CC BY
32
------------------------------------- © А. Т. Ерыгин, А.Ю. Охапкин,
2005
УДК 621.411.4:622.81
А. Т. Ерыгин, А.Ю. Охапкин
МЕТОДИКА ОЦЕНКИВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТИ НАГРЕТЫХ ТЕЛ МАЛОГО РАЗМЕРА
Семинар № 18
Согласно действующих стандартов [1, 2] для нагретых тел размером поверхностей менее 10 см2 воспламеняющие температуры могут существенно превышать температуру самовоспламенения взрывоопасной смеси. Ограничение температуры нагрева элементов электрооборудования температурой самовоспламенения взрывоопасной смеси привело бы к необоснованно завышенным коэффициентам безопасности и не позволило бы разрабатывать и безопасно применять электрооборудование с нагретыми телами малого размера, температура которых значительно превышает температуру самовоспламенения взрывоопасной смеси, в которой данное электрооборудование будет эксплуатироваться. Чтобы приборы газового контроля не имели ограничений в области применения и могли выполнять свои функции при любой концентрации горючих компонентов в атмосфере, они не должны быть потенциальными источниками воспламенения взрывоопасной смеси, а поэтому должны иметь особовзрывобезопасный уровень взрывозащиты. Применительно к приборам газового контроля для достижения особовзрывобезопасного уровня взрывозащиты следует обеспечить искробе-зопасность электрических цепей, а нагретые тела малого размера (датчики данных приборов) не должны быть источником воспламенения взрывоопасной смеси. В связи с этим с 2001 года возникла острая необходимость в разработке методики оценки взрывобезопасности нагретых тел малого размера для всех взрывоопасных смесей (всех отраслей промышленности), которая отсутствовала не только в России, но и за рубежом.
Для решения поставленной задачи в ИП-КОН РАН был выполнен комплекс исследований по воспламенению взрывоопасных смесей нагретыми телами малого размера (до 1 мм). На основании проведенных исследований пре-
жде всего был решен вопрос о критерии воспламеняющей способности.
Установлено, что при поджигании взрывоопасных смесей термохимическими датчиками с диаметром от 0,2 до 0,9 мм имеет место высокотемпературный механизм воспламенения. Наиболее легко воспламеняемые составы представительных взрывоопасных смесей (метановоздушная, пропановоздушная, этиленовоздушная и водородовоздушная) оказались одинаковыми при данном источнике воспламенения, как и при электрическом разряде. Методы испытаний при данном источнике воспламенения будут также аналогичны испытаниям на искробезопасность электрических цепей.
Установленный критерий воспламеняющей способности термохимических датчиков заключается в том, что произойдет воспламенение или нет, определяется по уровню отношения мощности, выделяемой энергии на термоэлементе, к его диаметру. Удельная воспламеняющая мощность (УВМ) по данным исследований для представительных взрывоопасных смесей равна для метановоздушной смеси 2,52 Вт/мм, для пропановоздушной смеси -1,83 Вт/мм, для этиленовоздушной смеси -1,37 Вт/мм и для водородовоздушной смеси - 0,69 Вт/мм. Полученные результаты позволяют осуществлять как электроизмерительную оценку взрывобезопасности нагретых тел малого размера, так и испытания во взрывной камере в представительных взрывоопасных смесях. Методика была внедрена и уже несколько лет используется в сертификационном центре рудничного и взрывозащищенного электрооборудования ИГД им. А.А. Скочинского.
Доказательство того факта, что нагретые тела малого размера являются высокотемпературным источником воспламенения и установление критериального параметра, определяющего их воспламеняющую способность, долж-
но найти свое отражение в современных Российских и зарубежных стандартах. Кроме этого необходимо в действующие стандарты внести методы оценки взрывобезопасности нагретых тел малого размера в представительных испытательных взрывоопасных смесях, обеспечив единообразие их выполнения разработчиками взрывозащищенного электрооборудования и сертификационными центрами России.
Дальнейшие исследования в ИПКОН РАН были направлены на установление наиболее легко воспламеняемых концентраций четырех представительных взрывоопасных смесей и удельной воспламеняющей мощности при увеличении размера нагретых тел до 52 мм. В результате исследований были установлены зависимости наиболее легко воспламеняющей концентрации представительных взрывоопасных смесей и удельной воспламеняющей мощности от размеров нагретых тел. Выполненный комплекс исследований и полученные новые знания позволили разработать методику оценки взрывобезопасности нагретых тел размером
до 52 мм в представительных взрывоопасных смесях.
