Файл: Определенение пределов взрываемости газовоздушных смесей. I. Цель работы. А.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 29.11.2023
Просмотров: 27
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
ОПРЕДЕЛЕНЕНИЕ ПРЕДЕЛОВ ВЗРЫВАЕМОСТИ ГАЗОВОЗДУШНЫХ СМЕСЕЙ.
I. Цель работы.
А. Определение концентрационных пределов воспламенения газовоздушных смесей.
Б. Определение категорий пожарной опасности производства.
II. Содержание работы.
1.Изучение условий безопасности при работе со смесями газов различной концентрации.
2.Определение нижнего и верхнего пределов взрываемости пропана.
3.Определение показателя горючести исследуемого газа.
4.Изучение устройства установки и методики работы на ней.
5.Определение категории производства по пожарной опасности в зависимости от применяемого вещества.
III. Теоретическая часть работы.
В условиях химической переработки различных продуктов могут образоваться смеси различных газов и паров с воздухом. Особенно часто это может возникать на производствах, связанных с применением огнеопасных химических веществ, а также на складах баллонов с горючими газами. Концентрация горючего газа может изменяться от долей процента до 100%. Однако не все концентрации взрывоопасны.
Горением называется химическая реакция окисления, сопровождающаяся выделением тепла и, обычно, свечением. Для возникновения и развития горения необходимо наличие горючего вещества, окислителя и источника зажигания.
Наиболее распространенным окислителем является кислород воздуха, перекиси, хлораты и др., а источником зажигания -искра (открытое пламя, высокая температура нагретой поверхности, тепло химической реакции). Как количественное, так и качественное изменение горючей системы ведет к изменению скорости горения, изменяемой метрами в секунду. Такой процесс, протекающий весьма бурно и сопровождающийся механическими разрушениями, носит название химического взрыва.
Взрыв - это быстрое изменение вещества (взрывное горение), сопровождающееся выделением энергии и образованием сжатых газов, способных производить paботу.
Химический взрыв, как правило, вызывает пожар. Пожар – это не контролируемое горение вне специального очага, наносящее материальный ущерб. Горючие пары, газы и взвешенная горючая пыль в смеси с воздухом при определенных концентрациях способны сгорать со скоростью взрыва. Смеси горючего и окислителя можно
поджечь лишь в определенном интервале концентраций, за пределами которого исключается стационарное, т.е. незатухающее, распространение пламени. Эти граничные концентрации называются концентрационными пределами воспламенения, которые выражаются в объемных процентах (%) и весовых единицах.
Та минимальная концентрация горючих газов или паров, при которой смесь воспламеняется от постороннего источника зажигания с последующим распространением горения по всему объему смеси, называется нижним концентрационным пределом воспламенения (НКПВ). Смесь воздухa с горючими газами и парами на нижнем концентрационным пределе воспламенения содержит избыток воздуха. Смесь, имеющая небольшое количество горючего газа и избыток воздуха, характеризуется минимальной скоростью распространения пламени, низкой температурой горения-порядка 1250 -1300"С и небольшим давление взрыва (около 0.3 МПа или 30 кг/см2 , что соответствует НКПВ. При концентрации горючего в смеси выше нижнего концентрированного предела воспламенения горение происходит с большей скоростью, давление при взрыве повышается.
Давление горючих смесей при взрыве может увеличиваться теоретически до давления, соответствующего стехиометрической концентрации веществ, т.е. рассчитанной по уровню химической реакции. Недостаток воздуха в смесях, богатых горючим, ведет к тому, что смесь может терять способность воспламеняться. Например, для смеси метана с воздухом наивысшей концентрацией, является 15%. Выше этой концентрации никакие смеси СНЧ с воздухом воспламеняться не будут, хотя в них присутствует некоторое количество воздуха.
Та наивысшая концентрация горючих газов или паров, при которой смесь еще воспламеняется от постороннего источника зажигания с распространением горения по всему объему смеси, называется верхним концентрационным пределом воспламенения (ВКПВ).
