Лабораторная работа №7

Исследование процесса тушения пламени в зазоре

И ВЫБОР ВЗРЫВОЗАЩИЩЕННОГО ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

Цель работы: ознакомление с экспериментальным методом определения величины тушащего зазора.

Задание: 1) экспериментально и расчетом найти величину тушащего зазора для данной горючей паровоздушной смеси;

2) По величине тушащего зазора установить категорию горючей смеси и условную маркировку взрывозащищенного электрооборудования.

ОБЩАЯ ЧАСТЬ

В ряде производств применяются горючие газы, жидкости и твердые дисперсные материалы, которые в соединении с воздухом образуют горючие смеси, способные воспламеняться от искр замыкания и размыкания электрических цепей и нагретых частей электрооборудования.

Для предотвращения пожара и взрыва от электрических установок во взрывоопасных зонах устанавливают взрывозащищенное электрооборудование.

Взрыв – быстрое преобразование веществ (взрывное горение), сопровождающееся выделением энергии и образованием сжатых газов, способных производить работу.

Вспышка – быстрое сгорание горючей смеси над поверхностью вещества, не переходящее в устойчивое горение.

Температура воспламенения – это наименьшая температура вещества, при которой происходит резкое ускорение экзотермических реакций, заканчивающихся пламенным горением.

Взрывоопасная зона – это помещение или ограниченное пространство в помещении или наружной установки, в котором имеются или могут образоваться взрывоопасные смеси.

Согласно Правилам устройства электротехнических установок (ПУЭ) взрывоопасными считаются зоны, в которых перерабатываются или хранятся горючие газы, легковоспламеняющиеся жидкости (температура вспышки 45°С), а также твердые горючие вещества в пылеобразном состоянии, если нижний концентрационный предел распространения пламени (НКПР) их равен 65 г/м³ или ниже.

Условное обозначение таких зон – «В» (взрывоопасная).

Зоны, в которых перерабатываются или хранятся горючие вещества, параметры которых выше указанных (жидкости с температурой вспышки более 45°С, твердые горючие вещества в пылеобразном состоянии, если НКПР > 65 г/м³), относятся к пожароопасным.

Условное обозначение таких зон – «П» (пожароопасная).

Классы пожаровзрывоопасных зон в соответствии с ПУЭ приведены в табл. I.

Таблица I

№ п/п	Пожаровзрывоопасные зоны	Класс пожаровзрыво-опасной зоны
I	Помещения, в которых могут образоваться взрывоопасные смеси паров и газов с воздухом при нормальных условиях работы (например, помещения, в которых производится слив ЛВЖ в открытые сосуды)	B-I
2	Помещения, в которых взрывоопасные смеси не образуются при нормальных условиях эксплуатации оборудования, но могут образоваться при авариях или неисправностях	B-Iа
3	Помещения, а) в которых могут содержаться горючие пары и газы с высоким нижним концентрационным пределом воспламенения (15% и более), обладающие резкий запахом (например, помещения аммиачных компрессоров) б) где возможно образование лишь локальных взрывоопасных смесей: менее 5% объема помещения (например, помещения электролиза воды).	B-Iб
4	Наружные установки, в которых находятся взрывоопасные газы, пары и ЛВЖ (например, газгольдеры, сливоналивные эстакады и т.п.)	B-Iг
5	Помещения, в которых производится обработка горючих пылей и волокон, способных образовывать взрывоопасные смеси с воздухом при нормальных режима работы (например, открытая загрузка и выгрузка и оборудования мелкодисперсных горючих материалов)	B-II
6	Помещения, в которых взрывоопасные пылевоздушные смеси могут образоваться только в результате аварий и неисправностей (например, при разгерметизации пневмотранспортирующего оборудования с применением азота, сепарационных установок с механической загрузкой и т.д.) ,	B-IIа
7	Помещения, в которых содержатся ГЖ (например, минеральные масла)	П-I
8	Помещения, в которых содержатся горючие пыли с нижним концентрационным пределом воспламенения выше 65 г/м3	П-II
9	Помещения, в которых содержатся твердые горючие вещества, не способные переходить во взвешенное состояние	П-IIа
10	Наружные установки, в которых содержатся ГЖ (с температурой вспышки выше 45°С) или твердые горючие вещества	П-III

В соответствии с требованиями Строительных норм и правил (СниП II-90-81) в зависимости от характеристики обращающихся в производстве веществ и их количества все производства по степени пожарной и взрывной опасности делятся на категории А, Б, В, Г и Д приведены в табл. 2.

