Определение концентрационных пределов воспламенения газовоздушной смеси. Методические указания к лабораторной работе

Теплота сгорания имеет важнейшее значение при оценке пожарной опасности веществ. Данные о теплоте сгорания используются при экспериментальном определении температуры самонагревания веществ, при расчете пределов воспламенения, группы горючести, температуры горения, давления при взрыве, скорости распространения пламени, удельной теплоты пожара и в других случаях.

В России тепловые расчёты (например, расчёт тепловой нагрузки для определения категории помещения по взрывопожарной и пожарной опасности) обычно ведут по низшей теплоте сгорания, в США, Великобритании, Франции - по высшей.

Количество теплоты, выделившееся при взрыве, примерно равно низшей теплоте сгорания вещества

Qвзр ≈ Qн. (15)

Максимальное давление взрыва Pвзрmax без учета степени диссоциации продуктов горения – это давление, которое возникает в результате сгорания или детонации парогазовых стехиометрических смесей горючего с воздухом в изохорно – адиабатических условиях.

При сгорании смеси изменение давления в системе в данном случае вызвано повышением температуры и изменением числа молей газа, которое происходит в результате химического превращения. Исходя из этого, максимальное давление взрыва рассчитывают по формуле

где Pо , То и nсм-давление, температура и число молей горючей смеси до взрыва; Tвзр-адиабатическая температура горения стехиометрической смеси горючего с воздухом при постоянном объеме, К; nпг-число молей продуктов взрыва (определяется из формулы реакции горения).

При взрыве газовых смесей избыточное давление обычно не превышает 1 МПа. При замене воздуха во взрывчатой смеси на кислород, давление при взрыве резко увеличивается за счет увеличения температуры горения. Это связано с тем, что значительное количество теплоты затрачивается на нагрев инертного газа – азота, входящего в состав воздуха. При замене воздуха на кислород, давление взрыва для большинства горючих веществ увеличивается от 1 МПа до 1,5-2 МПа.

11

Максимальное давление взрыва используют в расчётах взрывоустойчивости аппаратуры, а также в расчётах предохранительных клапанов, взрывных мембран и оболочек взрывонепроницаемого электрооборудования.

Описание установки

с

Схема установки:

1- кран; 2,3,4 - трехходовой кран; 5 - мерный сосуд; 6 - взрывной стакан; 7 - напорный сосуд; 8 - стяжка; 9 - насос центробежный; 10 - приемный нижний сосуд; С - источник высокого напряжения

Мерный сосуд 5 (рисунок) служит для забора необходимого количества исследуемого газа. Взрывной стакан 6 объемом 266 мл предназначен для приготовления газовоздушной смеси и проверки ее на воспламеняемость. Стакан имеет верхний клапан для сброса избыточного давления при взрыве и два электрода для создания электроискрового импульса и инициирования воспламенения от источника высокого напряжения С. С помощью напорного сосуда с

12

водой 7 и приемного нижнего сосуда 10 осуществляется вытеснение и забор исследуемого газа, атмосферного воздуха, газовоздушной смеси из мерного сосуда во взрывной стакан. Трехходовой кран 2 соединяет мерный сосуд 5 с линией подачи газа и со взрывным стаканом 6. При помощи крана 1 система сообщается с атмосферным воздухом. Трехходовые краны 3 и 4 служат для соединения соответственно мерного сосуда и взрывного стакана с нижним приемным. Краны 3 и 4 вынесены на рабочую панель управления, а краны 2 и 1 расположены непосредственно на установке. На панели управления установлены также тумблер "ВКЛ" (включения электропитания установки), кнопка "насос" (включения насоса перекачки жидкости из сосуда 10 в сосуд 7), кнопка "звонок", извещающий окружающих о возможном хлопке (взрыв сопровождается звуком) и кнопка "ПОДЖИГ" включения источника высокого напряжения С.

Порядок проведения работы

I. Заполнение мерной бюретки 5 и взрывного стакана 6 водой.

1.Установить кран 2 в положение «2», соединяющее бюретку со взрывным стаканом.

2.Установить кран 3 в положение «2» "ЗАПОЛНЕНИЕ".

3.Установить кран 1 в положение «1» (на атмосферу).

4.Установить кран 4 в положение «2» "ЗАПОЛНЕНИЕ". Довести уровень жидкости до красной риски над краном 1.

II. Проверка герметичности мерной бюретки и взрывного стакана.

1.По заполнении мерной бюретки и взрывного стакана водой установить кран 1 и кран 2 в положение «0».

2.Установить краны 3 и 4 в положение «1» "СЛИВ". Наблюдать снижение уровня воды в мерной бюретке и во взрывном стакане. Если снижения уровня в них не наблюдается, то бюретка и взрывной стакан герметичны.

