Взрыва газо- и паровоздушных смесей

 

1. Метод заключается в определении верхних границ для максимальной и средней скорости нарастания давления взрыва газо- и паровоздушных смесей в сферическом реакционном сосуде постоянного объема.

Верхнюю границу для максимальной скорости нарастания давления в кПа·с^-1 вычисляют по формуле

 

(97)

 

где pi	— начальное давление, кПа;
	— нормальная скорость распространения пламени при начальных давлении и температуре, м·с-1;
а	— радиус сферического реакционного сосуда, м;
	— безразмерное максимальное давление взрыва;
рe	— максимальное абсолютное давление взрыва, кПа;
g и	— показатель адиабаты для исследуемой смеси;
e	— термокинетический показатель степени в зависимости нормальной скорости распространения пламени от давления и температуры. Если значение e неизвестно, его принимают равным 0,4.

Верхнюю границу для средней скорости нарастания давления в кПа·с^-1 вычисляют по формуле

 

, (98)

 

где — функция от параметров , значения которой находят с помощью номограмм, приведенных на черт. 26 и 27.

Значения находят термодинамическим расчетом или, в случае невозможности расчета, принимают равным соответственно 9,0 и 1,4.

Относительная среднеквадратическая погрешность расчета по формулам (97) и (98) не превышает 20 %.

 

 

Черт. 26

 

 

Черт. 27

2. Максимальную скорость нарастания давления взрыва газо- и паровоздушных смесей для веществ, состоящих из атомов С, Н, О, N, S, F, Cl, вычисляют по формуле

 

(99)

 

где V — объем реакционного сосуда, м³.

Относительная среднеквадратическая погрешность расчета по формуле (99) не превышает 30 %.

 

 

ПРИЛОЖЕНИЕ 13

(рекомендуемое)

 

МЕТОД ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ УСЛОВИЙ ТЕПЛОВОГО САМОВОЗГОРАНИЯ ТВЕРДЫХ ВЕЩЕСТВ И МАТЕРИАЛОВ

 

Аппаратура

Аппаратура для определения условий теплового самовозгорания включает в себя следующие элементы.

1.1. Термостат вместимостью рабочей камеры не менее 40 дм³ с терморегулятором, позволяющим поддерживать постоянную температуру от 60 до 250 °С с погрешностью не более 3 °С.

1.2. Корзиночки из коррозионностойкого металла кубической или цилиндрической формы высотой 35, 50, 70, 100, 140 и 200 мм (по 10 шт. каждого размера) с крышками. Диаметр цилиндрической корзиночки должен быть равен ее высоте. Толщина стенки корзиночки — (1,0±0,1) мм.

1.3. Термоэлектрические преобразователи (не менее 3) максимальным диаметром рабочего спая не более 0,8 мм.

Подготовка к испытанию

2.1. Проводят тарировочное испытание с целью определения поправки (D t _т) к показаниям термоэлектрических преобразователей 2 и 3. Для этого в термостат, нагретый до заданной температуры, помещают корзиночку с негорючим веществом (например, прокаленным песком). Устанавливают термоэлектрические преобразователи (черт. 28) таким образом, чтобы рабочий спай одного термоэлектрического преобразователя контактировал с образцом и располагался в его центре, второго — соприкасался с внешней стороной корзиночки, третьего — находился на расстоянии (30±1) мм от стенки корзиночки. Рабочие спаи всех трех термоэлектрических преобразователей должны располагаться на одном горизонтальном уровне, соответствующем средней линии термостата.

 

 

1, 2, 3 — рабочие спаи термоэлектрических преобразователей

 

Черт. 28

 

Корзиночку с негорючим веществом выдерживают в термостате до установления стационарного режима, при котором показания всех термоэлектрических преобразователей в течение 10 мин остаются неизменными или колеблются с постоянной амплитудой около средних температур t₁, t₂, t₃. Поправку D t _т вычисляют по формуле

 

D t _т = 0,5 (t ₂ + t ₃) - t ₁ (100)

 

2.2. Образцы для испытания должны характеризовать средние свойства исследуемого вещества (материала). При испытании листового материала его набирают в стопку, соответствующую внутренним размерам корзиночки. В образцах монолитных материалов предварительно высверливают до центра отверстие диаметром (7,0±0,5) мм для термоэлектрического преобразователя.

