Способ определения концентрационных пределов воспламенения

 

ОП ИСАНИ Е

ИЗЬ6РЕТЕ Н ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

972362 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 20.02.81 (2! ) 3249540!18-25 с присоединением заявки № (23) Приоритет —— (51) и к1

G 01 М 25/52

Государственный комитет по делам изобретений и открытий (53) х ДК 536.17! (088.8) Опхбликовано 07.! 1.82. Б!оллетень №4!

Дата опубликования описания 7.11.82 (72) Авторы изобретения

В. Н. Гудкович, В. К. Битюцкий. 3. А. Грановский Э.-А. Щтессель, В. С. Бабкин, А. Н. Баратов и В. Н. Кривулин

Всесоюзный научно-исследовательский институт техники безопасности в химической проч! !!!!л!снности (71) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИОННЫХ

ПРЕДЕЛОВ BOCHËËÌÅÍBÍÈß

Изобретение относится к технике взрывопожаробезопасности, а конкретно к способам определения пределов воспламенения гомогенных парогазовых горючих систем при различных начальных давлениях и температурах, и может быть использовано во всех отраслях народного хозяйства для разработки взрывопожаробезопасных технологических процессов и оборудования.

Пределы воспламенения являются одним из важнейших показателей, характеризующих взрывопожароопасность горючих систем.

Пределы воспламенения зависят от параметров состояния вещества (состава горючей смеси, давления, температуры) и от ускорения силы тяжести.

Известен способ определения пределов 5 воспламенения с использованием противоположных потоков, заключающийся в следующем: на пористом цилиндре стабилизируется пламя исследуемой горючей смеси, причем вокруг цилиндра создается однородное течение либо воздуха (при исследовании богатых горючим смесей), либо очень богатых метан-воздушных смесей (при исследовании бедных горючим смесей). Стабилизированное пламя в этом случае является двойным. Его фото!рафируют и определяют расстояние между внешним диффузионным пламенех! и внутренним, прилегающим к цилиндру, пламенем. За предел воспламенения принимают то значение состава исследуемой смеси, при котором расстояние между двумя ила менами сильно увеличивается !1).

Класс веществ и набор параметров состояния, для которых пригоден указанный способ, весьма узок из-за трудностей получения стационарного пламени с двумя четко различными зонами, особенно при повышенных начальных давлениях и в сильнокоптящих пламенах. Необходимость визуальных наблюдений усложняет проведение опытов.

Кроме того, получаемые данные недостоверны, поскольку горение идет в ус loBHBx, значительно отличающихся от реальных, в частности исследуемая смесь нагревается при прохождении через греющийся излучением цилиндр.

Известен также способ определения концентрационных пределов воспламенения, заключаюшийся в приготовлении горючих смесей с разными концентрациями нагревании

972362 и Ilo.! +;Hl I смесей электриче«ки нагреваемым т«л .». I регистрации: арактеристик зажи «ння 1 «ли экспериментально определенH !II III личина предельной те и ературы зажигания оказывается выше некоторой постоянной для данной горючей смеси величины, —.II смесь считается лежащей вне области иос ламенения (2) и {3).

)днако величина предельной температуры .:;!æ!.ãàIIèÿ сама является функцией параме гров состояния вещества, что делает результаты, получаемые известным спосо о бом, неточными и недостоверными.

Кроме того, во многих случаях практически невозможно достаточно точно определить величину предельной температуры зажигания из-за предпламенных реакций на поверхности нагретого тела, сопровождающихся осаждением сажи и/или испарением (возгонкой) материала нагретого тела.

Цель изобретения — повышение точности и достоверности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения концентрационных пределов воспламенения, заключающемуся в приготовлении горючих смесей с разными концентрациями, нагревании и поджиге смесей электрически нагреваемым те25 лом и регистрации характеристик зажигания, нагревание тела и регистрацию характеристик зажигания производят электротермографически при фиксированной электрической мощности, затем проводят измерения при увеличении электрической мощности и за концентрационный предел воспламенения принимают то значение концентрации горючего газа в смеси, которое не зависит от изменения электричесКой мощности.

Нагревание тела и регистрация характеристик зажигания электротермографическим методом дает возможность отказаться от использования дополнительных датчиков для регистрации характеристик зажигания.

Принципиальное отличие предлагаемого способа заключается в том, что исследуют зависимости времени задержки зажигания и величины, характеризующей перегрев за счет экзотермических реакций, а не предельные температуру и электрическую мощность зажигания. При определении предельных тем- 4S ператур зажигания (предельных электрических мощностей) время задержки зажигания значительно увеличивается, что сказывается как на состоянии исходной смеси (при небольших размерах реакционного сосуда начинает сказываться выгорание исходной смеси), так и на состоянии самой поверхности нагретого тела. В этом случае величина предельной температуры зажигания может оказаться зависящей от размеров реакционного сосуда.

