CC BY
34
------------------------------------ © А.Т. Ерыгин, А.Ю. Охапкин,
2009
А. Т. Ерыгин, А.Ю. Охапкин
ВОСПЛАМЕНЯЕМОСТЬ НАГРЕТЫХ ВЗРЫВООПАСНЫХ СМЕСЕЙ
Получено эмпирическое выражение, позволяющее рассчитать произвольные параметры взрывоопасности любых горючих бинарных газопаровоздушных смесей, нагретых до температур, достигающих 0,5 Ьшсп.
Ключевые слова: взрывоопасные смеси, энергии воспламенения, нагретые горючие смеси.
"П оспламеняемость взрывоопасных смесей принято определять -М-Р при нормальной температуре от 18 до 25 0С. Эта температура является неотъемлемой частью методик и измерений параметров взрывоопасности горючих смесей: безопасного экспериментального максимального зазора (БЭМЗ), отношения минимальных токов воспламенения исследуемой и метановоздушной смесей (МТВ); значений минимальных воспламеняющих токов (МТВ); удельной воспламеняющей мощности (УВМ); минимальной энергии воспламенения (МЭВ). Между тем, температура взрывоопасных смесей, в которых эксплуатируется взрывозащищенное электрооборудование, может достигать 100 0С и более. Приведенные в научнотехнической литературе отдельные данные свидетельствуют о снижении параметров взрывоопасности горючих смесей с повышением их температуры [1]. Практически все результаты измерения параметров взрывоопасности нагретых горючих смесей были получены Н.Д. Гавриленко [1]. Он определил МЭВ 28 горючих смесей в диапазоне температур от 25-150 0С. Цикл исследований воспламеняемости ряда нагретых взрывоопасных смесей, проведенных в ИПКОН РАН в 2005-2007 гг. дополнил имеющиеся данные. В ИПКОН РАН определялся другой параметр взрывоопасности -УВМ для 6 горючих смесей в диапазоне температур 20-150 0С. В табл. 1 представлены величины МЭВ для 6 взрывоопасных смесей, полученные Н.Д. Гавриленко. В той же таблице представлены также температуры самовоспламенения для тех же смесей. Также здесь представлены и величины показателя термической зависимости смеси Пт.
Таблица 1
Зависимость МЭВ взрывоопасных смесей от температуры их нагрева
Газ Температура смеси, 0С ^!МВСП, 0С
25 50 75 100 125 150
Метан МЭВ, мДж 0,300 0,275 0,250 0,239 0,203 0,167 537
Пт 1 0,962 0,935 0,899 0,833 0,76
Пропан МЭВ, мДж 0,475 0,442 0,405 0,354 0,320 0,266 466
Пт 1 0,966 0,928 0,882 0,831 0,761
Этан МЭВ, мДж 0,292 0,275 0,231 0,214 0,211 0,208 515
Пт 1 0,974 0,895 0,862 0,859 0,853
і-Бутан МЭВ, мДж 0,375 0,340 0,318 0,295 0,285 0,282 405
Пт 1 0,954 0,924 0,893 0,879 0,874
Этилен МЭВ, мДж 0,121 0,085 0,075 0,075 0,066 0,062 435
Пт 1 0,852 0,814 0,800 0,753 0,732
Водо- род МЭВ, мДж 0,0110 0,0092 0,0085 0,0075 0,0070 0,0051 528
Пт 1 0,920 0,891 0,841 0,810 0,698
Этот показатель рассчитывается как отношение параметров взрывоопасности смеси ПрВ, определенных при ьтой температуре нагрева и определенных при нормальной температуре (20-250С).
Для МЭВ это отношение немного видоизменяется:
(1)
Пт = (МЭВЙ / МЭВю)0'467 (2)
Это является следствием из известного соотношения [2]:
ПВ = МТБ = БЭ>ЬК = ^ЕМК = (МЭВк/МЭВсн4.)0 467 (3)
БЭМЗсч* УВМсн4
где ПВ - показатель взрывоопасности взрывоопасной смеси по отношению к метановоздушной.