Проведение испытаний

3.1. Заполняют корзиночку исследуемым образцом. Устанавливают термоэлектрические преобразователи в соответствии с 2.1. Корзиночку закрывают крышкой и помещают ее в центр термостата, нагретого до заданной температуры испытания (например, 200 °С).

За температуру испытания принимают среднеарифметическое показаний термоэлектрических преобразователей 2 и 3 за вычетом поправки D t _т.

3.2. Образец выдерживают в термостате до самовозгорания или (при отсутствии самовозгорания) в течение времени, указанного в табл. 33.

 

Таблица 33

 

Высота корзиночки, мм	Продолжительность испытания на самовозгорание, ч

 

За самовозгорание принимают повышение температуры образца (по показаниям термоэлектрического преобразователя 1) до (450±50) °С.

3.3. Если при первом испытании самовозгорание не произошло в течение времени, указанного в табл. 33, то следующее испытание с новым образцом данного объема проводят при большей температуре.

3.4. Если при первом испытании произошло самовозгорание, то следующее испытание с новым образцом данного объема проводят при меньшей температуре (например, на 20 °С меньше).

3.5. Испытания повторяют при различных температурах с образцами данного объема до достижения минимальной температуры, при которой происходит самовозгорание, а при температуре на 10 °С меньше минимальной самовозгорание не происходит. Среднеарифметическое значение этих температур принимают за температуру самовозгорания образца данного объема.

Аналогичные испытания проводят с образцами исследуемого вещества в корзиночках других размеров.

Оценка результатов

4.1. На основании полученных результатов испытаний строят графики зависимости логарифма температуры самовозгорания от логарифма удельной поверхности и логарифма времени до самовозгорания (черт. 29), которые описываются уравнениями прямой линии:

 

lg t _c = A _p+ n _p lg S; (10l)

 

lg t _c = A _в - n _в lg t, (102)

 

где tс	— температура самовозгорания, °С;
A р, п p, A в, n в	— коэффициенты, определяемые по опытным данным;
t	— продолжительность испытания от момента выравнивания температур образца исследуемого вещества и термостата до момента самовозгорания, ч;
S	— удельная поверхность образца, в м-1 вычисляемая по формуле

 

, (103)

 

где F — полная наружная поверхность образца, м²;

V — объем образца, м³.

 

 

Черт. 29

 

4.2. Условия и результаты испытаний регистрируют в протоколе, форма которого приведена в приложении 1.

Требования безопасности

Из-за выделения токсичных продуктов термического разложения термостат следует устанавливать в отдельном помещении с приточно-вытяжной вентиляцией, обеспечивающей кратность обмена воздуха не менее восьми. Рабочее место оператора должно удовлетворять санитарно-гигиеническим требованиям по ГОСТ 12.1.005.

 

 

ПРИЛОЖЕНИЕ 14

(рекомендуемое)

 

МЕТОД ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ МИНИМАЛЬНОЙ ЭНЕРГИИ ЗАЖИГАНИЯ ПЫЛЕВОЗДУШНЫХ СМЕСЕЙ

 

Аппаратура

Установка для определения минимальной энергии зажигания пылевоздушных смесей (черт. 30) включает в себя следующие элементы.

 

 

1 — вибратор; 2 — распылитель; 3 -— сетка; 4 — электроды зажигания;

5 — регулятор межэлектродного расстояния

 

Черт. 30

 

1.1. Виброситовой распылитель на базе электромагнитного вибратора от вибромассажного прибора ВПМ-3 мощностью 18 Вт, обеспечивающий создание пылевого облака различной концентрации. Изменение концентрации пылевоздушной смеси достигается регулировкой напряжения на вибраторе распылителя в диапазоне 20—240 В. Распылитель снабжен ситами с размером ячеек 40 и 100 мкм. Диаметр сит должен быть 15—20 мм. Расстояние между ситом распылителя и горизонтальной плоскостью расположения электродов должно регулироваться дискретно с погрешностью не более 1 мм и принимать значения 5; 10 мм.

