CC BY
13
DOI: 10.12845/bitp.42.2.2016.12
bryg. dr hab. Marzena Polka, prof. nadzw. SGSP1 st. kpt. dr inz. Bozena Kukfisz1
Przyjfty/Accepted/Принята: 11.05.2016; Zrecenzowany/Reviewed/Рецензирована: 23.05.2016; Opublikowany/Published/Опубликована: 30.06.2016;
Analiza wybranych parametrow wybuchowosci par heksanu w podwyzszonych temperaturach2
Analysis of Selected Explosion Parameters of Hexane Vapour at Elevated Temperatures
Анализ некоторых параметров взрывоопасности паров гексана при повышенных температурах
ABSTRAKT
Cel: W pracy przeprowadzono analiz^ wplywu temperatury na wartosci parametrow wybuchowosci. Celem artykulu jest okreslenie podstawowych parametrow wybuchowosci tj. maksymalnego cisnienia wybuchu, maksymalnej szybkosci narastania cisnienia wybuchu, dolnej granicy wybuchowosci par n-heksanu w podwyzszonych temperaturach do 50°C i 100°C. Znajomosc parametrow mieszanin palnych, a w szczegolnosci dolnej granicy zapalnosci ma duze znaczenie dla bezpieczenstwa przebiegu wielu procesow przemyslowych. Maksymalne cisnienie wybuchu oraz maksymalna szybkosc narastania cisnienia wybuchu, w miar^ podwyzszania si£ temperatury zmniejszaj^ swoj^ wielkosc, co swiadczy o tym, iz wybuch heksanu w takich warunkach staje si£ mniej gwaltowny. Zgodnie z szacowaniami teoretycznymi, wartosc dolnej granicy wybuchowosci ulega obnizeniu wraz ze wzrostem temperatury, co oznacza, iz uzytkowanie substancji niebezpiecznych o wlasciwosciach zapalnych, w podwyzszonych temperaturach wi^ze si£ z wi^kszym zagrozeniem wybuchem.
Material i metoda: Badania przeprowadzono w sferycznej komorze „metod^ bomby" zgodnie z normami PN-EN 15967:2011 Oznaczanie maksymalnego cisnienia wybuchu i maksymalnej szybkosci narastania cisnienia wybuchu gazow i par oraz PN-EN 1839:2013 Oznaczanie granic wybuchowosci gazow i par [1-2]. Dzi^ki przeprowadzeniu pomiarow metod^ B (bomby), uzyskano wielkosci nadcisnienia wywolanego zaplonem substancji o odpowiednim st^zeniu.
Wyniki: Wartosci maksymalnego cisnienia wybuchu oraz maksymalnej szybkosci narastania cisnienia dla par heksanu w temperaturach 50°C i 100°C malaly wraz ze wzrostem temperatury. Oznaczono je odpowiednio dla st^zen 1,675% mol oraz 1,870% mol substancji palnej. Wielkosc dolnych granic wybuchowosci w miar^ wzrostu temperatury ulegala obnizeniu, osi^gaj^c wartosc 0,881% mol w temp. 50°C, zas 0,800% mol w temp. 100°C. Osi^gni^to maksymalne cisnienie wybuchu wynosz^ce 7,160 bar oraz pr^dkosc narastania cisnienia 396,28 bar/s, co odpowiadalo st^zeniu 1,87% mol par heksanu w temperaturze 50°C oraz 5,645 bar z pr^dkosci^ 369,985 bar/s dla st^zenia 1,675% mol.
Wnioski: Zaleca si£ uwzgl^dnianie wplywu temperatury na parametry wybuchowosci, w szczegolnosci z uwagi na poszerzenie zakresu wybuchowosci pod wplywem wzrostu temperatury.
Slowa kluczowe: parametry wybuchowosci par, PN-EN 15967, PN-EN 1839 Typ artykulu: oryginalny artykul naukowy
ABSTRACT
Aim: The work comprised of a review of the impact of temperature on the values of explosiveness parameters. The aim of the publication is to determine essential explosiveness parameters, i.e. the maximum explosion pressure, maximum rate of explosion pressure rise of n-hexane vapours at elevated temperatures up to 50°C and 100°C.
The knowledge of the parameters of combustible mixtures, and in particular lower flammability limit is important for the safety of the course of many industrial processes. When the temperature increases, the maximum explosion pressure and the maximum rate of pressure rise reducing its value, which proves that the explosion of hexane in such conditions becomes less rapid. According to theoretical estimations the lower explosion limit is reduced when temperature increases, which means that the use of hazardous substances with inflammable properties at elevated temperatures is associated with a higher risk of explosion.
Material and method: The testing was conducted in a spherical chamber in accordance with the following standards standards: PN-EN 15967:2011 The determination of the maximum explosion pressure and maximum rate of explosion pressure rise of gases and vapours and PN-EN 1839:2013 Determination of explosion limits of gases and vapours [1-2].
