Оценка показателей взрывопожароопасности горючих веществ

ОЦЕНКА ПОКАЗАТЕЛЕЙ ВЗРЫВОПОЖАРООПАСНОСТИ ГОРЮЧИХ ВЕЩЕСТВ

1.1 Формирование исходных данных

1.1.1 Газообразное вещество — метан

1.1.1.а Коротко о веществе.

1.1.1.г Средства тушения

1.1.1.д Химические свойства и реакции

1.1.1.е Получение и применение метана в промышленности

1.1.2 Твердое вещество — торф

1.1.2.a Коротко о веществе.

1.1.2.б Виды торфа и состав

1.1.2.в Области применения торфа

1.1.2.г Торфяные технологии и продукция для экологии и охраны окружающей среды

1.1.3 Жидкое вещество — нефть

1.1.3.a Коротко о веществе.

1.1.3.в Применение нефти

1.1.3.г Исторические сведения о нефти

1.1.3.д Развитие учения о нефти и нефтепереработке

2.1 Теоретические данные

2.1.1 Температура вспышки

2.1.2 Температура воспламенения

2.1.3 Температура самовоспламенения

2.1.4 Концентрационные пределы распространения пламени

2.1.5 Температурные пределы распространения пламени (воспламенения)

2.1.6 Минимальная флегматизирующая концентрация флегматизатора

2.1.7 Минимальное взрывоопасное содержание кислорода

2.1.8 Максимальное давление взрыва

3.1 Методы расчета

3.1.1 Метан

3.1.1.а Концентрационные пределы распространения пламени:

3.1.1.б Флегматизирующие концентрации инертных разбавителей:

3.1.1.в Минимальное взрывоопасное содержание кислорода в паровоздушной смеси:

3.1.1г Расчет температуры самовоспламенения химических соединений

3.1.2 Нефть

3.1.2а Температура самовоспламенения

3.1.2б Методы расчета температуры вспышки индивидуальных жидкостей

3.1.2.в Метод расчета температуры воспламенения жидкостей

3.1.2.г Методы расчеты концентрационных пределов распространения пламени

3.1.2.д Методы расчета температурных пределов распространения пламени

3.1.2.е Флегматизирующие концентрации инертных разбавителей

3.1.2ж Минимальное взрывоопасное содержание кислорода (МВСК) Заключение Список литературы

1.1 Формирование исходных данных

· Газообразное вещество — метан

· Твердое вещество — Торф

· Жидкое вещество — Нефть

1.1.1 Газообразное вещество — метан

1.1.1.а Коротко о веществе

Метамн — простейший углеводород, бесцветный газ без запаха, химическая формула — CH4. Малорастворим в воде, легче воздуха. При использовании в быту, промышленности в метан обычно добавляют одоранты со специфическим «запахом газа». Взрывоопасен при концентрации в воздухе от 5% до 15%.

1.1.1.б Физико-химические свойства Бесцветный газ. Мол. масса 16,04; плотн. 0,7168 кг/м 3 при 0 °C; т. кип. 161,58°С; lg p = 5,68 923 — 380,224/(264,804 + t) при т-ре от -182 до -162°С; коэф. диф. газа в воздухе 0,196 см 2 /с; тепл. образов. -74,8 кДж/моль; тепл. cгop. -802 кДж/моль.

1.1.1.в Пожароопасные свойства Горючий газ. Т. самовоспл. 535 °C; конц. пределы распр. пл.: в воздухе 5,28−14,1% об., в кислороде 5,1−61% об., в гемиоксиде азота 4,3−22,9% об., в оксиде азота 8,6−21,7% об., в хлоре 5,6−70% об.; макс. давл. взрыва 706 кПа; макс. скорость нарастания давл. 18 МПа/с; норм. скорость распр. пл. 0,338 м/с; миним. энергия зажигания 0,28 мДж в воздухе и 0,0027 мДж в кислороде; миним. флегм. конц. разбавителя, % об.: N 37, Н 2 О 29, СО 2 24, Аr 51, Н 2 39, CCl 4 13; МВСК 11% об.

1.1.1.г Средства тушения

Инертные газы.

1.1.1.д Химические свойства и реакции

Метан-первый член гомологичного ряда насыщенных углеводородов, наиболее устойчив к химическим воздействиям. Подобно другим алканам вступает в реакции радикального замещения (галогенирования, сульфохлорирования, сульфоокисления, нитрования и др.), но обладает меньшей реакционной способностью. Специфична для метана реакция с парами воды, которая протекает на Ni/Al2O3 при 800−900 °С или без катализатора при 1400−1600 °С; образующийся синтез-газ м. б. использован для синтеза метанола, углеводородов, уксусной кислоты, ацетальдегида и др. продуктов. Некоторые характерные для метана реакции приведены на схеме:

метан взрыв распространение пламя Разрабатываются реакции окислительной дегидроизомеризации метана в этилен и др. углеводороды, а также прямого окисления метана в метанол и формальдегид на оксидных катализаторах, Метаносновной компонент природного и рудничного газов (до 98%), образуется также в результате анаэробного (метанового) брожения целлюлозы (болотный газ, биогаз). М. составляет основу атмосферы ряда планет — Сатурна, Юпитера и его спутника Титана.

