Расчет концентрационных пределов воспламенения

Концентрационные пределы воспламенения паров и газов в воздухе, отвечающие наименьшему и наибольшему значению концентрации пара или газа в воздухе, при которых эти пары и газы способны воспламеняться, могут быть определены по стандартным методикам экспериментально (например, ГОСТ 13919) или расчетным способом. Причем среди расчетных методов встречаются такие, которые позволяют определять пределы воспламенения с различной степенью точности.

Концентрационные пределы воспламенения применяют в практике для классификации производств по степени их пожарной опасности, для расчета допустимых концентраций паров и газов в воздухе, в помещениях при производстве огневых работ, для расчета взрывобезопасных режимов работ в среде, содержащей горючие пары и газы.

Поскольку пределы воспламенения находятся с определенной степенью точности, зависящей от нормальной ошибки расчетного или экспериментального методов определения, а также в связи с недостаточной изученностью теоретических представлений о предельных явлениях при распространении пламени, необходимо для практического применения найденных пределов воспламенения вводить так называемые коэффициенты безопасности.

Под коэффициентом безопасности следует понимать число, показывающее, во сколько раз надо изменить найденное значение предела воспламенения, чтобы горючая смесь стала невоспламеняемой с заданной степенью точности.

Конкретное значение коэффициента безопасности определяется надежностью расчета и неоднородностью, негомогенностью, наличием примесей и т.д. в реальных горючих смесях.

Для практических целей при расчете концентрационных пределов воспламенения с вероятностью 0,95 используют коэффициент безопасности К_э=2,0; с вероятностью 0,999 К_э=4,0. Подробнее с методами расчета коэффициента безопасности можно познакомиться в работе В.Т.Монахова “Коэффициенты безопасности к концентрационным и температурным пределам воспламенения паров и газов в воздухе” (ЭИ, сер.1,”Пожарная опасность веществ и материалов”, вып.40, М., 1970).

Способ 1. Расчет нкпв индивидуальных соединений по теплоте сгорания

В соответствии с тепловой теорией, наличие пределов воспламенения можно объяснить тем, что для распространения пламени по горючей паро- или газовоздушной среде необходимо выделение определенного количества тепла. Экспериментально установлено, что количество тепла, выделяющегося при горении смесей с содержанием горючего, отвечающим нижнему концентрационному пределу воспламенения (НКПВ), является приблизительно величиной постоянной, равной 1830 кДж/м³. Отсюда и метод расчета:

НКПВ = 1830·100/Q_н,

где Q_н – низшая теплота сгорания горючего вещества, кДж/м³.

Задача 7. Найти НКПВ бутилена, если низшая теплота сгорания 1м³ газа равна 113620 кДж/м³.

Решение. Зная, что предельная теплота сгорания 1м³ газовоздушной смеси равна приблизительно 1830 кДж/м³, НКПВ находим по формуле

НКПВ = 1830·100/113620 = 1,6 %.

Экспериментально найденное значение предела – 1,6 %. В таблице приведены значения низших теплот сгорания некоторых веществ.

Таблица 3