Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

книги из ГПНТБ / Иванов Б.А. Безопасность применения материалов в контакте с кислородом

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

25.10.2023

Размер:

16.66 Mб

Скачать

☆

1 / 291 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 > Следующая >>>

ИВАНОВ

БЕЗОПАСНОСТЬ

ПРИМЕНЕНИЯ

МАТЕРИАЛОВ

ВКОНТАКТЕ

СКИСЛОРОДОМ

МОСКВА ИЗДАТЕЛЬСТВО « Х ИМИ Я » , 1974

УДК [546.21-13 + 546.21-14]: 658.382.3

И20

Гос. публичная научно-т чясжая библиотека ■ GP

Э КЗЕ ^П П Я Р ЧИТАЛЬНОГО ЗАЛА

30С !?У

Б. А. Иванов Безопасность применения материалов в контакте с кисло

родом. М., «Химия», 1974 г.

288с., 130 рис., 64 табл., список литературы 346 ссылка.

Вкнцге дается научное обоснование применения мате риалов в кислородсодержащей среде, описываются методы

испытаний, позволяющие определить условия безопасного использования материалов в контакте с кислородом (сов местимость), приведены результаты исследований и даны рекомендации по применению большого числа материалов (металлы, конструкционные, теплоизоляционные и уплот нительные материалы; смазки, масла, покрытия) в среде газообразного и жидкого кислорода, а также в обогащенном кислородом воздухе. Кроме того, в книге приводится обшир ный справочный матёриал, необходимый для широкого круга инженерно-технических работников.

Книга предназначена для инженерно-технических ра ботников предприятий, научно-исследовательских и про ектно-конструкторских организаций, связанных с проекти рованием и эксплуатацией различного кислородного обо рудования. Она представит также несомненный интерес для научных работников, преподавателей и студентов, специали зирующихся в области процессов горения и техники безопас ности.

СОДЕРЖАНИЕ

Предисловие

..............................................................................................................

Глава 1. Основы горения материалов в кислороде ....................................

1.1.

Условия возникновения и гашениягор ен и я .................................

1.2. Механизм горения системы материал — кислород

..................

1.3. Распространение горения в системе материал — кислород . .

Л и т ер а т ур а

................................................................................................................

Глава 2. Применение

материалов в контакте с кислородом. Оценка

опасности и

принципыклассификации

..........................................

2.1.

Применение

материалов в контакте

кислородом .

. . .

2.2.

Особенности

и характернее черты эксплуатации кислород

2.3.

ного ....................................................

обо р у д о в а н и я

в кон

Принципы оценки опасности применения материалов

2.4.

такте ...............................................................................

кислородом

Принципы классификации материалов по условиям безопас

ного применения ..............................................................в кислороде

Л и т е р а т у р а ................................................. ..............................................................

Глава 3.

Параметры горения материалов. Методы их измерения

. . .

3.1.

Требования ..................................................

к методам изм ерения

3.2.

Пределы ....................................................................................г о р е н и я

Предельные

геометри

Предельное давление кислорода (63).

ческие размеры (предел формы)

образцов

материала (66).

Предельная толщина

слоя

(67).

Предельная ширина

щели

(69).

Предельная

скорость

потока

окислителя

(69).

Пре

дельная

температура

материалов

(71).

Предельная концен

3.3.

трация окислителя (73).

Распространение ..................................................................г о р е н и я

(75).

Темпера

Скорость горения (73).

Интенсивность горения

тура горения

(76).

Давление при сгорании материалов в за

крытом объеме (76). Скорость детонационного сгорания (77)

3.4. Зажигание ..........................и самовоспламенение материалов

Энергия зажигания

(78).

Зажигание материалов при взаимном

трении

(81).

Зажигание материалов в потоке нагретого

окислителя (83).

Зажигание в ударных волнах

(86).

Зажи

гание материалов

при

ударе (89).

Температура

самовоспла

менения (90)

Л и т е р а т у р а ................................................................................................................

