
книги из ГПНТБ / Иванов Б.А. Безопасность применения материалов в контакте с кислородом
.pdfтолщиной 0,1 мм. При разрыве мембраны под давлением кисло рода 150 кгс/см2 она загоралась.
В некоторых работах [2, 3, 12, 46] было высказано предполо жение о возможности зажигания металлических элементов обору дования (особенно тонких деталей) при сгорании контактиру ющих с ними пленок масел или неметаллических материалов (резин, паронита, фибры и др.). Были определены условия зажи гания пластин (30 X 30 мм) из меди, чугуна, нержавеющей стали Х18Н10Т толщиной 0,1—1,0 мм при сгорании на их поверхности различных количеств смазки на жировой основе (ЦИАТИМ-205). Смазку наносили на поверхность образцов в виде ровного слоя
площадью |
1 см2 |
и поджигали от |
300 |
|
|
|
|
|
||||
слабого источника (тонкая мед |
— |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
||||||||
ная проволока). |
Из |
приведенных |
250 _А |
|
|
|
|
|||||
на рис. 4.21 данных видно, что для |
|
|
|
|
||||||||
нажигания |
даже |
тонкой |
фольги |
^ 200 |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
$5W0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ё |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
то |
Y А |
з |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
50 |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
20 |
30 |
|
|
/Л ... |
20 |
30 |
U0 |
50 |
||
|
|
|
|
|
10 |
|||||||
|
|
р, нгс/смг |
|
|
|
|
|
р , кгс!смг |
|
|
||
Рис. 4.21. |
Условия |
зажигания пластины |
Рис. 4.22. Условия зажигания |
|||||||||
из стали Х18Н10Т |
размером 30 х |
30 х |
пластин металлов |
различной |
||||||||
X ОД мм |
от |
сгорания |
на ее поверхности |
толщины от сгорания на их |
||||||||
навесок смазки ЦИАТИМ-205 при различ |
поверхности |
навесок |
магние |
|||||||||
ных |
давлениях |
кислорода. |
|
вого |
сплава |
при |
различных |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
давлениях кислорода: |
|
||||
необходимо |
большое |
количество |
1 , 2 — с т а л ь Х 1 8 Н 9 |
п р и |
б = |
0,5 |
||||||
и б = |
0,3 мм |
соответственно ; |
з, |
|||||||||
«мазки. |
Количество |
смазки |
резко |
4 — м едисты й |
ч у гу н |
п р и |
б = |
1,0 |
||||
уменьшается с увеличением давления |
и б = 0,3 |
мм соответственно . |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||
кислорода. |
Пластины |
толщиной |
|
|
|
|
|
|
0,3 мм при давлении 40 кгс/см2 зажигались от 250—300 мг смазки.
При толщине образцов из стали Х |
18Н10Т и чугуна 0,5 мм и |
|||
том же давлении |
сгорание |
300—500 |
мг |
смазки не приводило |
к зажиганию. |
|
|
|
|
На рис. 4.22 |
приведены |
результаты |
аналогичных опытов, |
но вместо смазки использовали тонкую стружку магния.
Если энергия, необходимая для зажигания металлов в приве денных условиях, пропорциональна количеству смазки или маг ния, а характер найденных зависимостей и количественные законо мерности сохраняются при зажигании металлов от других видов тепловых источников, то из полученных данных можно сделать вывод, что зажигание металлов от случайных небольших масляных загрязнений, отдельных частиц горючих веществ и т. п. возможно
120
только при достаточно высоких давлениях (более 50—100 кгс/см2 и при наличии в конструкции тонких (6 1 мм) элементов.