Далее, в табл. 2, приводятся экспериментальные данные по определению УВМ тех же взрывоопасных смесей по оригинальной методике ИПКОН РАН.
Анализ данных, представленных в табл. 1 и 2, показывает, что зависимость как МЭВ, так и УВМ от температуры взрывоопасной смеси может быть описан выражением:
Таблица 2
Зависимость УВМ и Пт взрывоопасных смесей от температуры их нагрева
Газ Температура, °С УВМ, Вт/мм Пт
Метан 20 2,48 1,000
67 2,25 0,967
102 2,14 0,863
151 1,93 0,778
Этан 20 1,93 1,000
71 1,77 0,917
100 1,65 0,855
149 1,48 0,767
Пропан 20 1,83 1,000
73 1,85 0,902
111 1,48 0,809
155 1,30 0,710
Бутан 20 2,02 1,000
67 1,80 0,891
95 1,62 0,802
153 1,37 0,678
Этилен 19 1,36 1.000
74 1,18 0,858
97 1,09 0,801
145 0,89 0,654
Водород 18 0,69 1.000
87 0,59 0,855
115 0.52 0,754
155 0,45 0,652
Пт (Ъ) = (1 - 1 - У Ъствсп - 1с)1-11, (4)
где 1 - текущая температура нагрева смеси; Ъс - нормальная (базовая) температура нагрева смеси; Ъсмвсп - температура самовоспламенения смеси.
Обе группы экспериментальных данных (Н.Д. Гавриленко и ИПКОН РАН) описывается единым выражением (4). Строго говоря, доказательство этого утверждения основано на критериях Стьюдента (для однородности двух групп измерений) и Р.Фишера (для равноточности двух групп измерений) [3].
Поскольку зависимость МЭВ и УВМ взрывоопасных смесей от температуры описывается единым выражением, то можно сделать вывод о том, что соотношение (2) справедливо и для температур до 150с. Дополнительным подтверждением этого вывода может быть расчет скорости горения взрывоопасных смесей - еще одной их ха-
рактеристикой, определенной для температур до 615 °К. Расхождение между экспериментальными данными и расчетными величинами скорости горения для метановоздушной и пропановоздушной смесей не превышает ±12,3% и ±2°,9% соответственно [4].
Кстати, расхождение между экспериментальными данными Н.Д. Гавриленко и величинами МЭВ, рассчитанными по формуле (4), не превышает ±12%. Лишь для определенных взрывоопасных смесей разница в этих величинах достигает ±18%.
Таким образом, полученное эмпирическое выражение (4) позволяет рассчитать произвольные параметры взрывоопасности любых горючих бинарных газопаровоздушных смесей, нагретых до температур, достигающих °,5 ^мвсп.
------------------------------------------ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Бондарь В.А., Веревкин В.Н., Гескин А.И. Взрывобезопасность электрических разрядов и фрикционных искр./ М.: Недра. - 1976. - 3°4 с.
2. Охапкин А.Ю. Разработка методики оценки взрывобезопасности нагретых тел малого размера в бинарных и многокомпонентных взрывоопасных смесях рудничной атмосферы./ Автореферат дисс. канд. техн.наук. - М.: ИПКОН РАН. -2°°2. - 15 с.
3. Селиванов М.Н., Фридман А.Э., Кудряшова Ж.Ф. Качество измерений./ Л.: Лениздат. - 1987. - 295 с.
4. Петренко Б.А. Воспламеняемость газов и физические основы электро-взрывобезопасности./ М.: Наука. - 1989. - 150 с. Н5Н=Д
A.T. Erygin, A.J. Ohapkin
FLAMMABILITY OF HEA TED EXPLOSIVE MIXES
The empirical expression, allowing to calculate free parameters of explosion hazard of any combustible binary gas-steam-air mixes, heated to the temperatures reaching
0,5tmix flammability is received.
Key words: explosive mixes, flammability energy, heated combustible mixes.
___ Коротко об авторах _____________________________________________
Ерыгин А.Т. - зав. отделом, профессор, доктор технических наук, Охапкин А.Ю. - ст. научный сотрудник, кандидат технических наук, ИПКОН РАН, info@ipkonran.ru
