Способ определения степени взрывоопасности газопаровоздушной смеси Советский патент 1992 года по МПК G01N25/52 

Изобретение относится к газовому анализу, конкретнее к способам определения взрывоопасности многокомпонентных смесей горючих газов и паров в воздухе, основанным на окислении горючего компонента кислородом воздуха.

Для анализа содержания того или иного горючего вещества в воздухе (СН4, Н2 и т.д.) применяют газоанализаторы, реализующие различные методы, в основе которых лежит зависимость того или иного физического параметра смеси от содержания в ней искомого компонента, - интерферометрические, абсорбционные, фотоколориметрические, термокондуктометрические.

Однако физические методы, анализа эффективны лишь для анализа бинарных смесей, поскольку реальная взрывоопасность среды, как правило, не коррелирует с ее физическими параметрами.

Известны термохимические газоанализаторы, использующие для формирования выходного сигнала повышение температуры чувствительного элемента, происходящее вследствие окисления на его поверхности горючего компонента анализируемой смеси. Установлено, что тепло, выделяемое при сгорании газовоздушной смеси с концентрацией горючего компонента, равной нижнему концентрационному пределу воспламенения (НКПВ), не зависит от состава горючего. На этом основано предположение о возможности использования термохимических газоанализаторов в

vj

ГО

N чэ

.N

качестве универсального прибора для контроля взрывоопасное™ любой газопаровоздушной смеси сложного состава. При этом газоанализатор градуируется в процентах НКПВ.

Однако известные приборы имеют значительную погрешность измерения суммарной концентрации горючего компонента, определяющей взрывоопасность смеси. Так, для всех отечественных термохимических сигнализаторов установлен порог сра- батывания 5+50% НКПВ. Основной причиной такой большой погрешности является различие процессов массопереноса компонентов смеси из окружающего пространства к поверхности катализатора.

Целью изобретения является повышение точности.

Поставленная цель достигается тем, что в реакторе производят полное окисление анализируемой газопаровоздушной смеси кислородом воздуха и измеряют концентрацию кислорода на входе и выходе реактора, а степеь взрывоопасности определяют, ис- хоцт из соотношения:

С; -С

где С -содержание кислорода в анализируемой смеси на входе в реактор;

С - содержание кислорода на выходе из реактора;

А - количество кислорода, необходимое для окисления предельной смеси.

В основе способа лежит использование свойства, заключающегося в приблизительном постоянстве количества кислорода, необходимого для полного окисления предельной смеси горючих газов с воздухом, независимо от состава анализируемого компонента. Известно, что нижние концентрационные пределы воспламенения горючих органических веществ приближенно определяются выражением

,„ 100 a/8 + b

число молекул кислорода, необходимое для полного окисления одной молекулы горючего вещества;

а - 8,684; Ь 4,679.

Количество кислорода, расходуемое на окисление смеси предельного состава (концентрация горючего вещества соответствует НКПВ), определяется произведением pfi. Поскольку в (2) можно считать а/3 b (что справедливо для большинства органических веществ).

10

А (pfi « -- const.

(3)

15

Величина для широкого круга органических соединений определяется из стехио- метрического соотношения

CxHyOz+ (x+-f-)02

20

- х С02 + -f- H2 0

где x,y,z - количество атомов углерода, водорода, кислорода в молекуле горючего вещества.

25 Сделанное предположение о постоянстве расходуемого при окислении кислорода А рр подтверждается экспериментальными данными.

Точность приближения (3) возрастает с

30 ростом молекулярной массы анализируемого вещества,

. Таким образом, для того, чтобы определить концентрацию горючего компонента в анализируемой смеси (как бинарной, так и

35 многокомпонентной в процентах НКПВ, т.е. фактическую взрывоопасность смеси), достаточно вычислить отношение израсходованного количества кислорода на окисление этого компонента в реакторе к количеству

40 кислорода, необходимого для окисления предельной смеси, т.е. выражение (1).