1 Szkola Glowna Sluzby Pozarniczej / The Main School of Fire Service; Warsaw, Poland; mpolka@sgsp.edu.pl;
2 Autorzy wniesli rowny wklad merytoryczny w opracowanie artykulu / The authors contributed equally to this article;
DOI: 10.12845/bitp.42.2.2016.12
Measurements were made using B (bomb) method which helped to obtain the volume of excess pressure induced by ignition of the substance having appropriate concentration .
Results: The value of maximum explosion pressure and the maximum rate of pressure rise for hexane vapours at temperatures of 50°C and 100°C decreased with the growth of temperature, and has been determined for concentration of 1.675%mol and 1.870%mol of flammable substance respectively. The value of the lower explosive limit decreased as the temperature increased, and reached the value of 0.881%mol at the temperature of 50°C, and 0.800%mol at the temperature of 100°C.
Maximum explosion pressure was reached and amounted to 7.160 bar and the rate of pressure rise was 396.28 bar/s, corresponding to the concentration of 1.87 mol% vapour of hexane at 50°C and 5.645 bar at the rate of 369.985 bar/s for concentration of 1.675 mol% . Conclusions: It is recommended to take into consideration the impact that temperature exerts on explosiveness parameters, in particular owing to the extension of the explosiveness scope under the impact of increases in temperature.
Keywords: parameters of vapour explosiveness, PN-EN 15967, PN-EN 1839 Type of article: original scientific article
АННОТАЦИЯ
Цель: В статье проведен анализ влияния температуры на уровень взрывоопасности. Цель публикации заключается в определении основных параметров взрывоопасности, то есть: максимального давления взрыва, максимальной скорости нарастания давления взрыва, нижнего предела взрывоопасности пара н-гексана при повышенных температурах до 50 и 100°С. Информация о параметрах горючих смесей, а в частности, нижнего предела воспламеняемости, имеет большое значение для обеспечения безопасности хода многих промышленных процессов. Значения максимального давления взрыва и максимальной скорости нарастания давления взрыва уменьшались по мере повышения температуры. Это свидетельствует о том, что взрыв гексана в таких условиях становится не таким сильным. В соответствии с теоретической оценкой, вместе с повышением температуры уменьшается также значение нижнего предела взрывоопасности, что означает повышенную угрозу взрыва при повышенных температурах во время использования легковозораемых опасных веществ.
Материал и метод: Исследование проводилось в сферической камере - «методом бомбы» - в соответствии со стандартами PN-EN 15967:2011 Определение максимального давления взрыва и максимального временного нарастания давления взрыва для газов и паров, а также в соответствии со стандартом PN-EN 1839:2013. Определение пределов взрывоопасности газов и паров [1-2]. Измерения проводились с помощью метода Б (бомбы), в результате которых были получены значения сверхдавления, вызванного воспламенением вещества соответствующей концентрации.
Результаты: Значения максимального давления взрыва и максимальной скорости нарастания давления для паров гексана при температурах 50 и 100°C в случае повышения температуры уменьшались. Они соответствуют концентрации 1,675% моль и 1,870% моль воспламеняющегося вещества. Значения нижних пределов взрывоопасности с повышением температуры уменьшались достигнув 0,881% моль при темп. 50°С и 0,800% моль при температуре 100°С.
Достигнуто максимальное давление взрыва в размере 7,160 бар и скорость нарастания давления - 396,28 бар/с, что соответствует концентрации 1,87% моль паров гексана при темп. 50°C и 5.645 бар при скорости 369,985 ба/с для концентрации 1,675% моль. Выводы: Рекомендуется учитывать влияние температуры на параметры взрывоопасности, в частности, из-за её расширяющегося диапазона при повышении температуры.
Ключевые слова: параметры взрыва паров, PN-EN 15967, PN-EN 1839 Вид статьи: оригинальная научная статья
1. Wprowadzenie
W 2010 roku w Polsce transport materialöw klasy 3, do ktörej nalezy heksan, pokrywal 70,58% udzialöw w rynku przewozöw towaröw niebezpiecznych. Do najczçsciej prze-wozonych substancji cieklych zapalnych nalezy ciecze ropo-pochodne. Jest to zwi^zane z rozwojem przemyslu i motory-zacji, ktöre zwiçkszaj^ popyt na ropç naftow^ i produkty jej destylacji. Tak duzy obieg tych materialöw przyczynia siç do zwiçkszenia czçstotliwosci wystçpowania niebezpiecznych zdarzen z ich udzialem, ktöre wplywj negatywnie na sro-dowisko [15]. Warto podkreslic, iz w zwi^zku z mobilnosci^ wystçpowanie tego rodzaju sytuacji jest nieprzewidywal-ne, co stwarza dodatkowe zagrozenia. Na rycinie 1 zostaly przedstawione liczby zdarzen z udzialem substancji ropopo-chodnych [3].
