом перемешивании ис­пытуемых образцов в заданной пропорции и оценке результатов испытания. Для экспериментов исполь­зуют:

электрический сушильный шкаф вместимостью 4 дм³ с регулятором температуры, позволяющим поддержи­вать постоянную температуру рабочей зоны от 40 до 200 °С;

двухзонную термопару малоинерционного типа ТХК с термоэлектродами диаметром 0,5 мм;

потенциометр типа КСП-4 с градуировкой ХКбв, диапазоном измерения температур от 0 до 200 °С.

Предварительные испытания веществ на способность взрываться и гореть при взаимодействии с другими веществами проводят путем контакта капли, кристалли­ка или небольшого количества порошкообразного ве­щества с таким же количеством другого вещества при комнатной температуре. Если при этом происходит энергичное взаимодействие (взрыв или самовоспла­менение) веществ, то такие вещества являются несов­местимыми. Если при контакте малых количеств ве­ществ не происходит активного взаимодействия, то в последующих испытаниях исследуют двухкомпонент-ные смеси испытуемых веществ в стехиометрическом соотношении общим объемом до 20 см³. Для этого каждый из компонентов смеси помещают в отдельный

тигель. Тигли с исследуемыми образцами устанавли­вают в термостат с заданной температурой испытания и выдерживают в течение 30 мин до выравнивания температур исследуемых веществ и термостата. В тигель (в котором будет производиться смешивание образцов) опускают один из рабочих концов термопары (другой рабочий конец измеряет температуру внутри термоста­та) и вливают (всыпают) вещество из другого тигля. Смесь перемешивают и по потенциометру наблюдают за показаниями термоэлектрического преобразователя в течение 1 ч.

Если температура смеси не повышается, то испытание прекращают. Для каждой смеси веществ проводят не менее трех испытаний при температурах 20±2, 50±2 и 100 + 2 °С. Если при температуре испытания вещество переходит в другое агрегатное состояние, то испытание следует прекратить. Если температура смеси в каждом испытании не повысилась более чем на 0,5 ^СС, то ве­щества считают совместимыми в отношении пожарной безопасности и допускается их совместное хранение. Если температура смеси хотя бы в одном испытании повысилась более чем на 0,5 °С, то для окончательного вывода о совместимости определяют условия самовоз­горания данных смесей.

Нормальная скорость распространения пламени. Для определения нормальной скорости распространения пламени создают газо- или паровоздушную смесь сте-хиометрического состава, зажигают ее и оценивают скорость перемещения фронта пламени. Схема установ­ки для определения нормальной скорости распростра­нения пламени показана на рис. 2.20.

Рис. 2.20. Установка для оп­ределения нормальной скоро­сти распространения пла­мени:

/ — реакционная камера; 2 — смотровое окно; 3 — электроды зажигания; 4 — датчик давле­ния; 5, 6, 8 — клапаны; 7 — ма­нометр; 9 — кинокамера; 10 — мешалка; 11 —пульт управле­ния; 12 — осциллограф; 13 — усилитель

Горючее

Окислитель

Вместимость сферической реакционной камеры со­ставляет 3—25 дм. Камера снабжена оптическим окном для наблюдения за процессом распространения пламе­ни, вентилятором или электронагревателем для кон­вективного перемешивания смеси. На камере через клапан установлен ртутный манометр. В качестве за­жигающего устройства используют электроды с искро­вым промежутком от 0,5 до 2,5 мм. Выделяемая в искре энергия должна быть не более 0,1 Дж. В установке используется датчик давления, который через усилитель соединен с осциллографом. Кроме того, установка со­держит: трубопроводы с клапанами для подачи в ка­меру исследуемого вещества и воздуха; пульт управ­ления, обеспечивающий синхронизацию момента зажи­гания смеси с началом регистрации процесса распрост­ранения пламени; хроматограф для анализа состава исследуемой смеси; вакуумный насос, обеспечивающий остаточное давление не более 1,0 кПа.

Перед проведением испытаний реакционную камеру проверяют на герметичность. Для приготовления газо­вой смеси требуемого состава реакционную камеру вакуумируют до остаточного давления 1,0 кПа. Затем поочередно в камеру подают компоненты смеси по парциальным давлениям. После приготовления смесь перемешивают в течение 5± 1 мин, используя для этого вентилятор. Затем вентилятор отключают и через 5±1 мин проводят зажигание горючей смеси зажи­гающим устройством, искровой промежуток которого расположен в центре камеры. Момент срабатывания зажигающего устройства и изменение давления в ка­мере от времени регистрируются осциллографом, а процесс распространения пламени — кинокамерой.