При этом, естественно, необходимо поддерживать постоянство расхода анализируе45 мой смеси через реактор.

Средняя величина А, полученная для основных горючих веществ, составляет 10,57%. Максимальное отклонение от средней величины составляет 25%. Таким обра50 зом, ширина градуировочного веера на уровне 30% НКПВ составит 7,5% НКПВ, что в 3 раза лучше аналогичного параметра для термохимических газоанализаторов.

На чертеже представлено устройство,

55 реализующее предлагаемый способ определения степени взрывоопасности газопаровоздушной смеси.

Устройство состоит из реактора 1, подогреваемого спиралью 2, внутрь которого помещен насыпной реактор 3. На входе и выходе газовой смеси в реактор установлены кислородоанализаторы 4 и 5. Сигналы кис- лородоанализаторов поступают на вычитающее устройство 6, выходной сигнал которого регистрируется вторичным прибором 7.

Устройство работает следующим образом.

Поступающая на анализ газопароврз- душная смесь проходит в реактор 3 через кислородоанализатор 4, выходной сигнал которого, пропорциональный концентрации кислорода в смеси, подается на вычитающее устройство 6, Внутри реактора 3 протекает реакция полного окисления всех горючих составляющих смеси кислородом воздуха, в результате чего концентрация кислорода на выходе из реактора оказывается ниже, чем на входе в него. Эта концентрация измеряется кислородоа- нализатором 5, сигнал которого также поступает на вычитающее устройство 6. Сигнал, пропорциональный расходу кислорода при окислении с выхода вычитающего устройства 6, поступает на вторичный прибор 7, проградуированный в процентах НКПВ.

Предлагаемый способ позволяет в 3 раза повысить точность при контроле взрыво- опасности смеси при концентрациях горючего компонента ниже НКПВ. В отличие от термохимических газоанализаторов, чувствительные элементы которых подвержены отравлению каталитическими ядами, в предлагаемом устройстве, отравление практически не сказывается.

Это достигается за счет выбора длины реактора,количества катализатора,его температуры (так, чтобы даже при снижении

активности катализатора по-прежнему происходило полное окисление). Кроме того , добиться полного окисления можно и при гомогенном течении реакции, например, за счет значительного повышения температуры реактора. Серийные термохимические газоанализаторы как отечест- венные, так и зарубежные имеют инерционность не менее 10 с. Вместе с тем известны кислородоанализаторы с постоянной времени 0,1 с. Применение таких приборов обеспечит создание быстродействующего анализатора взрывоопасности, который можно применять не только для взрывопредупреждения, но и в системах взрывоподавления.

Формула изобретения Способ определения степени взрывоопасности газрпаровоздушной смеси в процентах нижнего концентрационного предела воспламенения, основанный на окислении горючего компонента смеси кислородом воздуха в реакторе, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, производят полное окисление анализируемой смеси и измеряют концентрацию кислорода на выходе и входе реактора, а степень взрывоопасности определяют исходя из соотношения.

С

с -с

А

где С1- содержание кислорода в анализируемой смеси на входе в реактор;

С -содержание кислорода на выходе из реактора;

А - количество кислорода, необходимое для окисления предельной смеси.

Изобретение может быть использовано для определения степени взрывоопасное™ многокомпонентных смесей горючих веществ в воздухе. Цель изобретения состоит в повышении точности. Поставленная цель достигается тем, что измеряют концентрацию кислорода на входе и выходе из реактора, в котором производят полное окисление анализируемой смеси, а степень взрывоопасности определяют из выражения: С С -С /А, где С-концентрация горючего компонента в анализируемой смеси в процентах НКПВ, С - содержание кислорода в анализируемой смеси на входе в реактор, С - содержание кислорода в смеси, прошедшей через реактор. А - количество кислорода, необходимое для окисления предельной смеси. 1 ил.