2. Analiza zagrozen par wçglowodorow
Gazowe zwi^zki wçgla z wodorem w odpowiednich za-kresach stçzen maj^ wlasciwosci wybuchowe. Zwi^zki te wraz z powietrzem lub substancjami o wlasciwosciach utle-niaj^cych tworz^ mieszaniny zapalne, ktöre cechuje szeroki, stçzeniowy zakres wybuchowosci. Wçglowodory zawieraj^ce w swych lancuchach od szesciu do osmiu atomöw wçgla s^ la-twopalnymi cieczami, ktörych pary maj^ zdolnosc do tworze-nia niebezpiecznych atmosfer wybuchowych. Cechuje siç one znacznie wçzszymi zakresami wybuchowosci, jednak wielko-sci ich dolnych granic wybuchowosci s^ nizsze niz w przy-
padku wspomnianych zwi^zkow gazowych. W zwi^zku z tym, grupa w^glowodorow oznaczanych jako C6-C8 jest z punktu widzenia zagrozenia wybuchem bardziej niebezpieczna. Sub-stancje nalez^ce do niej stosowane s^ jako rozpuszczalniki organiczne w wielu procesach chemicznych. Stanowi^ one rowniez komponenty dla przemysJu energetycznego oraz motoryzacyjnego. Ilosc zastosowan w^glowodorow C6-C8, w poi^czeniu z ich wJasciwosciami, wi^ze si§ ze znacz^cym poziomem zagrozenia wybuchem. Zapobieganie powstawa-nia atmosfer wybuchowych w tych przypadkach jest wi^c niezwykle istotne. W zwi^zku z powyzszym, konieczne jest zapoznawanie si§ z wartosciami charakterystyk wybuchowosci tych zwi^zkow, takze w warunkach temperatur podwyz-szonych [4].
3. Zagrozenie wybuchowe - podstawowe definicje
Jako maksymalne cisnienie wybuchu nalezy rozumiec najwi^ksze zmierzone cisnienie osi^gane podczas wybuchu. Parametr jest wyznaczany doswiadczalnie przez rejestraj w funkcji czasu przyrostu cisnienia wybuchu mieszaniny ga-zowej lub parowo-powietrznej umieszczonej w zamkni^tej komorze [5]. Parametr ten dla gazow i par wyrazany jest jako cisnienie absolutne.
Maksymalna szybkosc narastania cisnienia wybuchu jest parametrem wyznaczanym doswiadczalnie podczas badan przeprowadzanych w zbiorniku zamkni^tym. Jego poziom
ИССЛЕДОВАНИЯ И РАЗВИТИЕ
DOI: 10.12845/bitp.42.2.2016.12
3500
3000
2500
2000
1500
1000
500
■ Liczba zdarzen zagrazaj^cych sroc the environment owisku i ' The number of events which posed a threat t
2001 r. 2002 r. 2003 r. 2004 r. 2005 r. 2006 r. 2007 r. 2008 r. 2009 r. 2010 r. 2011 r.
Ryc. 1. Liczby zdarzen o charakterze powaznej awarii przemyslowej z udzialem w^glowodorow [15] Fig. 1. The number of events of a serious industrial accident involving hydrocarbons [15]
odpowiada najwi^kszej wielkosci szybkosci przyrostu cisnie-nia wybuchu, okreslonego w funkcji czasu, podczas procesu wybuchu, kiedy ilosc palnych substancji w mieszaninie jest modyfikowana [6]. Znajyc wielkosc powyzszej wlasciwosci, mozna uzyskac informaj na temat charakteru dynamiczne-go wybuchu danej mieszaniny.
Istotny jest fakt, iz pomiary maksymalnej szybkosci na-rastania cisnienia wybuchu nie sy w pelni rzetelne, a wi^c konieczne jest uwzgl^dnienie marginesu bi^du. Niezgodnosci w wynikach badan wynikajy z zaleznosci mi^dzy analizowany wielkosciy a obj^tosciy zbiornika. Dostrzegana jest prawidlo-wosc, ze im wi^ksza obj^tosc reaktora, tym mniejsza jest re-jestrowana pr^dkosc przyrostu cisnienia. W celu uwierzytel-nienia pomiarow nalezy poslugiwac si§ wspolczynnikiem K, ktory w teorii nie zalezy od obj^tosci reaktora, a wyznacza si§ go na podstawie zaleznosci opisanej we wzorze (1). Badania potwierdzily, iz w zakresie obj^tosci zbiornika nawet do 1000 m3 wspolczynnik ten mozna uznac za parametr staly [7].
K max x V^
(1)
gdzie:
K- wspólczynnik staly [bar x m/s] m max - maksymalna szybkosc przyrostu cisnienia [bar/s] ^ ^ V- obj^tosc zbiornika [m3]
Dla wybranych zwiyzków nie zauwaza si§ podobnego po-ziomu wielkosci tego parametru jak w przypadku maksymal-nego cisnienia wybuchu. Róznice pomi^dzy niektórymi wie-losciami tego wspólczynnika si^gajy nawet 500 bar x m/s [8].