На практике часто загорание оборудования происходит через несколько промежуточных стадий, т. е. наблюдается механизм, напоминающий цепную реакцию. Загорание может начаться с практически всегда имеющихся в любых кислородных системах небольших случайных источников, таких, как отдельные горящие частицы металлов и неметаллических материалов, разряды стати ческого электричества, микротрение и т. п. Энергия этих источни ков мала (0 ,0 1 —1 ,0 мДж) и они не способны зажигать металлы
конструкции. Поэтому такие источники непрерывно появляются
10 - 2 0 |
50 . |
too |
2 0 0 |
3 0 0 |
|
р, кгс/смг |
|
|
Рис. 4.23, Энергия зажигания цилиндрических образцов метал лов при различных давлениях кислорода:
i, г — сп л ав Д 1 8 |
К |
соответственно |
d |
= |
5 м м и d = 3 мм; 3—в — м а л о |
||
у гл ер о д и стая с т а л ь |
d |
=> 5, 4, 3 |
и 2 |
мм |
соответственно ; 7—9 — н е р ж а в е |
||
ю щ а я с та л ь Х 1 8 Н 9 |
d = |
4,3 |
|
и |
2 мм соответственно. |
и пропадают, но не приводят к загоранию. Однако в системе кромеметаллических деталей имеются неметаллические элементы, воз можно загрязнение поверхности металлов и неметаллов жиро выми веществами или накопление в отдельных местах мельчайших продуктов износа материалов конструкции. Энергия зажигания неметаллов, жировых веществ и продуктов износа невелика и может оказаться равной энергии небольших случайных источни ков. При сгорании указанных веществ и материалов выделяется энергия, которая в сотни и тысячи раз превышает энергию первич ного источника. Этой энергии может оказаться достаточно, чтобы зажечь тонкие металлические элементы, сгорание которых и пред ставляет очаг загорания (с. 81)
В работе [47] путем сжигания на поверхности металлов различных количеств магния и титана определили энергию
121
зажигания цилиндрических образцов различных металлов(рис.4.23) и металлических пластин (рис. 4.24). Энергия зажигания всех исследованных металлов уменьшалась при увеличении давления кислорода как р п (где п — 2—5, в зависимости от вида металла). Зажигание цилиндрического образца с торца происходило при энергиях примерно в два раза меньших, чем энергии, необходимые для зажигания, если источник зажигания расположен на некото ром удалении от торца (рис. 4.25). Если зажигали металлическую
Рис. 4.24. |
Энергия зажигания метал |
Рис. 4.25. Энергия зажигания ма |
|||
лических |
пластин |
толщиной 2 мм: |
лоуглеродистой стали |
d ~ 5 мм: |
|
J — с т а л ь |
Х 1 8 Н 10 Т ; |
2 — у гл ер о д и стая |
1 — и сточн ик |
з а ж и г а н и я р асп о л о ж ен на |
|
|
стал ь ст. 3. |
ко н ц е о бразц а; |
2 — и сточн ик |
з а ж и г а н и я |
|
|
|
|
р асп о л о ж ен н а |
р асст о ян и и 25 мм от торц а |
|
|
|
|
|
о бр азц а. |
|
пластину, то энергия зажигания при расположении источника зажигания с «края» и особенно с «угла» была также много меньше, чем при зажигании с поверхности.
4.9. ТЕМПЕРАТУРА САМОВОСПЛАМЕНЕНИЯ
Часто при авариях кислородного оборудования считают [48], что причиной аварии послужило нагревание отдельных металли ческих элементов конструкции до температуры самовоспламене ния. Поэтому естественным представляется интерес исследовате лей к определению температуры самовоспламенения Тсв различ ных металлов в кислороде.
Рейнольдс [49] определил Тсв углеродистых сталей, молибдена, титана и некоторых других металлов. Найдено, что углеродистые стали и титан воспламеняются при нагревании до температур ниже, чем температуры плавления, инконель — в расплавленном состоянии. Нержавеющие стали в зависимости от химического состава воспламеняются при температурах как выше, так и ниже
122
своих температур плавления. Изменение давления практически не влияло на Тсв. Температуры самовоспламенения металлов на воздухе и в кислороде отличались незначительно.
