1 Metoden består i at bestemme de øvre grænser for den maksimale og gennemsnitlige stigningshastighed i trykket ved eksplosionen af gas- og damp-luftblandinger i en sfærisk reaktionsbeholder med konstant volumen.
Den øvre grænse for den maksimale trykstigningshastighed i kPa s -1 beregnes ved hjælp af formlen
Hvor s jeg-starttryk, kPa;
S Og. jeg- normal flammeudbredelseshastighed ved starttryk og temperatur, m s -1;
-en-radius af den sfæriske reaktionsbeholder, m;
Dimensionsløst maksimalt eksplosionstryk;
R -maksimalt absolut eksplosionstryk, kPa;
Og-adiabatisk indeks for den undersøgte blanding;
-termokinetisk eksponent afhængig af den normale hastighed for flammeudbredelse på tryk og temperatur. Hvis værdien ukendt, tages det lig med 0,4.
Den øvre grænse for den gennemsnitlige trykstigningshastighed i kPa s -1 beregnes ved hjælp af formlen
,
(98)
hvor er en funktion af parametre e , Og , , hvis værdier findes ved hjælp af nomogrammer vist i fig. 26 og 27.
Værdier e Og Og findes ved termodynamisk beregning eller, hvis beregning er umulig, tages lig med henholdsvis 9,0 og 1,4.
Den relative rodmiddelfejl ved beregning ved hjælp af formlerne (97) og (98) overstiger ikke 20 %.
2. Den maksimale hastighed for stigning i tryk ved eksplosion af gas- og damp-luftblandinger for stoffer bestående af atomerne C, H, O, N, S, F, Cl beregnes ved formlen
,
(99)
Hvor V-volumen af reaktionsbeholderen, m3.
Den relative rodmiddelfejl i beregningen ved hjælp af formel (99) overstiger ikke 30 %.
Metode til eksperimentel bestemmelse af betingelser for termisk selvforbrænding af faste stoffer og materialer
1. Udstyr.
Udstyr til bestemmelse af betingelserne for termisk spontan forbrænding omfatter følgende elementer.
1.1. En termostat med en arbejdskammerkapacitet på mindst 40 dm 3 med en termostat, der giver dig mulighed for at holde en konstant temperatur fra 60 til 250 °C med en fejl på højst 3 °C.
1.2. Kurve lavet af korrosionsbestandigt metal af kubisk eller cylindrisk form med en højde på 35, 50, 70, 100, 140 og 200 mm (10 stykker af hver størrelse) med låg. Diameteren af den cylindriske kurv skal være lig med dens højde. Kurvens vægtykkelse er (1,0±0,1) mm.
1.3. Termoelektriske omformere (mindst 3) med en maksimal arbejdsforbindelsesdiameter på højst 0,8 mm.
2. Forberedelse til testen.
2.1. Udfør en kalibreringstest for at bestemme korrektionen ( t T) til aflæsningerne af termoelektriske omformere 2 Og 3 . For at gøre dette skal du placere en kurv med et ikke-brændbart stof (for eksempel brændt sand) i en termostat opvarmet til en given temperatur. Termoelektriske omformere (fig. 2) er installeret på en sådan måde, at arbejdsforbindelsen på en termoelektrisk omformer er i kontakt med prøven og er placeret i dens centrum, den anden er i kontakt med den ydre side af kurven, og den tredje er i en afstand på (30±1) mm fra kurvens væg. Arbejdsforbindelserne for alle tre termoelektriske omformere skal være placeret på samme vandrette niveau, svarende til termostatens midterlinje.
1 , 2 , 3 -arbejdsforbindelser af termoelektriske omformere.
Kurven med et ikke-brændbart stof opbevares i en termostat, indtil der er etableret en stationær tilstand, hvor aflæsningerne af alle termoelektriske
omformere forbliver uændrede i 10 minutter eller svinger med en konstant amplitude omkring gennemsnitstemperaturerne t 1 , t 2 , t 3 . Ændring t T beregnes ved hjælp af formlen
,
(100)
2.2. Testprøver skal karakterisere de gennemsnitlige egenskaber for det stof (materiale), der testes. Ved testning af plademateriale samles det i en stak svarende til kurvens indvendige mål. I prøver af monolitiske materialer forbores et hul med en diameter på (7,0 ± 0,5) mm til en termoelektrisk konverter til midten.
Bevægelse af en flamme gennem en gasblanding kaldet flammespredning. Afhængig af flammeudbredelseshastigheden kan forbrænding være deflagrativ ved en hastighed på flere m/s, eksplosiv ved en hastighed af størrelsesordenen titusinder eller hundreder af m/s og detonerende med en hastighed på tusindvis af m/s.
Til deflagrering eller normal forbrændingsudbredelse kendetegnet ved varmeoverførsel fra lag til lag, og flammen, der opstår i blandingen opvarmet og fortyndet med aktive radikaler og reaktionsprodukter, bevæger sig i retning af den oprindelige brændbare blanding. Dette forklares med, at flammen bliver en kilde, der udsender en kontinuerlig strøm af varme og kemisk aktive partikler. Som et resultat af dette bevæger flammefronten sig mod den brændbare blanding.
Deflagrationsforbrænding opdelt i laminar og turbulent.
Laminar forbrænding har en normal flammeudbredelseshastighed.
Den normale hastighed for flammeudbredelse, ifølge GOST 12.1.044 SSBT, kaldes flammens fronthastighed i forhold til den uforbrændte gas i en retning vinkelret på dens overflade.
Værdien af den normale flammeudbredelseshastighed, som er en af indikatorerne for brand- og eksplosionsfare ved stoffer, karakteriserer faren for industrier forbundet med brugen af væsker og gasser; den bruges til at beregne stigningshastigheden i det eksplosive tryk af gas, damp-luftblandinger, den kritiske (sluknings)diameter og i udviklingen af foranstaltninger, der sikrer brand- og eksplosionssikkerhed teknologiske processer i overensstemmelse med kravene i GOST 12.1.004 og GOST 12.1.010 SSBT.
Normal hastighed flammeudbredelse - fysisk og kemisk konstant for blandingen - afhænger af blandingens sammensætning, tryk og temperatur og bestemmes af hastigheden kemisk reaktion og molekylær termisk ledningsevne.
Temperatur øger den normale hastighed for flammeudbredelse relativt svagt, inaktive urenheder reducerer den, og stigende tryk fører til enten en stigning eller et fald i hastigheden.
I en laminær gasstrøm gashastigheder er lave, og den brændbare blanding dannes som følge af molekylær diffusion. Forbrændingshastigheden i dette tilfælde afhænger af hastigheden af dannelsen af den brændbare blanding. Turbulent flamme dannes, når flammeudbredelseshastigheden øges, når laminariteten af dens bevægelse forstyrres. I turbulent flamme hvirvelen af gasstråler forbedrer blandingen af reagerende gasser, da overfladen, hvorigennem molekylær diffusion sker, øges.
Som et resultat af interaktionen af et brændbart stof med et oxidationsmiddel dannes forbrændingsprodukter, hvis sammensætning afhænger af udgangsforbindelserne og betingelserne for forbrændingsreaktionen.
Ved fuldstændig forbrænding af organiske forbindelser dannes CO 2, SO 2, H 2 O, N 2, og ved forbrænding af uorganiske forbindelser dannes oxider. Afhængig af smeltepunktet kan reaktionsprodukterne enten være i form af en smelte (Al 2 O 3, TiO 2) eller stige til luften i form af røg (P 2 O 5, Na 2 O, MgO). De smeltede faste stoffer skaber flammens lysstyrke. Ved afbrænding af kulbrinter tilvejebringes flammens stærke lysstyrke af gløden fra partikler af kønrøg, som dannes i store mængder. Et fald i carbon black-indholdet som følge af dets oxidation reducerer flammens lysstyrke, og et fald i temperaturen komplicerer oxidationen af carbon black og fører til dannelsen af sod i flammen.