Zakresem wybuchowosci nazywamy przedzial wielkosci st^zenia substancji palnej lub mieszaniny substancji palnej z powietrzem bydz z jego mieszaniny z gazem oboj^tnym w danych warunkach badawczych. W jego granicach istnieje prawdopodobienstwo nastypienia wybuchu. Do wyznaczenia korelacji mi^dzy utleniaczem oraz paliwem dla mieszaniny palnych cieczy lub gazów stosuje si§ parametry nazywane granicami wybuchowosci. Granicami wybuchowosci nazy-wa si§ wi^c najmniejsze lub najwi^ksze mozliwe zawartosci czynnika palnego w mieszaninie zawierajycej utleniacz, przy których istnieje prawdopodobienstwo nastypienia zaplonu wskutek inicjacji bodzcem energetycznym. Ich jednostky jest
najcz^sciej % obj^tosciowy, rzadziej g/m3 [8]. Dolna grani-ca wybuchowosci (DGW) odpowiada wielkosci minimalnej st^zenia zakresu wybuchowosci, dla której moze nastypic wybuch. Górna granica wybuchowosci (GGW) odpowiada wielkosci maksymalnej st^zenia zakresu wybuchowosci, dla której moze nastypic wybuch [9]. Granice wybuchowosci nie sy parametrami stalymi, lecz zalezy od szeregu czynników, mi^dzy innymi temperatury, cisnienia, impulsu inicjujycego i sktadu mieszaniny [10]. Na rozbieznosc zakresów wybuchowosci wplywa temperatura, której wzrost, nawet w przypadku poczytkowej mieszaniny, znaczyco rozszerza próg palnosci. Waznym aspektem jest równiez cisnienie, gdyz podczas jego spadku granice zapalnosci ulegajy zw^zeniu do punktu, poni-zej którego nie jest mozliwe zainicjowanie zaplonu. Istotny rol§ pelni równiez sklad mieszaniny. Obecnosc niewielkiej nadwyz-ki skladnika latwopalnego w stosunku do utleniacza zwi^ksza zakres palnosci. Zmniejszenie rozbieznosci granic wybuchowosci uzyskujemy zas przez zwi^kszenie zawartosci skladni-ka inertnego. Wazne znaczenie ma równiez zawartosc tlenu w mieszaninie, poniewaz w miar^ j ego wzrostu zwi^ksza si§ zakres górnej granicy wybuchowosci, natomiast jej zmniejszenie minimalnie obniza zakres dolnej granicy zaplonu. Ostatnim czynnikiem jest impuls inicjujycy. W przypadku zwi^kszenia jego mocy, zwi^ksza si§ równiez zakres palnosci. Kluczowe jest takze miejsce zapoczytkowania procesu zaplonu i jego kierunek propagacji.
Znajomosc parametrów mieszanin palnych, a w szczegól-nosci dolnej granicy zapalnosci ma duze znaczenie dla bez-pieczenstwa przebiegu wielu procesów przemyslowych [11]. Nalezy poslugiwac si§ nimi, aby ocenic prawdopodobienstwo wystypienia wybuchu.
Zgodnie z § 33 ust. 5 rozporzydzenia Ministra Spraw Wewn^trznych i Administracji z dnia 7 czerwca 2010 roku w sprawie ochrony przeciwpozarowej budynków, innych obiektów budowlanych i terenów (Dz. U. Nr 80, poz. 563) [8], jesli w danym pomieszczeniu istnieje mozliwosc wytworzenia si§ z mieszaniny cisnienia przekraczajycego 5 kPa, jest ono klasyfikowane jako zagrozone wybuchem. Jesli istnieje prawdopodobienstwo pojawienia si§ mieszaniny wybuchowej o obj^tosci co najmniej 0,01 m3 w zwartej przestrzeni, obo-wiyzkowe jest wyznaczenie stref zagrozenia [12].
Klasyfikacja miejsc niebezpiecznych okreslona jest w nor-mie PN-EN 11271-1:1997 Zapobieganie wybuchowi i ochro-
0
DOI: 10.12845/bitp.42.2.2016.12
na przed wybuchem, poj^cia podstawowe i metodología [9]. W celu przyporz^dkowania zakresu srodków niezb^dnych do unikni^cia efektywnych zródel zaplonu, mieszaniny gazów, par oraz mgiel zaliczane s^ do trzech stref. Podzial odbywa si§ na podstawie cz^stotliwosci i dlugosci czasu wyst^powania w nich atmosfery wybuchowej, stwarzaj^cej niebezpieczen-stwo. Kryteria klasyfikacyjne zostaly przedstawione w tabeli 1.