При испытаниях в представительных взрывоопасных смесях для обеспечения коэффициента безопасности увеличивают параметры источника воспламенения. Однако такой метод испытаний трудоемок и в ряде случаев неосуществим. Положительным моментом в сертификации взрывозащищенного электрооборудования стал переход на испытания в активизированных взрывоопасных смесях, когда коэффициент безопасности обеспечивается за счет выбора более легко воспламеняемой испытательной взрывоопасной смеси в сравнении с представительной. Значительные преимущества принесло использование в качестве активизированных взрывоопасных смесей водородокислородной смеси различного состава.
Водородокислородная смесь в зависимости от ее состава может моделировать любую взрывоопасную смесь с различным коэффициентом безопасности при сертификационных испытаниях взрывозащищенного и рудничного электрооборудования.
Для этих целей в ИПКОН РАН был выполнен комплекс исследований по воспламенению водородокислородной смеси переменного состава нагретыми телами различного размера [3]. При выполнении экспериментальных исследований характеристические размеры нагретых тел малого размера колебались от 5 до 52 мм, что позволяет охватить практически все типоразмеры нагретых тел малого размера, встречающиеся в электрооборудовании. Содержание кислорода в водородокислородной смеси Со2 изменялось от 4,5% до 66%.
Результаты исследований приведены на рисунке.
В результате выполненных исследований могут быть сделаны следующие выводы:
1. Минимальная величина удельной воспламеняющей мощ-
Зависимости удельной воспламеняющей мощности нагретых тел от их размеров и состава водородокислородной смеси
ности имеет место при содержании кислорода в водородокислородной смеси, равном 33 % .
2. При увеличении размеров нагретых тел значения удельной воспламеняющей мощности снижаются.
3. Для всех взрывоопасных смесей, относящихся к категориям взрывоопасности I, 11А, 11В и 11С, могут подобраны как их эквиваленты, так и активизированные взрывоопасные смеси, обеспечивающие при испытаниях коэффициент безопасности 1,5.
Таким образом, проведенные исследования позволили получить исходные данные и разработать метод сертификационных испытаний на взрывобезопасность нагретых тел малого размера в активизированных взрывоопасных смесях. Метод проходит апробацию в сертификационном центре взрывозащищенного и рудничного электрооборудования МОС «Серти-ум».
Заключение
1. Установлен критерий воспламеняющей способности нагретых тел малого размера, заключающийся в том, произойдет воспламенение взрывоопасной смеси или нет, определяется значением отношения мощности выделяемой энергии а нагретом теле к его размеру.
2. Доказано, что нагретые тела малого размера являются высокотемпературным ис-
1. ГОСТ Р 51330.0-99. Электрооборудование взрывозащищенное. Часть 0. Общие требования. Введ. От 01.01.00. - М.: Изд-во стандартов,2000.-47 с.
2. МЭК 60079-0-98. Электрооборудование для взрывоопасных сред. Часть 0. Общие технические тре-бования,1998. -58с.
точником воспламенения и его критериальный параметр может быть использован для выбора состава активизированных взрывоопасных смесей, что должно найти отражение в корректировке действующих стандартов на взрывозащищенное электрооборудование, так как от этого зависит объективность результатов выполняемых испытаний.
3. В результате экспериментальных исследований установлены зависимости удельной воспламеняющей мощности нагретых тел малого размера от состава водородокислородной смеси и размера нагретых тел (до 52 мм), которые явились научной базой для разработки методики оценки взрывобе-зопасности нагретых тел малого размера в активизированных взрывоопасных смесях.
4. Впервые в мировой практике полностью решена задача разработки и внедрения методики оценки взрывобезопасности нагретых тел малого размера как в представительных, так и в активизированных взрывоопасных смесях, которая после включения ее в стандарты на взрывозащищенное электрооборудование России позволит обеспечить достоверность и однозначность результатов испытаний как разработчиками взрывозащищенного электрооборудования, так и сертификационными центрами России.
--------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
3. Ерыгин А.Т., Охапкин А.Ю. Водородокислородные смеси для испытаний на взрывобезопасность нагретых тел малого размера. Горный информационноаналитический бюллетень. Издание МГГУ,2001, № 10, с. 185 - 187.
— Коротко об авторах ---------------------
Ерыгин А.Т. - профессор, доктор технических наук, Охапкин А.Ю. - кандидат технических наук,
ИПКОН РАН.
