35Концентрационные и температурные пределы воспламенения воспламенения температуры

В водородсодержащем газе плотностью 0,29—0,33 кг/м3 содержится около 80% водорода. Нижний предел воспламенения составляет 4% (об.), верхний предел 75,2% (об.). Углеводородсодержащий газ тяжелее воздуха, нижний предал . воспламенения 4,2% (об.), верхний предел 20% (об(). определенных насыщенных кислородом полимеров (табл. 6.6). Перед тем, как воспользоваться формулой (6.18), необходимо, лишь подсчитать величины Qg и QL для соответствующих компонентов горючего. Рассмотрим воздействие несветящегося пламени на верхнюю поверхность бесконечной горизонтальной пластины полиметилметакрилата (РММА) толщиной 50 мм [114]. Используемую методику можно определить как метод зажигания поверхности (разд. 6.5); она аналогична той методике, которая была применена в работе [35]. Тепло доставляется к поверхности, главным образом, посредством вынужденной конвекции. Зададимся значениями следующих величин: температура поверхности РММА в момент воспламенения составляет 270°С [103], kpc = = 3,2-10s Вт2- с/(м4-К2) (табл. 2.1). Воздействующее на поверхность пламя в окрестности этой поверхности обладает температурой 1300°С; коэффициент теплоотдачи равен 50 Вт/(м2- К). Тогда с помощью формулы (2.26) можно показать, что для того чтобы довести поверхность тела до воспламенения, понадобится около 6 с. По прошествии этого времени глубина прогретого слоя составит (at)'/2 <*> 0,8-10~3 м, где a — коэффициент рассеивающей способности РММА (табл. 2.1). Если пренебречь прочими потерями, можно оценить QL следующим образом: Потери в виде газа на нефтеперерабатывающих предприятиях вставляют в среднем 0,2—0,3% от объема перерабатываемой нефти и 10—20% от общих безвозвратных потерь. При аварийных ситуациях на современных нефтеперерабатывающих и нефтехимических установках выбросы только от предохра-ните;:>ных клапанов могут достигать 100—150 тыс. м3. Если учесть, что для большинства углеводородных газов нижний концентрационный предел воспламенения составляет около 2% (эб.) и что их плотность больше плотности воздуха, то можно подсчитать, что в течение очень короткого срока при смешении газов с окружающим воздухом на территории пред-прияччя образуется довольно значительное взрывоопасное облако. Весьма вероятно, что на такой площади окажется какой-либо импульс воспламенения и произойдет мощный взрыв. Однако и помимо таких аварийных ситуаций мелкие выделения г;13ов могут создать локальные очаги вспышек, загораний, взрывэв. Поэтому, чтобы исключить аварийные ситуации, необ- Обычно воспламенение твердого горючего вещества начинается в какой-либо части его, а затем уже постепенно распространяется на всю его массу. Воспламенение пара или газовоздушной смеси происходит почти одновременно по всему объему. Для легковоспламеняющихся жидкостей разница между температурами вспышки и воспламенения составляет 1—2°С, а для горючих жидкостей доходит до 30 °С и выше. От шлифовальных станков в воздух производственных помещений поступает мелкая древесная пыль (размер частиц 1—0,25 мм). Следует иметь в виду, что древесная пыль в смеси с воздухом в определенных концентрациях способна взрываться. Как уже указывалось, нижний предел концентрации древесной пыли, достаточной для воспламенения, составляет 12,6—25хЮ~3 кг/м3, что значительно превышает предельно допустимую концентрацию, установленную санитарными нормами. Поэтому выполнение санитарно-гигиенических требований Обычно воспламенение твердого горючего вещества начинается в какой-либо части его, а затем уже постепенно распространяется на всю его массу. Воспламенение пара или газовоздушной смеси.происходит почти одновременно по всему объему. Для легковоспламеняющихся жидкостей разница между температурами вспышки и воспламенения составляет 1—2°С, а для горючих жидкостей доходит до 30 °С и выше. Областью воспламенения называется область концентраций горючего вещества, внутри которой его смеси с данным окислителем (например, воздухом) способны воспламеняться от источника зажигания с последующим распространением горения по смеси на большое расстояние от источника зажигания. Область воспламенения горючего вещества может иметь два предела концентраций: нижний — минимальный и верхний — максимальный. Нижний концентрационный предел воспламенения горючей смеси представляет собой концентрацию горючего вещества в воздухе, ниже которой воспламенение не происходит, а верхний концентрационный предел воспламенения горючей смеси — концентрацию горючего вещества в воздухе, выше которой воспламенение также не возникает. Так, например, для этилового спирта нижний концентрационный предел воспламенения составляет 3,3 %, а верхний — 18,4 % по объему. Следовательно, смесь паров этилового спирта концентрации в воздухе ниже 3,3 % и выше 18,4 % при наличии источника зажигания не воспламеняется. Областью воспламенения называется область концентраций горючего вещества, внутри которой его смеси с данным окислителем (например, воздухом) способны воспламеняться от источника зажигания с последующим распространением горени-я по смеси сколь угодно далеко от источника зажигания. Область воспламенения горючего вещества может иметь два предела концентраций: нижний—минимальный и верхний—максимальный. Н и ж ний концентрационны и п р е-д ел вое п ламе и е н и я горючей смеси представляет собой область воспламенения, в которой концентрация горючего вещества в воздухе имеет минимальное значение, ниже которого воспламенение не происходит. Верхний концентра ц ионный предел воспламенения горючей с м е с и представляет собой область воспламенения, н которой концентрация горючего вещества в-воздухе имеет такое максимальное значение, выше которого воспламенение также не возникает. Так, например, для этилового спирта .