Предел воспламеняемости

Смеси диспергированных горючих материалов (таких как газообразное или парообразное топливо и некоторая пыль) и кислорода в воздухе будут гореть, только если концентрация топлива находится в пределах четко определенных нижней и верхней границ, определенных экспериментально, называемых пределами воспламеняемости или пределами взрываемости . Горение может иметь интенсивность от дефлаграции до детонации.

. Пределы зависят от температуры и давления, но обычно выражаются в объемных процентах при 25 ° C и атмосферном давлении. Эти ограничения относятся как к производству и оптимизации взрыва или сгорания, как в двигателе, так и к его предотвращению, как при неконтролируемых взрывах скоплений горючего газа или пыли. Получение наилучшей горючей или взрывоопасной смеси топлива и воздуха (стехиометрическое соотношение) важно в двигателях внутреннего сгорания, таких как бензиновые или дизельные двигатели..

Стандартный справочник по-прежнему разработан Майклом Джорджем Забетакисом, специалистом по пожарной безопасности, с использованием аппарата, разработанного Горнодобывающим управлением США.

Содержание

• 1 Сильное горение
• 2 Пределы
  • 2.1 Нижний предел воспламеняемости
  • 2.2 Верхний предел воспламеняемости
  • 2.3 Влияние температуры, давления и состава
• 3 Контроль взрывоопасных сред
  • 3.1 Газ и пар
  • 3.2 Пыль
  • 3.3 Летучие жидкости
• 4 Примеры
• 5 См. Также
• 6 Ссылки
• 7 Дополнительная литература

Сильное горение

Горючая канистра различаются по степени жестокости. дефлаграция - это распространение зоны горения со скоростью, меньшей, чем скорость звука в непрореагировавшей среде. Детонация - это распространение зоны горения со скоростью, превышающей скорость звука в непрореагировавшей среде. Взрыв - это взрыв или разрыв корпуса или контейнера из-за развития внутреннего давления в результате горения или детонации, как определено в NFPA 69.

Пределы

Нижний предел воспламеняемости

Нижний предел воспламеняемости (LFL): наименьшая концентрация (процент) газа или пара в воздухе, способная вызвать вспышку огня. при наличии источника возгорания (дуга, пламя, тепло). Многие специалисты по безопасности считают этот термин тем же, что и нижний взрывоопасный уровень (НПВ). При концентрации в воздухе ниже, чем LFL, газовые смеси «слишком бедны» для горения. LFL газообразного метана составляет 4,4%. Если в атмосфере содержится менее 4,4% метана, взрыв не может произойти даже при наличии источника возгорания. С точки зрения здоровья и безопасности концентрация нижнего предела взрываемости считается непосредственно опасной для жизни или здоровья (IDLH), где не существует более строгого предела воздействия для горючего газа.

Показания в процентах на мониторах горючего воздуха не следует путать с концентрациями LFL. Эксплозиметры, спроектированные и откалиброванные для конкретного газа, могут показывать относительную концентрацию атмосферы по отношению к LFL - LFL составляет 100%. Например, отображаемое значение LFL для метана 5% будет эквивалентно 5%, умноженным на 4,4%, или приблизительно 0,22% метана по объему при 20 ° C. Контроль опасности взрыва обычно достигается за счет достаточной естественной или механической вентиляции. ограничить концентрацию горючих газов или паров до максимального уровня 25% от их нижнего предела взрываемости или воспламеняемости.

Верхний предел воспламеняемости

Верхний предел воспламеняемости (UFL): максимальная концентрация (процент) газа или пара в воздухе, способная вызвать вспышку огня в присутствии источника воспламенения ( дуга, пламя, тепло). Концентрации выше, чем UFL или UEL, «слишком богаты» для сжигания. Работа выше UFL обычно избегается в целях безопасности, потому что утечка воздуха может привести смесь в диапазон горючести.

Влияние температуры, давления и состава

Пределы воспламеняемости смесей нескольких горючих газов могут быть рассчитаны с использованием правила смешения Ле Шателье для объемных долей горючего $xi\; \{\; \backslash \; displaystyle\; x\_\; \{i\}\}$:

$LFL\; mix\; =\; 1\; \sum \; ixi\; LFL\; i\; \{\backslash \; displaystyle\; LFL\; \_\; \{\backslash \; text\; \{mix\}\}\; =\; \{\backslash \; frac\; \{1\}\; \{\backslash \; sum\; \_\; \{i\}\; \{\backslash \; frac\; \{x\_\; \{i\; \}\}\; \{LFL\_\; \{i\}\}\}\}\}\}$

и аналогичные для UFL.

