лабораторная работа / Л.Р _1 ИСС ЗАЩИТ

Лабораторная работа №2

Исследование взрывозащиты электрооборудования взрывонепроницаемого использования

Цель работы: ознакомится с экспериментальным методом определения величины тушащего зазора (БЭМЗ) и выбором электрооборудования взрывонепроницаемого исполнения

1 Основные понятия

1. Определения

Взрыв - это быстрое преобразование веществ, сопровождающееся выделением энергии и образованием сжатых газов, способных производить работу.

Вспышка – быстрое сгорание горючей смеси, не сопровождающееся образованием сжатых газов.

Температура вспышки – это самая низкая температура горючего вещества, при которой над его поверхностью образуются пары и газы, способные вспыхивать от источника зажигания, но скорость их образования ещё не достаточна для последующего горения.

Температура самовоспламенения – это самая низкая температура горючего вещества, при которой происходит резкое увеличение скорости экзотермических реакций, заканчивающееся возникновением пламенного горения

Лёгковоспламеняющееся жидкость(ЛВЖ)- это жидкость, способная самостоятельно гореть после удаления источника зажигания и имеющая температуру вспышки не выше 61⁰С (относится к взрывоопасным).

Горючая жидкость (ГЖ) – это жидкость способная самостоятельно гореть после удаления источника зажигания и имеющая температуру вспышки выше 61⁰С. (относится к пожароопасным если не нагреть до температуры вспышки и выше).

Нижний концентрационный предел воспламенения(НКПВ) – это минимальная концентрация горючих газов, паров ЛВЖ, пыли или волокон в воздухе, ниже которого взрыва не произойдёт даже при возникновении источника инициирования взрыва.

Безопасный экспериментальный максимальный зазор(БЭМЗ) – это максимальный зазор между фланцами оболочки, через который не проходит передача взрыва из оболочки в окружающую среду при любой концентрации смеси в воздухе.

2. Категорирование помещений по взрывопожарной и пожарной опасности

В соответствии с ОНТП 24-86/I/ все производственные помещения по пожаровзрывной и пожарной опасности подразделяют на 5 категорий – А, Б, В, Г, Д. Категории определяются по величине избыточного давления для наиболее неблагоприятных условий в отношении пожара или взрыва – аварийного выброса максимального количества взрывопожароопасных веществ. Избыточное давление рассчитывается по формулам:

- для горючих газов, паров легко воспламеняющихся и горючих жидкостей, состоящих из атомов C,H,O,N,Cl,F,I,Br

- для остальных веществ и пылеобразных горючих веществ

- начальное давление, кПа;

- максимальное давление взрыва стехиометрической пар- или газовозмущённой смеси в замкнутом объёме, кПа;

- максимально возможная масса горючих веществ, поступивших в помещение в результате аварии, кг;

- начальная температура воздуха, К;

- свободный объём помещения, исключающий объём технологического оборудования, м³;

- коэффициент учитывающий не герметичность помещения и неадиабатичность процесса горения;

- плотность газов или паров горючих жидкостей, кг/м³;

- плотность воздуха до взрыва при начальной температуре Т₀, кг/м³;

- удельная теплоёмкость воздуха, Дж/(кг*К);

- стехиометрическая концентрация паров или газов горючих жидкостей с воздухом, при которой сгорание происходит полностью без остатка, %;

- теплота сгорания, Дж/кг;

- расчётный коэффициент участия горючих веществ во взрыве;

горючие газы, горючие пыли;

ЛВЖ и ГЖ, нагретые ниже температуры вспышки, при наличии возможности образования аэрозоля;

- то же , но при отсутствии возможности образования аэрозоля;

- вещества и материалы, способные взрываться и гореть при взаимодействии с водой, кислородом воздуха и друг с другом.

Определение категорий помещений следует осуществлять путём последовательной проверки принадлежности их к категориям от высшей и низшей (от А к Д).

002 Методика эксперимента

2.1 Теоретические сведения о тушении пламени в зазоре

Согласно теории пределов распространения пламени, гашение его в узких каналах обусловлено отрицательным тепловым балансом зоны реакции.

В узких каналах потери тепла через стенки вызывают снижение температуры в зоне реакции и уменьшение скорости распространения пламени. При уменьшении диаметра канала увеличивается отношение поверхности теплообмена к объёму зоны реакции. Когда потери тепла достигают критического значения, распространение пламени делается невозможным.