Хилл [50] изучал самовоспламенение в кислороде чугуна, углеродистых и нержавеющих сталей. В своих экспериментах Хилл установил (в противоположность Рейнольдсу [49]), что Гсв уменьшается при повышении давления. Например, температура
самовоспламенения |
углеродистых сталей снижалась с |
1200 до |
938 °С при изменении давления от 3 до 50 кгс/см2. |
|
|
Дин и Томпсон |
[51] исследовали самовоспламенение |
углеро |
дистых, нержавеющих сталей, никелевых, кобальтовых и цветных сплавов. Опыты проводили при давлениях 3,5—56 кгс/см2. Об разцы металлов представляли трубки диаметром 10—13 мм и тол щиной стенки 0,2—1,0 мм. Тсв определяли термопарой, закреплен ной на внутренней стенке трубки. В указанном интервале давле ний кислорода Тсв нержавеющих сталей составляет 1371—982 °С, а для углеродистых сталей — 1482—1093 °С. Абсолютные значе ния Тсв в этом исследовании отличаются от данных Хилла, однако здесь также отмечено снижение Тсв при повышении давления.
Гудков [42 с. 83] определял Тсв углеродистых и нержавеющих сталей, чугуна, меди, латуни в сухом и влажном кислороде при давлениях до 100 кгс/см2. Отмечены те же закономерности, что и в приведенных выше работах. Однако наибольший интерес пред ставляют исследования по влиянию скорости потока кислорода на Тсв. Установлено, что Тсв металлов значительно снижается при увеличении скорости потока. Однако это пока единственная
работа, где исследовано влияние потока на Тсв. |
|
|
3X13 |
|||||||
В работе [11] |
определялась |
Г ,в чугуна, |
ст. 10, сталей |
|||||||
и Х18Н9Т при различных давлениях кислорода. |
|
|
|
|||||||
Ниже приведены температуры |
самовоспламенения |
металлов |
||||||||
в кислороде при различных |
давлениях: |
|
|
|
|
|||||
|
Т ем п ер ату р а сам овосп лам ен ен и я |
м етал л о в |
в ки сл о р о де |
(в °С) |
||||||
|
|
|
п ри давлении |
ки сл о р о д а (в к г с /с м 8) |
|
|
||||
|
1,0 |
50 |
100 |
120 |
150 |
200 |
250 |
300 |
350 |
|
Чугун ................ . . |
1065 |
1035 |
1020 |
___ |
___ |
— |
— . |
-- |
___ |
|
С т .Ю ..................... . . |
1210 |
1255 |
1240 |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
|
Сталь 3X13 • ■ • . . |
1300 |
1265 |
1230 |
--. |
1210 |
1220 |
1250 |
— |
1285 |
|
Сталь Х18Н9 . . . . |
1330 |
1260 |
1205 |
-- |
1250 |
1240 |
1270 |
1140 |
1210 |
|
Сталь Х16Н6 . . . . |
— |
— |
, |
— |
1290 |
1255 |
1190 |
1140 |
— |
1290 |
Хорошая воспроизводимость значений Тсв наблюдалась до давлений 100—150 кгс/см2. При более высоких давлениях кисло рода значения Тсв в параллельных экспериментах различались на 50—100 °С, поэтому эти данные можно использовать лишь как ориентировочные. Следует, однако, отметить, что резкого сниже ния Тсв с ростом давления, как установлено в работах [49, 51], не наблюдалось.
Нише приведены значения Тсв некоторых металлов и сплавов при атмосферном давлении, которые определены различными авторами [6]:
|
Гсв, *С |
М а г н и й ............................. |
625 |
Алюминий......................... |
700-1000 |
Ж е л е з о ............................. |
925 |
Бронза — алюминий (8% |
|
А1) ................................. |
950 |
Монель (37% Си, 63% Ш) |
950 |
Латунь ............................. |
— 1000 |
Ст.10 ................................. |
1280 |
|
|
|
гсв, "С |
Аустенитная сталь |
(16% |
|
|
Сг, |
13% Ni, 71% Fe) |
1350 |
|
Аустенитная сталь |
(12% |
|
|
Сг, 18,8% Ni, 69,2% |
|
||
Fe) |
................................. |
|
1400 |
Инконель (14% Сг, 68% |
|
||
Ni, |
18% F e ) ................. |
|
— 1400 |
Н и к е л ь ............................. |
|
1450 |
Анализируя изложенное, можно заключить, что Т(:в Даже при очень высоких давлениях кислорода достаточно высока и часто значительно превышает рабочие температуры оборудования.