Na podstawie danych przedstawionych w ponizszej tabeli przyjmuje si§, iz opisane warunki wyst^puj^ we wn^trzach ruroci^gów i zbiorników (strefa 0), bezposrednim otoczeniu strefy 0, w miejscach zasilania danym surowcem oraz napelnia-na i oprózniania (strefa 1), a takze w bezposrednim otoczeniu stref 0 i 1 (strefa 2) [9]. Okreslenie stref zagrozenia pozwala na dokonanie wlasciwego wyboru rodzaju urz^dzeñ, które mog^ bye bezpiecznie uzytkowane w danym srodowisku [13-14].
4. Metodyka wyznaczania parametrów wybuchowych atmosfer parowo-powietrznych
Do badan zostal uzyty n-heksan cz.d.a firmy CHEMPUR. Zarówno oznaczenia maksymalnego cisnienia wybuchu i maksymalnej szybkosci narastania cisnienia wybuchu (wg normy PN-EN 15967:2011 [1]) oraz oznaczanie granic wybu-
chowosci (wg normy PN-EN 1839:2013 [2]) dla par heksanu w podwyzszonych temperaturach zostaly przeprowadzone na stanowisku badawczym zaprezentowanym na ryc. 2. Pomiary zostaly wykonane metod^ B (bomby), dzi^ki czemu uzyska-no wielkosci nadcisnienia wywolanego zaplonem substancji o odpowiednim st^zeniu.
Glownym elementem aparatury pomiarowej byl zbiornik w ksztalcie kuli o pojemnosci 20 litrow. Zostaly do niego pod-l^czone czujnik cisnienia statycznego oraz zawory: pompy prozniowej, powietrza, wentylacji. Stanowisko zostalo takze wyposazone we wskaznik temperatury badanej mieszaniny wewn^trz zbiornika. System zaplonu stanowil drucik topiko-wy umieszczony na elektrodzie oraz dwa podl^czane do niej przewody, a takze wyzwalacz. Wyniki pomiarow uzyskiwa-no za pomoc^ zintegrowanego ze stanowiskiem badawczym komputera obsluguj^cego program ANKO Gas Explosion Plotter Single Measurement wersja 1.0.
4.1. Wyniki badan
Wskazniki wybuchowosci [5] dla heksanu zostaly okre-slone w dwoch temperaturach 50°C i 100°C. Wyniki ozna-czania maksymalnego cisnienia wybuchu oraz maksymalnej
Ryc. 2. Aparatura badawcza do pomiarów wybranych parametrów wybuchowosci Fig. 2. Test apparatus for measuring selected explosion characteristics Zródlo: Opracowanie wlasne. Source: Own elaboration.
Tabela 1. Klasyfikacja stref zagrozenia wybuchem dla mieszanin par cieczy, gazow oraz mgiel z powietrzem [7] Table 1. Classification of hazardous areas for mixtures of vapors, gases and vapors from the air [7]
Strefa / Zone Kryterium klasyfikacji / Classification criterion
0 Miejsce, w ktorym istnieje mozliwosc stalego, cz^stego lub wyst^puj^cego przez dlugie okresy pojawiania si£ atmosfery wybuchowej /A place where there is a possibility of permanent, frequent or long-lasting appearance of an explosive atmosphere.
1 Miejsce, w ktorym istnieje mozliwosc pojawiania si£ atmosfery wybuchowej w trakcie normalnego dzialania / A place where there is a possibility of the occurrence of an explosive atmosphere during normal operation.
2 Miejsce, w ktorym nie istnieje mozliwosc pojawiania si£ atmosfery wybuchowej w trakcie normalnego dzialania, jednak jesli to nast^pi to trwa krotko /A place where there is no possibility of the occurrence of an explosive atmosphere during normal operation, but if it happens it is short.
RESEARCH AND DEVELOPMENT ИССЛЕДОВАНИЯ И РАЗВИТИЕ
szybkosci narastania cisnienia wybuchu w temperaturze 50°C zestawiono w tabeli 2.
W przypadku cisnienia wybuchu uzyskane dane do-swiadczalne w zaleznosci od stçzenia heksanu zostaly przed-stawione na ryc. 3.
Za maksymalne cisnienie wybuchu par heksanu przyjçto cisnienie 7,160 bar dla stçzenia heksanu rownego 1,870% mol. Maksymalna szybkosc narastania cisnienia wybuchu wynosi 396,280 bar/s. Wyniki badan maksymalnego cisnienia wybu-chu oraz maksymalnej szybkosci narastania cisnienia wybu-chu w temperaturze 100°C przedstawia tabela 3.
Please cite as: BiTP Vol. 42 Issue 2, 2016, pp. 117-125 DOI: 10.12845/bitp.42.2.2016.12
Pomiary cisnienia wybuchu w funkcji stçzenia par heksanu obrazuje ryc. 4.