1.1.1.е Получение и применение метана в промышленности

В промышленности метан выделяют из природного или крекинг-газа низкотемпературной дистилляцией или адсорбцией на цеолитах. М.б. получен также гидрированием СО и СО2 на катализаторе при 200−300 °С. В лаб. условиях получают сплавлением ацетата Na с NaOH, гидролизом карбида Аl или разложением метилмагнийгалогенидов.

В составе природного коксового и биогазов метан используют в качестве топлива. В промышленности его применяют для получения синтез-газа, водорода, ацетилена, техн. углерода, HCN, метили метиленхлоридов, СНСl3, ССl4, CH3NO2, фреонов.

С воздухом М. образует взрывоопасные смеси, что является основной причиной взрывов на угольных шахтах. Т всп. -187,9 °С, Т. самовоспл. 537,8 °С, КПВ 5−15%. Метан нетоксичен, ПДК 300 мг/м3

1.1.2 Твердое вещество — торф

1.1.2.a Коротко о веществе

Торф (нем. Torf) — горючее полезное ископаемое; образовано скоплением остатков растений, подвергшихся неполному разложению в условиях болот. Для болота характерно отложение на поверхности почвы неполно разложившегося органического вещества, превращающегося в дальнейшем в торф. Слой торфа в болотах не менее 30 см, (если меньше, то это заболоченные земли).

Содержит 50—60% углерода. Теплота сгорания (максимальная) 24 МДж/кг. Используется комплексно как топливо, удобрение, теплоизоляционный материал и др.

По разным оценкам в мире от 250 до 500 млрд т. торфа (в пересчете на 40% влажность), он покрывает около 3% площади суши. При этом в северном полушарии торфа больше чем в южном, заторфованность растёт при движении к северу и при этом возрастает доля верховых торфяников (см. раздел Классификация). Так, в Германии торфа занимают 4,8%, в Швеции 14%, в Финляндии 30,6%. В России, лидирующей по запасам торфа, доля занятых им земель достигает 12,5% в Вологодской обл. и 31,8% в Томской области (Васюганские болота). Также большие запасы торфа имеются в Индонезии, Канаде, Ирландии, Великобритании, ряде штатов США.

1.1.2.б Виды торфа и состав

ТОРФ (нем. Torf), твердое горючее ископаемое, разновидность каустобиолитов, предшественник генетич. ряда углей, Образован в результате отложения на дне болот остатков отмерших растений и неполного их разложения под влиянием деятельности микроорганизмов в условиях повыш. влажности и затрудненного доступа воздуха.

Торф-волокнистая (малая степень разложения) или пластичная аморфная (высокая степень разложения) масса светло-желтого, коричневого или землисто-черного цвета. В зависимости от ботанич. состава, условий образования и физ.-хим. св-в различают торф верховой, переходный и низинный. Торф-сложная полидисперсная многокомпонентная система. Составные части: горючая, или органическая, масса; влага (в естеств. состоянии 86−95% по массе); минер. примеси (в сухом в-ве-не более 50%), образующие при сжигании золу. Орг. масса: компонентыгуминовые к-ты (40−50% по массе), битумы (1,12−17%), водорастворимые и легкогидролизуемые в-ва (10−60%), целлюлоза (2−10%), негидролизуемый остаток (лигнин, 3−20%). Элементный состав (% по массе): 48−65 С; 25−45 О; 4,7−7 Н; 0,6−3,8 N; 1,2−2,5 S. Составляющие золы: макроэлементы (в виде оксидов)-Si02, CaO, A12O3, Fe2O3, MgO, K2O, P2O5, SO3; микроэлементы-Zn, Сu, Со, Мо, Мn. Физ. свойства: плотн. от 0,8−1,08 (влажное в-во) до 1,4−1,7 (сухое в-во) г/см3; пористость 96−97% по объему; влагоемкость 6,4−30 г/кг; уд. теплота сгорания 10−24 МДж/кг; выход летучих веществ (образуются при нагревании без доступа воздуха) ок. 70% на горючую массу; зольность 2−18% по массе.

