книги из ГПНТБ / Иванов Б.А. Безопасность применения материалов в контакте с кислородом

гореть в жидком кислороде от условий, при которых они не горят в жидком кислороде.

Неметаллические материалы. Схема установки для определе­ ния предельных давлений кислорода, при которых возможно горение материалов в жидком кислороде описана ранее (с. 66). На рис. 8.2 показаны схемы расположения образцов из раз­ личных неметаллических материалов в жидком кислороде, в ко­ торых обеспечиваются различные условия* контакта материала

скислородом и теплоотводящими поверхностями.

Вопытах использовали образцы твердых материалов цилин­

зонтально. Образцы мягких материалов, представляющие полоски длиной 120 мм, зажимали по краям в латунные рамки так, что

Все опыты проводили при быстром заполнении бомбы кисло­ родом, поэтому температура кислорода оставалась близкой к 90 К. В табл. 8.1 приведены предельные давления кислорода, при кото­ рых возможно горение некоторых неметаллических материалов.

Влияние размеров образца на предельное давление кисло­

Отметим, что значения р пр мало меняются с изменением раз­ меров образцов, и р „р у тонких образцов выше, чем у образцов большого сечения (ср. с данными на с. 101 и 133).

Предельные давления жидкого кислорода, при которых воз­ можно горение образцов неметаллических материалов в условиях частично ограниченного доступа кислорода к поверхности образца, приведены на рис. 8.4 и ниже:

При сравнении приведенных данных с данными аналогичных испытаний в газе (с. 136) видим, что значения предельного давления в жидком кислороде значительно меньше, чем в газообразном. Например, образец из фторопласта-4 в газообразном кислороде

231 .

Рис. 8.2. Приспособления для исследования горения неметаллических мате­ риалов в жидком кислороде:

а — образец контактирует с кислородом одной поверхностью; б — образец "в за­

в жидком кислороде связано с интенсификацией массообмена при горении в жидкости вследствие интенсивного испарения жидкого кислорода.

Смазочные материалы. Кехат [6] изучал возможность горения в жидком и газообразном кислороде пленок гексадекана, имитиру­ ющего смазочный материал. Отмечается, что предельные толщины пленок практически не зависят от давления жидкого кислорода. Кроме того, предельные толщины пленок примерно одинаковы в жидком и газообразном кислороде. Поэтому для любого кисло­ родного оборудования рекомендована безопасная толщина пленки, равная 0,05 мкм.

В работах [7, 8] изучали предельные условия горения пленок минеральных масел. Опыты проводили на установке, схема кото­ рой приведена на рис. 8.5.

Заданное (по расчету) количество масла наносили на внутрен­ нюю поверхность стеклянных или металлических трубок либо

233

на поверхность плоской кюветы шириной 20 мм и длиной 300 мм. Трубку нагревали до температуры 50—70 °С и затем непрерывно ее вращали (для равномерного распределения масла по всей поверхности). Охлаждали трубку в парах жидкого азота, слой масла при этом замораживался. Затем трубку помещали в сосуд (50 X 70 X 350 мм) с жидким кислородом.

Источником инициирования служила стальная спираль (d = = 0,15 и I — 50 мм) с намороженным на ней небольшим коли­ чеством смазки ЦИАТИМ-221. В некоторых экспериментах зажи­ гание осуществляли от комбинированного источника: спираль с намороженной смазкой — деревянный брусочек (4 X 4 X 50). Брусочек горел очень спокойно и «мягко» инициировал горение пленки масла.

условий горения смазочных материалов в жидком кислороде:

1 — источник поджигания; . г — кювета с исследуемым ма­

териалом; з — подставка; 4 — ванна с жидким азотом; 5 — передавливатсль; в — регулировочный вентиль; 7 — манометр.

Предельная толщина слоя, ниже которой горение по маслу не распространялось, для масла индустриальное 12 '/составила 75 мкм, а для масла вакуумного ВМ-4 и тяжелого масла П-28 — 100 мкм. Расположение трубки (вертикальное или горизонталь­ ное), место инициирования (верхний или нижний конец трубы), диаметр трубки (в пределах 8—32 мм) не оказывали влияния па эти величины.

При толщинах слоя масел 200—500 мкм горение обычно сопро­ вождалось сильными хлопками и стеклянные трубки разрушались. Были определены также предельные толщины пленок бакелито­ вого лака в жидком кислороде. Установили, что пленки лака толщиной менее 200 мкм не горят в жидком кислороде при давле­ нии 1 кгс/см2.

Проведены также эксперименты, в которых определяли воз­ можность загорания в жидком кислороде некоторых материалов, используемых в кислородном оборудовании в качестве'замасливателей. Установлено, что пленки 500—800 мкм поливинилацетатной эмульсии с 9 или 18 объемн.% дибутилфталата и пленки

234

ДАФФ горят в жидком кислороде, а карбамидная смола, триксилинилфосфат, триэтилфосфат, трихлорэтилфосфат, трикрезилфосфат в жидком кислороде не горят.