Maksymalne cisnienie wybuchu w temperaturze 100°C zo-stalo uzyskane dla stçzenia heksanu wynosz^cego 1,690% mol i wynosilo ono 5,645 bar. Jednoczesnie maksymalna szybkosc narastania cisnienia wybuchu wynosila 375,070 bar/s.
Wyniki oznaczen dolnej granic wybuchowosci w temperaturze 50°C i 100°C zestawiono odpowiednio w tabelach 4 i 5.
Ksztaltowanie siç wynikow pomiarow gornej granicy wybuchowosci w tych samych warunkach zostalo zaprezentowa-ne na ryc. 5.
Tabela 2. Usrednione wyniki badan eksperymentalnych: wyznaczanie maksymalnego cisnienia wybuchu oraz maksymalnej szybkosci narastania cisnienia wybuchu dla par heksanu w temperaturze 50°C
Table 2. Averaged results of experimental studies: determination of maximum explosion pressure and maximum rate of explosion pressure rise for hexane vapours at the temperature of 50°C
Masa heksanu I Hexane mass [g] Stçzenie par heksanu I Vapor concentration of hexane [% mol] Cisnienie Wybuchu I Pressure of explosion [bar] Szybkosc narastania cisnienia wybuchu I The rate of explosion's pressure rise [barIs] Wspólczynnik wybuchowosci gazów Kg I Explosive gases Kg factor [bar x mIs]
0,96 1,12 5,06 102,56 27,79
1,30 1,50 6,57 278,80 31,29
1,44 1,67 6,71 333,43 90,36
l,6l l,87 7,l6 396,28 l04,68
1,76 2,05 6,76 313,81 85,04
1,94 2,25 7,00 357,56 96,90
2,24 2,60 6,24 138,95 37,65
Zródlo: Opracowanie wlasne. Source: Own elaboration.
&
7
Ê 6
xE
0,5
%b
Stçîenie ["''o tiiol 1
Concentration
7,4
Ryc. 3. Zaleznosc cisnienia wybuchu w funkcji stçzenia substancji palnej w postaci par heksanu z powietrzem w temperaturze 50°C Fig. 3. Dependence of explosion pressure in function of concentration of flammable substance such as hexane and air vapours at the
temperature of 50°C Zródlo: Opracowanie wlasne. Source: Own elaboration.
DOI: 10.12845/bitp.42.2.2016.12
Tabela 3. Usrednione wyniki badan eksperymentalnych: wyznaczanie maksymalnego cisnienia wybuchu oraz maksymalnej szybkosci narastania cisnienia wybuchu dla par heksanu w temperaturze 100°C
Table 3. Averaged results of experimental studies: determination of maximum explosion pressure and maximum rate of explosion pressure rise for hexane vapours at the temperature of 100°C
Masa heksanu / Hexane mass [g] Stçzenie par heksanu / Vapor concentration of hexane [% mol] Cisnienie Wybuchu / Pressure of explosion [bar]] Szybkosc narastania cisnienia wybuchu / The rate of explosion's pressure rise [bar/s] Wspolczynnik wybuchowosci gazow Kg / Explosive gases Kg factor [bar x m/s]
2,21 2,57 4,15 59,73 16,19
0,98 1,14 3,83 173,28 46,96
1,93 2,23 5,04 211,11 57,21
1,77 2,06 4,96 252,31 63,38
1,60 1,85 5,23 335,57 90,94
1,33 1,54 5,38 344,26 93,29
1,44 1,68 5,65 369,99 100,27
1,57 1,82 5,54 375,07 101,64
Zrodlo: Opracowanie wlasne. Source: Own elaboration.
p
x
к
S jp
з ь
3,S
3
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3
Mtfoote [°ui]]i)lj
Concentration
Ryc. 4. Zaleznosc cisnienia wybuchu w funkcji st^zenia substancji palnej w postaci par heksanu z powietrzem w temperaturze 100°C Fig. 4. Dependence of explosion pressure in function of concentration of flammable substance such as hexane and air vapours at the
temperature of 100oC Zrodlo: Opracowanie wlasne. Source: Own elaboration.
Tabela 4. Usrednione wyniki badan eksperymentalnych oznaczanie granic wybuchowosci par heksanu w temperaturze 50°C Table 4. Averaged results of experimental studies: determination of explosive limits of hexane vapours at the temperature of 50°C
Masa heksanu Hexane mass [g]] Stçzenie par heksanu / Vapor concentration of hexane [% mol] Cisnienie Wybuchu / Pressure of explosionm [bar]] Obecnosc lub brak zaplonu / Ignition or lack of ignition Granica wybuchowosci / Explosive limit
0,44 0,51 0,01 Brak zaplonu / No ignition
0,65 0,75 0,01 Brak zaplonu / No ignition
0,76 0,88 1,43 Zaplon / Ignition DGW
0,87 1,01 4,56 Zaplon / Ignition
1,60 1,86 7,16 Zaplon / Ignition
2,24 2,60 6,24 Zaplon / Ignition
3,98 4,63 0,85 Zaplon / Ignition
4,14 4,81 0,82 Zaplon / Ignition
4,31 5,00 0,65 Zaplon / Ignition
Zrodlo: Opracowanie wlasne. Source: Own elaboration.