Таблица 2

Катего- рия произ-водства	Характеристика веществ и материалов, имеющихся в производстве	Произ-водство
А	Горючие газы с нижним концентрационным пределом взрываемости 10% и менее объема воздуха; жидкость с температурой вспышки до 280 С включительно, если из указанных газов и жидкостей могут образовываться взрывоопасные смеси в объеме, превышающим 5% объема воздуха в помещении; вещества способные взрываться и гореть при взаимодействии с водой, кислородом воздуха.	Взрыво-пожаро-опасные
Б	Горючие газы с нижним концентрационным пределом взрываемости более 10% объема воздуха; жидкость с температурой вспышки до 28-610 С включительно; жидкости, нагретые в условиях производства до температуры вспышки и выше; горючие пыли с НКПР 65 мг/м3 и менее, если из указанных газов, жидкостей и пылей могут образовываться взрывоопасные смеси в объеме, превышающим 5% объема воздуха в помещении	Взрыво-пожаро-опасные
В	Жидкость с температурой вспышки выше 610 С, горючие пыли с НКПР более 65 мг/м3; вещества способные гореть при взаимодействии с водой, кислородом воздуха.	Пожароопасные
Г	Несгораемые вещества и материалы в горячем, раскаленном или расплавленном состоянии, процесс обработки которых сопровождается выделением лучистого тепла, искр и пламени.	Пожароопасные
Д	Несгораемые вещества и материалы в холодном состоянии	Пожароопасные

При использовании электрического оборудования во взрывоопасных зонах возможно появление искр замыкания и размыкания, нагрев наружной поверхности электрического оборудования. Исполнение, маркировка и эксплуатация электрооборудования должны соответствовать ГОСТ 12.2.020-76 (переиздание февраль 1996) и Правилам изготовления взрывозащищенного и рудничного электрооборудования (ПИВРЭ).

Система специальных и конструктивных мер и средств, предотвращающих возможность воспламенения взрывоопасной среды, характеризует уровень взрывозащиты электрооборудования.

Взрывозащищенное электрооборудование выпускается следующих уровней взрывозащиты:

1) повышенной надежности, обеспечивающее взрывозащиту только в нормальном режиме работы. Обозначается: по ПИВРЭ - Н, по ГОСТу - 2;

2. взрывобезопасное, обеспечивающее взрывозащиту как при нормальном режиме работы, так и при вероятных повреждениях. Обозначается по ПИВРЭ – В, по ГОСТу – 1;

3. особовзрывобезопасное, обеспечивающее взрывозащиту при любых условиях эксплуатации электрооборудования. Обозначается: по ПИВРЗ – 0, по ГОСТу – 0.

Различают следующие виды исполнения взрывозащищенного оборудования:

а) взрывонепроницаемая оболочка (обозначение: по ПИВРЭ – В, по ГОСТу – d) – оболочка, способная выдержать давление взрыва внутри нее и предотвращающая распространение взрыва из оболочки в окружающую среду. Корпус оборудования делают прочным, способный выдержать давление взрыва горючей смеси. Для предупреждения выбрасывания пламени из корпуса (если в корпусе произойдет взрыв) через зазоры, эти зазоры делают меньше тушащего для данной смеси;

