8.4. Расчет минимальной флегматизирующей концентрации инертных разбавителей и минимального взрывоопасного содержания кислорода

Добавление в горючую смесь инертных газообразных разбавителей (азот, диоксид углерода, аргона, гелия, паров воды) приводит к значительному снижению концентрационной области ее воспламенения. Такое влияние инертных газов называют флегматизирующим, а вещества, обладающие этим качеством, − флегматизаторами. Существует минимальная концентрация флегматизатора в горючей смеси, при которой и выше которой смесь теряет способность к воспламенению при любом соотношении горючего и окислителя. Изменение концентрационных пределов распространения пламени (КПРП) при этом зависит от природы и концентрации вещества, используемого в качестве флегматизатора. Влияние флегматизаторов на величину КПРП определяется их физическими характеристиками – теплоёмкостью и теплопроводностью. Чем выше теплоёмкость газа-разбавителя при одной и той же теплопроводности, тем выше эффективность его флегматизирующего действия. При увеличении концентрации флегматизатора в горючей смеси верхняя граница КПРП (_в) уменьшается, а нижняя (_н), как правило, незначительно увеличивается. При некоторой определённой для каждого флегматизатора концентрации нижний и верхний концентрационные пределы сливаются (рис. 8.3).

Концентрация флегматизатора, при которой происходит слияние нижнего и верхнего концентрационных пределов, называется минимальной флегматизирующей концентрацией (МФК). МФК  это наименьшая концентрация флегматизатора в смеси с горючим и окислителем, при которой смесь становится неспособной к распространению пламени при любом соотношении горючего и окислителя. По сути МФК  это минимальное количество флегматизатора, которое необходимо ввести в газовоздушную смесь стехиометрического состава, чтобы она стала негорючей. Значения МФК для некоторых веществ приведены в приложении. П. 19.

Рис. 8.3. Зависимость верхнего и нижнего концентрационных пределов

распространения пламени от концентрации флегматизатора

в газовоздушной смеси

Минимальную флегматизирующую концентрацию можно рассчитать исходя из того, что адиабатическая температура горения смеси стехиометрического состава не может быть меньше 1500 K.

Уравнение для расчёта адиабатной температуры горения стехиометрической смеси, содержащей флегматизатор, имеет вид

, (8.34)

где V_пгi – объём i-го продукта горения, м³/м³; V_ф – объём флегматизатора, м³/м³.

Отсюда объём флегматизатора будет равен

, (8.35)

Его минимальная флегматизирующая концентрация в стехиометрической смеси составит

. (8.36)

Концентрация горючего в смеси, соответствующая точке флегматизации, рассчитывается по уравнению:

. (8.37)

Концентрация кислорода в этой же смеси (в точке флегматизации) называется минимальным взрывоопасным содержанием кислорода (МВСК)  это такая концентрация кислорода в смеси, состоящей из горючего вещества, воздуха и флегматизатора, ниже которой распространение пламени в горючей смеси невозможно при любой концентрации горючего.

МВСК рассчитывается по формуле:

. (8.38)

Значения МВСК для некоторых газо- и паровоздушных смесей приведены в приложении П. 14. и приложении П. 15.

Безопасная концентрация кислорода принимается с некоторым запасом по отношению к МВСК и рассчитывается по формуле . (8.39)