На фиг. 1 изооражена блок-схема установки для проведения опытов по предлагаемому способу; на фиг. 2 - типичные электротермограммы при фиксированной электрической мощности, потребляемой проволочкой, в случае определения нижнего концентрационного предела воспламенения смесей пропан †возд при нормальных условиях (по оси абсцисс — время в секундах, по оси ординат — выходное напряжение моста

В Вольтах) .

Электрически нагреваемое тело (проволочка) 1 включено в одно из плеч моста постоянного тока и помещено в реакционный сосуд. В то же плечо включено низкоомное сопротивление 3, которое слабо зависит от температуры. Второе плечо моста содержит два высокоомных сопротивления 4 и 5. Величины сопротивлений 4 и 5 подбирают таким образом, чтобы можно было пренебречь выделяемой на них мощностью.

Источник стабилизированного напряжечия 6 служит для питания моста. Выходное напряжение моста регистрируется с помощью быстродействующего регистратора 7, например электронного осциллографа. Напряжение питания моста измеряется вольтметром 8.

Пример. Проводят определение нижнего концентрационного предела воспламенения пропан-воздушных смесей. Опыты проводят в реакционном сосуде диаметром 80 мм, объемом 1,2 л. В качестве нагреваемого тела испол ьз лот предва рительно окисленные пп,; . к з., и. .. -, .. t, и - 0.2 Mì; г. =70 MM). .ра .::::;:, .; ь. электротермограммы для трех значений данного параметра (т.е. для трех составов смеси) при фиксированной электрической мощности. Рядом с электротермограммами приведены состав смеси, величины времени задержки t и высоты экзотермического скачка h, характеризующие перегрев проволочки. Величины h и 1з приведены в относительных единицах.

Видно, что при содержании пропана (2 об.о/0 происходит резкий скачок в зависимости

tp u h от состава смеси. Напряжение питания в этом случае равно 8,7 В. Дальнейшее увеличение напряжения питания (электрической мощности) не влияет на место перегиба зависимостей t, и h от состава смеси, поэтому за нижний концентрационный предел воспламенения принята величина равная 2,0 об. /0 пропана.

Апробацию предлагаемого метода проводят для ряда других веществ при различных параметрах состояния.

Величины пределов воспламенения, полученные предлагаемым способом, приведены в таблице вместе с наиболее достоверными литературными данными.

972362

Начальная темНачальное давГорючая среда пература

К ление, ата

Предлагаемый способ

Литературные данные

2,0-9,95

2,0-9,5

2,0- 9,5

1,9-10,1

1 300

1 400

Пропан + воздух

Бромистый этил +

+ воздух

6,05-8,75

6„1-8,9

49,5

57,5

300

50,5

58, 3"

61, 5"

300

Пропан + кислород

300

300

1,4"

1, 35""

300

Ацетилен Нижний предел не определяется:

Предельное давление пламени распада ацетилена, ата

Формула изобретения

Использование предлагаемого способа определения пределов воспламенения обеспечивает по сравнению с существующими способами следующие преимущества: повышение точности и достоверности результатов за счет снижения числа неконтролируемых параметров, влияющих на определяемую величину предела; значительное снижение металлоемкости установок и трудоемкости проведения опытов, особенно при повышенных предельных температурах и давлениях, за счет уменьшения габаритов реакционных сосудов и отказа от специальных датчиков и аппаратуры для регистрации факта зажигания или распространения пламени.

Способ определения концентрационных пределов воспламенения, заключающийся в приготовлении горючих смесей с разными концентрациями, нагревании и поджиге смеОбласть воспламенения горючего в смеси, об. 1 сей электрически нагреваемым телом и регистрации характеристик зажигания, отлиЗО чаюи ийся тем, что, с целью повышения точности и достоверности определения, нагревание тела и регистрацик> характеристик зажигания производят электротермографически при фиксированной электрической мощности

35 затем проводят измерения при увеличении электрической мощности и за концентрационный предел воспла менени я при ни мают то значение концентрации горючего газа в смеси, которое не зависит от изменения электрической мощности.

40 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. 1. Jamaoka and Н. Tsuji Seventh symposium (International) on Combustion, The

Combustion Institute, 1979, р. 215 — 216.

2. Розловский А. И. Научные основы тех45 ники взрывопожаробезопасности при работе с горючими газами и парами. М., «Химия», 1972.

3. Патент Великобритании No 1369038, кл. G 1 N, 974 (прототип) .

972362

8,4yg.% С,у/ р

6= А

Р,1 об.% 0 Н

p,р тРУ С,Н

Фиг. 3

Составитель В. Сизенев

Реда кто р T. Лопатина Техред И. Верес Корректор Ю. Макаренко

Заказ 8062/33 Тираж 887 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4