Температура самовоспламенения металлов, находящихся в виде порошков, может быть значительно ниже Тсв монолита. Например, Тсв железного порошка колеблется (в зависимости от способа получения порошка) от 230 до 390 °С [53—55], т. е. ТСв становится сравнимой с рабочими температурами оборудования. Таким образом, для исключения возможности загорания металлов вследствие самовоспламенения следует не допускать накоплений порошка или металлической пыли.
|
Л И Т Е Р А Т У Р А |
|
|
1. |
Н и к о н о в А. П. |
В кн.: Исследования в |
области компрессорных |
2. |
машин. Киев, «Буд1вельник», 1970, с. 253—257. |
||
И в а н о в Б. А., |
Щ е п о т ь е в Н. А., |
М е л ь н и к о в Е. А. |
|
|
В кн.: Исследования в области компрессорных машин. Киев, «БудЬ |
||
|
вельник», 1970, с. 122—128. |
|
3. И в а н о в Б. А ., М е л и х о в А. С., Р о з о в с к и й |
А. С В кн.: |
Компрессорные машины. М., ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, |
1968, с. 100— |
101.
4. |
В е г е н е р |
В. Черные металлы, 1964, № 8, с. |
22—28. |
|
||
5. И в а н о в Б. А., |
М е л ь н и к о в Е. А., |
Н и к о н о в А. П. |
||||
|
В кн.: Компрессорные машины. М., ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, 1968, |
|||||
6. |
с. 4 9 -5 1 . |
|
|
aus Technik und Wissenschaft, 1972, |
№ 31, |
|
К 1 е i n G. Linde Berichte |
||||||
7. |
S. 55—62. |
e l d L. |
Metall, |
1967, Bd. 21, S. 98—102. |
|
|
K i r s c h f |
|
|||||
8. |
З л о б и н с к и й Б. M., |
И в а н о в Б. А., |
Н и к о н о в А. П. |
|||
|
В кн.: Взрывобезопасность |
воздухоразделительных установок. |
M., |
|||
|
ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, 1969, с. 139—142. |
|
|
9.И в а н о в Б. А. В кн.: Взрывобезопасность воздухоразделительных установок. М., ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, 1969, с. 130—134.
10.И в а н о в Б. А. Кислородн. пром., 1969, № 1, с. 10—14.
11. |
И в а н о в |
Б. А. , Н и к о н о в |
А. П. |
Проблемы инженерной охраны |
|||
12. |
труда. Сб. LXIII, «Металлургия», М., |
1970, |
с. 55—63. |
А. П. |
|||
И в а н о в |
Б. А., |
М е л ь н и к о в |
Е. А. , |
Н и к о н о в |
|||
|
В кн.: Исследования в области компрессорных машин. Киев, «Буд1- |
||||||
13. |
вельник», 1970, с. 115—118. |
В. А. , И з м а й л о в Е. М. |
Кис |
||||
Н и к о н о в |
А. П., |
И в а н о в |
|||||
|
лородн. пром., 1970, |
№ 1, с. 21—25. |
|
|
|
124
14. |
И в а н о в |
Б. А., И з м а й л о в |
Е. М., Н а р к у н с к и й |
|
С. Е. |
|||
|
и др. В кн.: Авторефераты докладов на Третьем Всесоюзном симпозиуме |
|||||||
15. |
по горению и взрыву. Черноголовка, 1971, с. 163—165. |
|
|
С. Е. |
||||
И в а н о в |
Б. А., И з м а й л о в |
Е. А., Н а р к у н с к и й |
|
|||||
|
и др. В кн.: Горение и взрыв (материалы Третьего Всесоюзного симпо |
|||||||
16. |
зиума по горению и взрыву). М., |
«Наука», 1972, с. 148—152. |
|
С. Е. |
||||
И в а н о в |
Б. А., |
И з м а й л о в |
Е. М., Н а р к у н с к и й |
|
||||
17. |
и др. ФГВ,_1971, № 4, с. 548—555. |
Н а р к у н с к и й |
|
С. Е. |
||||
Г у л я е в |
В. A., |
И в а н о в |
Б. А., |
|
||||
18. |
и др. ФГВ, |
1972, № 2, с. 317-319. |
Н и к о н о в |
А. П. |
В |
кн.: |
||
И в а н о в |
Б. А., М е л и х о в |
А. С., |
||||||
|
Тезисы докладов Третьей Всесоюзной конференции по компрессорострое- |
|||||||
|
нию. Казань, 1971, с. 194—195. |
|
|
|
|
|
||
19. |
Н и к о н о в |
А. П. , |
И в а н о в |
Б. А. , |
Г у л я е в |
В. А. |
и |
др. |
|
В кн.: Тезисы докладов I Всесоюзной конференции по криогенной тех |
|||||||
20. |
нике. М., ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, 1973, с. 170—171. |
|
|
|||||
Н и к о н о в |
А. П . , И в а н о в Б. А. В кн.: Компрессорные машины. |
М., ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, 1968, с. 101—102.
