CC BY
28
© А.Т. Ерыгин, А.Ю. Охапкин, 2003
УЛК 621.3.064.4.001
А.Т. Ерыгин, А.Ю. Охапкин
КЛАССИФИКАЦИЯ ПО КАТЕГОРИЯМ ВЗРЫВООПАСНОСТИ МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ ВЗРЫВООПАСНЫХ СМЕСЕЙ
В подземные выработки горнодобывающих предприятий, а также в производственные помещения предприятий нефтяной, газовой, химической и других отраслей промышленности выделяются горючие газы, пары жидкостей и пыли. В соединение с воздухом они образуют взрывоопасные смеси, способные взрываться с причинением катастрофического ущерба. Обеспечение безопасности на таких предприятиях осложняется, если в составе выделившихся газов присутствует несколько горючих компонентов. Отсутствие в России и за рубежом систематических исследований воспламеняемости многокомпонентных смесей не позволяет производить выбор взрывозащищенного электрооборудования в соответствии в соответствии с реальной взрывоопасностью таких смесей. Сложившаяся к настоящему времени практика предлагает определять категорию взрывоопасности многокомпонентной смеси по наиболее легко воспламеняемому еП компоненту вне зависимости от его удельного содержания в ней. Поэтому исследования воспламеняемости многокомпонентных смесей с целью разработки методики их классификации по категориям взрывоопасности весьма актуальны в сложившихся экономических условиях. Решение этой задачи позволит рационально и при меньших затратах обеспечивать
безопасное применение электрической энергии на предприятиях со взрывоопасной атмосферой.
Совокупность работ по изучению воспламенению взрывоопасных смесей от нагретых тел малого размера, выполненных в лаборатории электрофизических исследований при комплексном освоении недр ИПКОН РАН, позволило разработать методику классификации по категориям взрывоопасности многокомпонентных смесей рудничной атмосферы [1]. В качестве горючих в ней присутствуют метан, его гомологи и водород.
В методике приведены формулы, позволяющие определить величины наиболее легко воспламеняемых концентраций (НЛВК) и классификационных величин МТВ многокомпонентной смеси:
7,153
НЛВК
0,446 У СМ
МТВ =
± 3,86%,
7,5
7,9 - 0,4
Ус
л2
Н 4
Гсм
+ 0,02
Усн
\ 0,134
Усм
• СН2
(1)
(2)
где Усщ и УсМ - удельные веса метана и углеводородной части горючего в смеси; СН2 - содержание водорода в смеси в %.
На рис. 1 представлена зависимость НЛВК от удельного веса смеси, а на рис. 2 - границы между категориями взрывоопасности для смеси рудничной атмосферы.
Данная методика передана в Госгортехнадзор РФ для утверждения в качестве Методических указаний.
В составе выделившихся в производственную атмосферу промышленных предприятий газов отмечаются не только метан, его гомологи и водород в различных сочетаниях, но и другие горючие компоненты. Поэтому данная методика дает лишь частное решение общей задачи классификации по категориям взрывоопасности многокомпонентных смесей.
При разработке вышеупомянутой методики в качестве одной из основ использовалось закономерное изменение в гомологическом ряду метана. Разработка общей (универсальной) методики классификации многокомпонентных смесей по категориям взрывоопасности должна быть основана на ином подходе.
Анализ результатов исследований воспламеняемости многокомпонентных взрывоопасных смесей рудничной атмосферы от нагретых тел малого размера позволил установить следующую зависимость:
Рис. 1. Зависимость наиболее легко воспламеняемых концентраций взрывоопасных смесей, содержащих метан, этан, бутан и водород с воздухом от их удельного веса при поджигании от высокотемпературных источников
4
Я^кГ/м3
\
\ Жв ЖС
X \ \ \
О 10 20 30 4-0 50 60 70 60 90 Сн2 %
чем больше разница между параметрами взрывоопасности компонентов смеси, тем больше параметры взрывоопасности смеси отличаются от средневзвешенной величины. Средневзвешенная величина параметра взрывоопасности смеси определяется по формуле:
ПВлСл + ПВ2С2 +... + ПВС ■ /оч
ПВ =----—-------—-----------]—], (3)
С + с 2 +...+С]
где ПВJ - параметр взрывоопасности бинарной взрывоопасной смеси; С - объемное содержание горючего компонента в смеси.
Максимальное отклонение экспериментальной величины параметра взрывоопасности от средневзвешенной величины имеет место при равном содержании компонентов в смеси.
В качестве параметров взрывоопасности для расчетов удобно использовать безопасный экспериментальный максимальный зазор (БЭМЗ). Это основной параметр взрывоопасности, используемый для классификации смеси по категории взрывоопасности, величина которого определена для двух
Рис. 2. Границы между категориями взрывоопасности в зависимости от компонентного состава многокомпонентной взрывоопасной смеси рудничной атмосферы
сотен смесей и приведена в международных и Российских стандартах [2, 3].
В таблице приведено отклонение БЭМЗ смеси от рассчитанной средневзвешенной величины в виде корректирующего коэффициента ^п в зависимости от соотношения БЭМЗ компонентов смеси.
ВЕЛИЧИНА КОРРЕКТИРУЮЩЕГО КОЭФФИЦИЕНТА ^ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ СООТНОШЕНИЯ БЭМЗ ГОРЮЧИХ КОМПОНЕНТОВ
БЭМЗ тах 4,07 3,25 3,14 2,16 1,25 1,0
БЭМЗ тіп
^шіп 0,803 0,843 0,858 0,900 0,939 1,0
С учетом того, что соотношение между горючими компонентами смеси может меняться, корректирующий коэффициент определяется по формуле:
I = V1 - (1 - /тщ2 )С1 С2, (4)
где С1, С2 - содержание горючих компонентов в смеси.
Величина БЭМЗ смеси определяется как произведение средневзвешенной величины БЭМЗ (формула 3) на величину корректирующего коэффициента f (формула 4). Для определения показателя взрывоопасности смеси по отношению к метановоздушной смеси определенную величину БЭМЗ необходимо разделить на 1,14 мм (БЭМЗ метана). Вычисленный таким образом показатель взрывоопасности для ряда смесей (метан на подземных выработках, промышленный метан, коксовый газ и т. д.) практически совпадает с показателем взрывоопасности, рассчитанным в соответствии с описанной выше методикой. Это позволяет использовать предложенный принцип для разработки универсальной методики по категориям взрывоопасности любых многокомпонентных смесей.
Дальнейшие исследования будут направлены на точное определение корректирующей функции f для многокомпонентных взрывоопасных смесей, содержащих более двух горючих компонентов.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Охапкин А.Ю. О классификации
по категориям взрывоопасности руд-
ничной атмосферы содержащей метан,
его гомологи и водород. // Горный информационно - аналитический бюллетень. - 1999. - №1. - С. 172-175.
2. ГОСТ Р 51330.11-99. Электрооборудование взрывозащищенное. Часть 12. Классификация смесей газов и паров с воздухом по безопасным экспериментальным максимальным зазорам и минимальным воспламеняющим током. М., издательство Стандартов, 2000. - 10 с.
3. ГОСТ Р 51330.19-99. Электрооборудование взрывозащищенное. Часть 20. Данные по горючим газам и парам, относящиеся к эксплуатации электрооборудования. М., издательство Стандартов, 2000. - 22 с.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Ерыгин А. Т., Охапкин АЮ. - ИПКОН РАН.
