2. Концентрационные пределы распространения пламени

Смеси горючих газов и паров с воздухом способны воспламеняться и распространять пламя только тогда, когда концентрация горючего в них находится в определенных ограниченных пределах, которые называются нижним (НКПР) и верхним (ВКПР) пределами распространения пламени.

Концентрационные пределы распространения пламени (КПР) являются едва ли не основной характеристикой пожароопасных свойств веществ и материалов. Мощность зажигающей искры, температура самовоспламенения, температура горения имеют смысл только внутри концентрационной области распространения пламени [1, с 74].

Нижний (верхний) концентрационный предел распространения пламени – минимальная (максимальная) концентрация горючего в окислителе, способная воспламениться от высокоэнергетического источника с последующим распространением горения на всю смесь.

Нижний концентрационный предел распространения пламени φ_н определяют по предельной теплоте сгорания. Установлено, что 1 м³ различных газовоздушных смесей на НКПР выделяет при горении постоянное среднее количество тепла - 1830 кДж, называемое предельной теплотой горения[1, с 75]. Следовательно,

если принять среднее значение Q_пр. равным 1830 кДж/м³ , то φ_н 6удет равно

где Q_н - низшая теплота сгорания горючего вещества, кДж/м³.

Нижний и верхний КПР пламени могут быть определены по формуле

где n - стехиометрический коэффициент при кислороде в уравнении химической реакции;

а и b эмпирические константы

Концентрационные пределы распространения пламени паров жидких и твердых веществ могут быть рассчитаны, если известны температурные пределы

где р_н(е)- давление насыщенного пара вещества при температуре, соответствующей нижнему (верхнему) пределу распространения пламени, Па;

p_о -давление окружающей среды, Па.

Для расчета концентрационных пределов распространения пламени смесей горючих газов используют правило Ле-Шателье [4, с 92]

где нижний (верхний) КПР пламени смеси газов, % об.;

- нижний (верхний) предел распространения пламени i-ro горючего газа %, об.;

- мольная доля i-ro горючего газа в смеси.

Следует иметь при этом в виду, что ∑μ_i=1, т.е. концентрация горючих компонентов газовой смеси принимается за 100%.

Если известны концентрационные пределы распространения пламени при температуре Т₁, то при температуре Т₂. они вычисляются по формулам

,

,

где , - нижний концентрационный предел распространения пламени соответственно при температурах

Т₂. и Т₁; и - верхний концентрационный предел распространения пламени соответственно при температурах Т₁ и Т₂;

Т_Г - температура горении смеси.

Приближенно при определении НКПР пламени Т_г принимают 1550 К, при определении ВКПР пламени -1100К.

При разбавлении газовоздушной смеси инертными газами (N₂, СО₂ Н₂О пары и т.п.) область воспламенения сужается: верхний предел снижается, а нижний - возрастает. Концентрация инертного газа (флегматизатора), при которой нижний и верхний пределы распространения пламени смыкаются, называется минимальной флегматизирующей концентрацией φ_ф. Содержание кислорода такой системе называют минимальным взрывоопасным содержанием кислорода МВСК. Некоторое содержание кислорода ниже МВСК называют безопасным .