21.Кислород. Справочник, т. II. Под ред. Д. Л. Глизманенко, М., «Ме таллургия», 1973, 464 с.
22. Oxygen. Compressed Gas Association, Inc., Pamphlet NoG—4, 15 p.
23.Правила техники безопасности и промсанитарии при производстве ацетилена, кислорода и газопламенной обработке металлов. М., «Ма шиностроение», 1965. 120 с.
24.Arbeitschutz und Brandschutzanordnung, №879 (АВАО—879),Leipzig,1968.
25.Richtlinien fur Gewinnung und Verwendung von Sauerstoff. Keln, «К. Hoimaus», 1959, 10/0/06593.
26. |
G r o w s W. E. Iron |
and Steel Eng., 1965, v. 42, p. 88—93. |
||
27. |
Указания по проектированию и монтажу трубопроводов газообразного |
|||
28. |
кислорода У-347-00-4. М., «Металлургия», 1965, 60 с. |
|||
Н и к о н о в А. П. , |
Н а р к у н с к и й С. Е., |
И в а н о в Б. А. |
||
|
и др. |
Процессы горения и проблемы тушения |
пожаров (Материалы |
|
|
III Всесоюзной научно-технической конференции). Часть 2 М., ВНИИПО, |
|||
|
1973, |
с. 74—80. |
|
|
29.H a r r i s o n I. D. Defence Metals Informat. Center Battele Memorial Inst., 1963, v. 28, № 163, p. 21—28.
30.K i r s c h f e l d L. Angew. Chem., 1959, Bd. 7, S. 663—667.
31. |
K i r s c h f e l d |
L'. |
"Metall," |
1960, Bd. 14, № 8, S. 213—219. |
|
|
||
32. |
K i r s c h f e l d |
L. |
Metall, |
1960, Bd. 14, № 8, S. 792—796. |
№ |
12, |
||
33. |
K i r s c h f e l d |
L. |
Archiv |
Eisenhiittenwesen, |
1961, |
Bd. 32, |
||
34. |
S. 57—62. |
|
|
|
|
|
|
|
K i r s c h f e l d |
L. |
Metall, |
1961, Bd. 15, № 3, S. 873—878. |
№ 1 , |
||||
35. |
K i r s c h f e l d |
L. |
Archiv |
Eisenhiittenwesen, |
1962, |
Bd. 33, |
||
36. |
S. 617—621. |
L. |
Archiv |
Eisenhiittenwesen, |
1965, |
Bd. 36, |
№ |
4, |
K i r s c h f e l d |
||||||||
37. |
S. 823—826. |
L. Metall, 1967, Bd. 21, № 2, S. 98—102. |
|
|
||||
K i r s c h f e l d |
№ |
7, |
||||||
38. |
K i r s c h f e l d |
L. |
Archiv |
Eisenhiittenwesen, |
1968, |
Bd. 39, |
||
|
S. 535—539. |
|
|
|
|
|
|
|
39. Г р у ш е в с к и й |
В. M. В кн.: «Безопасность .воздухоразделительных |
||||||||||||||
|
установок», ХМ-6, М., ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, 1966, с. 86—96. |
||||||||||||||
40. F a b e r |
G., |
H e i s e |
М. |
Broun Boveri Mittailungen, |
1962, |
Bd. 50, |
|||||||||
|
№ 6/7, S. 430 -434 . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
41. |
J a c k s o n |
I. D. |
Defence |
Metals |
Inform. |
Center |
Battele |
Memorial |
|||||||
42. |
Inst., 1963, v. 28, № 163, p. 1—21. |
|
В. И. Техника |
безопас |
|||||||||||
Д е н и с е н к о |
Г. Ф., |
Ф а й н ш т е й н |
|||||||||||||
43. |
ности при производстве кислорода. |
М., «Металлургия», 1968. 220 с. |
|||||||||||||
S i m о n |