Пламегасящее действие узких каналов зависит в основном от природы горючей смеси и от материала поверхности канала. На принципе горения пламени в узких каналах основано действие щелевых огнепреградителей и взрывозащита в электрооборудовании.

Величину тушащего зазора определяют экспериментально для каждой горючей смеси. В зависимости от величины тушащего зазора устанавливается категория взрывоопасной смеси.

Тушащий зазор может быть рассчитан по формуле

где

- критерий Пекле;

- нормальна скорость распространения пламени, м/ч;

- диаметр (ширина) тушащего канала, м;

- удельная теплоёмкость исходной смеси, Дж/кг. К;

- теплопроводность исходной смеси, Дж/м.ч.К.

2.2 Описание лабораторного стенда

Стенд типа СТ-17 предназначен для исследования процесса тушения пламени в зазоре и может быть использовании в производственных целях.

Основные характеристики стенда:

1. Тип стенда – настольный

2. Объём одной полости, л – 1,0

3. Пределы тушащего зазора, мм – 0-1,3

4. Длина щели, мм – 25

5. Цена деления величины зазора на диске, мм – 0,05

6. Количество делений на диске – 20

7. Напряжение питания, В – 220

8. Электродвигатель ГОСТ 16 264-70 типа УЛ03 мощностью 10 Вт и частотой вращения 5000 об/мин

9. Масса, кг – 35

Стенд состоит из корпуса 1 толстостенного сосуда, рассчитанного на давление в 100 кгс/см², системы зажигания горючей смеси, системы для продувания полостей сосуда 2 и предохранительного щитка 3.

Бомба имеет две полости 4 и 5, каждая объёмом 1 л. В перегородке 6, которая разделяет сосуд, установлена втулка 7 с коническим отверстием. В отверстии расположена коническая пробка 8 с резьбой на хвостике 9. Своей резьбой хвостик входит в гайку 10, а гайка в свою очередь снабжена диском 11 с нанесёнными на его поверхность делениями 12.

Выходной штуцер 13 имеет пластину 14 для закрепления разрывной мембраны 15. Под пластуну 14 закладывают листок плотного, но не прочного материала, например кальку, бумагу – разрывную бумагу.

Перегородка 6 делит сосуд на две полости 4 и 5, каждая из которых посредством клапана 16 может быть соединена с трубопроводом 17 вентилятора 2.

Полость 4 имеет два, а полость 5 один выступ, назначение которых – увеличивать поверхность испарения, а следовательно сократить время залитой взрывоопасной жидкости.

При заливке очередной порции взрывоопасной жидкости в камеры 4 и 5 необходимо отодвинуть щиток 3, при этом стержень 19 и конечный выключатель 20, с целью безопасности обслуживания, обеспечивают систему зажигания.

При работе стенда задача заключается в определении зазора, при котором горение смеси в полости 4 не вызовет воспламенения в полости 5. Такой зазор называется тушащим и обозначается δ_туш.

Зажигание смеси производится искровым разрядом между электродами свечи, на которые подаётся высокое напряжение.

Тушащий зазор δ_туш определяется для исследуемой горючей смеси со

стехиометрической концентрацией С_ст , которая рассчитывается по формуле

С_ст=100/(А+В+С)

Где А,В,С –стехиометрические коэффициенты горючего вещества, кислорода и азота соответственно определяемые из уравнения окисления (горения); например для ацетона имеем

А, С₃Н₆О +В,О₂ +С,N₂ =Д.Н₂О+Е.СО₂+С.N₂

С=3,76*В.

Объём (мл), заливаемый в каждую полость горючей жидкости для получения стехиометрической смеси, считывается по уравнению

Y=(С_ст*М*Y_п)*10/(ρ_ж*Y_Г-М)

где М – молекулярный вес (для ацетона М=58,08);

Y_п – объём каждой полости, л (для ОТ-17 1 л.)

Y_Г-М – объём грамм-молекулы, л (принять 24,05 л.)

ρ_ж – удельная плотность, г/л (для ацетона 790,8 г/л.)

Установление зазора производится поворотом гайки 10, при этом пробка 8 выводится на определённый размер, образуя концентрический зазор, измеряемый в шкале диска 12.

3. Порядок выполнения работы

Прежде чем приступит к выполнению эксперимента ознакомится с разделами «Методика эксперимента» и «Требования безопасности труда».

Задание 1

Таблица

Исследуемое горючее		Концентрация Сст		Результаты контрольного взрыва
		Результаты эксперимента
№ опыта	Величина зазора	Полость 1	Полость 2
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12

Порядок выполнения работы: