8.2 Температурні межі поширення полум'я

Поняття ТМПП і їх зв'язок з КМПП пари рідин

Отже, ми з'ясували, що тиск насиченої пари визначається її концентрацією і залежить від температури рідини. Отже, природно передбачити, що концентрація насиченої пари також буде пов'язана з температурою рідини.

Для того, щоб визначити безпосередній зв’язок між температурою рідини та концентрацією насиченої пари, яка утворилася над поверхнею рідини при цій температурі, треба в рівнянні Антуана тиск насиченої пари виразити через її концентрацію. Перетворивши рівняння Антуана, отримаємо:

Ця формула безпосередньо зв'язує температуру рідини і концентрацію її насиченої пари.

При певних температурах концентрація насиченої пари рідини стає рівною нижній або верхній концентраційній межі поширення полум'я. Таким чином, пожежну небезпеку горючих рідин можна оцінювати не по концентрації її пари, а по температурі самої рідини. Тому замість концентраційних меж можна указати температуру рідини, при якій ця концентрація утвориться.

Такі температури називаються температурними межами поширення полум'я. Як і для концентраційних меж можна визначити нижню і верхню температурну межу поширення полум'я рідини.

Температурними межами поширення полум'я (нижньою або верхньою) називаються такі температури рідини, при яких над її поверхнею утвориться насичена пара в концентрації, рівній відповідно нижній або верхній концентраційній межі поширення полум'я.

При температурах нижче нижньої температурної межі концентрація насиченої пари буде нижче нижньої концентраційної межі і, отже, буде безпечною.

При температурі вище верхньої температурної межі рідина утворить насичену пару, яка в суміші з повітрям в закритому об'ємі запалати не можна, тобто кінетичного вибухового горіння не буде. Однак, якщо підпалити такі багаті суміші насичених парів при виході з ємності в повітря, то вони можуть горіти в дифузійній області. Отже, насичені пари в даній області температур є вибухобезпечними, але пожежонебезпечними.

Температурні межі, так само як і концентраційні, не є постійними величинами і залежать від ряду чинників, основними з яких є:

1. потужність джерела запалювання;

2. концентрація окислювача в окислювальному середовищі;

3. загальний тиск;

4. домішки негорючих парів і газів;

5. домішки негорючих рідин.

При збільшенні потужності джерела запалювання та концентрації кисню в окислювальному середовищі температурні межі розширюються (нижня межа зменшується, а верхня межа збільшується). При збільшенні вмісту негорючих газів в парогазовому середовищі (наприклад, введення в повітря домішок азоту або вуглекислого газу) або домішки негорючих рідин звужують температурні межі поширення полум’я (нижня межа збільшується , а верхня межа зменшується). При збільшенні загального тиску інтенсивність випаровування зменшується, а, отже зменшується концентрація пари. Тому для досягнення концентраційних меж потрібно збільшити інтенсивність випаровування за рахунок збільшення температури. Таким чином, при підвищенні загального тиску і нижня, і верхня температурні межі поширення полум’я збільшуються.

Отже, так само як і для газів, для горючих рідин існують безпечні параметри експлуатації – безпечні температурні межі. Таким чином, для рідин характерними є наступні області концентрацій і температур (рис. 8.2):

Рис. 8.2

Визначення ТМПП

Для забезпечення пожежної безпеки технологічних процесів, в яких обертаються горючі рідини, потрібно знати такі параметри як ТМПП. Їх визначити можна як практично, провівши експериментальні дослідження, так і розрахунковим шляхом.

Методика практичного визначення ТМПП розроблена і викладена в ГОСТ 12.1.044-89 ССБТ “Пожаровзрывоопасность веществ и материалов”. Ми на лабораторній роботі вивчимо і відпрацюємо цю методику.

Однак не завжди є стандартне обладнання, на якому можна провести експериментальне визначення ТМПП. З цієї причини інженер пожежної безпеки повинен уміти визначати такі параметри розрахунком.

1) ТМПП можна визначити за рівнянням Антуана, якщо в формулу підставити КМПП.

2) Якщо для даної рідини немає констант Антуана, але відома залежність тиску насиченої пари від температури, ТМПП можна визначити методом лінійної інтерполяції.