W. |
Stahl |
u. |
Eisen, 1968, |
v. 88, № 20, р. 1090—1097. |
||||||||||
44. |
J a c k s o n |
I. D. , |
B o y d |
W. |
R. , |
M i l l e r |
A. J. |
Defence |
Metals |
||||||
|
Inform. Center |
Battele Memorial |
Inst., 1963, v. |
28, |
№ |
163, |
p. |
29—41. |
125
45. |
Н и к о л а е в а С. А., 3 а ш и х и н а Т. Н. Цветные металлы, 1964» |
|||||
|
№ 1, с. 54—59. |
|
|
|
|
|
46. |
И в а н о в Б. Л., |
Щ е п о т ь е в |
Н. А., |
М е л ь н и к о в |
Е. |
А. |
|
В кн.: Компрессорные машины. М., ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, 1968» |
|||||
|
с. 51—52. |
|
|
|
|
|
47. |
И в а н о в ' Б . А., |
Н и к о н о в |
А. П. Кислородн. пром., 1974, № |
1, |
||
48. |
с. 12—16. |
Г. X. «Ракетная техника |
и космонавтика», |
1963, |
||
М а р к ш т е й н |
№ 3, с. 3—19;
49.R e y n o l d s W. С. NACA Tech. Note, 1959, TND-182.
50. |
Н i 1 1 |
Р. R. Rep. NACA, L55—L22b, 1959. |
51. |
D e a n |
L. E., T о m p s о n W. L. ARS Journal, 1961, v. 31, p. 917— |
|
923. |
|
52. |
Г p и н |
Л. В кн.: Гетерогенное горение. Пер. в англ., под ред. |
В. А. Ильинского. М., «Мир», 1967, с. 282—312.
53.H a r t m a n n J. Industry Hyg. a. Toxicology, 1958, v. 1, p. 549—578.
54. |
И о ф ф е В. Г. В кн.: Проблемы инженерной охраны труда. Сб. LX III. |
||
|
М., «Металлургия», |
1970, с. И —19. |
|
55. |
З л о б и н е |
к и й |
Б. М. В кн.: Проблемы инженерной охраны труда. |
|
Сб. LXIII. |
М., «Металлургия», 1970, с. 3—11. |
Г Л А В А 5
ГОРЕНИЕ КОНСТРУКЦИОННЫХ, УПЛОТНИТЕЛЬНЫХ И ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ
НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ В КИСЛОРОДЕ
Анализ загораний кислородного оборудования в нашей стране и за рубежом показывает, что одной из основных причин аварий является воспламенение деталей из неметаллических материалов — пластмасс, стеклопластиков, резин, тканей и т. и. [1—6].По-видимому, это обусловлено относительно высокой склон ностью этих материалов к воспламенению (низкие значения энергий зажигания и температур самовоспламенения), а также большой скоростью распространения горения и высокой интен сивностью сгорания в кислороде [3—8].
Сгорание деталей из неметаллических материалов приводит, как правило, к выходу из строя кислородного оборудования или другим серьезным последствиям, например травматизму обслужи вающего персонала при загорании одежды. Кроме того, при сгора нии деталей из неметаллических материалов возможно поджига ние других элементов конструкции, т. е. развитие очага загора ния [1, 2, 9].
В настоящее время намечается значительное расширение при менения неметаллических материалов во многих отраслях про мышленности, потребляющих кислород [10—13].
