Расчет показателей взрывоопасности нагретых газо-паро- воздушных смесей Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

© А.Ю. Охапкин, 2008

УДК 621.3.011.1 А.Ю. Охапкин

РАСЧЕТ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ВЗРЫВООПАСНОСТИ НАГРЕТЫХ ГАЗО-ПАРОВОЗДУШНЫХ СМЕСЕЙ

Семинар № 22

езультаты различных испытаний

.ИГ взрывозащищенного элек-

трооборудования на взрывозащищен-ность, выполненных при 20 0С (нормальные условия) распространяются и на температуру взрывоопасной среды не выше 60 0С. Проведенные в ИПКОН РАН в 2006 году экспериментальные исследования позволяют поднять эту границу до 150 0С.

Исследования производились на бинарных смесях метана, этана, пропана и водорода с воздухом. Источником поджигания взрывоопасных смесей выступали нагретые тела малого размера -спирали из нихрома с характеристическим размером 1 мм. В процессе исследований температура взрывоопасной смеси изменялась в диапазоне от 20 до 150 0С с шагом 20-30 0С.

В результате экспериментов определялись наиболее легко воспламеняемая концентрация (НЛВК) и удельная воспламеняющая мощность (УВМ) в зависимости от температуры взрывоопасной смеси. В табл. 1 представлена зависимость УВМ метановоздушной смеси от ее температуры нагрева.

Для анализа представленных в таблице 1 данных сопоставим текущие значения УВМ с базовым значением УВМ0 , определенным при 20 0С. Полученная величина, показатель температурной зависимости П характеризует изменение УВМ или другого показателя взрыво-опасности с ростом температуры взрывоопасной смеси.

П = УВМ/УВМ0 = (МЭВ/МЭВ0)0,467,

(1)

где МЭВ - минимальная энергия воспламенения взрывоопасной смеси.

В табл. 2 приведена зависимость МЭВ от температуры взрывоопасной смеси по данным Н.Д. Гавриленко [1]. По этим данным также рассчитан П по формуле (1).

Аналогичным образом рассчитаны показатели температурной зависимости для смесей этана, пропана и бутана с воздухом по данным ИПКОН РАН. Также были определены показатели температурной зависимости для 28 взрывоопасных газопаровоздушных смесей по данным Н.Д. Гавриленко [1].

Анализ полученного массива показателей температурной зависимости взрывоопасных смесей указывает на их зависимость от температуры самовоспламенения 1смвс. Эта зависимость может быть описана следующим аналитическим выражением: П = [ 1 - (1, - Ъ)/(иьс - Ъ)]0,11, (2) где 1! - температура смеси; ^ - базовая температура смеси; 1смвс - температура самовоспламенения смеси.

Крайняя правая колонка табл. 1 и 2 представлена величинами УВМ и МЭВ соответственно, рассчитанными с использованием формул 1 и 2. Температура самовоспламенения метана принималась равной 537 0С [2].

Таблица 1

Зависимость УВМ метановоздушной смеси от ее температуры нагрева

1, 0С УВМ, Вт/мм П1 УВМ*, Вт/мм

20 2,48 1,000 2,48

42 2,41 0,972 2,41

67 2,25 0,907 2,31

81 2,23 0,899 2,25

102 2,14 0,863 2,15

125 2,04 0,823 2,06

151 1,93 0,778 1,93

Таблица 2

Зависимость МЭВ от температуры нагрева взрывоопасной смеси

1,0С МЭВ, мДж П1 МЭВ*, мДж

25 0,300 1,000 -

50 0,276 0,962 0,266

75 0,260 0,935 0,235

100 0,239 0,899 0,206

125 0,203 0,833 0,179

150 0,167 0,750 0,154

Для метановоздушной смеси среднеквадратичное отклонение расчетного значения УВМ от экспериментального составило ±2,99 %. Для этановоздушной смеси эта величина составила ±2,85 %, для пропановоздушной ±4,96 %, для бу-тановоздушной ±3,25 %.

Для показателя температурной зависимости Пь рассчитанного по формуле (2) и по данным Н.Д. Гавриленко, среднеквадратичное отклонение

составило:

для метановоздушной смеси ±2,09%;

для этановоздушной смеси ±4,35

%;

для пропановоздушной смеси

±1,96 %;

для этиленовоздушной смеси

±11,52 %;

для водородовоздушной смеси ±8,49 %.

Для других взрывоопасных смесей, исследованных Н.Д. Гавриленко, отклонение показателя температурной зависимости П , определенного экспериментально и по формуле (2), лежит в диапазоне от 2 % до 15 %.

При этом важно отметить, что показатель температурной зависимости П , рассчитанный по формуле (2), никогда не превышает значения, определенного экспериментально.

Иначе говоря, расчетная оценка параметра взрывоопасности смеси в диапазоне температур 20-150 0С оказывается более жесткой. Это иллюстрируется данными табл. 1 и 2. Такое свойство хорошо вписывается в систему обеспечения взрывозащи-щенности электрооборудования,

предназначенного для эксплуатации при высокой температуре окружающей среды.

Ранее было установлено, что отношение произвольных параметров взрывоопасности взрывоопасной смеси есть величина постоянная для каждой взрывоопасной смеси [3]. Результатом данной работы следует считать подтверждение, что это постоянство сохраняется по крайней мере до 150

0 С. Это дает возможность рассчитывать параметр взрывоопасности любой взрывоопасной смеси в диапазоне температур от 20 до 150 0С и проводить сертификационные испытания взрывозащищенного электрооборудования, работающего при высокой температуре окружающей среды.

- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Взрывобезопасность электрических разрядов и фрикционных искр.// под редакцией В.С.Кравченко и В.А.Бондаря. - М.: Недра. -1975. - 304 с.

2. Пожарная опасность веществ и материалов, применяемых в химической промышлен-

ности.// Под редакцией И.В. Рябова. - М.: Химия. - 1976. - 272 с.

3. Ерыгин А.Т., Охапкин А.Ю. Установление взаимосвязей между воспламеняющими параметрами при различных испытаниях взрыво-защищенного электрооборудования.// Электробезопасность. - 2000. - №1. - С. 21-25. ЕШ

— Коротко об авторе

Охапкин А.Ю. - кандидат технических наук, ст. научный сотрудник ИПКОН РАН.

Доклад рекомендован к опубликованию семинаром № 22 симпозиума «Неделя горняка-2007». Рецензент д-р техн. наук, проф. А.В. Ляхомский.

- ДИССЕРТАЦИИ

ТЕКУЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ЗАЩИТАХ ДИССЕРТАЦИЙ ПО ГОРНОМУ ДЕЛУ И СМЕЖНЫМ ВОПРОСАМ

Автор Название работы Специальность Ученая степень

ИНСТИТУТ ФИЗИКИ ГОРНЫХ ПРОЦЕССОВ НАН УКРАИНЫ

КОЛЬЧИК Евгений Иванович Геомеханическое обоснование устойчивости выемочных выработок при интенсивной отработке угольных пластов 05.15.02 д.т.н.