нижний концентрационный предел воспламенения составляет 3,3% (объемных), а верхний 18,4%. Следовательно, смесь паров этилового спирта концентрации в воздухе ниже 3,3% и выше 18,4% при наличии источника зажигания не воспламеняется. Измерение НКПР начинают с навески в 0,2 г, выявляя область концентраций, в которой возможность распространения пламени носит вероятностный характер. Изменяя от опыта к опыту массу навески на 10%, находят минимальную навеску, при которой получают шесть последовательных воспламенений (частота воспламенений равна 1) и максимальную навеску, при которой получают шесть последовательных отказов (частота воспламенений равна 0). С каждой промежуточной навеской проводят по шесть измерений. Если область неустойчивого воспламенения составляет четыре и менее интервалов изменения навески, то проводят по шесть дополнительных измерений, используя навески, соответствующие навескам, находящимся посредине каждого интервала. Как известно, аэровзвеси порошковых и некоторых гранулированных препаратов образуют с воздухом взрывоопасные смеси. Очень опасны порошки (дусты) серы, нафталина, севина, у которых нижний предел воспламенения составляет около 20 г/м3 и менее. Следует отметить очень важное свойство концентрационных пределов воспламенения: некоторые изменения физико-химических свойств, например небольшие добавки ЛВЖ и ГЖ, не оказывают существенного влияния на изменение концентрационных пределов воспламенения. На рис. 4 показаны данные по распределению нижнего концентрационного предела для 36 жидкостей, имеющих температуру вспышки от —52 до 170°С. В качестве анализируемых жидкостей использованы нефтепродукты, а также компоненты, входящие в их состав. Обработка данных (см. рис. 4) показала, что нижний концентрационный предел воспламенения нефтепродуктов подчиняется нормальному закону распределения. Среднее значение нижнего концентрационного предела воспламенения составляет 43,7 г/м3. Возможное случайное максимальное отклонение от среднего значения с вероятностью Р=0,9972 —1 не превысит по абсолютной величине 5,1 г/м3. Температурные пределы воспламенения — температуры, при которых образуются насыщенные пары вещества в конкретной Для газовоздушных смесей — нижний (НКПВ) и верхний (ВКПВ) концентрационные пределы воспламенения — температуры жидкостей, при которых давление насыщенных паров создает концентрацию паров, соответствующую нижнему и верхнему концентрационному пределу распространения пламени; нормальная скорость распространения пламени (UH, м/с — скорость перемещения фронта пламени по нормали к его поверхности), температура самовоспламенения (tc, °C — минимальная критическая температура, при которой возможно самопроизвольное возникновение пламенного горения); минимальная энергия зажигания (МЭЗ, Дж—наименьшая энергия искры электрического разряда, достаточная для зажигания стехиометрической смеси данного горючего вещества с воздухом); максимальное давление взрыва (pimx, кПа — максимальное давление, развиваемое при воспламенении стехиометрической смеси данного горючего вещества). разогреться до температуры воспламенения. Напротив, вязкое масло при относительно низкой температуре ванны может сильно разогреться в тонком слое, охватывающем деталь, подняться к поверхности ванны и гореть. Поэтому температура масляной ванны обычно поддерживается на 40-60° ниже температуры воспламенения. Температуры воспламенения некоторых масел приведены в табл. 4.3. Ннясаий концентрационный предел воспламенения, температуры тления, воспламенения и самовоспламенения взрывоопасных пылей температуры самовоспламенения и регулируют нагрев Температуры самовоспламенения и тлеиия при са- Для определения минимальной температуры самовоспламенения паров печь нагревают до предполагаемой температуры самовоспламенения и регулируют нагрев таким образом, чтобы показания нижней и средней термопар совпадали, а верхней — отличались от остальных не более чем на 2 град. В пипетку или медицинский шприц избирают необходимое количество жидкости и быстро вводят (с разбрызгиванием) в колбу. Навески порошковых продуктов высыпают в колбу с листа бумаги или фарфоровой ложечки. Появление пламени фиксируют как самовоспламенение; если пламя не возникает в течение 6 мин, опыт считают «отказом». Путем последовательных проб находят температуру, при которой наблюдается самовоспламенение паров, а при температуре, на 2 град более низкой, наблюдаются «отказы» с любым количеством продукта. Наличие «отказов» должно быть подтверждено не менее чем пятью опытами с наиболее легко воспламеняющимся количеством продукта. Минимальную температуру самовоспламенения паров в воздухе вычисляют аналогично стандартной температуре воспламенения. Температуры самовоспламенения и тлеиия при самовозгорании твердых неплавящихся веществ и материалов определяют на том же приборе ВНИИПО, на котором определяется температура воспламенения (см. рис. 10). Для исследуемого материала проводят серию опытов при различной температуре реакционной камеры и определяют наинизшие температуры, при которых без источника зажигания возникает тление образца материала или его пламенное горение. 3. Там, где замешаны воспламеняемые жидкости, опасность должна оцениваться с учетом их относительных точек воспламенения, температуры возгорания, диапазонов воспламеняемости и энергии возгорания, требуемой для начала горения. В случае с твердыми материалами дополнительным фактором, который нужно учитывать, является размер частиц. Температурные пределы воспламенения — температуры при ко торых насыщенные пары вещества образуют в конкретной окисли тельной среде концентрации равные соответственно нижнему (нижний температурный предел) и верхнему (верхний температур ный предел) концентрационным пределам воспламенения

