Файл: Осипов, С. Н. Взрывчатые свойства и нейтрализация паро-газо-пылевых смесей.pdf

мый 1 мл жидкого флегматизатора в газовой фазе в условиях эксперимента.

Для определения величины Vt, Р 2—3 см3 флегма­ тизатора помещали в герметичную стеклянную колбу вместимостью 4000—5000 см3, соединенную с водяным манометром, и замеряли давление, создаваемое флегматизатором при испарении. Температуру в начале и в конце испытания сохраняли постоянной. По замеря­

матизатора; Рфл — давление, создаваемое при испаре­ нии жидким флегматизатором.

Затем рассчитывали объем, занимаемый 1 см3 жидкого флегматизатора в газовой фазе при /= 0°С и

где k — поправка к показаниям барометра; t — темпе­ ратура при условиях испытания, ° С.

Объем, занимаемый 1 мл жидкого флегматизатора в газовой фазе, для любых условий эксперимента опре­ деляли по формуле

0,1К0 (273,2 + Q

(40)

273,2 (Яатм-А)

При расчете объема флегматизатора в камерах диа­ метром 73 мм и меньше учитывали также объем шлан­ гов, ведущих к манометру и циркуляционному насосу, и объем насоса.

После сборки и проверки камеры на герметичность в ней создавали разрежение, равное сумме парциаль-

37

hbix давлений испытуемых компонентов (если они при условиях испытания находились в газообразном со­ стоянии). Затем подавали метан и флегматизатор. Контроль за подачей компонентов смеси при разре­ жении, не превышающем 20 кПа (0,2 ати), производи­ ли по водяному манометру, а при большем разреже­ нии — по вакуумметру. При определении пределов воспламенения метано- и водородо-воздушных смесей контроль за подачей горючих производили только по водяному манометру.

Если флегматизатор в условиях испытания был жидким, то, чтобы ускорить его испарение, улучшить перемешивание и уменьшить возможные потери при подаче, в камере создавали разрежение, превышающее сумму парциальных давлений испытуемых компонен­ тов. В шланг, подсоединенный к штуцеру для подачи реагентов, вливали необходимое количество флегматизатора и воздухом вдували его в камеру. В камерах диаметром 100-—197 мм смесь перемешивалась венти­ лятором в течение б мин, в остальных камерах произ­ водилось двадцатикратное перемешивание смеси цир­ куляционным насосом. Перед подачей реагентов каме­ ру отключали от вакуум-насоса, перед перемешивани­ ем смеси — и от вакуумметров.

Взрывобезопасность смеси определялась по описан­ ной выше методике. Если в течение 70 с после включе­ ния спирали не было ни взрыва, ни вспышки пламени, то смесь считалась взрывобезопасной.

Исследование зависимости нижних и верхних пре­ делов воспламеняемости метано-воздушных и нижних пределов воспламеняемости водородо-воздушных сме­ сей от диаметра реактора. Известны различные значе­ ния концентрационных пределов воспламеняемости метано-воздушных смесей при атмосферном давлении: от 2,5 до 6,6% * для нижнего и от 11,9 до 24% метана

* Здесь и дальше имеются в виду проценты по объему.

38

для верхнего пределов [25; 78; 86]. Общепринятые в горной промышленности пределы воспламеняемости: 5% метана — нижний и 15% — верхний.

Г. Меербах исследовал распространение взрыва в слоях метана, образовавшихся вдоль кровли в спокой­ ной атмосфере, и установил, что в штольне с крепеж­ ными рамами при содержании 3,4% метана происходит взрыв. Пределы воспламеняемости водородо-воздуш­

ко вспышки. Таким образом, нижний предел воспла­ менения метано-воздушных смесей при нормальных условиях в трубках небольшого диаметра может сос­ тавлять 2% метана. В сосудах длиной 1,5 м концентра­

39

ционные пределы воспламенения метана сужены по сравнению с сосудами длиной 0,5 м.

Нижний предел воспламенения водородо-воздуш­ ной смеси также изменяется с изменением диаметра взрывной камеры: при диаметре 73 мм составляет 4% водорода, а при диаметре 197 мм — около 6%.