б) искробезопасная электрическая цепь (обозначение по ПИВРЭ – И, по ГОСТу - i ) – электрооборудование, в котором электрический разряд или нагрев элементов электрической цепи не может воспламенить взрывоопасную среду. Искробезопасность такого оборудования обеспечивается специальными искрогасящими элементами (конденсаторами, сопротивлениями, дросселями), уменьшающими энергию искры при замыкании и размыкании цепи. Эти ограничительные элементы схемы должна быть такими, чтобы энергия искр замыкания и размыкания была меньше в четыре раза минимальной энергии воспламенения или ток в электрической цепи при замыкании был в два раза меньше тока, воспламеняющего данную горючую смесь;

в) заполнение или продувка оболочки электрооборудования чистым воздухом или инертным газом под избыточный давлением (обозначается: по ПИВРЭ - П, по ГОСТу - р) – предотвращает попадание в оболочку взрывоопасной смеси из окружающего объема;

г) масляное заполнение оболочки (обозначается по ПИВРЭ - М, по ГОСТу - 0) – искрящие и неискрящие токоведущие части погружают в масло или жидкий негорючий диэлектрик;

д) кварцевое заполнение оболочки (обозначается: по ПИВРЭ - К, по ГОСТу - q) – погружение токоведущих частей в кварцевый песок;

е) защита вида «е» (обозначается; по ПИВРЭ - Н, по ГОСТу - е), ее применяют в электрооборудовании, не имеющем нормально искрящих частей; принят ряд мер, затрудняющих появление опасных нагревов, электрических искр и дуг;

ж) специальный вид взрывозащиты, принципиально отличающийся от вышеуказанных (обозначается: по ПИВРЭ - С, по ГОСТу - s).

При изготовлении и выборе взрывозащищенного электрооборудования для конкретных условий эксплуатации учитываются категория и группа горючей смеси.

В зависимости от способа передачи взрыва (выхода пламени) через зазоры в оболочке устанавливают категории взрывоопасных смесей по тушащему зазору (табл, 3, 3а).

Таблица 3 (по ГОСТ 12.1.011-78)(переиздание 1991)

Категорий и наименование взрывоопасных смесей	Величина безопасного экспериментального максимального зазора, мм
I Рудничный метан	Свыше 1,0
II Промышленные газы и пара II А II В II С	0,9 – 1,0 0,5 – 0,9 до 0,5

Примечание. Безопасный экспериментальный зазор (БЭМЗ) - максимальный зазор между фланцами оболочки, через который взрыв не передается из оболочки в окружающую среду при любой концентрации горючего в воздухе.

Таблица 3а (по ПИВРЭ)

Категория взрывоопасных смесей	Зазор между плоскими поверхностями 25 мм, при котором частота передачи составляет 50% при объеме оболочки длиной взрывов 2,5л; мм
1	Более 1,0
2	0,65 - 1,0
3	0,35 - 0,65
4	Менее 0,35

В зависимости от температуры самовоспламенения устанавливают, группу взрывоопасной смеси ( табл. 4 ).

Таблица 4

Группа взрывоопасной смеси	Температура самовоспламенения,°С
Т 1	Свыше 450
Т 2	300 - 450 включ.
Т 3	200 - 300 включ.
Т 4	135 - 200 включ.
Т 5	100 - 135 включ.
Т 6	85 - 100 включ.

Для каждого вида взрывозащищенного электрооборудования устанавливают предельную температуру – наибольшую безопасную температуру поверхности электрооборудования. В зависимости от значений, предельной температуры устанавливают температурные классы по ГОСТ 12.1.011-78 (табл. 5).

Таблица 5

Температурный класс	Т I	Т 2	Т 3	Т 4	Т 5	Т б
Предельная температура, оС	450	300	200	135	100	80

Маркировка взрывозащищенного электрооборудования включает:

• уровень взрывозащиты 2, I, 0 (по ПИВРЭ - Н, В, 0);

• соответствие электрооборудования ГОСТу (знак Е_х);

- вид исполнения d, i, p, o, q, e, s (по ПИВРЭ в треугольнике В, И, П, М, К, Н, С);

-характеристику взрывоопасной среды (наивысшую категорию смеси) II, II А, II В, II С (по ПИВРЭ – 1, 2, 3, 4); наивысшую группу смеси по температуре самовоспламенения Т I - Т 6 или температурный класс.

