Влияние давления смеси

Изменение давления в пределах нормальных колебаний близкого к атмосферному давлению при оптимальном значении 101325 Па (или 760 мм.рт.ст.) практически не влияет на пределы горючести.

При больших колебаниях давления пределы горючести изменяются по-разному для различных смесей. В общем случае, уменьшение давления ниже атмосферного сужает пределы области воспламенения: при некотором достаточно низком давлении ВКПВ и НКПВ совпадают, т.е. существует минимальное давление, ниже которого при любом составе смеси зажигание невозможно и смесь не способна к распространению пламени.

Следует отметить, что область горючести (область воспламенения) смеси газов с кислородом шире, чем для газовоздушной смеси и увеличение НКПВ с кислородом незначительно по сравнению с ростом величины ВКПВ.

Влажность воздуха

Влага, входящая в состав воздуха оказывает слабое влияние на пределы горючести. ВКПВ для метано-воздушной смеси в присутствии воды несколько снижается (для сухой – 15%, для влажной – 14,5%), т.к. пары Н₂О замещают часть кислорода. Особое положение занимает окись углерода. Для нее влияние влажности более значительно (от 15,9% до 13,1%).

Содержание примесей, замедляющих реакции горения

Некоторые примеси оказывают существенное влияние на пределы горючести. Различают две группы таких примесей: ингибиторы и разбавители.

Ингибиторы – галогенуглеводороды. Уже при небольшом содержании они делают негорючими смеси оксида, водорода или углеводородов с воздухом. Основную роль здесь играет влияние ингибитора на уменьшение скорости реакции и, следовательно, к увеличению теплопотерь.

Добавление инертных газов – разбавителей сужает пределы области воспламенения и при определенных соотношениях делает смесь негорючей. Это влияние в общем пропорционально теплоемкости добавки. Так, углекислый газ СО₂, имеющий большую величину теплоемкости по отношению к азоту N₂, снижает горючесть сильнее.

Для смесей, содержащих несколько горючих газов, предел горючести (НКПВ, ВКПВ) можно определить по формуле Ле Шателье, основанной на предположении аддитивности горючести газов:

где N₁, N₂,…N_k – пределы горючести для каждого горючего газа в отдельности; n₁, n₂, …n_k – процентное соединение газа в смеси соответственно НКПВ и ВКПВ.

Путем простого преобразования формула приводится к виду:

(об),

где φ_n – суммарное процентное содержание горючих газов в смеси их с воздухом, соответствующее НКПВ или ВКПВ; m₁, m₂,…m_k – процентное содержание каждого горючего в исходной смеси горючих газов, Σ_m = 100%.

Пример. Рассчитать НКПВ природного газа следующего состава в % (об): метана 80 (НКПВ – 5,28%), этана – 15 (НКПВ – 2,90%), пропана 4 (НКПВ – 2,30%), бутана – 1 (НКПВ – 1,80%):

).

Энергия зажигания (мощность источника зажигания)

Определение: минимальная энергия зажигания – наименьшее значение энергии искры электрического разряда, способной воспламенить наиболее легковоспламеняющуюся смесь данного газа, пара или пыли с воздухом.

При экспериментальном определении НКПВ и ВКПВ учитывают изменение воспламеняемости смеси в зависимости от ее состава. Количественной характеристикой воспламеняемости может служить минимальная величина энергии поджигающего импульса, достаточная для возникновения горения.

Сущность экспериментального определения энергии зажигания заключается в зажигании газо-, паро- или пылевоздушной смеси конкретной концентрации электрическим разрядом определенной энергии в объеме реакционного сосуда.

Минимальная энергия искрового разряда, необходимая для нагрева шарообразного объема горючей смеси радиусом r от начальной температуры Т_о до температуры горения Т_гор. определяется по формуле

W_min = 4/3 π · r²C_p · ρ(T_гор. – Т_о) Дж,

где C_p – теплоемкость смеси при постоянном давлении, Дж/(кг·к); ρ – плотность смеси, кг/м³.

Инициирование горения газовой смеси в одной точке приводит к нагреву близлежащих слоев, в которых зарождается химическая реакция. Сгорание этих слоев влечет за собой инициирование горения следующих и т.д. до полного выгорания горючей смеси. Фронт пламени – зона горения. Толщина фронта пламени – несколько десятых долей миллиметра. Изменение давления оказывает на минимальную энергию зажигания несколько большее влияние, чем изменение температуры (при Р = 100 кПа, W_min = 25 мДж; при Р = 330 кПа, W_min = 2,2 мДж) для метано-воздушной смеси. W_min зависит также от природы горючего. Например, для водорода составляет 0,017, для этана – 0,24, а для аммиака – 680 мДж.