For at afbryde forbrændingsreaktionen er det nødvendigt at forstyrre betingelserne for dens forekomst og vedligeholdelse. Til slukning bruges normalt en krænkelse af to hovedbetingelser for en stabil tilstand - et fald i temperaturen og regimet for gasbevægelse.
Temperaturfald kan opnås ved at indføre stoffer, der absorberer meget varme som følge af fordampning og dissociation (f.eks. vand, pulvere).
Gasbevægelsestilstand kan modificeres ved at reducere og eliminere iltstrømmen.
Eksplosion, ifølge GOST 12.1.010 " Eksplosionssikkerhed", - en hurtig omdannelse af et stof (eksplosiv forbrænding), ledsaget af frigivelse af energi og dannelse af komprimerede gasser, der er i stand til at frembringe arbejde.
En eksplosion fører som regel til en intens stigning i trykket. I miljø en chokbølge dannes og forplanter sig.
Chokbølge har destruktiv evne, hvis overtrykket i den er over 15 kPa. Den forplanter sig i gassen foran flammefronten med en lydhastighed på 330 m/s. Under en eksplosion omdannes den indledende energi til energien fra opvarmede komprimerede gasser, som bliver til energien til bevægelse, kompression og opvarmning af mediet. Muligt forskellige slags indledende eksplosionsenergi - elektrisk, termisk, elastisk kompressionsenergi, atomær, kemisk.
De vigtigste parametre, der karakteriserer faren for en eksplosion i overensstemmelse med GOST 12.1.010 er trykket ved stødbølgefronten, det maksimale eksplosionstryk, den gennemsnitlige og maksimale trykstigningshastighed under en eksplosion, knusnings- eller højeksplosive egenskaber af et eksplosivt miljø.
Generel virkning af eksplosion manifesterer sig i ødelæggelsen af udstyr eller lokaler forårsaget af chokbølgen, såvel som i frigivelsen skadelige stoffer(eksplosionsprodukter eller indeholdt i udstyr).
Maksimalt eksplosionstryk(P max) – det højeste tryk, der opstår under en deflagrationseksplosion af en gas-, damp- eller støv-luftblanding i en lukket beholder ved et begyndelsestryk af blandingen på 101,3 kPa.
Hastighed for trykstigning under eksplosion(dР/dt) – afledt af eksplosionstrykket med hensyn til tid i den stigende sektion af afhængigheden af eksplosionstrykket af en gas-, damp-, støv-luftblanding i en lukket beholder til tiden. I dette tilfælde skelnes der mellem den maksimale og gennemsnitlige trykstigningshastighed under en eksplosion. Ved fastlæggelse af maksimumhastigheden anvendes tryktilvæksten i det lineære afsnit af eksplosionstrykkets afhængighed af tid, og ved bestemmelse af gennemsnitshastigheden anvendes sektionen mellem det maksimale eksplosionstryk og starttrykket i beholderen før eksplosion bruges.
Begge disse egenskaber er vigtige faktorer for eksplosionsbeskyttelse. De bruges til at etablere kategorien af lokaler og bygninger til eksplosions- og brandsikring og brandfare, i beregninger sikkerhedsanordninger, ved udvikling af foranstaltninger til brand- og eksplosionssikkerhed af teknologiske processer.
Detonation er en proces med kemisk omdannelse af oxidationsmiddel-reduktionssystemet, som er en kombination af en chokbølge, der forplanter sig med en konstant hastighed og overstiger lydens hastighed, og følger fronten af zonen med kemiske omdannelser af udgangsstofferne. Kemisk energi, frigivet i detonationsbølgen, fodrer chokbølgen og forhindrer den i at dø ud. Hastigheden af detonationsbølgen er en karakteristik af hvert specifikt system.