Температура, давление и концентрация окислителя также влияют на пределы воспламеняемости. Более высокая температура или давление, а также более высокая концентрация окислителя (в первую очередь кислорода в воздухе) приводят к более низкому LFL и более высокому UFL, следовательно, газовая смесь будет легче взорваться. Влияние давления очень мало при давлениях ниже 10 миллибар и его трудно предсказать, поскольку оно было изучено только в двигателях внутреннего сгорания с турбонагнетателем.

Обычно атмосферный воздух поставляет кислород для сгорания., а пределы предполагают нормальную концентрацию кислорода в воздухе. Атмосфера, обогащенная кислородом, усиливает сгорание, понижая LFL и увеличивая UFL, и наоборот; Атмосфера, лишенная окислителя, не является ни горючей, ни взрывоопасной при любой концентрации топлива. Значительное увеличение доли инертных газов в воздушной смеси за счет кислорода увеличивает LFL и снижает UFL.

Контроль взрывоопасных сред

Газ и пар

Контроль концентраций газа и паров за пределами воспламеняемости является одним из основных соображений в безопасности и гигиене труда. Методы, используемые для контроля концентрации потенциально взрывоопасного газа или пара, включают использование продувочного газа, инертного газа, такого как азот или аргон, для разбавления взрывоопасного газа перед контактом с воздухом.. Также распространено использование скрубберов или адсорбционных смол для удаления взрывоопасных газов перед выпуском. Газы также можно безопасно поддерживать при концентрациях выше UEL, хотя нарушение в контейнере для хранения может привести к взрывоопасным условиям или интенсивным пожарам.

Пыль

Пыль также имеет верхний и нижний пределы взрываемости, хотя верхние пределы трудно измерить и не имеют большого практического значения. Нижние пределы воспламеняемости для многих органических материалов находятся в диапазоне 10–50 г / м³, что намного выше пределов, установленных по соображениям здоровья, как и в случае нижнего предела взрываемости многих газов и паров. Облака пыли такой концентрации плохо просматриваются на более чем коротком расстоянии и обычно существуют только внутри технологического оборудования.

Пределы воспламеняемости также зависят от размера частиц пыли и не являются внутренними свойствами материала. Кроме того, концентрация выше нижнего предела взрываемости может быть внезапно образована из-за скоплений осевшей пыли, поэтому управление с помощью обычного мониторинга, как это делается с газами и парами, не имеет значения. Предпочтительный метод борьбы с горючей пылью - предотвращение скопления осевшей пыли через технологический корпус, вентиляцию и очистку поверхности. Однако более низкие пределы воспламеняемости могут иметь значение при проектировании завода.

Летучие жидкости

Ситуации, вызванные испарением легковоспламеняющихся жидкостей в заполненном воздухом пустом объеме контейнера, могут быть ограничены объемом гибкого контейнера или использованием несмешивающейся жидкости для заполнения пустого объема. Гидравлические цистерны используют вытеснение воды при заполнении резервуара нефтью.

Примеры

Пределы воспламеняемости / взрываемости для некоторых газов и паров приведены ниже. Концентрации даны в процентах от объема воздуха.

• Жидкости класса IA ​​с точкой вспышки менее 73 ° F (23 ° C) и точкой кипения менее 100 ° F (38 ° C) имеют NFPA 704 рейтинг воспламеняемости 4
• жидкостей класса IB с температурой вспышки менее 73 ° F (23 ° C) и точкой кипения, равной или выше 100 ° F (38 ° C) и жидкости класса IC с температурой вспышки, равной или превышающей 73 ° F (23 ° C), но менее 100 ° F (38 ° C), имеют рейтинг воспламеняемости по NFPA 704 3
• Жидкости класса II с точка вспышки, равная или превышающая 100 ° F (38 ° C), но менее 140 ° F (60 ° C), и жидкости класса IIIA с температурой вспышки, равной или превышающей 140 ° F (60 ° C), но менее 200 ° F (93 ° C) имеют рейтинг воспламеняемости NFPA 704 2
• Жидкости класса IIIB с температурой вспышки, равной или превышающей 200 ° F (93 ° C), имеют воспламеняемость по NFPA 704 рейтинг 1

См. Также

• Химический портал

• Воспламеняемость
• Предельная концентрация кислорода
• Минимальная энергия воспламенения

Ссылки

Дополнительная литература

• Дэвид Р. Лиде, главный редактор; Справочник по химии и физике CRC, 72-е издание; CRC Press; Бока-Ратон, Флорида; 1991; ISBN 0-8493-0565-9