1.1.2.в Области применения торфа

Области применения торфа: приготовление компостов, компонент удобрений; овощеводство и цветоводство (парниковый грунт, брикеты и горшочки для выращивания рассады, сеянцев и саженцев древесных пород); озеленение (торфодерновые ковры); антисептич. подстилочный материал (на животноводч. и птицеводч. фермах); газои водопоглотитель (адсорбент для очистки сточных вод и вод, загрязненных нефтью); стр-во (как малотеплопроводный и звукоизоляц. материал); получение металлургич. кокса, актив-ного угля, торфяного воска; медицина (напр., торфогрязелечение); топливо (преим. на электростанциях, реже для коммунально-бытовых целей).

1.1.2.г Торфяные технологии и продукция для экологии и охраны окружающей среды

Для нужд экологии и охраны окружающей среды разработаны следующие технологии на основе торфа:

· технология и оборудование для производства торфяных фильтрующих элементов;

· технология производства активированных углей (подготовка сырья);

· технология производства нетканых фильтрующих материалов;

· технология и комплекс машин для производства торфодерновых ковров;

· технология и комплекс машин для утилизации осадков городских сточных вод;

· технологии и оборудование для производства торфяных компостов.

Фильтрующий элемент торфяной — является исходным материалом для получения торфяных фильтров. Торфяные фильтры предназначены для действующих систем тонкой очистки промышленных сточных вод от нефтепродуктов, системы сооружений очистки хозяйственно-бытовых и промышленных сточных вод поселков городского типа и промышленных предприятий или их доочистки после аэротенков с последующим использованием очищенной воды в технологических процессах или сбросом в водоприемник.

Области применения торфяных фильтров — автомобильная, химическая, легкая и пищевая промышленность, атомная и тепловая энергетика и др.

Отработанный торфяной фильтр представляет собой волокнистый, пропитанных нефтемаслопродуктами материал. Его утилизация осуществляется сжиганием в котельной, работающей на твердом топливе.

Торфодерновые ковры предназначены для быстрого озеленения и одерновки больших площадей открытых грунтовых поверхностей в зеленом строительстве, дорожном, жилищном и мелиоративном строительстве, при восстановлении ландшафтов, укреплении откосов, борьбы с эррозией почв. Торфодерновые ковры незаменимы при оформлении выставок и интерьеров зданий.

Торфодерновые ковры выращиваются на торфяных залежах. Готовность ковра наступает через 35−45 дней после посева, затем производится съем. Рулоны торфодерновых ковров в контейнерах по 12−15 штук доставляются на место укладки. В условиях средней полосы России за сезон можно провести два съема ковров с одной площадки.

1.1.3 Жидкое вещество — нефть

1.1.3.a Коротко о веществе

Нефть (греч. нбциб, или через тур. neft, от персидск. нефт; восходит к аккадскому напатум — вспыхивать, воспламеняться) — горючая маслянистая жидкость, являющаяся смесью углеводородов, красно-коричневого, иногда почти чёрного цвета, хотя иногда встречается и слабо окрашенная в жёлто-зелёный цвет и даже бесцветная нефть, имеет специфический запах, распространена в осадочной оболочке Земли; одно из важнейших для человечества полезных ископаемых.

1.1.3.б Физико-химические свойства Нефть — жидкость от светло-коричневого (почти бесцветная) до тёмно-бурого (почти чёрного) цвета (хотя бывают образцы даже изумрудно-зелёной нефти). Средняя молекулярная масса 220—300 г/моль (редко 450—470). Плотность 0,65—1,05 (обычно 0,82—0,95) г/смі; нефть, плотность которой ниже 0,83, называется лёгкой, 0,831—0,860 — средней, выше 0,860 — тяжёлой. Плотность нефти, как и других углеводородов, сильно зависит от температуры и давления. Она содержит большое число разных органических веществ и поэтому характеризуется не температурой кипения, а температурой начала кипения жидких углеводородов (обычно >28 °C, реже ?100 °C в случае тяжелых немфтей) и фракционным составом — выходом отдельных фракций, перегоняющихся сначала при атмосферном давлении, а затем под вакуумом в определённых температурных пределах, как правило до 450—500°С (выкипает ~ 80% объёма пробы), реже 560—580 °С (90—95%). Температура кристаллизации от ?60 до + 30 °C; зависит преимущественно от содержания в нефти парафина (чем его больше, тем температура кристаллизации выше) и лёгких фракций (чем их больше, тем эта температура ниже). Вязкость изменяется в широких пределах (от 1,98 до 265,90 ммІ/с для различных немфтей, добываемых в России), определяется фракционным составом нефти и её температурой (чем она выше и больше количество лёгких фракций, тем ниже вязкость), а также содержанием смолисто-асфальтеновых веществ (чем их больше, тем вязкость выше). Удельная теплоёмкость 1,7—2,1 кДж/(кг•К); удельная теплота сгорания (низшая) 43,7—46,2 МДж/кг; диэлектрическая проницаемость 2,0—2,5; электрическая проводимость от 2•10−10 до 0,3•10?18 Ом?1•см?1.

