Nauch.org Архив научных публикаций и препринтов

Приводяться результати, які показують, що фактор тиску який спостерігається при горінні водень-кисневих сумішей, проявляються також і у парогазових сумішах, змінюючи потенційну небезпеку тех-нологічного устаткування, у якому присутні ці системи.

Постановка проблеми. Однією зі специфічних умов експлуатації технологічного устаткування в хімічних виробництвах є присутність стадій, де використовуються знижені тиски не тільки в газових системах, але й у парових середовищах.

Розглядаючи особливості горіння газових систем при тисках до 101 кПа, у роботах [1, 2] були встановлені небезпечні для виробництва особливості. Зокрема, для модельної системи Н₂-О₂, при зниженні тиску, нижня концентраційна межа поширення (КМП) полум’я спочатку зменшується, потім зростає. Дослідження модельних Н₂-О₂-N₂ систем із [О₂] = Const > 4,8% показали, що при знижені тиску межі горіння модельної системи розширюється, потім звужується до змикання нижньої й верхньої межі. При [О₂] < 4,8% горіння відсутнє. Проведений аналіз вказує на наявність невизначеностей у судженнях про зміну КМП полум’я парогазових сумішей при зменшенні тиску. Парогазові суміші теж часто зустрічаються у виробництві при знижених тисках. Тому автори зробили припущення, що вищезгаданий ефект для водень-кисневих сумішей, можна чекати також і у парогазових сумішах і вирішили дослідити залежність КМП від тиску для парогазових сумішей.

Аналіз останніх досліджень і публікацій. З літературних джерел [1, 2] з’ясовано, що більшість авторів для проведення експериментальних робіт, пов’язаних з визначенням впливу тиску на КМП полум’я, використають різні установки й критерії оцінки займистості, хоча існуючі експериментальні установки принципово одна від одної не відрізняються. Розглянуті лабораторні установки для визначення КМП полум’я мають наступні недоліки: різні діаметри й обсяги реакційних посудин; різні форму й матеріал реакційної посудини; різне розташування джерела запалювання (у верхній, центральній і нижній частині реакційної посудини); різні джерела запалювання — електрична іскра й спіраль та ін. Мають місце суперечки про найбільш ефективний діаметр реакційної посудини при дослідженні процесів горіння парогазових систем, у яких моделюються середовища, що протікають у технологічному устаткуванні. Якщо визначити найбільш відповідний до тиску діаметр, то буде можливість побачити більш точний результат, дослідити залежність КМП від тиску.

Постановка задачі та її вирішення. Таким чином, для більш точного вирішення питання впливу тиску на КМП полум’я, потрібно з’ясувати вплив діаметра реакційної посудини на результати експерименту. Для цього необхідно провести експериментальні досліди швидкості поширення полум’я для різних діаметрів. Якщо ці експерименти покажуть коректність використання лабораторної установки що є в наявності, можливо проведення експериментів по впливу тиску на КМП полум’я. Така робота була виконана.
Розглянемо проблему діаметра реакційної посудини. Традиційно дослідна камера являє собою кварцову циліндричну посудину. При виборі діаметра камери для газових і паро-повітряних сумішей при тиску 9,8-10⁴ Па використана сталість значення критерію Пеклє на межі гасіння полум’я [3]:

де Ре — критерій Пекле, що згідно [3], дорівнює приблизно 65;
R — газова стала, (см³-кПа)/град;
Т₀ — початкова температура суміші, К;
λ_cм — теплопровідність газової суміші, кал/см с град;
U_Н — нормальна швидкість поширення полум’я для вмісту водню, м/с;
С_р.cм – теплоємність суміші, кал/моль-град; Р – атмосферний тиск, кПа.

Якщо молекулярні маси компонентів суміші не сильно відріз-няються одна від одної, застосовується лінійна залежність, що відповідає адитивній теплопровідності суміші [3]:

де λ₁ і λ₂ — коефіцієнти теплопровідності;
К₁ і К₂ — мольні частки ком-понентів.

Було враховано, що при великому розходженні молекулярних мас більш точна логарифмічна залежність:

Підставляючи значення параметрів у рівняння (1), одержали d_кр = 0,85•10^-2 м, що відповідає результатам оцінок по [4].

