Методы экспериментального определения показателей пожаро-и взрывоопасности веществ и материалов

Группа горючести. Методы определения горючести основаны на создании температурных условий, наиболее способствующих горению, и оценке поведения испытуемых веществ и материалов в этих условиях.

Горючесть газов определяют по наличию концентрационных пределов распространения пламени: если газ имеет пределы распространения пламени, то его относят к горючим; если не имеет — к негорючим. Если газ не имеет пределов распространения пламени, но имеет Температуру самовоспламенения, то его считают труд-

Таблица 2.1. Показатели, характеризующие пожаро- и взрывоопасность веществ и материалов.

Показатели	Применяемость показателей
Для газов	Для жидкостей	Для твердых веществ	Для пылей
Группа горючести	+	+	+	+
Температура вспышки	-	+	-	-
Температура воспламенения	-	+	+	+
Температура самовоспламенения	+	+	+	+
Нижний и верхний концентрационные пределы распространения пламени	+	+	-	+
Температурные (нижний и верхний) пределы распространения пламени	-	+	-	-
Температуры самонагревания	-	-	+	+
Температуры тления	-	-	+	+
Температурные условия теплового самовозгорании	-	-	+	+
Минимальная энергия зажигания	+	+	-	+
Кислородный индекс	-	-	+	-
Способность взрываться и гореть при взаимодействии водой, кислородом воздуха и другими веществами	+	+	+	+
Нормальная скорость распространения пламени	+	+	-	-
Скорость выгорания	-	+	-	-
Коэффициент дымообразования	-	-	+	-
Индекс распространения пламени	-	-	+	-
Показатели токсичности продуктов горения полимерных материалов	-	-	+	-
Минимальное взрывоопасное содержание кислорода	+	+	-	+
Минимальная флегматизирующая концентрация флегматизатора	+	+	-	+
Максимальное давление взрыва	+	+	-	+
Скорость нарастания давления при взрыве	+	+	-	+

Примечание: Знак «+» означает применяемость, знак «-» - неприменяемость показателя.