III. Приготовление газовоздушной смеси и проверка ее на воспламеняемость.

1.При достижении уровня жидкости верхней риски установить краны 3 и 4 в положение «0» (риска крана находится между положениями "ЗАПОЛНЕНИЕ" и "СЛИВ").

2.Установить кран 1 в положение «0».

13

3.Установить кран 2 в положение «1» ʺгазʺ, кран 3 в положение «1» "СЛИВ", набрать необходимое количество газа в мерную бюретку и перекрыть краны 2 и 3 установить их в положение «0».

4.Соединить мерную бюретку со взрывным стаканом, для чего кран 2 установить в положение «2», кран 3 в положение «2» "ЗАПОЛНЕНИЕ", а кран 4 в положение «1» "СЛИВ", перевести газ во взрывной стакан.

5.Установить кран 2 в положение «0», кран 1 в положение «1» разбавить воздухом газ во взрывном стакане до рассчитанной концентрации (уровень жидкости довести до нижней риски отводной линии взрывного стакана). После этого краны 1, 3 и 4 перекрыть.

После приготовления газовоздушной смеси необходимо проверить перекрытие всех кранов (положение «0») , нажать кнопку "СИГНАЛ" с целью предупреждения окружающих о возможном ʺвзрывеʺ. После этого включить подачу электрического импульса нажатием кнопки "ПОДЖИГ". Последовательно увеличивая процент содержания газа в смеси, определить нижний и верхний пределы воспламенения. В области, близкой к нижнему и верхнему пределам воспламенения, хлопок может быть слабым и неслышным. Поэтому, чтобы убедиться, что «взрыв» все же был, необходимо установить кран 4 в положение «2» "ЗАПОЛНЕНИЕ" при этом во взрывном стакане появляется фонтанчик жидкости и происходит заполнение стакана водой. Результаты эксперимента заносятся в протокол (табл.3).

Таблица 3 - Результаты эксперимента

14

Контрольные вопросы

1.Что такое нижний и верхний концентрационные пределы воспламенения газовоздушной смеси?

2.Как меняются концентрационные пределы воспламенения в зависимости от температуры, давления, наличия примесей, молекулярной структуры горючего компонента?

3.Как рассчитать концентрационные пределы воспламенения индивидуального газа?

4.Как рассчитать концентрационные пределы воспламенения сложной газовоздушной смеси?

5.Как зависит взрывопожароопасность газовоздушных взрывных смесей от концентрационных пределов воспламенения?

6.Что такое теплота сгорания вещества?

7.Что такое удельная теплоемкость системы?

8.Что такое теоретическая и действительная температура

горения?

9.В чем состоит опасность высокой температуры горения?

10.Как рассчитать температуру взрыва газовоздушной смеси?

11.Для чего нужно знать максимальное давление взрыва?

12.Как рассчитать давление взрыва газовоздушной смеси?

13.Из каких основных частей состоит установка по определению пределов воспламенения газовоздушных смесей?

14.Как составляется газовоздушная смесь?

Список литературы

1.ГОСТ Р 8.668-2009. Государственная система обеспечения единства измерений. Теплота (энергия) сгорания объемная природного газа. Общие требования к методам измерений. М.: ФГУП «Стандартинформ», 2010. - 12с.

2.Монахов, В.Т. Методы исследования пожарной опасности веществ. - М.: Химия, 1972. - 416с.

3.Бегишев, И. Р. Курсовая работа по дисциплине «Теория горения и взрыва» (метод. указ. по выполнению курсовой работы для слушателей ИЗиДО): учебно-метод. пособие. -М.: Академия ГПС МЧС России, 2010. - 60с.

4.Овчаренко, А.Г. Безопасность при эксплуатации газового хозяйства: учеб. пособ. по курсу «Безопасность жизнедеятельности» для студ. всех спец. и форм обучения / А.Г. Овчаренко, С.Л. Раско; Алт. гос. техн. ун-т, БТИ.-Бийск: Изд-во Алт. гос. техн. ун-та. 2009. -99с.

15

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИОННЫХ ПРЕДЕЛОВ ВОСПЛАМЕНЕНИЯ ГАЗОВОЗДУШНОЙ СМЕСИ

Составители: доц. Ф.А. Галеев ст. преп. В.Н. Филатов

ст. преп. Р.З. Хайруллин

Ответственный за выпуск проф. Ф.М. Гимранов

Издательство Казанского национального исследовательского технологического университета

Офсетная лаборатория Казанского национального исследовательского технологического университета

420015, Казань, К. Маркса, 68

16