Нефть — легко воспламеняющаяся жидкость; температура вспышки от ?35 до +121 °C (зависит от фракционного состава и содержания в ней растворённых газов). Нефть растворима в органических растворителях, в обычных условиях не растворима в воде, но может образовывать с ней стойкие эмульсии. В технологии для отделения от нефти воды и растворённой в ней соли проводят обезвоживание и обессоливание.

1.1.3.в Применение нефти

Сырая нефть непосредственно не применяется. Для получения из неё технически ценных продуктов, главным образом моторных топлив, растворителей, сырья для химической промышленности, её подвергают переработке. Нефть занимает ведущее место в мировом топливно-энергетическом балансе: доля её в общем потреблении энергоресурсов составляет 48%. В перспективе эта доля будет уменьшаться вследствие возрастания применения атомной и иных видов энергии, а также увеличения стоимости добычи.

В связи с быстрым развитием в мире химической и нефтехимической промышленности, потребность в нефти увеличивается не только с целью повышения выработки топлив и масел, но и как источника ценного сырья для производства синтетических каучуков и волокон, пластмасс, ПАВ, моющих средств, пластификаторов, присадок, красителей и др. (более 8% от объёма мировой добычи). Среди получаемых из нефти исходных веществ для этих производств наибольшее применение нашли: парафиновые углеводороды — метан, этан, пропан, бутаны, пентаны, гексаны, а также высокомолекулярные (10—20 атомов углерода в молекуле); нафтеновые; ароматические углеводороды — бензол, толуол, ксилолы, этилбензол; олефиновые и диолефиновые — этилен, пропилен, бутадиен; ацетилен. Истощение ресурсов нефти, рост цен на неё и др. причины вызвали интенсивный поиск заменителей жидких топлив.

1.1.3.г Исторические сведения о нефти

Нефть известна человечеству с древнейших времён. Раскопками на берегу Евфрата установлено существование нефтяного промысла за 6000—4000 лет до н. э. В то время её применяли в качестве топлива, а нефтяные битумы — в строительном и дорожном деле. Нефть известна была и Древнему Египту, где она использовалась для бальзамирования умерших. Плутарх и Диоскорид упоминают о нефти, как о топливе, применявшемся в Древней Греции. Около 2000 лет назад было известно о её залежах в Сураханах около Баку (Азербайджан). К 16 в. относится сообщение о «горючей воде — густе», привезённой с Ухты в Москву при Борисе Годунове. Несмотря на то, что, начиная с 18 в., предпринимались отдельные попытки очищать нефть, всё же она использовалась почти до 2-й половины 19 в. в основном в натуральном виде. На нефть было обращено большое внимание только после того, как было доказано в России заводской практикой братьев Дубининых (с 1823), а в Америке химиком Б. Силлиманом (1855), что из неё можно выделить керосин — осветительное масло, подобное фотогену, получившему уже широкое распространение и вырабатывавшемуся из некоторых видов каменных углей и сланцев. Этому способствовал возникший в середине 19 в. способ добычи нефти с помощью буровых скважин вместо колодцев. Но впервые в больших количествах стали добывать в Баку

1.1.3.д Развитие учения о нефти и нефтепереработке

Основы учения о нефти были заложены русскими и продолжены далее советскими учёными. Так Д. И. Менделеев впервые обратил внимание на то, что нефть является важнейшим источником химического сырья, а не только топливом; он посвятил ряд работ происхождению и рациональной переработке нефти. Ему принадлежит известное высказывание: «Нефть — не топливо, топить можно и ассигнациями» (полагая, что целлюлоза ассигнаций — возобновляемый и менее ценный источник сырья, чем нефть). Большое значение имели работы В. В. Марковникова (80-е гг. 19 в.), посвящённые изучению состава нефти; им был открыт в нефти новый класс углеводородов, названный им нафтенами, и изучено строение многих углеводородов. Л. Г. Гурвич на основании своих исследований, разработал физико-химическую основу очистки нефти и нефтепродуктов и значительно усовершенствовал методы её переработки. Продолжая работы Марковникова, Н. Д. Зелинский разработал в 1918 каталитический способ получения бензина из тяжёлых остатков нефти. Многие годы в области химии нефти работал С. С. Намёткин; им разработаны методы определения содержания в нефти углеводородов разных классов (определение группового состава) и указаны способы повышения выхода нефтепродуктов. В. Г. Шухов изобрел первую в мире промышленную установку термического крекинга нефти (1891), был автором проекта и главным инженером строительства первого российского нефтепровода (1878), заложил основы конструирования нефтепроводов, нефтехранилищ и оборудования нефтепереработки.