Teorien siger, at eksplosionen af en gas- eller damp-luftblanding ikke er et øjeblikkeligt fænomen. Når en antændelseskilde indføres i den brændbare blanding, begynder en oxidationsreaktion af brændstoffet med oxidationsmidlet i antændelseskildens virkningsområde. Hastigheden af oxidationsreaktionen i et elementært volumen af denne zone når et maksimum - forbrænding sker. Forbrænding på grænsen af et elementært volumen med mediet kaldes en flammefront. Flammefronten har form som en kugle. Tykkelsen af flammefronten, ifølge beregninger af Ya.B. Zeldovich , lig med 1-100 mikron. Selvom tykkelsen af forbrændingszonen er lille, er det tilstrækkeligt til, at forbrændingsreaktionen opstår. Flammefrontens temperatur på grund af varmen fra forbrændingsreaktionen er 1000-3000°C og afhænger af sammensætningen af den brændbare blanding.
Når flammefronten bevæger sig, stiger temperaturen af den uforbrændte del af den brændbare blanding, når trykket af blandingen stiger. Nær flammefronten stiger blandingens temperatur også, hvilket skyldes
varmeoverførsel ved ledning, diffusion af opvarmede molekyler og stråling. På ydre overflade flammefront, er denne temperatur lig med selvantændelsestemperaturen for den brændbare blanding.
Efter antændelse af den brændbare blanding forvrænges flammens sfæriske form meget hurtigt og strækkes i stigende grad mod den blanding, der endnu ikke er antændt. Forlængelsen af flammefronten og den hurtige stigning i dens overflade er ledsaget af en stigning i bevægelseshastigheden af den centrale del af flammen. Denne acceleration fortsætter, indtil flammen rører rørvæggene eller i hvert fald nærmer sig tæt på rørvæggen. I dette øjeblik falder flammens størrelse kraftigt, og kun en lille del af flammen er tilbage, der dækker hele rørets tværsnit. Udvidelse af flammefronten
og dens intense acceleration umiddelbart efter antændelse af en gnist, når flammen endnu ikke har nået rørets vægge, er forårsaget af en stigning i mængden af forbrændingsprodukter. Således sker der i det indledende stadium af processen med dannelse af flammefronten, uanset graden af brændbarhed af gasblandingen, acceleration og efterfølgende bremsning af flammen, og denne bremsning vil være større, jo højere flammehastigheden er.
Udviklingen af efterfølgende forbrændingsstadier påvirkes af rørets længde. Forlængelse af røret fører til udseendet af vibrationer og dannelsen af en cellulær struktur af flammen, stød og detonationsbølger.
Varmezonens bredde (i cm) kan bestemmes ud fra afhængigheden
1 = a/v
Hvor EN- termisk diffusivitetskoefficient; v- flammeudbredelseshastighed.
Lineær bevægelseshastighed v(i m/s) kan bestemmes ved formlen
V = V t /
Hvor Vt- masseforbrændingshastighed, g/(s m3); - densitet af den oprindelige brændbare blanding, kg/m 3.
Lineær hastighed Flammefrontens bevægelse er ikke konstant; den varierer afhængigt af sammensætningen. Blandinger og blandinger af inerte (ikke brændbare) gasser, blandingstemperatur, rørdiameter osv. Den maksimale flammeudbredelseshastighed observeres ikke ved blandingens støkiometriske koncentration, men i en blanding med et overskud af brændstof. Når inaktive gasser indføres i en brændbar blanding, falder hastigheden af flammeudbredelsen. Dette forklares ved et fald i blandingens forbrændingstemperatur, da en del af varmen bruges på opvarmning af inerte urenheder, der ikke deltager i reaktionen.
Når diameteren af rørene øges, øges hastigheden af flammeudbredelsen ujævnt. Når rørdiameteren stiger til 0,1-0,15 m, stiger hastigheden ret hurtigt. Temperaturen stiger, indtil diameteren når en vis maksimal diameter,
over hvilken der ikke sker en stigning i hastigheden. Efterhånden som rørets diameter falder, falder flammeudbredelseshastigheden, og ved en vis lille diameter breder flammen sig ikke i røret. Dette fænomen kan forklares med en stigning i varmetab gennem væggene
rør.