Таблица 2.2. Показатели пожаровзрывоопасности и методы их определения

Показатель	Определение показателя	Примечания
Группа горючести Температура вспышки Температура воспламенения Температура самовоспламенения Нижний и верхний концентрационные пределы распространения пламени Температурные пределы распространения пламени Температура самонагревания Температура тления при самовозгорании Температурные условия теплового самовозгорания Минимальная энергия зажигания Кислородный индекс Способность взрываться и гореть при взаимодействии с водой, кислородом воздуха и другими веществами. Нормальная скорость распространения пламени Скорость выгорания Коэффициент дымообразования Индекс распространения пламени Показатель токсичности продуктов горения полимерных материалов. Минимальное взрывоопасное содержание кислорода Максимальное давление взрыва Скорость нарастания давления при взрыве	Горючестью называется способность вещества или материала к распространению пламенного горения или тления Самая низкая температура горючего вещества, при которой в условиях специальных испытаний над его поверхностью обра-зуются пары или газы, способные вспыхивать от источника зажигания, но скорость их образования еще недостаточна для возникновения устойчивого горения Наименьшая температура горючего вещества, при которой в условиях специальных испытаний вещество выделяет горючие пары или газ с такой скоростью, что после их зажигания возникает устойчивое воспламенение Самая низкая температура вещества, при которой в условиях специальных испытаний происходит резкое увеличение скорости экзотермических реакций, заканчивающихся пламенным горением Нижний и верхний концентрационные пределы распространения пламени — минимальное и максимальное содержание горючего в смеси горючее вещество — окислительная среда, при котором возможно распространение пламени по смеси на любое расстояние от источника зажигания. Температуры вещества, при которых его насыщенные пары образуют в конкретной окислительной среде концентрации, равные соответственно нижнему (нижний температурный предел) и верхнему (верхний температурный предел) концентрационным пределам распространения пламени Самая низкая температура вещества, при которой самопроизвольный процесс его нагревания приводит к тлению или пламенному горению Температура вещества, при которой происходит резкое увеличение скорости экзотермических реакций окисления, заканчивающихся возникновением тления Экспериментально выявленная зависимость между температурой окружающей среды, массой вещества и временем до момента его самовозгорания Наименьшее значение энергии электрического разряда, способной воспламенить наиболее легковоспламеняющуюся смесь газа, пара или пыли с воздухом. Минимальное содержание кислорода в кислородно-азотной смеси, при котором возможно свечеобразное горение материалов в условиях специальных испытаний Качественный показатель, характеризующий особую пожарную опасность некоторых веществ. Скорость перемещения фронта пламени относительно несгоревшей смеси в направлении, перпендикулярном его поверхности. Количество горючего, сгорающего в единицу времени с единицы площади Величина, характеризующая оптическую плотность дыма, образующегося при сгорании вещества (материала) с заданной насыщенностью в объеме помещения Условный безразмерный показатель, характеризующий способность веществ распространять пламя по поверхности. Отношение количества материала, при сгорании которого выделяющиеся продукты вызывают гибель 50 % подопытных животных, к единице объема замкнутого пространства Концентрация кислорода в горючей смеси, ниже которой воспламенение и горение смеси становится невозможным Наибольшее давление, возникающее при дефлаграционном взрыве газо-, паро- или пылевоздушной смеси в замкнутом сосуде при начальном давлении горючей смеси 101,3 кПа Производная давления взрыва по вреени на восходящем участке зависимости давления взрыва газо-, паро- или пылевоздушной смеси в замкнутом сосуде от времени	По горючести вещества и материалы подразделяют на три группы негорючие (несгораемые) — не способные к горению в воздухе; трудногорючие (трудносгораемые) — способные возгораться в воздухе от источника зажигания, но не способные самостоятельно гореть после его удаления; горючие (сгораемые) — способные самовозгораться, а также возгораться от источника зажигания и самостоятельно гореть после его удаления По температуре вспышки из группы горючих жидкостей выделяют легковоспламеняющиеся. Легковоспламеняющимися называются горючие жидкости с температурой вспышки не более 61 °С в закрытом тигле или 66 °С в открытом тигле - В реальных условиях температура самовоспламенения может быть ниже указанной в справочнике, поскольку на величину температуры самовоспламенения оказывают влияние: объем реакционного сосуда, материал стенок и другие факторы В литературе эти показатели также называют пределами воспламенения, пределами взрываемости, пределами зажигания Температурные пределы распространения пламени связаны с концентрационным оотношением р1 = фп 760/100, где р, — давление насыщенного пара, соответствующее концентрационному пределу φп. Этим соотношением можно пользоваться для расчета температурных пределов, исходя из концентрационных - - Условия теплового самовозгорания выражаются зависимостями: 1gtс-Ap—nplgS; Igte—At—n^lgr, где т — время до самовозгорания; A_f, n_f, А,, п, — эмпирические коэффициенты, определяемые по экспериментальным данным - - - Этот показатель иногда называют нормальной скоростью горения - - - - - - - -

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

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

1 — камера горения; 2 — газовая горелка; 3 — 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 ± 10 °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 продолжительность 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 oтносят к горючим, в отсутствие — к трудногорючим.

Горючесть твердых материалов определяют по трем независимым методам. Группу горючих материалов вделяют 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 трения. 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 л пух 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 прибора КТ показана на рис. 2.3.

1- огневая камера; 2 – газовая горелка; 3 -механизм ввода образца; 4 - держатель образца; 5 — смотровое зеркало; 6 — термопара- 7 — зонт; 8 – металлическая подставка; 9 – поддон; 10 – рукоятка поворотной заслонки.

Прибор состоит из керамической огневой камеры прямоугольной или цилиндрической формы высотой 300 мм. Площадь поперечного сечения огневой камеры составляет 1,44-10²см2.Камера установлена на металлическую цилиндрическую подставку, снабженную поворотной заслонкой для регулирования подачи 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 6г. 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 полученным на диаграммной ленте температурным кривым газообразных продуктов горения определяют площади под этими кривыми sj (для тарировочного испытания) и S, (основного испытания). Начальным уровнем при определении S__ 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 t20. Показатель горючести К для каждого испытанного образца рассчитывают по формуле:

Запоказатель горючести К_ср исследуемого материала принимают среднее арифметическое значение показателей горючести трех испытанных образцов. Если К_ср меньше или больше единицы, то для получения достоверных результатов проводят три дополнительных испытания при времени зажигания (т_э-|- 10) с и три испытания при времени зажигания (т_э—10) с. За окончательный результат принимают максимальное значение Кер, полученное при времени зажигания т₃, (т_э+10) и (т₃-10) с. При К_Ср <1 материал относят к трудногорючим,. при Кс_Р >1—к горючим. Если 1<Кср<2,5, то материал считают горючим трудновоспламеняющимся.