2.1 Теоретические данные

Пожаровзрывоопасность веществ и материалов определяется показателями, выбор которых зависит от агрегатного состояния вещества (материала) и условий его применения.

При определении пожаровзрывоопасности веществ и материалов различают:

газы — вещества, давление насыщенных паров которых при температуре 25 °C превышает 101,3 кПа;

жидкости — вещества, давление насыщенных паров которых при температуре 25 °C меньше 101,3 кПа. К жидкостям относят также твердые плавящиеся вещества, температура плавления или каплепадения которых меньше 50 °C;

твердые вещества и материалы — индивидуальные вещества и иx смесевые композиции с температурой плавления или каплепадения больше 50 °C, а также вещества, не имеющие температуру плавления (например, древесина, ткани и т. п.);

пыли — диспергированные твердые вещества и материалы с размером частиц менее 850 мкм.

Номенклатура показателей и их применяемость для характеристики пожаровзрывоопасности веществ и материалов приведены в табл. 1.

Таблица 1

Число показателей, необходимых и достаточных для характеристики пожаровзрывоопасности веществ и материалов в условиях производства, переработки, транспортирования и хранения, определяет разработчик системы обеспечения пожаровзрывобезопасности объекта или разработчик стандарта и технических условий на вещество (материал).

Горение — экзотермическая реакция, протекающая в условиях ее прогрессивного самоускорения.

По горючести вещества и материалы подразделяют на три группы: негорючие (несгораемые) — вещества и материалы, не способные к горению в воздухе. Негорючие вещества могут быть пожаровзрывоопасными (например, окислители или вещества, выделяющие горючие продукты при взаимодействии с водой, кислородом воздуха или друг с другом);

трудногорючие (трудносгораемые) — вещества и материалы, способные гореть в воздухе при воздействии источника зажигания, но не способные самостоятельно гореть после его удаления;

горючие (сгораемые) — вещества и материалы, способные самовозгораться, а также возгораться при воздействии источника зажигания и самостоятельно гореть после его удаления. Горючие жидкости с температурой вспышки не более 61 °C в закрытом тигле или 66 °C в открытом тигле, зафлегматизированных смесей, не имеющих вспышку в закрытом тигле, относят к легковоспламеняющимся. Особо опасными называют легковоспламеняющиеся жидкости с температурой вспышки не более 28 °C.

Сущность экспериментального метода определения горючести заключается в создании температурных условий, способствующих горению, и оценке поведения исследуемых веществ и материалов в этих условиях.

2.1.1 Температура вспышки

Вспышка — быстрое сгорание газопаровоздушной смеси над поверхностью горючего вещества, сопровождающееся кратковременным видимым свечением.

Температура вспышки — наименьшая температура конденсированного вещества, при которой в условиях специальных испытаний над его поверхностью образуются пары, способные вспыхивать в воздухе от источника зажигания; устойчивое горение при этом не возникает.

Значение температуры вспышки применяется для характеристики пожарной опасности жидкости.

Сущность экспериментального метода определения температуры вспышки заключается в нагревании определенной массы вещества с заданной скоростью, периодическом зажигании выделяющихся паров и установлении факта наличия или отсутствия вспышки при фиксируемой температуре.

2.1.2 Температура воспламенения

Воспламенение — пламенное горение вещества, инициированное источником зажигания и продолжающееся после его удаления.

Температура воспламенения — наименьшая температура вещества, при которой в условиях специальных испытаний вещество выделяет горючие пары и газы с такой скоростью, что при воздействии на них источника зажигания наблюдается воспламенение.

Значение температуры воспламенения применяется при определении группы горючести вещества, оценке пожарной опасности оборудования и технологических процессов, связанных с переработкой горючих веществ, при разработке мероприятий по обеспечению пожарной безопасности.

Сущность экспериментального метода определения температуры воспламенения заключается в нагревании определенной массы вещества с заданной скоростью, периодическом зажигании выделяющихся паров и установлении факта наличия или отсутствия воспламенения при фиксируемой температуре.

2.1.3 Температура самовоспламенения

Самовоспламенение — резкое увеличение скорости экзотермических объемных реакций, сопровождающееся пламенным горением и/или взрывом.

Температура самовоспламенения — наименьшая температура окружающей среды, при которой в условиях специальных испытаний наблюдается самовоспламенение вещества.

Значение температуры самовоспламенения применяется при определении группы взрывоопасной смеси для выбора типа взрывозащищенного электрооборудования, при разработке мероприятий по обеспечению взрывопожаробезопасности технологических процессов.