Derfor, for at stoppe spredningen af flamme i en brændbar blanding, er det nødvendigt at sænke temperaturen af blandingen på den ene eller anden måde ved at afkøle beholderen (i vores eksempel et rør) udefra eller fortynde blandingen med kold inert gas.
Den normale hastighed for flammeudbredelse er relativt lav (ikke mere end ti meter i sekundet), men under nogle forhold spredes flammen i rør med en enorm hastighed (fra 2 til 5 km/s), der overstiger lydens hastighed i en givet miljø. Dette fænomen blev kaldt detonation. Karakteristiske træk detonationer er som følger:
1) konstant forbrændingshastighed uanset rørdiameteren;
2) højt tryk flamme forårsaget af en detonationsbølge, som kan overstige 50 MPa afhængigt af den brændbare blandings kemiske natur og starttrykket; På grund af den høje forbrændingshastighed afhænger det udviklede tryk desuden ikke af formen, kapaciteten og tætheden af beholderen (eller røret).
Når flammen accelererer, øges amplituden af stødbølgen også, og kompressionstemperaturen når blandingens selvantændelsestemperatur.
Stigningen i den samlede mængde gas, der forbrændes pr. tidsenhed, forklares ved, at flammefronten i en stråle med variabel tværsnitshastighed bøjer sig, hvilket resulterer i, at dens overflade øges, og mængden af forbrændingsstof stiger proportionalt. .
Når gasblandinger brænder i et lukket volumen, udfører forbrændingsprodukterne ikke arbejde; Eksplosionsenergien bruges kun på opvarmning af eksplosionsprodukterne. I dette tilfælde er den samlede energi defineret som summen af den eksplosive blandings indre energi Q ext.en.cm. og forbrændingsvarme af et givet stof ΔQ g. Værdi Q ext.en.cm. lig med summen af produkterne af varmekapaciteten af komponenterne i den eksplosive blanding ved konstant volumen ved starttemperaturen
blandingstemperatur
Q ekst.en.cm. = C 1 T + C 2 T + …+ C p T
hvor C 1, C 2, C p er de specifikke varmekapaciteter af komponenterne, der udgør
eksplosiv blanding, kJ/(kg K); T - blandingens begyndelsestemperatur, K.
Eksplosionstemperaturen for gasblandinger ved konstant volumen beregnes efter samme metode som blandingens forbrændingstemperatur ved konstant tryk.
Eksplosionstemperaturen bruges til at bestemme eksplosionstrykket. Trykket under eksplosionen af en gas-luftblanding i et lukket volumen afhænger af eksplosionens temperatur og forholdet mellem antallet af molekyler af forbrændingsprodukter og antallet af molekyler i den eksplosive blanding. Når gas-luftblandinger eksploderer, overstiger trykket normalt ikke 1,0 MPa, hvis blandingens begyndelsestryk var normalt. Ved udskiftning af luft i en eksplosiv blanding med ilt stiger eksplosionstrykket kraftigt, når forbrændingstemperaturen stiger.
Eksplosionstryk af støkiometriske blandinger af metan, ethylen, acetone og
methylether med oxygen er 1,5 - 1,9 MPa, og støkiometriske blandinger med luft er 1,0 MPa.
Det maksimale eksplosionstryk anvendes i beregninger af udstyrs eksplosionsmodstand såvel som i beregninger sikkerhedsventiler, eksplosive membraner og indkapslinger af eksplosionssikkert elektrisk udstyr. Eksplosionstryk R voksen (i MPa) gas-luftblandinger beregnes ved hjælp af formlen
R voksen =
Hvor p 0- den eksplosive blandings begyndelsestryk, MPa; T 0 Og T voksen- den eksplosive blandings begyndelsestemperatur og eksplosionstemperatur, K;
Antallet af molekyler af forbrændingsproduktgasser efter eksplosionen;
- antallet af molekyler af gasser i blandingen før eksplosionen.
Indlæser...