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

/ — зажигательное устройство; 2 — заслонка; 3 — термометр; 4 — крышка; S — 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.

При проведении испытаний образец материала помещают в держатель и опускают на 20 минвнутрь 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 тай третьей — на поверхности образца (по середине его высоты). Образец взвешивают до и после проведени 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;

* ИСО — международная организация по стандартизации.

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 жидкостей с температурой кипения до 100 °С охлаждают до О °С, 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^оС.

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

где р — давление в период проведения опыта, кПа.

Схема прибора открытого типа показана на рис. 2.6

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

*О.т. (открытый тигель) — условное название прибора открытого и л я измерения температуры вспышки.

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 ^QC 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:

I нагревательная ванна; 2 — кольцо из паронита; 3— фарфоровый тигель; 4, — термометр; 5 — держатель термометра; 6 — штатив; 7- подставка для горелки; & — газовая горелка; 9 — нагревательное устройство; 10I асбестовая прокладка

I °С/мин для веществ с температурой вспышки до 70 °С и 2 °С/мнн 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, каки 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 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—6 °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.

I стеклянные цилиндры; 2 — спиральные электронагреватели; 3 — спиральные электронагреватели; 4— стальной экран; 5 —держатель образца; л стальной контейнер; 7 — газовая горелка; 8 — кривошипный механизм; 9, 10 — термопары; 11 — 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 иосновных испытаний. В предварительных испытаниях определяют наиболее легковоспламенюящееся количество вещества, вводимого в реакционный сосуд, В серии основных испытаний выявляют наименьшую температуру реакционного сосуда, при которой наблюдается самовоспламенение наиболее 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 5 °С ниже: 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;

Рис. 2.8. Прибор для измерения стандартной температуры самовоспламенения СТС-2:

/ - крыльчатка вентилятора-, 2 — спиральный нагреватель; 3 — реакционный сосуд; 4 — смотровое зеркало; 5- термостат; 6, 7,и 8 – термопары.

1- реакционный сосуд; 2,5,6,11, 12 – краны; 3- ртутный манометр; 4- циркулярные трубки; 7 - стеклянная пластина; 8 – электроды зажигания; 9 – высоковольтный источник питания; 10 – испаритель; 13 – насос-мешалка

которых наблюдается самовоспламенение наиболее легко самовоспламеняющегося количества вещества, а при 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 зеркало.

Если образец самовоспламенится, то следующее испытание проводят с новым образцом при 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 ф_п по газо-, паровоздушным смесям исследуемого вещества по формуле (в %)

Предел распространения пламени	ам	bм
Нижний	8,684	4,679
Верхний: при b <7,5 при b > 7,5	1,550 0,768	0,560 6,554

При определении нижнего предела распространения пламени для первого испытания готовят газо-, паровоздушную смесь, содержащую горючего газа (пара) и иное 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 Рк рассчитывают по формуле (в кПа)

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; /8 — концевой выключатель,; 19 — нижняя: крышка; 20 — коромысло; 21 — винт; 22 — высоковольтный источник витания

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 ни 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 продолжительностью 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 О). На каждой промежуточной навеске проводят по шесть испытаний.

За воспламенение принимают горение пылевоздушной смеси с распространением пламени от источника сжигания до контрольной отметки на реакционном сосуде или выше ее.

где Мх — математическое ожидание величины навески, соответствующей НКПР; V — вместимость реакционного сосуда, м³; К_п — поправочный коэффициент.

Математическое ожидание величины навески, соответствующей НКПР, рассчитывают по методу Спирмена — Кербера:

где Ь — минимальное значение массы навески с частотой воспламенений, равной 1, г; и — величина изменения навески, г; S1 — сумма частот воспламенений во всей области неустойчивого воспламенения.

Величину поправочного коэффициента Кп рассчитывают по формуле

где К — среднее значение относительной плотности осадка, равное

К1 — коэффициент относительной плотности осадка в i-м испытании; п — число испытаний; А — доверительный интервал, равный

S — дисперсия; ţ_а— квантиль распределения Стьюдента при одностороннем доверительном интервале и доверительной вероятности 0,95.

Коэффициент относительной плотности осадка рассчитывают по формуле

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

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

Таблица 2.4. Значения t_а. в зависимости от числа испытаний

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