С целью определения максимального значения нор­мальной скорости для конкретного горючего вещества испытания проводят на различных составах смеси, близ­ких к стехиометрическому. Испытание смеси заданного состава повторяют не менее пяти раз.

Из экспериментальной записи изменения давления от времени pk(tk) выбирают не менее пяти значений, удовлетворяющих условию

(2.24)

где pi — начальное давление в камере, Па; используют также точку р,(0), соответствующую моменту сраба-

тывания зажигающего устройства; р„ — давление, со­ответствующее точке перегиба кривой изменения дав­ления взрыва от времени, Па. Расчетное значение изменения давления взрыва в камере получают ин­тегрированием дифференциального уравнения

S_u; (2.25)

dt ф'/т._[(_т.__?4)_я./_т,1)

в котором:

, tt'^/T"+[(y_t-l)/(V*-l)] (1-я"*-')-! _{(2 2б)}
G '

»Г1»<»-)> Ъ»=* (2.27)"

V* Т»(Т«— 1) J V» —1

где K = p/pi — относительное давление; р — текущее расчетное давление в камере, Па; р, — начальное давление в камере, Па; t — время, с; а — радиус ка­меры, м; у_и, у_ь — соответственно показатели адиабат смеси и продуктов сгорания; n_u = tn_u/mj — относитель­ная масса смеси в камере; т_и — текущее значение массы смеси, кг; т, — начальное значение массы смеси, кг; ji_e = p_e/pi — относительное максимальное давление взрыва в камере; р_е — максимальное давление взрыва в камере при начальном давлении р,, Па; S_u — текущее значение нормальной скорости распространения пламе­ни, м -с~'.

Радиус пламени г* рассчитывают по формуле (в м)

г»=(1—я„я-^1/т«)^1/3а. (2.28)

Зависимость нормальной скорости от давления и темпе­ратуры смеси принимают в виде

S_u = S_ul(p/_Piy (Т_и/Т>Г, (2.29)

где S_Ui — начальная скорость распространения пламе­ни при начальных давлении и температуре, м-с~'; Т_и — текущее значение температуры смеси, К; Т, — начальная температура смеси в камере, К; к — бари­ческий показатель; m — температурный показатель. В приближении адиабатического сжатия смеси

S_u = S_u«n⁸, (2.30)

где г = т-{-п — т/у_и — термокинетический показатель.

Входящие в расчетные формулы параметры у_и, у_ь,

я_е определяют термодинамическим расчетом. При не-

возможности использования ЭВМ для решения уравне­ний (2.25) и в отсутствие расчетных значений уь и л, для упрощения вычислений можно приближенно при­нять уь = Уи, а значение л_е взять из экспериментальных данных.

Вид расчетной зависимости p(t) определяется двумя неизвестными параметрами S_u,- и е.

Метод определения нормальной скорости [определе­ние значений S_ui и е согласно формуле (2.30)] основан на оптимизации расчетной зависимости давления взры­ва от времени в сферической камере постоянного объема относительно экспериментальной записи давления. Оп­тимизацию расчетной зависимости изменения давления по экспериментальной зависимости осуществляют мини­мизацией функционала

Ф(в)= I [я*-я(Ь,вИ\ (2.31)

где ©= II ^"'|| — вектор-столбец неизвестных парамет­ров 9i =S_Ui, в2 = е, n_k = p_k/pi — экспериментальное относительное давление в момент времени /*; л(**,6) — расчетное относительное давление в момент времени tk\ N — выбранное число точек экспериментальной за­висимости давления от времени.

Минимизация функционала (2.31) производится итеративно, причем

W_L+i=W_L+AW, (2.32)

где L — номер итерации. Значение поправки Д0 опре­деляют при каждой итерации из выражения

где X=\\dn(tk,Qi)/dQ\\ —матрица размерностью 2N; Х^т —транспонированная матрица Ж ~Z~=\\nk — пХ X (tk, ©_L || — вектор-столбец размерностью М; (Х^Г'Х)~¹ — матрица, обратная матрице JFXl Транспонирование, перемножение и обращение матриц осуществляется по стандартным процедурам, имеющимся в библиотеках ЭВМ.

Итерационный процесс прекращается при выполне­нии условия

W (2.34)

где 6 = 10-⁴(O_L+10-³b_

Элементы матрицы X определяются численным ин­тегрированием уравнения

ЖШ.!п) <²-³⁵>

с начальными условиями

l =0

„

В уравнении (2.35) символ / использован для обозна-, чения правой части уравнения_(2.25). Для определения элементов вектор-столбца Z необходимо численно интегрировать уравнение (2.25).