Сущность метода определения температуры самовоспламенения заключается во введении определенной массы вещества в нагретый объем и оценке результатов испытания. Изменяя температуру испытания, находят ее минимальное значение, при котором происходит самовоспламенение вещества.

2.1.4 Концентрационные пределы распространения пламени

Нижний (верхний) концентрационный предел распространения пламени — минимальное (максимальное) содержание горючего вещества в однородной смеси с окислительной средой, при котором возможно распространение пламени по смеси на любое расстояние от источника зажигания.

Значения концентрационных пределов распространения пламени включаются в стандарты или технические условия на газы, легковоспламеняющиеся индивидуальные жидкости и азеотропные смеси жидкостей, на твердые вещества, способные образовывать взрывоопасные пылевоздушные смеси (для пылей определяют только нижний концентрационный предел). Значения концентрационных пределов применяются при определении категории помещений по взрывопожарной и пожарной опасности в соответствии с требованиями норм технологического проектирования; при расчете взрывобезопасных концентраций газов, паров и пылей внутри технологического оборудования и трубопроводов, при проектировании вентиляционных систем, а также при расчете предельно допустимых взрывобезопасных концентраций газов, паров и пылей в воздухе рабочей зоны с потенциальными источниками зажигания, при разработке мероприятий по обеспечению пожарной безопасности объекта.

Сущность метода определения концентрационных пределов распространения пламени заключается в зажигании газо-, пароили пылевоздушной смеси заданной концентрации исследуемого вещества в объеме реакционного сосуда и установлении факта наличия или отсутствия распространения пламени. Изменяя концентрацию горючего в смеси, устанавливают ее минимальное и максимальное значения, при которых происходит распространение пламени.

2.1.5 Температурные пределы распространения пламени (воспламенения)

Температурные пределы распространения пламени — такие температуры вещества, при которых его насыщенный пар образует в окислительной среде концентрации, равные соответственно нижнему (нижний температурный предел) и верхнему (верхний температурный предел) концентрационным пределам распространения пламени.

Значения температурных пределов распространения пламени применяются при разработке мероприятий по обеспечению пожаровзрывобезопасности объекта; при расчете пожаровзрывобезопасных температурных режимов работы технологического оборудования; при оценке аварийных ситуаций, связанных с разливом горючих жидкостей, для расчета концентрационных пределов распространения пламени, а также необходимо включать в стандарты или технические условия на горючие жидкости.

Сущность метода определения температурных пределов распространения пламени заключается в термостатировании исследуемой жидкости при заданной температуре в закрытом реакционном сосуде, содержащем воздух, испытании на зажигание паровоздушной смеси и установлении факта наличия или отсутствия распространения пламени. Изменяя температуру испытания, находят такие ее значения (минимальное и максимальное), при которых насыщенный пар образует с воздухом, смесь, способную воспламеняться от источника зажигания и распространять пламя в объеме реакционного сосуда.

2.1.6 Минимальная флегматизирующая концентрация флегматизатора

Минимальная флегматизирующая концентрация флегматизатора — наименьшая концентрация флегматизатора в смеси с горючим и окислителем, при которой смесь становится неспособной к распространению пламени при любом соотношении горючего и окислителя.

Значение минимальной флегматизирующей концентрации флегматизатора применяется при разработке мероприятий по обеспечению пожаровзрывобезопасности технологических процессов методом флегматизации.

Сущность метода определения минимальной флегматизирующей концентрации флегматизатора заключается в определении концентрационных пределов распространения пламени горючего вещества при разбавлении газо-, парои пылевоздушной смеси данным флегматизатором и получении «кривой флегматизации». Пик «кривой флегматизации» соответствует значению минимальной флегматизирующей концентрации флегматизатора.

2.1.7 Минимальное взрывоопасное содержание кислорода

Минимальное взрывоопасное содержание кислорода — такая концентрация кислорода в горючей смеси, состоящей из горючего вещества, воздуха и флегматизатора, меньше которой распространение пламени в смеси становится невозможным при любой концентрации горючего в смеси, разбавленной данным флегматизатором.

Значение минимального взрывоопасного содержания кислорода применяется при разработке мероприятий по обеспечению пожаровзрывобезопасности технологических процессов.

Сущность метода определения минимального взрывоопасного содержания кислорода заключается в испытании на воспламенение газо-, пароили пылевоздушных смесей различного состава, разбавленных данным флегматизатором, до выявления минимальной концентрации кислорода и максимальной концентрации флегматизатора, при которых еще возможно распространение пламени по смеси.

