Способ определения пожарной опасности материалов

 

(n>949456

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено 14.10. 80 (21) 2993516/18-25 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет (53) M Кл з

G 01 N 25/50

Государственный комитет

СССР ло делам изобретений и открытий (531УДК 636. »2 (088. 8) Опубликовано 070882 Бюллетень ¹»

Дата опубликования описания 07.08.82

Г.И.Смелков, А.A.Àëåêñàíäðoâ, О.В.Чекки а и .В.В.Островская (72) Авторы изобретения

Всесоюзный научно-исследовательский институт противопожарной обороны (71) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ

MATEPИАЛОВ

2 ббпр Т„Т й„(-,М6(Ти Тк)+О, 296 (Tg ITH e? (T„-Т ) д Ц-1Щ6(Тк /Т„)+Ц286(Ти(Т „)к) Изобретение относится к оценке пожарной опасности веществ и материалов, воспламеняемых от источников с малой энергией, и может быть использованЬ в физической химии (химической кинетике) для определения скорости протекания реакций, а также при определении скорости старения изоляции.

Известен способ определения rioжарнрй опасности твердых горючих ве« ществ путем нахождения их энергии активации, включающий разогрев проволочкой этих веществ до температур воспламенения. По измеренной температуре проволочки можно определить энергию активации исследуемого твердого горючего вещества (энергию активации процесса воспламенения).(11 .

Однако существующий способ гро-> моздок, требует больших затрат времени и сложного приборного оснащения, для его реализации необходимы большие мощности и высокие потенциалы на источнике, разогревающем проволочку, что не только усложняет проведе-. ние исследований, но и создает дополнительные трудности для обеспечения безопасного обслуживания установки. Определение энергии активации практически невозможно без привлечения быстродействующих 3ВМ с большим объемом памяти для решения системы нелинейных трансцендетных уравнений.

Кроме того, метод определения энергии активации с помощью проволо-, чек предполагает исследование небольшой группы, в основном легковоспламеняющихся горючих веществ, и малодоступен небольшим лабораториям, в частности, испытательным пожарным

15 лабораториям.

Наиболее близким к изобретению является способ определения пожарной опасности материалов, заключающийся в нагревании, по крайней мере, 20 двух металлических частиц, измерении начальной температуры частиц и исследуемого горючего вещества, сбрасывании частиц на вещество и определении критической температуры начала

25,реакции частиц и,горючего материала (2 .По критической температуре по формуле определяют энергию активаций.

949456 де Тн начальная температура исследуемого материала, К;

d — диаметры частиц, мм;

Т, Т вЂ” соответствующие диаметрам критические температуры, К.

Недостатками укаэанного способа являются низкая точность эксперимента, так как видимый процесс воспламенения горючего материала происходит при более высоких (до 20%) температурах (начальная температура сброшенной на материал сферы), чем требуемая (искомая) температура начала химической реакции разложения материала, по которой и должно про,исходить определение энергии активации (этим обуславливается и различие в два раза диаметров сфер), а так же непригодность способа для определения энергии активации трудновоспламеняющихся (горючих) и трудно горючих материалов, так как могут отсутствовать видимые признаки горения пламя и т.п.

Следует отметить, что значение энергии активации зависит от началь .ной температуры исследуемого горю-. чего материала, поэтому при оценке .. энергии активации при другом эффективном значении температуры окружающей среды укаэанный способ из-за большой погрешности в оценке момента воспламенения не позволяет выявить эти различия.

Цель изобретения — повышение точности при определении энергии активации и расширение области испытуемых материалов.

Гоставленная цель достигается твм, что согласно способу определения пожарной опасности материалов, заключающемся в нагревании не менее двух металлических частиц (сфер), измерении начальной температуры частиц и испытуемого горючего материала, сбрасывании частиц на вещество и определении критической температуры начала реакции между частицами и горючим,материалом, непрерывно измеряют температуру охлаждения частицы при падении и контакте с горючим материалом, на кривых охлаждения фиксируют горизонтальный участок, по которому определяют критическую тем:пературу воспламенения, при этом

:сбрасываемые частицы отличаются в диаметрах не менее, чем в 1,5 раза.

На чертеже представлены кривые охлаждения частиц, начиная с момента соприкосновения частиц с испытывае= мым материалом.

По оси абсцисс отложено время охлаждения, а по оси ординат температура Т частиц в любой момент времени, начиная с момента соприкосновения с испытываемым материалом.

Кривая 1 соответствует случаю, когда температура частицы Т (в момент соприкосновения) больше критической. Сплошной линией показан процесс самоэатухания горения, штрихпунктирной — процесс устойчивого горения. Кривая 2 показывает процесс охлаждения частицы при критической

10 (искомой) температуре T

Кривая 3 показывает процесс охлаждения при температуре частицы Т .ниже критической.

