Тепловые источники зажигания. Воспламенение горючих смесей от нагретых поверхностей, фрикционных искр, разрядов статического электричества.

Тепловыми источниками зажигания горючих смесей могут быть открытый огонь, раскалённые продукты горения, нагретые поверхности, разряды статического электричества, молнии.

Источниками открытого огня в производственных условиях являются технологические нагревательные печи, реакторы огневого действия, регенераторы с выжиганием органических веществ из негорючих катализаторов, печи для сжигания и утилизации отходов; факельные устройства для сжигания отходящих газов, аппараты для газовой резки и сварки металлов.

Открытый огонь может воспламенить во всех случаях горючие смеси газов и паров с воздухом, так как температура пламени (бо­лее 1000 °С) всегда превышает температуру самовоспламенения газов и паров.

Основной мерой противопожарной защиты от стационарных источников открытого огня является их изоляция от горючих газов и паров при авариях и повреждениях. Поэтому аппараты огневого действия располагают на открытых площадках на определённом расстоянии от потенциальных объектов воспламенения. При газосварочных работах необходимы специальные меры, применение защитных экранов для предотвращения разлета раскаленных частичек металла и т. п.

Нагретые поверхности технологического оборудования

Правила техники безопасности предусматривают установление допустимой температуры поверхности такого оборудования.

Предельно допустимая температура безопасного нагрева неизолированных поверхностей технологического (электрического) оборудования составляет 80 % от величины стандартной температуры самовос­пламенения газов или паров жидкостей и не должна быть выше минимальной температуры самовоспламенения.

В технологических процессах с использованием горючих пылей и волокон температура поверхности оборудования, на которую могут осесть горючие пыли или волокна, должна быть не менее чем на 50°С ниже температуры тления пылей (для тлеющих пылей):

t_{пов. оборуд} = t_{тления пыли} – 50^оС

Для нетлеющих пылей:

t_{пов. оборуд} ≤ 2/3 t_{самовоспл}

Фрикционные искры (искры удара и трения).

Являются наиболее распространенными источниками зажигания горючих смесей во взрывоопасных производствах. Они образуются при трении или соударении рабочих органов технологических машин и механиз­мов, а также при выполнении обслуживающим персоналом неко­торых технологических операций. При обработке абразивные частицы могут ра­зогреваться до температуры видимого свечения. Такие частицы принято называть фрикционными искрами.

Фрикционные искры металлов в определенных условиях разог­реваются до температуры, при которой происходит воспламене­ние частиц. В этом случае за очень малый промежуток времени выделяется количество тепла, достаточное для прогревания при­легающего к частице объема горючей газовой смеси до температу­ры самовоспламенения.

При окислении металлических частиц кислородом воздуха на поверхности частиц образуются оксидные плёнки.

Все металлы можно разделить на две группы.

К первой группе относятся металлы Li, Na, Mg, К и др., у кото­рых отношение объемов оксида и металла меньше единицы.

Ко второй группе относятся Fе, Аl, Тi, Сu и др., у которых от­ношение объемов оксида и металла больше единицы.

Основное влияние на скорость окисления таких частиц оказывает диффузия кислорода внутрь кристаллической решетки оксида.

Рассмотрим разогрев частиц металлов первой группы.

Частицы Mg размером 10 мкм разогреваются за счет реакции окисления до температуры 1381 К. Над поверхностью частицы появляется диффузионное пламя, которое существует до полного сгорания металла.

При трении и соударении частиц металлов второй группы, на­пример пары сталь — сталь, максимальная температура отрываю­щихся частиц определяется температурой плавления железа или его оксидов, что приводит к поверхностному горению до полного сгорания металла.

Растворённые в металлах и образующиеся при горении углерода газы раздувают пузырёк жидкого оксида, в результате чего после выгорания всего металла и охлаждения оксида образуется полый пузырёк.

Схема окисления фрикционных частиц стали приведена на рис. ниже.

Определяющее влияние на разогрев частиц оказывает содержа­ние кислорода в газовой среде. При увеличении содержания кислорода в 3 раза в смеси с азотом температура фрикционных частиц углеродистых сталей возрастает с 2100 К до 2600 К.

Схемы искрообразующих установок на производстве.

Исследования процессов искрообразования и поджигания горючих газовоздушных смесей проводят на экспериментальных установках, моделирующих реально существующие условия во взрывоопасных помещениях.

1 — установка копрового типа для испытания материалов;

2 — установка обстрела для ис­пытания материалов, работающих в режиме одиночного соударения при больших скорос­тях относительного перемещения;

3 — маятниковый копер для испытания материалов, ра­ботающих в режиме одиночных скользящих соударений;

4 — установка для испытания ма­териалов, работающих в режиме непрерывного трения;

5 — установка для испытания мате­риалов, работающих в режиме быстрочередующихся ударов.

Исследования процессов искрообразования и поджигания, го­рючих газопаровоздушных смесей проводятся на эксперименталь­ных установках, моделирующих реально существующие условия во взрывоопасных помещениях на рис. установка 5: мон­тируется во взрывной камере, продуваемой горючей смесью. Стол камеры служит для крепления пластин, изготовленных из иссле­дуемых материалов. Включается привод, и механизмом подъема закрепленная на столе пластина прижимается к вращающейся де­тали.

Скорость скольжения (V, м/с) определяется из уравнения:

где d — диаметр вращающегося элемента,

f — частота соударений, с^-1.

Число соударений n подсчитывается по формуле:

где S — количество «ударников» на вращающемся элементе;

τ — время работы ме­ханизма, с.

Вероятность Р воспламенения исследуемой горючей смеси при соударении различных материалов определяется как отношение количества поджиганий к количеству соударений n:

Испытываемые материалы считаются искробезопасными по отношению к данной горючей газовой смеси, если максимальное значение вероятности зажигания горючей смеси Р не превышает 10^-5 для любого состава горючей смеси.

В целях обеспечения фрикционной искробезопасности техно­логических процессов промышленность выпускает вентиляторы с применением защитных покрытий деталей проточной полости.

Во время проведения технологических операций и ремонтных работ во взрывоопасных зонах используется искробезопасный инстру­мент, выполненный из материалов, не дающих искр.

Наибольшее распространение получили искробезопасные бериллиевые бронзы. Ударные инструменты, выполненные из таких материалов не образуют искр, так как энергия соударения расходуется на пластическую деформацию материала инструмента.