2.1.8 Максимальное давление взрыва

Максимальное давление взрыва — наибольшее избыточное давление, возникающее при дефлаграционном сгорании газо-, пароили пылевоздушной смеси в замкнутом сосуде при начальном давлении смеси 101,3 кПа.

Значение максимального давления взрыва применяется при определении категории помещений по взрывопожарной и пожарной опасности в соответствии с требованиями норм технологического проектирования, при разработке мероприятий по обеспечению пожаровзрывобезопасности технологических процессов.

Сущность метода определения максимального давления взрыва заключается в зажигании газо-, парои пылевоздушной смеси заданного состава в объеме реакционного сосуда и регистрации избыточного развивающегося при воспламенении горючей смеси давления. Изменяя концентрацию горючего в смеси, выявляют максимальное значение давления взрыва.

Инициирование (зажигание) газовоздушной смеси с образованием очага горения возможно при следующих условиях:

концентрация горючего газа в газовоздушной смеси должна быть в диапазоне между нижним и верхним концентрационными пределами распространения пламени;

энергия зажигания от искры, горячей поверхности должна быть не ниже минимальной. Для большинства взрывчатых смесей энергия зажигания не превышает 30 Дж.

Нижний концентрационный предел (снкп) распространения пламени — это такая концентрация горючего газа в смеси с окислительной средой, ниже которой смесь становится неспособной к распространению пламени.

Верхний концентрационный предел (свкп) распространения пламени — это такая концентрация горючего в смеси с окислительной средой, выше которой смесь становится неспособной к распространению пламени.

Минимальная энергия инициирования (зажигания) (Эи) — наименьшее значение энергии электрического разряда, способное воспламенить смесь стехиометрического состава.

Концентрация газа стехиометрического состава (ссх) — концентрация горючего газа в смеси с окислительной средой, при которой обеспечивается полное без остатка химическое взаимодействие горючего и окислителя смеси.

При сгорании газовоздушной смеси стехиометрического состава образуются только конечные продукты по реакции горения и выделившаяся теплота их сгорания не расходуется на нагревание несгоревших окислителя или горючего — последних не образуется. По этой причине продукты сгорания нагреваются до максимальной температуры.

В случае дефлаграционного горения такой смеси в замкнутом герметичном и теплоизолированном объеме образуются максимальные температура и давление. Величина максимального давления является характеристикой соответствующей газовоздушной смеси.

3.1 Методы расчета

3.1.1 Метан

Уравнение химической реакции газа с воздухом:

СН4 + 2(О2 + N2) = СО2+2Н2О+2N2

Вступает с галогенами в реакции замещения (например, CH4 + 3Cl2= CHCl3+ 3HCl), которые проходят по свободно радикальному механизму:

CH4 + ЅCl2 = CH3Cl (хлорметан)

CH3Cl + ЅCl2 = CH2Cl2 (дихлорметан)

CH2Cl2 + ЅCl2 = CHCl3 (трихлорметан)

CHCl3 + ЅCl2 = CCl4 (тетрахлорметан) Выше 1400° С разлагается по реакции:

2CH4 = C2H2 + 3H2

Окисляется до муравьиной кислоты при 150−200 °С и давлении 30−90 атм. по цепному радикальному механизму:

CH4 + 3[O] = HCOOH + H2O

3.1.1.а Концентрационные пределы распространения пламени

= 100 / (1+0,0246 * (-74.8) + (9,134 + 2,612*4) = 100 / 18.74 192 = 5.335 669 076%

= 100 / 1,39*4 = 100 / 5.56 = 17.9856%

3.1.1.б Флегматизирующие концентрации инертных разбавителей

нф = (8,097 mC + 65,57l mH + 69,079 mO — l7,469 mN + ДHo1) / (H`ф — Hoф) = (8,097*1 + 65,571*4 — 74.8) / 34,9 = 195,581 / 34,9 = 5, 604%

цгф = 100 / [1 + 2,42 (mC + 0,5 mH — mO) + нф ] = 100 / 1 + 2.42 (1 + 0,5*4 — 0) + 5,604 = 100 / 13.864 = 7.2129%

цфс = цгф нф = 5,604% * 7.2129% = 40.422 123 485% ~

цф = 100 цфс / (100 — цгф) = 100 * 40.42 / 100 — 7.21 = 43.56%

3.1.1.в Минимальное взрывоопасное содержание кислорода в паровоздушной смеси

МВСК = (100 — цфс — цгф) * 0,20 642 = (100 — 40.42 — 7.21) * 0.20 642 = 52.37 * 0.20 642 = 10.81 ± 10%.