При проведении испытаний по пред15 .лагаемому способу брались две произвольного диаметра металлические частицы (сферы), материал которых не играет существенной роли на основании опытов Сильвера, но имеющие

20 достаточно высокую (более 1000 С) температуру плавления, например стальные, медные, латунные и т.п.

Диаметры сфер выбирались не менее чем в полтора раза отличающимися

25 друг от друга. Как показали опыты, в том случае, если разница в диамет.рах менее указанной величины, значения критических температур становятся практически неразличимыми, Точность эксперимента также повышается с увеличением разницы в диаметрах частиц. Однако диаметр большей частицы следует брать не более 25 мм, так как в связи с увеличением диаметра возникает неравномерность по объему сферы температурное поле и тем самьпл нарушаются принципы, заложенные при выводе формулы по определению энергии активации веществ.

Описанные сферические частицы нагревались в электрической печи с регулятором температуры и сбрасывались на исследуемый твердый материал, 45 предварительно Фиксировалась температура исследуемого материала, при этом непрерывно осциллографировалась кривая изменения температуры охлаждения частиц на автоматическом потенциометре. Для этого применили термопары, запрессованные внутри сфер. По характеру кривые охлаждения и по наличию на этих кривых точек перегиба — горизонтальных участков определяли для каждого диаметра сфер критические температу ры (температуры в момент соприкос,новения с горючим материалом), вы зывающие появление гориэойтальных участков на графиках охлаждения. 60

По значению найденных критических температур и известных диаметров находили энергию активации реакции воспламенения исследуемого горючего материала по формуле

949456

16,63Т Т

E= " х (т,-т„) 4О <кИ6(и ЯД+ОДВ6(Тн(Т„) ) p >

° еи

d<()H,йВ6(Тм1ТЪ+02Вь(тм т ) ) Моли 5 где T„ начальная температура горючего ма-, териала, К;, и d„ Т Т вЂ” соответственно ди- 10

У + °, 1 аметры (мм) и критические температуры (К) первой и второй частиц.

Использование предлагаемого способа определения энергии активации Температура материала, ТНУ К

Материал

Радиусы сфер,см

Критическая температура

T„p K

Энергия активации, Е, Дж/моль

0,175

0,115

898

Хлопок

293

58865

1023

О, 175

0,282

Бумага

998

898

7.885 2

293

О, 175

Стружки сосновые

973

293

52186

Ою 282

0,281

898

Сухое сено

923

1023

80272

0,177

293 определяют критическую температуру, при этом сбрасываемые частицы отличаются в диаметрах не менее, чем в 1,5 раза.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Гришин- A,È, Субботин A,Í.

О сопряженном теплообмене между нагретыми телами и реакционноспособной средой. Сб. Тепло- и массоперенос.

Минск, 1972, т, 2, ч. 2.

2. Отчет цо теме 6296-77. Теоре тические основы определения зажига6 тельной способности частиц металлов

У образующихся при коротких замыканиях элекФропроводов. ВНИИПО Москва-Томск, 1979 (прототип) .

По описанному способу были полу- чены значения энергии. активации наиболее характерных горючих материалов, сведенные в таблицу.

Формула изобретения

Способ определения пожарной опасности материалов, заключающийся в нагревании, по крайней мере, двух металлических частиц, измерении начальной температурй частиц и испытуемого горючего вещества, сбрасывании частиц на вещество и определении критической температуры начала реакции между частицей и горячим материалом, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, непрерывно измеряют температуру охлаждения частицы при падении и контакте с горючим материалом, на кривых охлаждения фиксируют горизонтальный участок, по которому

"твердых горючих веществ обеспечивает по сравнению с существующими способами следующие преимущества: а) возможность определения энергии активации реакции воспламенения твердых материалов в широком диапазоне; б) значительное снижение трудозатрат и времени при определении пожарной опасности веществ и материалов, так как для определения энергии активации не обязательно воспламенять частицы (нагревать их до высоких температур порядка 2000-2500 C), для чего необходимы специальные дорогостоящие установки, требующие подвода значительного количества энергии и предьявляющие повыаенные требования к обеспечению пожаро- и электробезопасности при экспериментальных работах; в) предлагаемый способ определения пожарной опасности материалов удобен для применения в небольших пожаро-технических лабораториях.

949456 креня олтмдемим востры

Составитель В.Сиэенев

Техред й. Бабинец Корректор В.Бутяга

Редактор Н.Джуган

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 5734/29 Тираж 887 Поддисное

BHHHtIH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5