Проведенные эксперименты, а также анализ дан­ ных других исследователей позволяют прийти к заклю­ чению, что пределы воспламенения метано- и водоро­ до-воздушных смесей зависят от условий проведения исследований. Так, при определенных условиях ниж­ ний предел воспламенения метано-воздушных смесей оказался примерно в 2,5 раза меньше общепринятого предела, равного 5% метана.

Зависимость пределов воспламенения метано-воз­ душных смесей от материала и температуры источни­ ка воспламенения [86] приведена в табл. 2. Как вид­ но из данных таблицы, при воспламенении стальной спиралью нижний предел составил 2,8% метана. Со­

40

[35], нижний предел воспламенения метано-воздуш­ ных смесей составляет 2,5—6,1%, а верхний— 12,8— 24,0% метана, Ковард X. Ф. и Велер Р. В. [85] еще в 1929 г. установили, что при адиабатическом сжатии воспламеняются метано-воздушные смеси, содержа­ щие от 2 до 75% метана.

Подобное явление возможно и для других углево­ дородо-воздушных смесей, что безусловно требует дальнейшего изучения и объяснения.

Весьма важным для практики является выбор кри­ териев оценки воспламенения и взрываемости. Возмож­ но, пределами воспламенения следует считать такие параметры паро-газовой смеси, при которых происхо­ дит экзотермическое горение смеси даже в малом объеме, на расстоянии менее 1 м от источника воспла­ менения, но вне зоны распространения высокой тем­ пературы. Тогда возникновение холодного и голубого пламени может считаться воспламенением паро-газо­ вой смеси.

При воспламенении вследствие повышения темпе­ ратуры может происходить повышение давления, и хотя это повышение давления меньше, чем при взры­ ве, но все же может представлять некоторую опас­ ность. Такое воспламенение может самопроизвольно затухать, не перерастая во взрыв, как это обычно бы­ вает при холодном пламени.

Пределами взрываемости может быть следует счи­ тать такие параметры паро-газовой смеси, при которых возможно распространение пламени на любые расстоя­ ния и объемы в течение короткого времени и переход процесса горения во взрыв. Тогда представится воз­ можным учитывать пределы воспламенения или взры­ ваемости в зависимости от конкретных параметров и более правильно предусматривать необходимые меры для предотвращения и подавления взрывов.

Необходимость в совершенствовании методов опре­ деления концентрационных пределов воспламенения

-И

йпдна хотя бы из сопоставления значений нижнего пре­ дела воспламенения ацетилена при атмосферном дав­ лении, приведенных Б. А. Ивановым [24] и указан­ ных в справочнике И. В. Рябова [65]. По Б. А. Ива­ нову нижнии предел воспламенения ацетилена состав­ ляет 2%, а по справочнику— 2,5%. По-видимому, различие в полученных результатах является следстви­ ем отсутствия четкой характеристики свойств горючей смеси. Как пишут Б. Лыоис и Г. Эльбе [43], существо­ вание пределов распространения пламени является фундаментальным свойством горючих систем и необ­ ходимо полное рассмотрение этого явления. По мне­ нию Д. В. Линнет и Д. С. Симпсона [89], нет никаких доказательств того, что какой-либо из эксперименталь­ но найденных пределов представляет собой действи­ тельно фундаментальное свойство горючей смеси, так как искажающее влияние конвекции на измеряемый предел может быть очень существенным.

Как показывают многочисленные исследования, большое влияние на концентрационные пределы вос­ пламенения оказывают потери тепла в процессе горе­ ния путем радиации и за счет конвективных по­ токов. Подтверждение последнему приведено в работе Л. А. Ловачева [41], позволившей в определенных условиях количественно учитывать влияние конвектив­ ных потоков.

Как считают Л. А. Ловачев и другие [60], гра­ ница, начиная с которой газ теряет способность под­ держивать процесс распространения пламени, явля­ ется пределом воспламенения по данному параметру. Так находят пределы по концентрации, по давлению, по степени разбавления или по содержанию ингиби­ тора. В действительности четкие границы отсутствуют и на опыте наблюдается в одних случаях достаточно узкая, а в других весьма широкая переходная область. Это вызывает затруднения при определении предела воспламенения.

42