2. Особенности взрыва газовоздушных смесей.

Смесь метана с воздухом при температуре 600°С воспламеняется через 10 с, при 1000 °С - через доли секунды, а при 1300 °С взрывается. Детонацию легко вызывают СИ взрывчатых материалов - детонаторы. Характер процесса зависит от давления во фронте горения. Широко известен опыт с зажиганием метановоздушной смеси у открытого и закрытого концов трубы. В первом случае вследствие свободного расширения газов из фронта горения возникает тихое пламя, а во втором – вследствие роста давления из-за активного инерционного и гидравлического сопротивления среды происходит взрыв (взрывное горение).

Газовоздушные смеси, способные взрываться, получили название гремучего газа.

При росте объемной доли горючего в гремучем газе взрываемость вначале нарастает, а затем, по мере достижения стехиометрического соотношения горючего газа и кислорода, снижается. Метановоздушная смесь наиболее легко воспламеняется при объемной доле метана 0,06 (6%), а взрыв наибольшей силы происходит при объемной доле метана 9,5 % (табл.3).

Таблица 3

Объемная доля метана, %	Длительность индукционного периода, с, при температуре, °С
	775	875	975	1075
6 8 10 12	1,08 1,25 1,4 1,64	0,35 0,37 0,41 0,44	0,12 0,14 0,15 0,16	0,039 0,042 0,049 0,055

Расчетное количество углерода, которое можно окислить (сжечь) в 1 м³ воздуха, составляет около 111,5 г.

Пределы взрыва смесей метана с воздухом показаны на рис.2. В области взрывчатых смесей важным является постепенное сужение нижнего и верхнего пределов взрываемости смеси метана с воздухом вплоть до выхода в точку при объемной доле кислорода 12,2 %. Это связано с цепным механизмом передачи теплового импульса зажигания. В области 3 для осуществления цепной реакции окисления недостаточно молекул метана, в области 4 - молекул кислорода. Метан в области 3 выгорает при наличии источника тепла, например пламени, однако цепная реакция взрыва невозможна. Добавление кислорода воздуха в смесь области 4 вводит ее в «треугольник взрываемости».

Пределы взрываемости смесей горючих газов с воздухом при нормальных термодинамических условиях составляют: метана 5,3 (4,8) - 14 %; этана 3,2-12,5 %; ацетилена 3-65 %; окиси углерода 12,5-75 % и водорода 4,1-74 %.

«Треугольник взрываемости» для других горючих газов имеет тот же вид, что и для метана. Нижний предел взрываемости зависит от рода воспламенителя и его температуры.

Так, в металлических трубах удавалось воспламенить раскаленной пылью смесь 4,8 % метана с воздухом.

Рисунок 2. – Объемные пределы взрываемости метановоздушных смесей: 1 – неосуществимая смесь; 2 – взрывчатая смесь; 3 – невзрывчатая смесь; 4 – смесь, могущая стать взрывчатой при добавлении воздуха (кислорода)

Нижний предел взрываемости смеси горючих газов (%) определяется по формуле

, (1)

где , ,... - объемная доля каждого из горючих компонентов; N₁, N₂,...N_i - нижние пределы взрываемости компонентов.

Для гомологов метана оптимальная концентрация воспламенения в воздухе обратно пропорциональна корню квадратному из их относительной молекулярной массы:

, (2)

где C¢_м и С¢¢_м - оптимальные массовые концентрации метанидов, %; М' и М" - относительные молекулярные массы. Для метана С_м = 8,5 %. Формула применима и к смесям метанидов. В этом случае М означает средние относительные молекулярные массы смеси.