Классификация производственных источников зажигания.

Источником зажигания может явиться такое нагретое тело (при вынужденном воспламенении) или такой экзотермический процесс (при самовоспламенении), которые способны нагреть некоторый «объем горючей смеси до определенной температуры, когда скорость тепловыделения (за счет реакции в горючей смеси) равна или пре­вышает скорость теплоотвода из зоны реакции, причем мощность и длительность теплового действия источника должны обеспечивать поддержание критических условий в течение времени, необходимого для развития реакции с формированием фронта пламени, способ­ного к дальнейшему самопроизвольному распространению.

Следует отметить, что поджигающую способность точечного ис­точника тепла оценивают упрощенно — путем сравнения температуры, теплосодержания и времени его теплового действия с соответствующими характеристиками горючей смеси. При этом счи­тают, что источник тепла опасен как источник зажигания, если тем­пература Т_Ипревышает температуру самовоспламенения горючей среды Т_СВ; если теплосодержание q_И превышает минимальную энер­гию зажигания горючей среды q_МИН; если время теплового действия t_И превышает период индукции горючей среды t_ИНД.Первые два параметра (Т_Ии q_И) могут быть определены путем измерения или расчета. В определении третьего параметра (t_И) есть трудности, связанные с экспериментом, максимально прибли­женным к условиям производства.Думается, что хотя бы для приближенной оценки пожарной опасности точечных источников тепла целесообразно учитывать и использовать имеющиеся теоретические разработки.Область проявления неподвижного точечного источника тепла ограничена. Такой источник тепла может быть получен, например, в стационарном искровом промежутке при неподвижной горючей смеси. На практике в большинстве случаев искра является подвиж­ной относительно среды. Так, достоверно установлено, что при уда­рах с трением поджигание происходит искрами во время их поле­та, причем при полете свечение фрикционных искр усиливается вследствие экзотермических реакций окисления искры в воздухе. Подвижными являются искры и в продуктах сгорания.Если движение смеси относительно частицы (или наоборот) яв­ляется ламинарным, условия поджигания подвижной и неподвиж­ной искрой можно считать одинаковыми.Из физических представлений следует, что количество тепла, необходимое для прогрева критического объема горючей смеси до температуры горения, - это и есть так называемая минимальная энергия зажигания конкретной горючей смеси. Тогда критическое условие зажигания искрой можно записать в виде

q_И ≥ q_МИН где q_И - фактическое количество тепла, отдаваемое искрой в кри­тический объем горючей смеси; q_МИН - минимальная энергия зажи­гания.

Рисунок 2- Схема прогрева среды подвижной искрой: 1 - траектория движения искры; 2 - искра; 3 - граница зоны прогретой го­рючей смеси

Рисунок 1 - Распределение температуры в сечении, пер­пендикулярном траектории искры

Вблизи неподвижной искры критический объем смеси имеет

форму сферы. На траектории полета подвижной искры прогревае­мый объем имеет примерно форму цилиндра. За критический объем можно принять часть цилиндра длиной, равной критическому диа­метру (или двум критическим радиусам). Количество тепла Дд_и» отдаваемое искрой в критический объем, равно изменению теплосо­держания искры при охлаждении ее в пределах критического объема:

q_И=V_Иr_Иc_ИDТ_И

где V_И, r_И, c_И - объем, плотность и удельная теплоемкость искры; DТ_И - разность температур искры в начале и конце расчетного участка.

ффективное тепловое воздействие подвижной искры ограниче­но временем пребывания ее в пределах одного критического объе­ма. Изменение температуры искры за это время можно определить расчетом теплоотдачи от шарообразного тела в неограниченное пространство.

Диаметр прогретого летящей искрой (до температуры само­воспламенения) объема горючей среды с d_ПРможно приближенно определить исходя из известной задачи прогрева газа движущейся нагретой сферической частицей с температурой Т_И, радиусом r_И и скоростью движения W_И (рис.).

Рисунок 3 - Факел для сжигания газов: 1 - линия подачи водяного пара; 2 - линия поджигания дежурной горел­ки; 3 - линия подачи газа к дежурной горелке; 4 - го­релка; 5 – ствол факела; 6 - огнепреградитель; 7- се­паратор; 8 - линия, подводящая газ на сжигание

Распределение температур в сечении, перпендикулярном траек­тории движения искры, принимаем совпадающим с распределением температуры перед искрой (рис.). Тогда уравнение стационар­ной теплопроводности вдоль траектории искры, летящей в непод­вижном газе, будет иметь вид:

Его решение для граничных условий Т = Т_Ипри х=0 и Т=Т₀при x = ¥ имеет вид:

Отсюда толщина зоны, прогретой до температуры самовоспла­менения, составит:

а величина соответствующего ей диаметра зоны прогрева будет равна:

Расчеты показали, что толщина прогретого слоя, мала по сравнению с размером искры, причем определяющим параметром является скорость движения искры. С увеличением скорости движения поджигающая способность иск­ры снижается.

Производственные источники зажигания рассмотрим в следую­щей последовательности: открытый огонь, раскаленные продукты горения и нагретые ими поверхности; тепловое проявление механи­ческой энергии; тепловое проявление химических реакций (из этой группы в самостоятельную выделены открытый огонь и продукты горения); тепловое проявление электрической энергии.