Глава 4. Горение металлов в кислороде......................		...............................	96
4.1.	Предельные давления кислорода.....................................................		97
4.2.	Предельные геометрические разм еры ............................................		100
4.3.	Предельные скорости потока кислорода........................................		102
4.4.	Способы локализации гор ен и я .........................................................		104
4.5.	Скорость г о р е н и я ...................................................................................		107

4.6.Зажигание металлов при взаимном трении в кислороде . . . 111

4.7.Зажигание металлов механическими частицами в потоке

4.8.	кислорода	...................	..................... ....................................................			114
4.8.	Энергия зажигания ...............................................................................					117
4.9.	Температура самовоспламенения.....................................................					122
Литература ..................................................................................						124
Глава 5.	Горение конструкционных, уплотнительных и теплоизоля					127
	ционных неметаллических материалов в кислороде..................					127
5.1.	Предельные давления кислорода ...................................					127
5.2.	Предельные	геометрические		разм еры ............................................		131
5.3.	Предельные	скорости потока к и сл о р о д а .....................				133
5.4.	Горение в щ ..........................................................................е л я х					135
5.5.	Скорость г о ...................................................................................р е н и я					137
5.6.	Интенсивность горения неметаллических материалов в кислот					141
5.7.	роде .........................................................................................................					141
5.7.	Энергия за ж ...............................................................................и га н и я					147
5.8.	Зажигание неметаллических материалов от воздействия удар					152
	ных волн .................................................................................................					152
5.9.	Зажигание материалов в'потоке нагретого кислорода . . . .					155
5.10. Зажигание материалов при трении и от воздействия меха						160
	нического удара ...................................................................................					160
5.11. Температура			самовоспламенения ................................................			165
Л и т е р а т у р а ................................................................................................................						170
Глава 6.	Горение жидких и консистентных смазочных материалов . .					172
6.1.	Предельные давления кислорода .....................................................					173
6.2.	Предельные толщины п л ен ок .............................................................					176
6.3.	Предельные скорости потока кислорода........................................					178
6.4.	Горение в щелях и резьбовых соединениях...............................					181
6.5.	Скорость г о ...................................................................................р е н и я					183
6.6'.	Интенсивность		г о р е н и я ......................................................................			184
6.7.	Поджигающая		способность	..............................................................	в замкнутом	185
6.8. Давление кислорода при сгорании материалов					в замкнутом
6.9.	объеме .....................................................................................................					188
6.9.	Чувствительность к воздействию импульса давления и темпе					192
	ратуры (ударным в о л н а м ) ..................................................................					192
6.10. Температура			самовоспламенения .................................................			195
6.11. Температура вспышки .......................................................................						198
6.12. Энергия зажигания ...........................................................................						202
6.13. Детонация ............................................................................................						204
Л и т е р а т у р а ................................................................................................................						208
Глава 7.	Горение материалов в обогащенном кислородомвоздухе . .					210
7.1.	Предельные условия, при			которых возможно	распростра
	нение горения по материалам в атмосфере обогащенного					211
	кислородом в .......................................о з д у х а					211
7.2.	Скорость г о ....................................................................................р е н и я					218

7.3.	Воспламенение материалов. Энергия заж игания......................	224
7.4.	Эквивалентные с м е с и ..................................................................................	225
Л и т ер а т у р а ................................................................................................................		227
Глава 8. Горение материалов в жидком кислороде....................................		229
8.1.	Предельные условия гор ен и я ..............................................................	230
8.2.	Предельные условия детонации.........................................................	235
8.3. Скорости горения и детонации.........................................................		239
8.4.	Давление при детонации......................................................................	243

8.5.Чувствительность материалов к механическому удару . . . 244

8.6.Предельные условия горения и детонации материалов в жид

ких

кислородно-азотных

см е ся х .....................................................

246

Л и т е р а т у р а ................................................................................................................

249

Глава 9.

Условия

безопасного

применения

материалов

кислороде

250

и обогащенном кислородом в о зд у х е .................................................

9.1. Оценка

вероятности

воспламенения материалов

в оборудо

250

вании

.....................

. . . .

9.2. Условия безопасного применения металлов. . . .

253

9.3. Условия

безопасного

применения

неметаллических мате

257

риалов

.....................................................................................................

материалы (258).

Уплотнительные (прокла

Конструкционные

дочные)

материалы (260).

Материалы

подвижных

уплотне

ний (262). Уплотнительные материалы запорных органов ар

матуры (262). Материалы разделительных мембран (264). Гер

метизирующие

материалы (264). Лакокрасочные

покрытия

(266)

. Теплоизоляционные материалы (266). Тканые материалы

9.4.

(267)

269

Условия безопасного применения смазочных материалов . .

Условия безопасного применения смазочных материалов в кис

лородном оборудовании (269). Предельно допустимые содержа

ния жировых загрязнений на поверхностях кислородного

9.5.

оборудования (270)

273

Применение

материалов вжидком кислороде...........................

9.6.

Рекомендации по безопасной работе с жидким азотом . . . .

276

9.7.

Выполнение

дренажныхопераций...................................................

278

Л и т е р а т у р а ................................................................................................................

(с указанием страниц

280

Перечень исследованных .материалов и веществ

281

в книге)

.......................................................................................................

