2.3. Область самовоспламенения

Величина температуры самовоспламенения Т_* сильно зависит от давления реагирующих газов. На рис. 2.3 приведены границы области самовоспламенения типичных углеводородов (смеси горючих газов и паров с воздухом) в зависимости от давления среды.

Для смесей, параметры которых – давление р и температура Т – лежат выше кривой ABCDEF, произойдет самовоспламенение. Если параметры смеси р, Т лежат ниже кривой ABCDEF, то самовоспламенение не происходит. Рассмотрим изменение температуры самовоспламенения Т_* углеводородных смесей при повышении и понижении давления. При повышении давления смеси выше атмосферного (р > 0.1 МПа) величина Т_* резко снижается, особенно при р > 0,2 МПа (участок DЕ). При р > 0,3 МПа величина температуры самовоспламенения становится постоянной, то есть Т_* = const (участок ЕF). При давлениях ниже атмосферного величина температуры самовоспламенения Т_* сначала резко повышается, достигая максимума (точка С), а затем снижается, образуя полуостров АВС.

Рис. 2.3. Область самовоспламенения углеводородов

в зависимости от давления смеси

Кроме параметров окружающей среды, то есть давления и температуры, величина Т_* зависит от состава горючей смеси. На рис. 2.4 приведена зависимость температуры самовоспламенения Т_* от процентного содержания метана (СН₄) в воздухе. Как видно из графика, наиболее низкое значение Т_* соответствует смеси, содержащей 6% метана в воздухе, а наиболее высокое значение Т_* – смеси, содержащей 14% метана (верхний предел взрыва). Отметим, что зависимость Т_* от состава смеси всегда имеет минимум, приведенный на рис. 2.4. При этом наименьшей температурой самовоспламенения из смесей горючих паров и газов с воздухом обладает смесь, близкая к стехиометрической.

Рис. 2.4. Зависимость Т_* от содержания метана в воздухе

2.4. Период индукции

Горючее вещество, введенное в нагретый сосуд, воспламеняется не сразу, а через некоторый промежуток времени. Время с момента ввода горючего вещества в нагретый сосуд до его самовоспламенения называется периодом индукции t_*. Величина периода индукции t_* зависит от состава горючей смеси, а также изменяется в зависимости от количества вещества, давления, температуры сосуда, его размеров и других факторов. На рис. 2.5 приведена зависимость t_* от давления для смеси диметилового эфира (СН₃ОСН₃) с кислородом при температуре в сосуде Т = 245⁰С. Как следует из графика, с ростом давления период индукции резко уменьшается.

На рис. 2.6 приведена зависимость периода индукции t_* смеси метана (СН₄) с кислородом от давления для разных значений температуры сосуда. Как видно из приведенного графика, период индукции также резко уменьшается с увеличением давления. Для одинаковых значений давления смеси, например, для р = р₀ (рис. 2.6), величина периода индукции t_* тем больше, чем ниже температура сосуда.

Кроме термодинамических параметров среды – температуры и давления, величина t_* зависит и от состава газовой смеси. В табл. 2.1 приведены данные по t_* для метано-воздушной смеси с разным содержанием метана. Как следует из приведенных данных, с увеличением содержания горючего газа в смеси, период индукции возрастает.

Период индукции играет большую роль не только для смесей горючих газов с воздухом, но также для пылевоздушных смесей и твердых топлив. Этот параметр имеет практическое значение при оценке пожарной безопасности некоторых производств. Отметим, в частности, лакокрасочные цехи, крупные гаражи, шахты, рудники, элеваторы и т.д., в которых находятся испаряющиеся и легковоспламеняющиеся жидкости (лак, бензин) или аэрозоли.

Рис. 2.5. Влияние давления на величину периода индукции

смеси (СН₃ОСН₃ + О₂) при Т = 245⁰С

Рис. 2.6. Влияние температуры на величину периода индукции

смеси (СН₄ + О₂): 1 – Т = 730⁰С; 2 – Т = 750⁰С; 3 – Т = 780⁰С; 4 – Т = 800⁰С

Таблица 2.1

Значения периода индукции (t_*, с) в зависимости

от температуры и состава метано-воздушной смеси

Содержание СН4 в смеси, %	t* при 7750С	t* при 8250С	t* при 8750С
6	1.08	0.58	0.35
7	1.15	0.60	0.36
8	1.23	0.62	0.37
9	1.30	0.65	0.39
10	1.40	0.68	0.41
12	1.64	0.74	0.44