ИССЛЕДОВАНИЯ И РАЗВИТИЕ
DOI: 10.12845/bitp.42.2.2016.12
p
x E
S б
I 4 £
- 3
с -3
ш
'с -,
2,3 2,6 4,6 4,8
5,2 5,4 5,6 6,6
Stçzenie [% mol] Concentration
Ryc. S. Wyznaczanie górnej granicy wybuchowosci par heksanu w temperaturze 50°C Fig. S. Determination of upper explosiveness limit of hexane vapours at the temperature of 50°C
Zródlo: Opracowanie wlasne. Source: Own elaboration.
Dolna granica wybuchowosci par heksanu w temperaturze 50°C wystçpuje dla stçzenia paliwa wynosz^cego 0,875% mol.
Pomiary dolnej granicy wybuchowosci w zaleznosci cisnienia wybuchu od stçzenia par heksanu zostaly zobrazowa-ne na ryc. 6.
Uzyskano doln^ granicç wybuchowosci par heksanu w temperaturze 100°C, przy stçzeniu substancji palnej wyno-sz^cym 0,800% mol.
Tabela 5. Usrednione wyniki badan eksperymentalnych: oznaczanie granic wybuchowosci par heksanu w temperaturze 100°C Table 5. Averaged results of experimental studies: determination of explosve limits of hexane vapours at the temperature of 100°C
Masa heksanu I Hexane mass [g] Stçzenie par heksanu I Vapor concentration of hexane [% mol] Cisnienie wybuchu I Pressure of explosion [bar] Obecnosc lub brak zaplonu / Ignition or lack of ignition Granica wybuchowosci I Explosive limit
0,42 0,49 0,01 Brak zaplonu / No ignition
0,60 0,69 0,01 Brak zaplonu No ignition
0,69 0,80 2,4S Zaplon / Ignition DGW
0,78 0,90 3,52 Zaplon / Ignition
0,98 1,14 3,83 Zaplon / Ignition
1,33 1,54 5,38 Zaplon / Ignition
1,43 1,66 5,74 Zaplon / Ignition
1,45 1,69 5,55 Zaplon / Ignition
1,57 1,82 5,54 Zaplon / Ignition
2,98 3,47 0,94 Zaplon / Ignition
3,44 4.00 1,00 Zaplon / Ignition
3,86 4,49 1,05 Zaplon / Ignition
Zródlo: Opracowanie wlasne. Source: Own elaboration.
DOI: 10.12845/bitp.42.2.2016.12
я
3 4
.2 2
w O
0,6 0,7 0,8 0,9 1
Stçzenie [%mol]
Concentration
1,5
1,7
1,8
Ryc. 6. Wyznaczanie dolnej granicy wybuchowosci par heksanu w temperaturze 100°C Fig. 6. Determination of lower explosive limits of hexane vapours at the temperature of 100°C Zrodlo: Opracowanie wlasne. Source: Own elaboration.
S. Podsumowanie
W artykule przeprowadzono analizç wplywu temperatury dla par heksanu cz.d.a wedlug norm: PN-EN1S967:2011 Oznaczanie maksymalnego cisnienia wybuchu i maksymalnej szybkosci na-rastania cisnienia wybuchu gazów i par oraz PN-EN 1S39:2013 Oznaczanie granic wybuchowosci gazów i par w podwyzszonych temperaturach. Dolna granica wybuchowosci wraz ze wzrostem temperatury ulegala obnizeniu. Dla S0°C wyniosla 0,S7S% mol, natomiast w 100°C 0,S00% mol. Parametry maksymalnego cisnienia wybuchu, jak równiez maksymalnej szybkosci narastania cisnienia wybuchu wykazaly siç podobnymi tendencjami. W miarç wzrostu temperatury ich wielkosci ulegaly obnizeniu. Osiygniçto maksymalne cisnienie wybuchu wynoszyce 7,1б0 bar oraz prçd-kosc narastania cisnienia 396,2S bar/s, co odpowiadalo stçzeniu 1,S7% mol par heksanu w temperaturze S0°C oraz S,64S bar z prçdkosciy 369,9SS bar/s dla stçzenia 1,67S% mol.
Na podstawie przeprowadzonych badan i uzyskanych re-zultatów mozna wyciygnyc nastçpujyce wnioski:
• Maksymalne cisnienie wybuchu oraz maksymalna szybkosc narastania cisnienia wybuchu w miarç podwyz-szania siç temperatury zmniejszajy swojy wielkosc, co swiadczy o tym, iz wybuchu heksanu w takich warunkach staje siç mniej gwaltowny. Zgodnie z szacowania-mi teoretycznymi wartosc dolnej granicy wybuchowosci ulega obnizeniu wraz ze wzrostem temperatury, co ozna-cza, iz uzytkowanie substancji niebezpiecznych o wlasci-wosciach zapalnych, w podwyzszonych temperaturach wiyze siç z wiçkszym zagrozeniem wybuchem.
