Результаты исследований воспламеняемости нагретых взрывоопасных смесей термоэлементами Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

© А.Т. Ерыгнн, А.Ю. Охапкин, 2008

УДК 621.3.011.1

А.Т. Ерыгин, А.Ю. Охапкин

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ВОСПЛАМЕНЯЕМОСТИ НАГРЕТЫХ ВЗРЫВООПАСНЫХ СМЕСЕЙ ТЕРМОЭЛЕМЕНТАМИ

Семинар № 22

Исследование воспламенения взрывоопасных смесей от нагретых тел малого размера при температурах выше 60 0С направлено на решение двух взаимосвязанных задач.

Во-первых, к числу нагретых тел малого размера относятся чувствительные элементы газоизмерительной аппаратуры. Эта аппаратура является составной частью системы обеспечения безопасности горного производства. Важнейшим требованием к такой аппаратуре является работоспособность и взрывобезопасность во всем диапазоне климатических условий Российской Федерации. Данное исследование и направлено на решение этой задачи.

Во-вторых, нагретые тела малого размера относятся к высокотемпературным источникам воспламенения. Полученные в результате исследований результаты в совокупности с данными Н.Д. Гавриленко [1] позволяют установить закономерность изменения параметров взрывоопасности взрывоопасных смесей с ростом температуры.

Исследования проводились на оригинальной лабораторной установке. Основой установки являлись металлическая камера объемом около 200 см3. На боковой стенке камеры размешался нагреватель (спираль из нихромового провода). Температура

внутри камеры контролировалась хро-мель-алюмелевой термопарой. Измерение электрических параметров нагретого тела (спирали из пиропового провода) производились по традиционному методу вольтметра-амперметра. Характеристический размер спирали составил 1 мм.

Исследования выполнялись для бинарных смесей воздуха с метаном, этаном, пропаном, бутаном. Диапазон температур составил от 20 °С до 150 °С.

Наиболее легко воспламеняемые концентрации (НЛВК) взрывоопасных смесей при увеличении температуры смешались в сторону недостаюшего в зоне горения компонента. Для метановоздушной смеси НЛВК обеднялась от (8,91 ± 0,52) % об. при 20 °С до (8,28 ± 0,48) % об. при 150°. Для этановоздушной смеси НЛВК обога-шались от (6,45 ± 0,38) % об. до (6,70 ± 0,39) % об. для тех же температур. Для пропановоздушной смеси это обогашение составило от (5,25 ±

0,30) % об. до (5,55 ± 0,32) % об. Для бутановоздушной смеси обогашение при нагреве от 20 °С до 150 °С составило от (4,70 ± 0,36) % об. до (5,10 ± 0,33) % об.

Удельная воспламеняющая мош-ность (УВМ) как критерий воспламе-няюшей способности нагретых тел малого размера при нагреве смеси стабильно уменьшалось. Конкретные данные представлены в табл. 1.

Таблица 1

Зависимость УВМ нагретых тел малого размера при воспламенении взрывоопасных смесей от температуры

Горючее в смеси с воздухом Метан Этан Пропан Бутан

20 °С 2,48 Вт/мм 1,93 Вт/мм 1,83 Вт/мм 2,02 Вт/мм

150 °С 1,93 Вт/мм 1,48 Вт/мм 1,30 Вт/мм 1,37 Вт/мм

Таблица 2

Величины МЭВ взрывоопасных смесей при 25 С и 150 °С

Горючее в смеси с воздухом Метан Этан Пропан 1-бутан

25°С 0,3 мДж 0,292 мДж 0,476 мДж 0,376 мДж

150°С 0,167 мДж 0,208 мДж 0,265 мДж 0,282 мДж

Представленные в табл. 1 данные свидетельствуют о значительном повышении воспламеняемости взрывоопасной смеси с ростом температуры. При проведении испытаний этот фактор может учитываться либо адекватным увеличением коэффициента безопасности, либо применением активизированных испытательных взрывоопасных смесей с соответствующими параметрами взрывоопасности.

Ранее в ИПКОН РАН была установлена взаимосвязь различных параметров источников воспламенения взрывоопасных смесей. В соответствии с установленной закономерностью отношение произвольного параметра взрывоопасности к аналогичному параметру метановоздушной смеси для каждой взрывоопасной смеси есть величина постоянная [2].

Соотношение МТВ = УВМ]/УВМсн4 = =БЭМ31/БЭМЗсн4 = =(МЭВ1/МЭВсн4)0’467 (1)

где соотношение МТВ - отношение минимальных воспламеняющих токов для изучаемой и метановоздушной смесей; БЭМЗ - безопасный экспериментальный максимальный зазор;

МЭВ - минимальная энергия воспламенения взрывоопасной смеси.

Данное соотношение было получено для нормальных климатических условий.

Проверим, выполняется ли соотношение при температурах до 150 °С. Для этого, очевидно, должно выполняться следующее равенство: УВМо/УВМмт =(МЭВо/МЭВвт)0’467 (2)

Величины МЭВ при 25 С и 150 С представлены в табл. 2 [1].

Величины соотношений УВМ0/УВМт и (МЭВ0/МЭВт) представлены в табл. 3.

Таблица 3

Величины соотношений УВМ0/УВМТ и (МЭВ0/МЭВТ)____________________________

Горючее в смеси с воздухом Метан Этан Пропан

УВМ0/УВМт 1,28 1,30 1,41

(МЭВо/МЭВ/, 467 1,31 1,17 1,31

Как показывают данные табл. 3, для метановоздушной и пропановоздушной смесей совпадение хорошее (отклонение соотношений составляет 2,5 % и 7,1 % соответственно). Для этановоздушной смеси отношение составило 10 %. Сопоставление соот-

ношений УВМ0/УВМт для бутановоздушной смеси и (МЭВ0/МЭВт)0,467 для изобутановоздушной смесей не проводилось.

Из вышеприведенного можно сделать вывод о справедливости соотно-

Зависимости удельной воспламеняющей мощности термоэлементов от концентрации метановоздушной смеси и температуры ее нагрева

шения (1) для взрывоопасных смесей, нагретых до температуры 150 °С. Это позволяет, определив любой параметр взрывоопасности смеси при необходимой температуре, рассчитать другие параметры смеси при той же температуре.

В итоге выполненной работы установлено следующее.

1. НЛВК взрывоопасной смеси при нагреве смещается в сторону недостающего компонента тем больше, чем выше температура смеси.

2. Отношение произвольных параметров взрывоопасности взрывоопасной смеси к аналогичным параметрам метановоздушной смеси сохраняет свое постоянство в диапазоне температур от 20 °С до 150 °С.

------------ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Взрывобезопасностъ электрических разрядов и фрикционных искр.// Под редакцией В.С.Кравченко и В.А.Бондаря. -М.: Недра. - 1976. - 304 с.

2. ЕрыгинА.Т., ОхапкинА.Ю. Установ-

ление взаимосвязей между воспламеняющими параметрами при различных испытаниях взрывозащищенного и рудничного оборудования.// Электробезопасность. - 2000. -№1. - С. 21-25. ЕШ

— Коротко об авторах---------------------------------------------------------------

ЕрыгинА.Т. - профессор, доктор технических наук, зав. отделом,

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.