Дальнейшая минимизация функционала (2.31) осу­ществляется варьированием начальной точки отсчета времени. Для этого уравнения (2.25) и (2.35) интегри­руют с момента времени, находящегося в интервале ±20 мс относительно момента срабатывания зажигаю­щего устройства. В результате определяют момент времени /*, которому соответствует минимальное зна­чение^ функционала (2.31). Найденное при этом значе­ние в является искомым.

Доверительный интервал значений определенных параметров находится по формуле

пл1 a_mmX_nKS²F«(K, N-K), (2.36)

где т, и =1,2 (индекс 1 соответствует параметру S_ui, индекс 2 — параметру е); \J_mn т-й элемент п^го собст­венного вектора матрицы R=A ~^1/2 (X^rX~)~^A~^U2W— диагональная матрица; m-й диагональный элемент которой равен^ а_тт\ а_тт — m-й диагональный элемент матрицы (XV()~^l; Х„ — n-ое собственное значение мат­рицы R; /(= 2 — число параметров, по которым про­водится оптимизация; F«(K, N — К) — табулированные значения критерия Фишера; а — доверительная вероят­ность; S² — дисперсия экспериментальных данных;

K). (2.37)

Контроль правильности определения нормальной ско­рости распространения пламени методом оптимизации осуществляется сравнением экспериментальной и рас-

четной зависимостей радиуса пламени от времени.
Метод применим в условиях пренебрежения конвекцией,
когда число Фруда l

Fr = S?/(gd), (2.38)

где 5_S — видимая скорость пламени, м«с~'; g — уско­рение свободного падения, м-с~²; d — диаметр ка­меры, м.

Аналогичная процедура определения S_M,- и е выпол­няется для серии испытаний. По полученным результа­там определяют среднеарифметические значения S°i и е° и среднеквадратичные отклонения для данных па­раметров.

Для определения значений нормальной скорости в широком диапазоне давлений и температур проводят серии испытаний, различающиеся начальным давле­нием pi. Для каждой серии испытаний определяют значения S°,, e° и изменение нормальной скорости в те­чение взрыва по формуле (2.29). Температура смеси изменяется в течение взрыва по закону

Г_в = Г,-я<т«-¹)/т_а. (2.39)

Используя формулы (2.30), (2.39), строят серию изотерм на графике S_u(p). Первую изотерму (Г„ = 7*,) строят по точкам S«,-(p,-), где значения р,—заданы, a S_Ui — определены методом оптимизации. Для построе­ния следующих изотерм (7"_u — const) по формуле (2.39) определяют относительное давление л и давление p — npi, при котором температура смеси равна выбран­ному значению Т_и с различным начальным давлением. Определив значение л по формуле (2.30), находят зна­чение нормальной скорости S_u в каждом испытании, т. е. при одинаковой температуре Т_и и различных давле­ниях р.

Метод начального участка, применяемый для опре­деления одиночных значений нормальной скорости пламени, заключается в том, что результаты испытаний, полученные по описанной выше методике, обрабаты­вают по начальному участку фоторегистрации распро­странения сферического пламени (в условиях пренебре­жения конвекцией).

Нормальную скорость распространения пламени S_m- определяют при начальных значениях давления и температуры в камере, используя только эксперимен-

тальные данные. Расчет производят по формуле

S_ul- = S,/Ј/, (2.40)

где S_s—видимая скорость распространения пламени, м-с~'; £, = 0,85 p_e/pi — коэффициент расширения про­дуктов сгорания при начальных значениях давления и температуры; р_е — максимальное давление взрыва в камере при начальном давлении />,-.

Используя кинограмму распространения сферическо­го пламени на начальном участке (до '/з радиуса ка­меры), определяют значение S_s по углу наклона прямой, выражающей зависимость радиуса пламени от времени его распространения.

Коэффициент расширения продуктов сгорания £, определяют по экспериментальным данным — началь­ному pi и максимальному давлению взрыва р_е в камере (по записи давления взрыва на осциллограмме). До­пускается определять £, расчетным путем.

Для определения нормальной скорости пламени в га­зовых смесях применяют также метод горелки. Уста­новка (рис. 2.21) для шлирен-фотографирования конуса пламени на срезе сопла горелки содержит систему подачи окислителя и горючего и оптическую систему шлирен-фотографирования. Система подачи состоит из смесителя и линий подачи горючего и окислителя; в эти линии включены осушители, расходомеры, регу­лировочные и редукционные клапаны. Сопло горелки снабжено рубашкой водяного охлаждения. Оптическая система состоит из фотокамеры с фотопленкой и объек­тивом, проволочки, линз, щели и источника излучения.