• W miarç wzrostu temperatury zakres wybuchowosci ule-ga poszerzeniu.
Literatura
[1] PN-EN 1S967:2011 Oznaczanie maksymalnego cisnienia wybuchu i maksymalnej szybkosci narastania cisnienia wybuchu gazów i par.
[2] [3]
[4]
[5]
[6]
[7]
[S]
PN-EN 1S39:200S Oznaczanie granic wybuchowosci gazów i par. Rarata G., Fenomen Górnej Granicy Wybuchowosci (GGW) Paliw w Powietrzu i Tlenie w Warunkach Podwyzszonego Cisnienia i Temperatury, „Prace Instytutu Lotnictwa" Vol. 204 Nr 2, 2010, 12-22. Krawczyk M., Wybuchowosc mieszanin gazowych, czujniki chemiczne do pomiaru wybuchowosci, Wyklad - analityka procesowa, Gdansk 2003, 2, 4.
Smolenski D., Teoria materialów wybuchowych, Wydawnictwo Ministerstwa Obrony Narodowej, Warszawa 19S4, 10-11. Wawrzyszko M., Zagrozenie wybuchem, „Pod kontroly" Nr 1, 2010, 7.
Rojek P., Badanie mozliwosci praktycznego zastosowania aerozolu powietrzno-wodnego w ograniczaniu zapylenia w wyrobiskach eksploatacyjnych, Akademia Górniczo-Hutnicza, Kraków 2010, 17.
Rozporzydzenie Ministra Spraw Wewnçtrznych i Administracji w sprawie ochrony przeciwpozarowej budynków, innych obiektów budowlanych i terenów (719) (Dz. U. z dnia 22 czerwca 2010 r., 911б, 9130.
[9] PN-EN 1127-1 Atmosfery wybuchowe. Zapobieganie wybuchowi i ochrona przed wybuchem, Pojçcia podstawowe i metodologia, 9-12, 22-24.
[10] Wójcicki S., Spalanie, Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, Warszawa 19б9, 39-40.
[11] Sawicki T., Wybuchy przestrzenne, „Bezpieczenstwo Pracy" Nr 11, 200S, 23.
[12] G. Kaluza (red), Przyczyny wzrostu cisnienia wybuchu mieszaniny gazowej we wnçtrzu ochrony ognioszczelnej, Glówny Instytut Górnictwa, Katowice 2013, 2S.
[13] Kowalewicz A., Podstawy procesów spalania, Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, Warszawa 2000, 112, 191-121.
[14] Porowski R., Rudy W., Teodorczyk A., Analiza metod badawczych granic wybuchowosci cieczy palnych, BiTP Vol. 2S Issue 4, 2012, бб.
[15] Turek D. (red), Transport Drogowy w Polsce w latach 2010 i 2011, Informacje i Opracowania Statystyczne, Glówny Urzyd Statystyczny w Szczecinie, Warszawa 2013, 1S1.
Artykul zostal opracowany w ramach projektu nr DOB-BIO6/02/S0/2014, pt. „Opracowanie metod neutralizacji zagrozenia wybuchu wytypowanych zbiorników z gazami technicznymi, w tym alternatywnymi zródlami zasilania w srodowisku pozaro-wym na potrzeby ratowników biorycych udzial w akacjach ratowniczo-gasniczych, (realizacja 2014-2017)" finansowanego przez Narodowe Centrum Badan i Rozwoju.
ИССЛЕДОВАНИЯ И РАЗВИТИЕ DOI: 10.12845/bitp.42.2.2016.12
* * *
bryg. dr hab. Marzena Polka, prof. nadzw. SGSP - w roku 1992 ukonczyla studia na Wydziale Chemii Uniwersytetu Warszaw-skiego. Jest profesorem w Zakladzie Teorii Procesow Spalania i Wybuchu oraz Dziekanem Wydzialu Inzynierii Bezpieczenstwa Pozarowego Szkoly Glownej Sluzby Pozarniczej w Warszawie. Specjalnosc - procesy spalania materialow polimerowych i ich modyfikacja przeciwogniowa.
st. kpt. dr inz. Bozena Kukfisz - w roku 2005 ukonczyla studia na Wydziale Inzynierii Bezpieczenstwa Pozarowego Szkoly Glownej Sluzby Pozarniczej w Warszawie, a w roku 2006 na Wydziale Nowych Technologii i Chemii Wojskowej Akademii Technicznej w Warszawie. Jest adiunktem w Zakladzie Teorii Procesow Spalania i Wybuchu Szkoly Glownej Sluzby Pozarniczej. Specjalnosc - inzynieria srodowiska.