З рівняння (1) виходить, що критичний діаметр зростає при зменшенні тиску, а з роботи [5] видно, що нормальна швидкість може зростати при зменшенні тиску. Були проведені експерименти по зміні видимої швидкості поширення полум’я в сумішах з областю спалахування, близькою до критичних меж в інтервалі тисків 1,25•10⁴ ÷ 6,4-10⁴ Па в камерах діаметром 5•10^-2, 8•10^-2 и 18•10^-2 м, які показали однакові результати. Результати вимірювань видимої швидкості поширення полум’я в сумішах наведені на рис. 1.

Рис. 1. Результати вимірів видимої швидкості поширення полум’я в сумішах:
1 — водень-киснева; 2 — ізопропилового спирту; 3 — ацетону; 4 — метанолу; 5 — П-ксилолу; 6 — толуолу.

Аналіз проведених досліджень показав, що отримані результати по вимірюванню видимої швидкості поширення полум’я можливо описувати лінійною залежністю:

Для визначення А і В візьмемо масив експериментальних да-них, що використовувався для побудови графіків на рис.1, де для кожної з досліджених речовин був побудований графік зміни видимої швидкості поширення полум’я в сумішах з областю спалахування близькою до критичних меж. Одержане рівняння:

визначене з дисперсією 0,85 (м/с)² і середнім відхиленням 0,93 м/с.
Обробивши, таким чином, всі представлені залежності був отриманий симплекс, що показує, що газові й парогазові суміші при горінні підкоряються одним і тим самим закономірностям, а ефект, що спостерігається у газах, не виключається своїм проявом і для парогазових сумішей.
На розробленій установці [6] і методиці [7] для вивчення критичних умов поширення полум’я в модельних парогазових системах були проведені дослідження інших речовин: ацетону, метанолу, п-ксилолу, толуолу та дихлоретану. Ці дослідження представлені в табл. 1.

Таблиця 1.

Умови поширення полум’я в паро-повітряних системах

Висновки. За результатами проведеної роботи виходить, що парогазові системи при знижених тисках, представляють ще більшу небезпеку, що потребує внесення змін в особливості конструкції устаткування та технологічні процеси, проведення оцінки потенційної небезпеки технологічного устаткування, в якому присутні ці системи.

Список використаної літератури

1. Еременко О.Я., Цариченко С.Г., Шебеко Ю.Н., Козлов П.Н.. Экспериментальное исследование горения газовых смесей при давлении ниже атмосферного. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов.: Сб. науч. трудов. М.: ВНИИПО, 1984.С.202–204.
2. Кривулин В.Н., Баратов А.Н., Бабкін В.С., Кудрявцев Е.А. Новая установка для определения пределов воспламенения. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов: Сб. научн. тр. М.: ВНИИПО, 1982. 222 с.
3. Розловский А.И. Научные основы техники взрывобезопасности при работе с горючими газами и парами. М.: Химия, 2 изд. перераб.,1980. 346 с.
4. Потехин Т.С., Прохоров Н.С., Терещенко Г.Ф. Управление риском в химической промышленности. //ЖВХО,1990,Т.35.С.421-424.
5. Зельдович Я.Б., Баренблатт Г.И., Либрович В.Б., Махвиладзе Г.М. Математическая теория горения и взрыва. М.: Наука.1980.478 с.
6. Деклараційний патент на винахід № 31864 А, МПК 6 G 01 N 25/22 Заявл. 10.11.98 № 98115944 Пристрій для експериментального визначення концентраційних меж розповсюдження полум’я. /Шульга, Луценко, Васильєв, Дерев’янко, Мозговий. Опубл. 15.12.2000; Бюл. № 7-11.
7. ГОСТ 12.1.044. – 89. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения.

Представлено доктором техн. Наук В.І. Кривцовою

Опубликовано:

Олійник В. В., Тесленко О.О. Вплив фактора тиску на забезпечення безпеки виробництв, пов’язаних з переробкою парогазових систем // Проблемы пожарной безопасности. — Харьков: УГЗУ, 2008. — Вып.23. — 264с.