ПРЕДИСЛОВИЕ

В настоящее время кислород широко применяется во многих областях промышленности (металлургия, химия, машино строение и др.) и используется главным образом для интенсифи кации технологических процессов' Например, перевод процессов выплавки металлов на чистый кислород или обогащенный кислоро дом воздух с содержанием 60—80% 0 2 позволяет в 1,5—2 раза увеличить производительность мартенов и во столько же раз снизить расход топлива.

Кислород — один из основных окислителей в камерах сго рания различных летательных аппаратов. Кроме того, кислород широко используют при газовой резке и сварке металлов, в систе мах обеспечения жизнедеятельности-при высотных и космических полетах, глубоководных погружениях-, в энергетике (МГД-гене- раторы), медицине (окситерапия), в процессах автоклавной пере работки рудного сырья для извлечения редких и цветных метал лов.

Изучение перспективных направлений развития народно.го хозяйства показывает, что внедрение кислорода в технологиче ские процессы и в ближайшей перспективе будет одним из основ ных направлений научно-технического прогресса ведущих отра слей промышленности, что потребует значительного увеличения мощностей по производству кислорода и повышения технического уровня кислородного машиностроения. Так, в металлургическом производстве намечается доведение уже к 1975 г. объема выплавки кислородно-конверторной стали до 30% от общего объема вы плавки стали, переход на сооружение мощных доменных печей объемом 5000 м3, в которых используется обогащенное кислоро дом дутье, и кислородных конверторов, дающих за одну плавку 350 т стали. Объем производства кислорода только для черной металлургии за пятилетку вырастет более чем в два раза.

При получении, транспортировании и применении кислорода в-результате контакта его с различными конструкционными мате риалами образуются горючие и взрывчатые системы. Недооценка этого часто является причиной взрывов кислородного оборудова ния и травматизма обслуживающего персонала.

Тенденция в развитии современной техники и промышленности такова, что наряду с ростом объема потребления кислорода одно-

временно значительно увеличиваются параметры, при которых он используется. Вместе с тем, как известно, возможность обра зования горючих систем;, вероятность возникновения взрывов и пожаров от случайных источников и интенсивность сгорания материалов и веществ повышаются, в общем случае, с увеличе нием давления, температуры, концентрации и скорости потока кислорода. Недооценка этой специфической особенности эксплуа тации кислородных систем уже не раз приводила к авариям, поэтому в настоящее время одной из главных задач является проведение научных исследований в области горения материалов в кислороде и разработка методов и средств борьбы с загораниями кислородного оборудования.

Следует отметить, что, несмотря на произошедшие за послед ние годы аварии, в том числе такие широкоизвестные, как гибель американских астронавтов при испытании системы «Аполлон», в настоящее время отсутствуют правила, регламентирующие требования к кислородному оборудованию, выполнение которых обеспечивало бы безопасность работы с ним.

Исследования горения материалов в кислороде	проводят
ученые различных стран: Денисон и Пюрсер — в	Англии;

Вегенер и Клейн — в ФРГ; Гровс, Хает, Кларк, Боттери, Чианта — в США; Базен — во Франции; Кригел и Циммерман — в ГДР; Шмитцер — в Австралии; Комами — в Японии; Киршфельд —

вЗападном Берлине и многие другие.

Судовлетворением можно отметить, что наибольший объем исследований выполняется в СССР. Причем результаты этих исследований широко используются в промышленности при выборе материалов для различного кислородного оборудования,

аименно для кислородных центробежных компрессоров, арма туры, реакторов, автоклавов; дыхательной аппаратуры (смазки, герметики, клеи, конструкционные и прокладочные материалы); различного оборудования воздухоразделительных установок (теп лоизоляционные, электроизоляционные, фильтрующие материалы,

покрытия, замасливатели, масла и смазки) и других систем. В настоящее время выявлены основные закономерности горе

ния материалов в кислороде, даны практические рекомендации, разработаны методы соответствующих испытаний. В СССР и ряде стран (США, ГДР и др.) начата разработка стандартов по технике безопасности, в том числе по методам и средствам борьбы с заго раниями кислородного оборудования.

Однако до последнего времени в исследованиях не наметился единый подход к определению опасности контакта материалов с кислородом, что не позволяет эффективно сравнивать и исполь зовать результаты различных исследований. Кроме того, неясно, каким образом данные, получаемые экспериментально, могут быть применены для выработки рекомендаций по обеспечению безопасности эксплуатации конкретного оборудования, в кото ром использовано большое число различных материалов.

Вследствие	изложенного наблюдается как переоценка, так
и недооценка	действительной опасности работы с кислородом,
что приводит	к нерациональным затратам.