Известно много работ, в которых указывается на опасность кон такта неметаллических материалов с кислородом [5, 14—17]. Однако рекомендации, данные в них, базируются, как правило, на разрозненных исследованиях обычно одного — двух парамет ров материала, относятся к конкретным условиям и имеют вслед ствие этого ограниченную область применения.
5.1. ПРЕДЕЛЬНЫЕ ДАВЛЕНИЯ КИСЛОРОДА
Предельные давления кислорода р пр, ниже которых становится невозможным распространение горения по неметаллическим мате риалам в условиях неограниченного доступа кислорода к поверх ности исследуемого материала, изучали в работах [18, 19].
В опытах использовали экспериментальные сосуды различного объема, рассчитанные на различные рабочие давления. При давле
ниях от 0,03 до 10 кгс/см2 применяли сосуд объемом 28 |
л, |
при |
|
давлениях от 10 до |
100 кгс/см2 — 2 л и при давлениях |
от |
100 |
до 400 кгс/см2 — 1 л . |
Образцы зажигали от стальной проволочки |
127
диаметром d = 0,2—0,3 мм и длиной I — 20—40 мм путем нагре вания ее электрическим током до переплавления. Образцы твер дых материалов изготавливали в виде брусков размером 150 X X 6 X 5 мм и стержней диаметром до 10 мм. Образцы из мягких материалов представляли полоску 200 X 50 мм, которую зажи
мали |
между двумя |
латунными рамками — державками. |
После |
|||||||||
зажигания образец либо сгорал полностью, либо, если р |
< р пр, |
|||||||||||
выгорала только часть образца длиной 15—20 мм. |
|
|
|
|||||||||
По данным большого числа экспериментов с различными по |
||||||||||||
своим |
физико-химическим свойствам материалами было устано |
|||||||||||
влено, |
что предельное давление кислорода зависит от ориентации |
|||||||||||
|
|
|
|
|
образца при горении. Из |
|||||||
|
|
|
|
|
рис. |
5.1 |
видно, что мини |
|||||
|
|
|
|
|
мальное значение р пр наб |
|||||||
|
|
|
|
|
людается |
при распростра |
||||||
|
|
|
|
|
нении горения |
по образцу |
||||||
|
|
|
|
|
снизу вверх (угол наклона |
|||||||
|
|
|
|
|
а |
к |
горизонтали — минус |
|||||
|
|
|
|
|
90°). С увеличением угла |
|||||||
|
|
|
|
|
наклона р пр плавно возра |
|||||||
|
|
|
|
|
стает |
и |
достигает |
макси |
||||
|
|
|
|
|
мального |
значения |
при |
|||||
|
|
|
|
|
распространении пламени |
|||||||
Рис. |
5.1. Предельные давления кислорода, |
сверху вниз. Из рисунка |
||||||||||
видно также, |
что измене |
|||||||||||
при |
которых возможно |
горение образцов |
ние рпр с увеличением уг |
|||||||||
из фторопласта-4 (1), фениловой ткани (2) |
||||||||||||
ла наклона для различных |
||||||||||||
и стеклопластика АГ-4В |
(3) при различ |
|||||||||||
|
|
ной ориентации |
образца. |
|
материалов |
неодинаково: |
||||||
|
|
|
|
|
у |
стеклопластика |
АГ-4В |
|||||
и фенилоновой ткани рпр при изменении а |
от —90° до +90° уве |
|||||||||||
личивается менее чем в 2 раза, а |
у |
фторопласта — более чем |
||||||||||
в 6 |
раз. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Предельное давление кислорода |
зависит также |
от начальной |
температуры образца материала и температуры окружающей
среды [20]. Ниже приведены |
значения рпр для паронита КП-2 |
||||||
при различных начальных температурах образца: |
|
||||||
Т0, |
° С ........................... |
20 |
50 |
80 |
100 |
150 |
200 |
Рпр, |
к г с /с м а ................ |
100 |
80 |
38 |
22 |
3 |
2 |
Для образца размером 250 X 5 X 5 мм из материала ACT были получены следующие значения предельного давления кис лорода: при 20 °С — 9—12 кгс/см2, при 200 °С — 5 кгс/см2.
