Способ определения концентрационных пределов воспламенения Советский патент 1982 года по МПК G01N25/52 

(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИОННЫХ ПРЕДЕЛОВ ВОСПЛАМЕНЕНИЯ

1

H3o6peteHHe относится к технике взрывопожаробезопасности, а конкретно к способам определения пределов воспламенения гомогенных парогазовых горючих систем при различных начальных давлениях и температурах, и может быть использовано во 5 всех отраслях народного хозяйства для разработки взрывопожаррбезопасных технологических процессов и оборудования.

Пределы воспламенения являются одним из важнейших показателей, характеризую- ,Q щих взрывопожароопасность горючих систем. Пределы воспламенения зависят от параметров состояния вещества (состава горючей смеси, давления, температуры) и от ускорения силы тяжести.

Известен способ определения пределов is воспламенения с использованием противоположных потоков, заключающийся в следующем: на пористом цилиндре стабилизируется пламя исследуемой горючей смеси, причем вокруг цилиндра создается однородное о течение либо воздуха (при исследовании богатых горючим смесей), либо очень богатых метан-воздушных смесей (при исследовании бедных горючим смесей). Стабилизированное пламя в этом случае является

двойным. Его фотографируют и определяют расстояние между внешним диффузионным пламенем и внутренним, прилегающим к цилиндру, пламенем. За предел воспламенения принимают то значение состава исследуемой смеси, при котором расстояние между двумя пламенами сильно увеличивается 1 .

Класс веществ и набор параметров состояния, для которых пригоден указанный способ, весьма узок из-за трудностей получения стационарного пламени с двумя четко различными зонами, особенно при повышенных начальных давлениях и в сильнокоптящих пламенах. Необходимость визуальных наблюдений усложняет проведение опытов.

Кроме того, получаемые данные недостоверны, поскольку горение идет в условиях, значительно отличающихся от реальных, в частности исследуемая смесь нагревается при прохождении через греющийся излучением цилиндр.

Известен также способ определения концентрационных пределов воспламенения, заключающийся в приготовлении горючих смесей с разными концентрациями нагревании и 11о,1.жи1« смесен э,1е1 три11ескн нагреваемь1м телсМ и регистрации характеристик зажигаияя. Ьс.-ш экспериментально определенная величина нредельной температуры зажигания оказывается выше некоторой постоянной для данной горючей смеси величины, то смесь считается лежащей вне области н()сг1ламенения 2 и 3. Однако величина нредельной темиературы зажигания сама является функцией пара мегров состояния вещества, что делает резу„1ьтаты, получаемые известным способом, неточными и недостоверными. Кроме того, во многих случаях практически невозможно достаточно точно определить величину предельной температуры зажигания из-за предпламенных реакций на .поверхности нагретого тела, сопровождающихся осаждением сажи и/или испарением (возгонкой) материала нагретого тела. Цель изобретения - повышение точности и достоверности измерений. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения концентрационных пределов воспламенения, заключающемуся в приготовлении горючих смесей с разными концентрациями, нагревании и поджиге смесей электрически нагреваемым телом и регистрации характеристик зажигания, нагревание тела и регистрацию характеристик зажигания производят электротермографически нри фиксированной электрической мощности, затем проводят измерения при увеличении электрической мощности и за концентрационный предел воспламенения принимают то значение концентрации горючего газа в смеси, которое не зависит от изменения электрической мощности. Нагревание тела и регистрация характеристик зажигания электротермографическим методом дает возможность отказаться от использования дополнительных датчиков для регистрации характеристик зажигания. Принципиальное отличие предлагаемого способа заключается в том, что исследуют зависимости вре.мени задержки зажигания и величины, характеризующей перегрев за счет экзотермических реакций, а не предельные тем |ературу и электрическую мощность зажигания. При определении предельных температур зажигания (предельных электрических мощностей) время задержки зажигания значительно увеличивается, что сказывается как на состоянии исходной смеси (при небольших размерах реакционного сосуда начинает сказываться выгорание исходной смеси), так и на состоянии самой поверхности нагретого тела. В этом случае величина предельной температуры зажигания может оказаться зависящей от размеров реакционного сосуда. На фиг. 1 изображена блок-схема установки для проведения опытов но предлагаемому способу; на фиг. 2 - типичные электротермограммы при фиксированной электрической мощности, потребляемой проволочкой, в случае определения нижнего концентрационного предела воспламенения смесей пропан-воздух при нормальных условиях (по оси абсцисс - время в секундах, по оси ординат - выходное напряжение моста в вольтах). Электрически нагреваемое тело (проволочка) 1 включено в одно из плеч моста постоянного тока и помещено в реакционный сосуд. В то же плечо включено низкоомное сопротивление 3, которое слабо зависит от температуры. Второе плечо моста содержит два высокоомных сопротивления 4 и 5. Величины сопротивлений 4 и 5 подбирают таким образом, чтобы можно было пренебречь выделяемой на них мощностью. Источник стабилизированного напряжения 6 служит для питания моста. Выходное напряжение моста регистрируется с помощью быстродействующего регистратора 7, например электронного осциллографа. Напряжение питания моста измеряется вольтметром 8. Пример. Проводят определение нижнего концентрационного предела воспламенения пропан-воздушных смесей. Опыты проводят в реакционном сосуде диаметром 80 мм, объемом 1,2 л. В качестве нагреваемого тела ИСПОЛЬЗУЮТ предварительно окисленные (. .i%(:.;(.. (f 0.2 мм; 70 мм). iia );(. и ;:p;;:;,,ix.iib: электротермограммы для трех значений данного пара.метра (т.е. для трех составов смеси) при фиксированной электрической мощности. Рядом с электротермограммами приведены состав смеси, величины времени задержки t и высоты экзотермического скачка h, характеризующие перегрев проволочки. Величины h и 1з приведены в относительных единицах. Видно, что при содержании пропана 2 об.% происходит резкий скачок в зависимости tj и h от состава смеси. Напряжение питания в этом случае равно 8,7 В. Дальнейшее увеличение напряжения питания (электрической мощности) не влияет на место перегиба зависимостей t , и h от состава смеси, поэтому за нижний концентрационный предел воспламенения принята величина равная 2,0 об.% пропана. Апробацию предлагаемого метода проводят для ряда других веществ при раз.личных параметрах состояния. Величины пределов воспламенения, полученные предлагаемым способом, приведены в таблице вместе с наиболее достоверными литературными данными.

Нижний предел не определяется:

Предельное давление пламени распада ацетилена, эта

Использование предлагаемого способа определения пределов воспламенения обеспечивает по сравнению с существующими способами следующие преимущества: повыщение точности и достоверности результатов за счет снижения числа неконтролируемых параметров, влияющих на определяемую величину предела; значительное снижение металлоемкости установок и трудоемкости проведения опытов, особенно при повыщенных предельных температурах и давлениях, за счет уменьщения габаритов реакционных сосудов и отказа от специальных датчиков и аппаратуры для регистрации факта зажигания или распространения пламени.

Формула изобретения

Способ определения концентрационных пределов воспламенения, заключающийся в приготовлении горючих смесей с разными концентрациями, нагревании и поджиге смесей электрически нагреваемым телом и регистрации характеристик зажигания, отличающийся тем, что, с целью повыщения точности и достоверности определения, нагревание тела и регистрацию характеристик зажигания производят электротермографически при фиксированной электрической мощности затем проводят измерения при увеличении электрической мощности и за концентрационный предел воспламенения принимают то значение концентрации горючего газа в смеси, которое не зависит от изменения электрической мощности.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

h 5

h-6

h 5

3