Безопасность эксплуатации кислородного оборудования обес печивается, по существу, соответствующим выбором конструк ционных материалов или веществ, используемых при его изго товлении и эксплуатации. Представляется очевидным, что совмес тимость материалов с кислородом (условия безопасного исполь зования) может быть установлена путем изучения процессов воспламенения и горения материалов и исследования влияния на параметры этих процессов факторов, вытекающих из конкрет ных условий использования материала как конструкционного элемента оборудования (резина, резина — прокладка, резина — оболочка емкости и т. д.).

Сейчас трудно привести даже небольшой перечень конструк ционных материалов или веществ, применение которых в кон такте с кислородом являлось бы абсолютно безопасным. В неко торых случаях, могут быть ограничены параметры кислорода или введены определенные требования к использованию мате риала, при соблюдении которых система в целом становится невзрывоопасной. Например, для газовых смесей такими пара метрами являются концентрационные пределы горения, для сма зочных веществ — предельные (минимальные) толщины пленок, а для металлов — предельные давления кислорода, при которых не происходит распространение горения по всей массе металла.

По некоторым причинам (прочность, коррозионная стойкость, стоимость и т. п.) при создании большинства видов кислород ного оборудования оказывается трудным, а иногда и невыполни мым использовать материалы, которые абсолютно взрыво- и пожаробезопасны в заданных условиях. Естественно, что в таких случаях следует рассматривать вероятность аварии, ее возмож ные причины и последствия. Поэтому при оценке совместимости материалов в контакте с кислородом возникает необходимость в определении условий, при которых использование материалов не представляет никакой опасности и условий, при которых существует принципиальная возможность загорания, но вероят ность загорания и последствия его могут быть изучены и ограни чены соответствующими требованиями при применении. Для опре деления этих условий необходимо изучение большого числа параметров воспламенения и горения материалов, а также изу чение влияния на эти параметры конструктивных факторов.

В настоящее время в нашей стране и за рубежом нет еще достаточного количества исследований, на основании которых можно было бы разработать общие требования к условиям приме нения материалов в кислородном оборудовании. В большинстве случаев задачей исследований является установление возможности применения данного материала в различных конкретных усло виях, поэтому даются частные рекомендации по применению

конкретного материала в конкретной конструкции, а количество необходимых исследований растет значительно быстрее, чем число материалов, которые предполагается использовать в контакте с кислородом.

Следует отметить, что измерения одних и тех же параметров процессов воспламенения и горения материалов в кислороде, как правило, проводят по различным методикам. При этом иногда появляются несопоставимые значения одного и того же пара метра, что, безусловно, затрудняет получение правильной (дей ствительной) характеристики материала. Поэтому разработка стандартных или унифицированных методов испытаний стано вится совершенно необходимой. Кроме того, требуется создание классификации материалов по условиям их безопасного примене ния в контакте с кислородом.

Следует еще раз отметить, что главное в изучаемой проблеме заключается, по нашему мнению, в выяснении общих закономер ностей, обосновании и развитии принципиальных решений. Поэтому, изучая параметры горения данного материала, опреде ляя физико-химические закономерности этого процесса, иссле дуя влияние на процесс горения различных. факторов, мы тем не менее считали целесообразным не ограничиваться рассмот рением условий применения материала в конкретных машинах и аппаратах, а сделали попытку установить связь между требо ваниями к применению данного материала, параметрами кисло рода и теми общими конструктивными решениями, которые являются типичными для кислородного оборудования.

Указанные исследования, проведенные автором в 1966—1973 гг., составляют основу предлагаемой книги.

Книга является первой отечественной монографией, в которой обобщены накопленные за последние годы теоретические и экспе риментальные сведения по проблеме обеспечения безопасности применения большого числа различных материалов в жидком и газообразном кислороде, а также обогащенном кислородом воздухе и кислородно-азотных смесях.

Первые три главы, в которых описаны состояние и теория вопроса, а также методы экспериментального исследования, являются общими для всех остальных разделов книги. Пред полагая, что читатель имеет представление о химической кине тике, термодинамике и тепло- и массообмене, общие вопросы процессов горения изложены кратко, причем основное вни мание уделено физической сущности рассматриваемых яв лений.

Главы 4—6 посвящены исследованию условий горения в кисло роде металлов, неметаллических материалов, консистентных и жидких веществ. В главе 7 рассмотрены параметры процесса ‘горения различных материалов в обогащенном кислородом воз духе, а в главе 8 — в жидком кислороде. В главе 9 даны рекомен дации по условиям безопасного применения материалов и веществ

1 / 291 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