8.2. ПРЕДЕЛЬНЫЕ УСЛОВИЯ ДЕТОНАЦИИ |

Неметаллические материалы. Возможность детонации образ­ цов неметаллических материалов в жидком кислороде определяли

эффект взрыва не увеличивается при увеличении массы испытыва­ емого образца. Если же по образцу испытываемого материала детонационная волна распространяется, то наблюдается раз­ рушение экспериментального сосуда (чашки или кюветы), и при увеличении размеров (массы) образца эффект взрыва непрерывно увеличивается.

Полноценная детонация наблюдалась лишь у тех материалов, которые могут пропитываться жидким кислородом. Материалы,

235

которые не пропитываются кислородом, не детонировали, но разрушались.

Результаты испытаний некоторых неметаллических матери­ алов приведены в табл. 8.2.

Таблица 8.2. Возможность детонации в жидком кислороде некоторых неметаллических материалов

Смазочные материалы и углеводороды. В настоящее время принято считать, что взрывы в аппаратах разделения воздуха происходят вследствие накопления в них различных, в основном органических, примесей, способных к детонации в жидком кислороде [2—4].

Исследованию условий, при которых возможны взрывы угле­ водородов, а также смазочных материалов в жидком кислороде, посвящено большое число работ.

Политцер [9] установил, что суспензия твердого ацетилена в жидком кислороде способна взрываться с очень большой силой, если ее инициировать индукционной искрой или «толчками» газа. Он высказал также предположение-о возможности взрыва масля­ ной суспензии в жидком кислороде.

Никитин [10] экспериментально подтвердил это предположе­ ние: масло, хорошо перемешанное с жидким кислородом, взрыва­ лось с большой силой от различных, источников, например от механического удара.

Мак-Кинлей и Химмельберг установили [11], что для раство­ ров углеводородов в жидком кислороде, а также для условно гомогенных смесей (хорошо перемешанные суспензии) нижние концентрационные пределы детонации близки к нижним кон­ центрационным пределам воспламенения этих же смесей в газо­ образном состоянии.

236

Аналогичное заключение сделано в работах [13, 14]. Детона­ цию суспензий углеводородов в жидком кислороде инициировали воздействием импульса давления, который возникал при разрыве над поверхностью жидкого кислорода диафрагмы, разделяющей газовые полости трубы, в которых газообразный кислород нахо­ дился под высоким и низким давлением. Длина трубы была 1 м, диаметр 20 мм; длина сосуда с исследуемыми смесями — 0,36 м, объем — 93 см3. В экспериментах установлено, что инициирование взрыва суспензий органических веществ в жидком кислороде может

показана на рис. 8.8. Масло наносили на внутреннюю поверхность вертикальных труб (с. 234) диаметром от 6 до 32 мм и длиной 400 мм. Кислородный сосуд Дьюара представлял вертикальную трубу (1000 X 56 X 5 мм) из нержавеющей стали, которую помещали в сосуд с жидким азотом. Источником зажигания служили спираль или сухое дерево.

В экспериментах установлено, что переход горения в детона­ цию в данных условиях возможен только при поджигании сверху. При начальном давлении 1 кгс/см2 детонация возникала, если толщина слоя масла индустриальное 12 была не менее 100 мкм,

237

а масла П-28 — не менее 200 мкм. Если верхний конец трубы был закрыт, то детонация масла индустриальное 12 возникала при значительно меньших толщинах (—50 мкм). Отметим, что в ра­ боте [6] также имеется указайие, что в закрытых объемах с жидким кислородом минимальная толщина пленки гексадекана, при кото­

масла индустриальное 12 горение легко переходило в детонацию. При этом трубки разбивались в пыль, а сосуды Дьюара разруша­ лись (рис. 8.9).

При инициировании масла в нижней части трубки возникало горение, которое сопровождалось вскипанием кислорода и выбро­ сом продуктов сгорания и несгоревшего масла.

Предельная толщина пленки зависела от диаметра трубки: с увеличением диаметра трубки от 10 до 25 мм предельная тол­ щина пленки масла П-28 увеличилась с 200 до 500 мкм. Устано­ влена также минимальная длина lD слоя б = 500 мкм масла индустриальное 12, необходимая для перехода горения в детона­ цию (преддетонационное расстояние). Эта величина при диаметре трубки 10 мм составила 150—200 мм.

трубка со слоем масла, 5 — мембрана; в — азотный дьюар; 7 — ре­ сивер; 8 — передавливатель.

Изучена возможность распространения детонации по пленкам масла при наличии в них разрывов (сухих пятен). Трубку диа­ метром 10 мм и длиной 400 мм, состоящую из трех частей, рас­ полагали вертикально. На верхнюю часть трубки длиной 250 мм

238