36Огнесто́йкость — способность строительных конструкций ограничивать распространение огня, а также сохранять необходимые эксплуатационные качества при высоких температурах в условиях пожара. Характеризуется пределами огнестойкости и распространения огня.

Пределы огнестойкости строительных конструкций определяются путем их огневых испытаний по стандартной методике и выражаются временем (в часах или минутах) действия на конструкцию стандартного пожара до достижения ею одного из следующих предельных состояний:

• Потери несущей способности (обрушение или прогиб) при проектной схеме опирания и действии нормативной нагрузки — постоянной от собственного веса конструкции и временной, длительной, от веса стационарного оборудования (станков, аппаратов и машин, электродвигателей и др.);

• Повышения температуры необогреваемой поверхности в среднем более чем на 160 °С или в любой ее точке более чем на 190 °С в сравнении с начальной температурой либо более 220 °С независимо от температуры конструкции до испытаний;

• Образования в конструкции сквозных трещин или отверстий, через которые проникают продукты горения или пламя;

• Достижения при испытаниях ненагруженной конструкции критической температуры (то есть температуры, при которой происходят необратимые изменения физико-механических свойств) её несущих элементов или частей, защищенных огнезащитными покрытиями и облицовками; характеризует потерю несущей способности.

Данные о пределах огнестойкости и распространения огня используют при проектировании зданий и сооружений. Последние, согласно нормативным документам, разделены по степени огнестойкости на пять групп. Для них установлены требуемые пределы огнестойкости (минимальные) и распространения огня (максимальные) основных строительных конструкций. В зависимости от их вида указанные пределы огнестойкости изменяются от 0,25 до 2,5 ч, пределы распространения огня — от 0 до 40 см. Повышение огнестойкости достигается методами огнезащиты.

Методика расчёта [править]

Пределы распространения огня определяются размерами их повреждений вследствие горения или обугливания вне зоны воздействия стандартного пожара. Эти пределы находятся посредством огневых испытаний конструкций.

Стандартный пожар воспроизводится в печах, футерованных огнеупорным кирпичом, путем сжигания керосина с помощью специальных форсунок. При этом температура в печах контролируется термопарами, горячие спаи которых отстоят от поверхностей испытываемых конструкций на 100 мм. Работу форсунок регулируют так, чтобы их пламя не имело контакта с контрольными термопарами и поверхностью каждой конструкции. Температура в печи при испытаниях повышается в соответствии с зависимостью:

где   — время от начала испытания, мин; T — температура в печи за время;   — начальная температура.

Предел огнестойкости конструкции по предельным состояниям 1, 2 и 4 может быть определён расчётным путём, если известны схемы её разрушения при действии огня, а также теплофизические, прочностные и деформационные характеристики строительных материалов этой конструкции при высоких температурах.

В общем случае расчет предела огнестойкости по потере несущей способности, применяемый для любой конструкции, сводится к решению теплотехнической и статической задач. Теплотехнический расчет заключается в определении температуры по сечению конструкции при действии на неё огня. Однако решением данной задачи ограничиваются, если предел огнестойкости конструкции находят по предельному состоянию 2. Статическую задачу решают на основе выявленной при огневых испытаниях схемы разрушения конструкции и использования уравнений её равновесия и деформаций, а также данных об изменении прочностных и деформационных свойств материалов при высоких температурах. Статический расчёт позволяет найти зависимости снижения несущей способности (прочности) или роста деформаций конструкций от времени огневого воздействия. По этим зависимостям предел огнестойкости определяется как время, по истечении которого несущая способность конструкции снижается до величины рабочей нагрузки или её деформации достигают максимума (предельное состояние 1). В некоторыхрых случаях можно сразу вычислить критическую температуру, вызывающую обрушение конструкции. Затем, решая обратную теплотехническую задачу, рассчитывают время прогрева конструкции до критической температуры; это время принимают за предел огнестойкости.