ВКПВ характеризуется избытком горючего и малым количеством воздуха. Давление при взрыве составляет 0.3-0.4 МПа или 3-4 кг/см2 .
Концентрации горючих газов и паров с воздухом выше верхнего концентрационного предела воспламенения называются пожароопасными.
Степень взрывоопасности веществ определяется величиной нижнего и верхнего пределом воспламенения, периодом индукции (промежутком времени, через который происходит взрыв при контакте взрывоопасных веществ с источником тепла), температурой воспламенения, давлением. Период индукции различен и колеблется oт долей секунды до нескольких секунд, в зависимости от состава и количества, вещества, давления горючей смеси и температуры источника тепла. Уменьшение периода индукции происходит при повышении давления и температуры горючей смеси. При повышении начальной температуры область воспламенения расширяется. Для количественного учета влияние температуры необходимо пользоваться следующим правилом: при повышении температуры на каждые 1000С нижний предел воспламенения снижается на 10% от первоначальной величины, а верхний увеличивается на 15%. Повышение давления до 3.0-4.0 МПа (30-40 ата) практически не влияет на величину концентрационных пределов воспламенения. Большее изменение пределов наблюдается при дальнейшем повышении давления. Пределы воспламенения могут быть определены как расчетным, так и экспериментальным путем. Для расчета нижнего (НКПВ) и верхнего (ВКПВ) пределов воспламенения индивидуальных горючих веществ можно пользоваться следующими эмпирическими формулами:
где N - количество атомов кислорода необходимого для полного сгорания 1 моля горючего компонента смеси;
М - масса 1 моля горючего компонента смеси, моль;
Vt - объем 1 моля газа при определенной температуре;
N - подсчитывается по химической реакции горения. Например, по реакции горения.
пропан
Причина пожара или взрыва - это сочетание причин и условий, приводящих к контакту горючей и взрывоопасной среды и источников воспламенения. Совокупность всех причин и условий, вызывающих взрыв, возникновение и распространение пожаров, определяющих его масштабы и последствие характеризует пожаро- и взрывоопасность производственных помещений, установок, агрегатов и оборудования .Согласно СНиП 31-03-200/ и НПБ 105-03 «Производственные здания. Определение категории зданий, помещений и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности», производства подразделяются по взрывной, взрывопожарной опасности на 5 категорий: А, Б, В, Г, Д.
IV. Применяемые приборы и установки
Пределы взрываемости газовоздушной смеси определяют на установке созданной на кафедре БЖД, схематически показанной на рис. 4.1.
Рис. 4.1.Установка для определения пределов взрываемости газовоздушных смесей :
1 - баллон с газом, 2 - редуктор, 3 - трехходовой экран, 4 - мерный газовый цилиндр, 5 - шкала, 6 - запальная свеча, 7 – индукционная катушка, 8 -автотрансформатор, 9 - смеситель (взрывная камера) , 10 - пробка резиновая, 11 -прерыватель, 12 - ручка (маховик) к поршню мерного цилиндра.
Установка состоит из газового баллона с пропаном, соединенного шлангом через 3-х ходовой экран с металлическим цилиндром (4) внутренний объем которого изменяется при помощи поршня, а контролируется показанием диска на шкале (% ). Одно деление шкалы (5) равно I % объёма взрывной камеры . Смеситель (взрывная камера 9) представляет собой металлический цилиндр объемом 320 см3 и дно которого ввинчена запальная свеча (6), а сверху плотно закрытый резиновый пробкой (10). Для создания искрового разряда во взрывной камере предназначена индукционная катушка (7) питающаяся от сети 220 В через трансформатор 10-12 В (8).
V. Контрольные вопросы.
1.Что называется нижним и верхним пределом воспламенения горючей смеси.
2.Написать формулы реакции горения газов и определить количество атомов кислорода, необходимого для полного сгорания (моля горючего компонента смеси).