Для цього необхідно розрахувати тиск насиченої пари, виходячи із значення КПРП:

3) Більш просто можна визначити ТМПП по концентраційних межах з використанням номограми, заздалегідь розрахувавши тиск насиченої пари, що відповідає КМПП (рис. 8.3).

Рис. 8.3

4) У тих випадках, коли залежність тиску насиченої пари від температури невідома, для речовин, що складаються з С, Н, О, N, значення нижньої і верхньої температурної межі обчислюється на основі структури горючої речовини за формулою:

t_м = а₀ + а₁t_кип + Σа_{j ×} l_j

де а₀, a₁ – коефіцієнти, значення яких наведено в таблицях ГОСТа;

l_j – число структурних груп j-го типу;

а_j – коефіцієнти, що характеризують внесок структурних груп j-го типу.

5) ТМПП легко можна розрахувати з використанням констант гомологічного ряду за емпіричною формулою:

t_м =k t_кип - l

k і l - емпіричні коефіцієнти для певних гомологічних класів горючих рідин.

Значення коефіцієнтів k і l розраховуються на основі експериментальних даних по формулах:

де m – кількість членів гомологічного ряду, що вивчено;

n_i – кількість атомів вуглецю в молекулі i-го члену гомологічного ряду;

Т_{м. i}, Т_{кип. i} – відповідно температурна межа та температура кипіння i-го члену гомологічного ряду

Оскільки ТМПП можуть мінятися при зміні зовнішніх умов, для забезпечення пожежовибухобезпеки процесів виробництва, переробки, зберігання і транспортування рідин визначаються безпечні робочі температури:

де φ_м.без. - нижня або верхня безпечна концентраційна межа, %.

Для спрощення розрахунків з великим ступенем достовірності безпечні температури зберігання і переробки рідин можна визначити за формулами:

t_н,без = 0,9(t_н – К_без),

t_в,без = 1,1(t_в + К_без),

де К_без – коефіцієнт безпеки, рівний:

для індивідуальних речовин і нафтопродуктів 10,5^оС,

для технічних і реакційних сумішей 14^оС.

Фактично ТМПП дублюють КМПП і для рідин є їх похідними. Використання ТМПП, як показника пожежної небезпеки рідин, значно спрощує роботу по визначенню міри пожежної небезпеки горючих рідин, оскільки на відміну від концентраційних меж не вимагає застосування газоаналізаторів, хроматографів і інших складних приладів.

Знання ТМПП, умов безпечної експлуатації горючих рідин допоможе Вам в практичній діяльності при розробці заходів щодо забезпечення пожежної безпеки технологічних процесів. Від того, наскільки правильно встановлено ступінь вибухової і пожежної небезпеки технологічного процесу, в якому обертається горюча рідина, залежать вимоги до організації діяльності протипожежних служб.

За допомогою ТМПП можна

1) провести порівняльну оцінку міри пожежної небезпеки двох рідин.

Наприклад, із трьох рідин: гексанол (ТМПП становить 57 – 92^оС), метанол (5 – 39^оС), ацетон (-20 – 6^оС) найбільш безпечним є гексанол, тому що він утворює небезпечні концентрації насиченої пари лише при підвищених температурах.

2) визначити область вибухобезпечний температур роботи технологічного обладнання. Для забезпечення пожежної безпеки технологічних процесів потрібно вибирати температурний режим роботи апаратів з таким обліком, щоб робочі концентрації знаходилися поза зоною небезпечних концентрацій. Таким чином робочі температури повинні бути нижче нижньої безпечної або вище верхньої безпечної температурної межі поширення полум'я.

t_роб. < t_нб                        t_роб. > t_вб

3) визначити міру пожежної небезпеки парів в ємностях і закритих технологічних апаратах при будь-якій температурі, виходячи з умови, що безпечною є концентрація пари, яка утвориться при температурі рідини менше НТМПП, вибухонебезпечної - якщо температура знаходиться між нижнім і верхнім ТМПП і вибухобезпечний, але пожежонебезпечною - якщо вона вище за ВТМПП.

Наприклад, при фактичній температурі 20^оС гексанол є безпечним, метанол – вибухонебезпечним, а ацетон – вибухобезпечним, але пожежонебезпечним.