Линзой 7 фокусируют изображение источника 8 на щель 6. Линзой 5 создают параллельный пучок лучей для просвечивания пламени и совместно с линзой 4 фокусируют изображение щели 6 на проволочку 3 таким образом, чтобы в отсутствие пламени свет от источника 8 не поступал на объектив фотокамеры 2. Объектив фотокамеры 2 и линза 4 фокусируют изобра­жение конуса пламени на фотопленку /. Прорезь щели 6 и проволочку 3 располагают параллельно оси конуса пламени.

По показаниям расходомеров 14 задают смесь тре­буемой концентрации и, зная площадь истечения на срезе сопла, устанавливают скорость истечения горючей смеси. В поток газа за смесителем подают с необходим

Горючее Окислитель

16 15

13

/ 2 J

Рис. 2.21. Принципиальная схема установки для шлирен-фотогра-фирования конуса пламени:

/ — фотопленка; 2 —объектив фотокамеры; 3 — проволочка; 4, 5, 7 — линзы; 6— щель; 8 — источник излучения; 9 — сопло горелки; 10 — рубаш­ка охлаждения сопла горелки; // — горелка; 12 — смеситель; 13 — осуши­тели; 14 — расходомеры; 15 — регулировочное клапаны; 16 — редукционные клапаны

мым расходом диспергированные твердую или жидкую фазы. Осуществляют зажигание смеси на срезе горелки. Производят шлирен-фотографирование конуса пламе­ни. Нормальную скорость пламени рассчитывают по формуле

S_ui=W_sin(a/2),

(2.41)

где W — скорость истечения газа на срезе горелки, м-с~'; а — угол при вершине конуса пламени горелки.

Значение W определяют по показаниям расходоме­ров, величину а — по шлирен-фотографии.

Скорость выгорания. Для определения скорости выго­рания зажигают образец вещества в реакционном сосуде и фиксируют убыль массы образца за определен­ный промежуток времени.

Установка (рис. 2.22) имеет прибор СВ, представля­ющий собой два сообщающихся сосуда, выполненные из стекла. Один из них внутренним диаметром 10,0 rt ±0,2 мм, высотой 45±2 мм и толщиной стенки 1,0± ±0,1 мм служит горелкой, другой внутренним диамет­ром 50±2 мм, высотой 60±2 мм служит резервуаром

Рис. 2.22. Установка для опре­деления скорости выгорания жидкостей:

/ — прибор СВ; 2 — термометр; 3 — металлический противень; 4 — крон­штейн; 5 — сетка; 6 — электриче­ские весы; 7 — металлический под­дон; 8 — нагревательный элемент

для исследуемой жидко­сти. Сосуды сообщаются через соединительную трубку длиной 25 ±2 мм (размеры канала трубки 8X2 мм). Металлический противень длиной 125 ± ±5 мм, шириной 75 ±5 мм и высотой 35 ±5 мм за­полнен песком. В него устанавливают прибор СВ при испытании. В установке использованы весы ла­бораторные электрические квадрантные с наибольшим пределом взвешивания 500 г; цена деления шкалы 100 мг. Металлический поддон диаметром 300±Ю мм установлен сверху на корпусе весов. По центру поддона имеется отверстие диаметром 150 ±5 мм для чаши ве­сов. По периметру поддона расположена сетка высотой 600 ± 10 мм, позволяющая работать в вытяжном шкафу с включенной вентиляцией. Кронштейн позволяет уста­навливать противень с песком и прибором СВ на чашу весов. Нагревательный элемент имеет спираль сопро­тивлением 0,9±0,1 Ом; подаваемое на спираль напря­жение 12 ±2 В, сила тока 11 ±1 А. Лабораторный тер­мометр может быть любого типа с пределом измерения от 0 до 200 °С и ценой деления 0,5 °С. Стеклянная пластинка служит для гашения пламени горелки после испытания.

В резервуар прибора СВ заливают исследуемую жидкость (60 ± 10 см³) с таким расчетом, чтобы уровень жидкости в горелке был на 2,5±0,5 мм ниже верхнего края горелки. Уровень контролируется шаблоном. На чашу весов, используя кронштейн, устанавливают про­тивень с песком и прибором СВ. Между горелкой и резервуаром с исследуемой жидкостью ставят алюми­ниевый экран. В резервуар опускают термометр, закреп­ленный в штативе. Нагревают жидкость до температуры

Рис. 2.23. Зависимость ско- Скорость Выгорания, кг/(м^е-мин) ростн выгорания жидкости от 25 времени горения

Дата добавления: 2015-06-27