В табл. 5.1 приведены экспериментальные значения предель ного давления кислорода, при которых возможно горение раз личных неметаллических материалов, применяемых в настоящее время в кислородном оборудовании [18—20]. Все опыты проводи ли при начальной температуре 293 ± 5 К (20 ± 5 °С) и распро странении горения снизу вверх.
128
Таблица 5-1. Предельные давления кислорода, при которых возможно горение материалов
при свободном доступе кислорода к их поверхности
|
Материал |
рПр (абсолют |
|
|
ное), кгс/см2 |
||
|
|
|
|
Антифрикционные материалы марок ФН-1, ФН-2, |
|
||
ФН-5, ФКН-7, ФКН-14, ФУГ-3, ФУК-20, САБ-55 |
0,8- 1,0 |
||
Асбофторопласт АСФ .......................................... |
.... . |
4 |
|
Вата ....................................................................................... |
|
|
0,03 |
Герметик |
|
|
|
У-2-28, |
В Г О -1 .......................................................... |
|
0,1 |
У-4-21 |
....................................................................... |
|
0,15 |
5Ф-13К (покрытие толщиной 0,5 мм на поверх |
|
||
ности металла) .................................................. |
|
4 |
|
Капрон ............................................................................... |
. . » |
|
0,03 |
Каутазит |
|
0,2 |
|
Клингерит |
....................................................................... |
■ |
0,15 |
Кожа «Чепрак» .......................................... |
.0,05 |
||
Лавсан ...................................................................... |
|
|
0,04 |
Лента ЛТК-16-400 .......................................................... |
|
0,1 |
|
Молния ворсовая капроновая |
................................. |
0,15 |
|
Паронит |
|
|
|
56 . ............................................................................... |
0,15 |
||
МБП-1 |
...................................................................... |
|
0,15-0,17 |
ПОН |
........................................................................... |
|
0,17 |
КП-2 |
........................................................................... |
|
—100 |
Пенополивинилформаль ТПВФ-1 ............................. |
0,03 |
||
Пенополистирол..................................... |
........................ |
‘ 0,02 |
|
Пенополиуретан |
|
|
|
П П У -ЗН ....................................................................... |
|
0,03 |
|
П П У -304Н .................................................................. |
|
0,03 |
|
Пленка |
|
|
|
из смеси неопрена 750 и м очевины ................. |
0,1 |
||
огнестойкая на основе латекса Наирит Л-7 . |
|||
полиамидная (б = 15 мкм) ................................. |
0,05 |
||
полиэтилентерефталатная (б = 5—12 мкм) . . |
Q,i |
||
полиэтилентерефталатная |
металлизированная |
|
|
(б = |
12 мкм) ...................................................... |
|
0,05 |
Полиамид П-68 .............................................................. |
|
0,1 |
|
Поликарбонаты .............................................................. |
|
0,08—0,1 |
|
Полиметилметакрилат (оргстекло СО-120 и А-2) |
0,02 |
||
П олистирол ...................................................................... |
|
0,02 |
|
Полихлорвинил .............................................................. |
|
0,06 |
|
Полихлорвиниловая трубка 230-Т ......................... |
0,1 |
||
П оли этилен ...................................................................... |
|
0,02 |
|
Полотно |
|
|
|
мембранное ...................... |
' ........................ |
0,15 |
|
сетчатое со епаядексом |
..................................... |
0,1 |
|
трикотажное эластичное |
..................................... |
0,05 |
|
хлопкольняное ..................................................... |
' . . . . . |
0,1 |
|
шерстяное (арт. 2 1 1 ) ......................... |
0,2 |
||
Поропласт П П У -Э Ф ...................................................... |
|
0,04 |
|
Провода электрические |
|
2,2 |
|
МГТФ-0,14 .............................................................. |
. . . |
||
МГТФЛ-0,35 .............................................. |
0,1 |
||
МГТФЭ-0,14 .......................................................... |
|
90,0 |
|
МГШВЭ-0,35 ......................................... |
.... |
0,2 |
9 Заказ 743 |
120 |