VI. Порядок выполнения работы Не писать ,просто изучить .
Определить опытным путем пределы взрываемости пропана на экспериментальной установке, для чего:
а) убедиться в том, что поршень мерного цилиндра находится в крайнем левом положении, для чего маховик штока поршня (12) вращать по часовой стрелке (смотреть со стороны рукоятки) до упора;
б) проветрить смеситель (взрывную камеру) и плотно закрыть резиновой пробкой (10);
в) соединить вилку трансформатора (8) с электросетью;
г) повернуть ручку 3-х ходового крана (3) в правую сторону;
д) открыть клапан на редукторе (2) газового баллона (1);
е) вращая маховик поршня (12) мерного газового цилиндра (4) против часовой стрелки, наполнить его га-зом в определенном %- соотношении, к объему взрывного баллона (9), что фиксируется диском на шкале (5);
ж) после этого немедленно закрыть клапан на редукторе (2) газового баллона (1);
з) повернуть ручку 3-х ходового крана (3) влево и, вращая маховик поршня мерного цилиндра по часовой стрелке до упора, переместить газ из мерного цилиндра во взрывной;
и) подождав 2-3 минуты, когда газ с воздухом перемешается, нажать кнопку прерывателя индукционной катушки (7), которая подаст высокое напряжение дня создания искрового разряда на свече во взрывном цилиндре (9). Кнопка нажимается прерывисто с продолжением 1-2 -х секунд. Если не произойдет взрыва, нажатие кнопки можно повторить. После каждого опыта взрывную камеру необходимо проветрить.
Таким образом, последовательно увеличивая процент содержания газа и смеси, определить нижний и верхний предел взрываемости пропана. Содержание газа в смеси с воздухом создавать, начиная с 1 % , увеличивая его содержание каждый раз на 2% (т.е. содержание газа в опытах должно быть 1,2,3,4 % и т.д.). Нижний предел взрываемости определяется по хлопку во взрывной камере, при этом, резиновая пробка выталкивается взрывными газами. Верхний предел взрываемости определяется последним взрывом при посте-пенном увеличении концентрации газа.
VII. Отчет о работе.
1. Определить теоретически нижний и верхний пределы взрываемости 4 газов ( МЕТАНА АЦЕТИЛЕНА ПРОПАНА ЭТАНА ) по формулам 1 и 2 в % отношении .
Для этого нужно:
1. по формуле реакции горения пропана найти количество атомов ( не молекул )кислорода, необходимого для полного сгорания 1 моля горючего данной смеси. НАПРИМЕР:
ВМЕСТО N подставляем 7 и считаем пределы взрываемости НП и ВП. С математикой разберетесь сами!
В результате горения других газов ( МЕТАНА, АЦЕТИЛЕНА, ПРОПАНА, ЭТАНА ) образуется также углекислый газ и вода. Надо уравнять уравнения и найти N . Потом по формулам рассчитать НКПВ и ВКПВ
КЛАССИФИКАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВ ПО ПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ ГОСТ12.1.004-95 "Пожарная безопасность, Общие требования" определяет методику и порядок определения категорий помещений по пожароопасности.
Категория А - взрывопожароопасная Горючие газы с НКПВ РАВНЫМ 10 И НИЖЕ, ЛВЖ с темп. вспышки не более 280С в таком кол-ве, что могут образовывать взрывоопасные паро-воздушные смеси, при воспламенении которых расчетное избыточное давление превышает 5кПа. Вещества и материалы, способные взрываться и гореть при взаимодействий с водой и кислородом в таком количестве, что расчетное избыточное давление взрыва превышает 5 кПа.
Категория Б - взрывопожароопасная Горючие волокна и пыли, Горючие газы с НКПВ БОЛЕЕ 10,
ЛВЖ с температурой вспышки более 280С, горючие жидкости в таком количестве, что могут образовывать пыле - или паро-воздушные смеси, при воспламенении которых развивается расчетное избыточное давление превышающее 5 кПа.
Категория В - пожароопасная Воспламеняющиеся, горючие и трудногорючие жидкости, твердые и трудно горючие вещества и материалы