1.2. Электроды искрового источника зажигания, представляющие собой стержни из нержавеющей стали диаметром не более 3 мм, длиной не менее 20 мм. Электроды закреплены горизонтально и соосно друг к другу. Угол заточки электродов должен быть не более 15°, расстояние между электродами составляет 2—6 мм и регулируется дискретно с шагом 1 мм и погрешностью ±0,1 мм.

1.3. Установка должна обеспечивать искровой разряд с запасенной энергией 10^-3—10^-1 Дж (при необходимости указанные пределы можно расширить). Частота следования искровых разрядов не должна превышать 2 Гц. В блоке формирования искрового разряда используют: источник высокого напряжения постоянного тока с регулируемым напряжением от 5 до 12 кВ; киловольтметр типа С-196; измеритель L, С, R типа Е7—11; конденсаторы вакуумные типа КП 1—4 для запасаемой энергии от 0 до 50 мДж и дополнительные конденсаторы типа ФГТ-И для запасаемой энергии от 50 до 100 мДж; индуктивность в качестве которой использована высоковольтная обмотка автомобильной катушки зажигания типа Б115; вакуумные выключатели типа ВВ-16/10. Монтаж высоковольтной цепи должен производиться высоковольтным проводом марки ППОВ, а суммарная длина провода не должна превышать 2 м.

1.4. Пригодность установки к работе проверяют по ликоподию (ГОСТ 22226), минимальная энергия зажигания которого должна быть равной (15±5)мДж.

Проведение испытаний

2.1. Для испытаний используют пыль дисперсностью менее 100 мкм.

2.2. Регулируют параметры разрядного контура (емкость рабочего конденсатора и напряжение на его обкладках) таким образом, чтобы обеспечивалось заданное значение запасенной в конденсаторе энергии.

2.3. Устанавливают в распылитель сито с таким размером ячеек, при котором достигается максимальный диапазон изменения концентрации пыли. Виброситовым распылителем создается пылевоздушная смесь, пронизывающая pазрядный промежуток.

2.4. Включают рабочую и контролирующую аппаратуру, обеспечив режим периодичного инициирования искрового разряда.

2.5. Испытания на воспламенение пылевоздушной смеси проводят при заведомо зажигающей энергии, дающей вероятность воспламенения от 0,1 до 0,6. При этом величина разрядного промежутка равна 4 мм, расстояние между ситом и электродами равно 10 мм.

Если при 100 мДж нет воспламенений пылевоздушной смеси, то испытания повторяют, изменяя величину разрядного промежутка (см. 1.1), высоту сита над электродами, а также напряжение на вибраторе с шагом 50 В. Число искровых разрядов в каждой серии должно быть не менее 100.

Минимальной энергией зажигания данной пылевоздушной смеси считают энергию св. 100 мДж, если при испытаниях не зарегистрировано ни одного воспламенения.

2.6. В момент воспламенения пылевоздушной смеси отключают виброситовой распылитель и источник высокого напряжения постоянного тока.

За воспламенение принимают горение пылевоздушной смеси и распространение пламени от источника зажигания на расстояние, более чем в 2 раза превышающее разрядный промежуток.

2.7. Испытания на воспламенение пылевоздушной смеси повторяют при различном напряжении на вибраторе распылителя до выявления наиболее легко воспламеняющейся смеси.

Наиболее легко воспламеняющаяся пылевоздушная смесь имеет самую высокую вероятность воспламенения. Вероятность воспламенения (Р) вычисляют по формуле

 

, (104)

 

где т — число воспламенений пылевоздушной смеси в данной серии испытаний;

n — общее число искровых разрядов в данной серии испытаний.

 

Примечание. Число воспламенений должно быть одинаковым в каждой серии и не менее 10.

 

2.8. Изменяя расстояние (h) между ситом дозатора и электродами, а также величину разрядного промежутка (l), повторяют испытания с наиболее легко воспламеняющейся пылевоздушной смесью до выявления оптимальных значений переменных параметров h и l. Оптимальные значения указанных параметров характеризуются наибольшей вероятностью воспламенения.

2.9. Изменяя энергию искрового разряда, проводят испытания с наиболее легко воспламеняющейся пылевоздушной смесью при оптимальных значениях h и l до выявления минимальной энергии зажигания. По экспериментальным данным строят кривую зависимости вероятности воспламенения от величины энергии зажигания (черт. 31).