Пример маркировки (табл. 6)

Таблица 6

Уровень взрывозащиты	Вид исполнения	Наивысшая категория	Маркировка
			ГОСТ	ПИВРЭ
Взрывобезо-пасный	Взрывонепроницаемая оболочка	I-я категория, группа Т1	1ЕхdIIATI
Повышенной надежности	Маслонаполненное, с элементами повышенной надежности против взрыва	Все категории, группы Т1,Т2	2Ех0IIT2

ВЫБОР ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ВЗРЫВООПАСНЫХ ЗОН

Допускается установка:

во взрывоопасных; зонах B-I и В-II электрооборудования исполнения: «взрывонепроницаемая оболочка» и «продувка оболочки под избыточным давлением»;

в зонах класса В-Iб электрооборудования не взрывозащищенного, но защищенного от брызг;

в зонах класса В-Iа, В-IIа - электрооборудования в любом взрывозащищенном исполнении;

в зонах класса В- Iг, на наружных: установках - электрооборудования в любом взрывозащищенном исполнении.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ТУШЕНИЯ ПЛАМЕНИ В ЗАЗОРЕ

В узких каналах вследствие потерь тепла через стенки понижается температура в зоне реакции и уменьшается скорость распространения пламени. С уменьшением диаметра канала увеличивается отношение поверхности теплообмена к объему зоны реакции. Когда потери тепла достигнут критической величины, распространение пламени делается невозможным.

На пламегасящее действие узких каналов оказывает влияние вид горючей смеси. От материала поверхности канала пламегасящее действие не зависит.

Явление гашения пламени в узких каналах используется при изготовлении целевых огнепреградителей и взрывозащит в электрооборудовании исполнения «взрывонепроницаемая оболочка».

Величина тушащего зазора определяется экспериментально для каждой горючей смеси.

Тушащий зазор рассчитывают по формуле

,

полученной из критерия Пекле

,

где - нормальная скорость распространения пламени, м/с; - критерий Пекле; - диаметр (ширина) тушащего канала, м; - удельная теплоемкость горючей смеси, Дж/кг·град; - плотность горючей смеси, кг/м³; - теплопроводность исходной смеси Вт/м·град.

На пределах гашения пламени критерий Пекле постоянен и равен 65. Таким образом, приняв =65, ориентировочно вычисляют значение тушащего зазора. Точное значение находят экспериментом.

ПРИМЕНЯЕМОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

Эксперимент проводят на установке (рис.1), состоящей из корпуса 1 -толстостенного сосуда (бомбы), рассчитанного на давление 10,0 МПа (100 кгс/см²), системы зажигания горючей смеси 2, системы для продувания полостей сосуда воздухом 3 и откидного щитка (на схеме не показан).

Бомба состоит из двух полостей (1,11), каждая - объемом 1,0 л. В перегородке 4, разделяющей бомбу на полости, установлена коническая пробка 6 с резьбой на хвостовике 7. Хвостовик пробки ввернут в гайку 8 с лимбом, на который нанесены деления. Градуировка лимба - в миллиметрах. Выхлопные штуцера 9 имеют приспособление для установки разрывных мембран из бумаги (кальки) или другого плотного материала.

Каждая полость сосуда через клапан 10 соединена с вентилятором 11 для продувки бомбы от продуктов сгорания. Продувка включается нажатием кнопки «Продувка», при этом открываются клапаны в обе камеры и одновременно включается вентилятор 11 посредством микропереключателя. Поворотом гайки 8 с лимбом изменяют величину зазора между полостями бомбы. Методом проб определяют зазор, при котором горение смеси в левой полости бомбы не вызывает воспламенения горючей смеси в правой полости.

Зажигание горючей смеси производится искровым разрядом между электродами свечей, установленных в левой и правой полостях. Высокое напряжение на электроды подается нажатием кнопки «Зажигание» («лев.» - для левой полости и «прав.» - дня правой полости бомбы).