3.1.1г Расчет температуры самовоспламенения химических соединений

lэ = 0

1j = m Cj + ?lэ = m Cj + ?(б + bmC) / r = 1 + (8 + -0.2)/1 = 3.9

ny = 0,5m (m — 1) = 0,5*3(3−1) = 3

lср = (1/ny) = 1/3*3.9= ?5, значит находим температуру самовоспламенения по формуле:

= 300 + 116*(5- 11)^½= 557 ±25°С

3.1.2 Нефть

3.1.2а Температура самовоспламенения

lэ = 2,5

1j = m Cj + ?lэ = 10,5 (т.к. m Cj = 8)

ny = 0,5m (m — 1) = 0,5* 2 (2 — 1) = 1

lср = (1/ny) = 10,5 +++, значит находим температуру самовоспламенения по формуле:

= 300 — 38 * (10,5 — 5)^½ = 300 — 38*(5,5)^½ = 210.882 и менее, так как в расчёт бралась «урезанная формула» нефти, на примере Ухтинской нефти:

3.1.2б Методы расчета температуры вспышки индивидуальных жидкостей

В закрытом тигле

= (-73,14) + 0,659*(30) — 2.03*1 + 1,105*8 + 1,72*4 = 19.77 — 2.03 + 8.84 + 6.88 -73,14 = -39.68°С ± 13 °C.

В открытом тигле

= (-73) + 0,409*(30) — 14,86*1 + 3.63*4 — 4.18*4 = -77.79 °С ± 10 °C.

3.1.2.в Метод расчета температуры воспламенения жидкостей

= -47,78 + 0,882*30 — 2,118 + 0.027*8 — 8.890*4 = -58.782± 5 °C (здесь стоит прибавить множество различных связей С-С и О-Н которые могут возникать в разных составах нефти, а так же различные другие примеси).

3.1.2.г Методы расчеты концентрационных пределов распространения пламени

= 100 / (1 + 0.0246*318.25 + 9.134*8 + 2.612 — 0.494) = 100/84.018 = 1.19%

Верхний предел

= 100 / 0.84*3 + 0,24*4 — 1,17 = 100 / 2.31 = 43.29%

3.1.2.д Методы расчета температурных пределов распространения пламени

Нижний предел

= -62.46 + 0.655*30 — 0.009 — 0.909*4 — 2.66*3 +6.53 = -47.905± 9 °C.

Верхний предел

=-41.43 + 0.723*30 + 0.57 — 1.158*4 — 4.64*3 + 6.152 = -31.57

3.1.2.е Флегматизирующие концентрации инертных разбавителей

нф = (8,097 mC + 65,57l mH + 69,079 mO — l7,469 mN + ДHo1) / (H`ф — Hoф) = 8,097*8 + 67,571- 318,25) / 34,9 = 11.57%

цгф = 100 / [1 + 2,42 (mC + 0,5 mH — mO) + нф ] = 100 / [1+ 2,42(8 + 0,5) + 11.57 = 100 / 33.14 = 3% ~

цфс = цгф нф = 34.5%

цф = 100 цфс / (100 — цгф) = 100 * 34.5 / 100 — 3 = 35.56%

3.1.2ж Минимальное взрывоопасное содержание кислорода (МВСК)

МВСК = (100 — цфс — цгф) 0,20 642 =(100 — 34.5 — 3) 0,20 642 = 12.5% ± 10%.

Заключение

Приведём полученные и табличные данные в таблице:

· Акатьев В. А. Основы взрывопожаробезопасности. / Учебное пособие. — М.: МГТУ им. А. Н. Косыгина, 2004. — 384 с.

· Основы практической теории горения. / Под ред. Померанцева В. В. Л.: Энергия, 1973.

· Поздняков 3. Г., Росси Б. Д. Справочник по промышленным взрывчатым веществам и средствам взрывания. — М.: Недра. 1977. — 247 с.

· Справочник. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и средства их тушения: в 2 книгах / Под ред. А. Н. Баратова. — М.: Химия, 1990. — кн. 1 — 496 с., кн. 2 — 384 с.

· ФЗ «О промышленной безопасности опасных производственных объектов», 21.07.97 г. № 116-фз.

· ГОСТ 12. 1. 044 — 89. Система стандартов безопасности труда. Пожаровзрывобезопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения. 2001. — 99 с.

· ГОСТ 12.1.004−91. Пожарная безопасность. Общие требования.

· ГОСТ 12.3.047−98. Пожарная безопасность технологических процессов. Общие требования. Методы контроля.

· Корольченко Пожаровзрывопасность веществ и материалов и средства их тушения (часть 1)

· Корольченко Пожаровзрывопасность веществ и материалов и средства их тушения (часть 2)

· Безуглов ПТ Справочная таблица огнеопасных веществ

· Корольченко А. Я. Процессы горения и взрыва. — М.: Пожнаука, 2007. — 266 с.