Горение газов: показатели пожарной опасности, значение показателей в пожарной профилактике. Обеспечение взрывобезопасности оборудования

Горение газов. В технологических процессах при применении горю­чих газов и паров могут образовываться их смеси с окислителями. При этом концентрация горючего вещества в смесях может изменяться от долей процента до 100%. Однако не при любой концентрации эти смеси становятся взрыво- и пожароопасными.

Представленный график иллюстрирует условия горения в замкнутом объеме. Смеси, в которых концентрация горючего вещества меньше С_н, при горении в замкнутом объеме (рис. 4.6) не создают в нем повышен­ного давления. Объясняется это тем, что при концентрации горючего меньше С_н в смеси имеется большой избыток окислителя (кислорода), на нагревание которого затрачивается значительная часть энергии. По­этому энергия, которая выделяется при горении в локальной области вокруг источника зажигания (заштрихованная область на рисунке), оказывается недостаточной, чтобы разогреть следующий слой до тем­пературы самовоспламенения. Процесс горения локализуется вокруг

источника зажигания и не распространяется по горючей смеси. Только при концентрации, равной С_н, начинается процесс послойного распро­странения горения по всей горючей смеси во всем объеме сосуда. На кривой, характеризующей зависимость давления в замкнутом объеме от концентрации горючего компонента в смеси с воздухом, это соответ­ствует точке 1 (см. рис. 4.6). Такая концентрация названа нижним кон­центрационным пределом распространения пламени (НКПР). Это минимальная концентрация горючего газа или пара в смеси с окислителем, при которой возможно распространение пламени по смеси на любое расстояние от источника зажигания. В справочной литературе встреча­ется синоним НКПВ (нижний концентрационный предел воспламене­ния). Термин НКПВ неточен, так как при концентрации С_г меньше С_н, как следует из определения, не происходит воспламенения, а оно есть всегда и только при достижении С_г= С_н начинается распространение пламени по горючей среде. Поэтому термин НКПР более точен.

Горючие смеси, соответствующие по составу НКПР, характеризуют­ся минимальной скоростью распространения пламени в объеме, срав­нительно низкой температурой горения (около 1550 К) и небольшим давлением (примерно 0,3 МПа), создаваемым в замкнутом объеме.

При концентрации горючего в смеси выше НКПР (на кривой за точ­кой 1) горение происходит с большей скоростью, температура в зоне ре­акции растет и давление повышается. Это объясняется тем, что по мере увеличения содержания горючего в смеси избыток окислителя уменьша­ется. И тепло, выделившееся в результате химической реакции, в меньшей степени расходуется на нагревание не участвующего в реакции окислите­ля. Максимальное избыточное давление в замкнутом объеме наблюдается при концентрации приблизительно соответствующей стехиометрической С_г =С_стех (на кривой точка 2). За точкой 2 (см. рис. 4.6) в смеси появляется избыток горючего вещества, который снижает температуру горения и, следовательно, давление начинает снижаться и при концентрации С_г>>С_стех горение локализуется вокруг источника зажигания (кривая дав­ления падает на ось абсцисс). С_в — это верхний концентрационный предел распространения пламени (ВКПР). ВКПР — это та максимальная концен­трация горючего газа или пара в смеси с окислителем, при которой еще возможно распространение пламени от источника зажигания.

Диапазон концентраций между НКПР и ВКПР называют областью распространения пламени. Область распространения пламени у различ­ных газо- и паровоздушных смесей неодинакова. Наибольшее значение она имеет у таких веществ, как окись этилена С₂Н₄0 (3—80%об.), аце­тилен С₂Н₂ (2-81 %об.), ацетилен водород Н₂(4-75%об.) и др. В до­статочно узком диапазоне концентраций взрывоопасны пары бензина (0,8-5,2%об.), керосина (1,4-7,5%об.), пропана (2,1-9,5%об.) и др. Однако для оценки пожарной опасности горючей смеси важен не толь­ко размер области распространения пламени, но и абсолютная вели­чина НКПР. Чем меньше НКПР и чем шире область распространения пламени, тем большую опасность представляет горючая смесь.

Если концентрация горючего газа или пара в смеси с окислителем ниже НКПР, то такие смеси считаются безопасными. В диапазоне кон­центраций С_н — С_в смесь считается взрывоопасной, так как при горении развивается избыточное давление, способное разрушить оборудование, здание, травмировать персонал. Концентрация горючих газов и паров выше ВКПР является пожароопасной.

Знание областей безопасных и пожароопасных концентраций дает возможность в процессе переработки и хранения горючих газов и паров поддерживать такой технологический режим, при котором концентра­ция горючего была бы ниже нижнего или выше верхнего концентраци­онных пределов распространения пламени.

Максимум давления на кривой в точке 2теоретически соответству­ет стехиометрическим соотношениям горючего и окислителя, хотя практически наибольшее давление при горении наблюдается у смесей с концентрацией горючего компонента, немного отличающейся от стехиометрической концентрации.

Точке 2 на кривой соответствует величина, названная максималь­ным давлением взрыва. Максимальное давление взрыва (Р_макс) — это наибольшее давление, которое возникает при горение смеси в замкнутом объеме, _выражается в кПа. Максимальное давление взрыва — весьма важный показатель пожарной опасности горючих смесей. Эта величина используется при категорировании производственных помещений по взрывопожарной и пожарной опасности, в расчетах взрывоустойчивости технологических аппаратов, предохранительных мембран, оболочек взрывозащищенного электрооборудования. В последнем случае в до­полнение к максимальному давлению взрыва используется еще один показатель, косвенно характеризующий энергию горючей смеси — без­опасный экспериментальный максимальный зазор (БЭМЗ, мм). БЭМЗ — это максимальный зазор между фланцами шириной 25 мм сферической оболочки объемом 20 см³, через который не происходит передача взрыва из оболочки в окружающую среду при любой концентрации горючего в воздухе (рис. 4.7). Все промышленные газы и пары в соответствии с ГОСТ 121,011-78 подразделяются натри категории (табл. 4.4).

Таким образом, чем меньше величина фланцевого зазора, через ко­торый не происходит проскок пламени в окружающее пространство, тем смесь более взрывоопасна.

Наиболее важными показателями пожарной опасности газов являются: температура самовоспламенения, максимальное давление взрыва, минимальное взрывоопасное-содержание кислорода МВСК, минимальная энергия зажигания(Между реакцией окисления и началом процесса горения есть не­который температурный и временной интервал. Это говорит о том, что не всяким источником зажигания можно пройти участок температур от начальной температуры (t₀) до температуры самовоспламенения (t_св).Источник зажигания должен иметь такую энергию, которая будет до­статочной для воспламенения горючей среды. Эта энергия называется минимальной энергией зажигания W_min— это наименьшее значение энер­гии электрической искры, которая способна воспламенить наиболее легко воспламеняемую смесь газа, пара или пыли с воздухом.

Наиболее легко воспламеняемой смесью следует считать смесь го­рючего вещества с окислителем в стехиометрических концентрациях. Минимальную энергию зажигания учитывают при подборе некоторых видов исполнения взрывозащищенного электрооборудования, при оценке воспламеняемости взрывоопасных смесей газов и паров легко­воспламеняющихся жидкостей.)

Категории взрывоопасных смесей газов и паров ЛВЖ