Температурные показатели пожарной опасности

К температурным показателям пожарной опасности относятся температурные пределы распространения пламени (нижний Т_н и верхний Т_в, температура вспышки в закрытоми открытом приборах, температура воспламенения Т_вп, температура самовоспламенения T_св, температура зажигания Т_з, температура, горения Т_г. В порядке возрастания они могут быть расположены в виде ряда

3.1. Расчет температурных пределов распространения пламени

Нижний (верхний) температурный предел распространения пламени - температура жидкости, при которой концентрация насыщенных паров равна нижнему (верхнему) концентрационному пределу распространения.

Существует несколько полуэмпирических методов расчета температурных пределов распространения пламени, однако они мало отличаются друг от друга по точности.

Температурные пределы распространения пламени (ТПР) жидкостей рассчитывают по температуре кипения

(3.1.1)

где - нижний (верхний) температурный предел распространения пламени;

-температура кипений, ^оС;

, -константы для определенных групп (гомологических рядов) жидкостей.

Температурные пределы распространения пламени могут быть определены по известным значениям концентрационных пределов

(3.1.2)

где давление насыщенного пара, соответствующее нижнему (верхнему) концентрационному пределу воспламенения;

- нижний (верхний) концентрационный предел распространения пламени;

- атмосферное давление.

Из уравнения Антуана или по табл.17 приложения определяем температуру вещества, при которой достигается данное давление. Эта температура будет являться соответственно нижним (верхним) пределом воспламенения.

Примеры

Пример 1. Определить ТПР пламени метилового спирта, если температура его кипения равна 65^оС.

Решение.

Расчет проводим по формуле (3.1.1), значение констант определяем по табл. 8 приложения для нормальных жирных спиртов

t_H =0,5746·65-33,7=3,6°С=276,6 К;

t_В =0,6028·65-15,0=30^оС=303 К.

Определим относительную ошибку расчета. По табл. 16 приложения находим, что ТПР пламени метилового спирта составляют 280 - 320К:

Следовательно, результаты расчета занижены менее чем на 3%.

Пример 2.Определить температурные пределы распространения пламени ацетона, если его концентрационные пределы в воздухе равны 2,2 - 13,0%. Атмосферное давление – нормальное.

Решение.

По формуле (3.1.2) определим давление насыщенного пара ацетона, соответствующее нижнему и верхнему температурным пределам распространения пламени,

Па; Па

мм.р.ст.; мм.р.ст.

Из уравнения Антуана следует

Из табл. 12 приложения находим значение констант А, В и С для ацетона

А =7,25058; В =1281,721; С =237,088.

lgP_Н =1,2235; lgP_В =1,9994.

^оС=248 К;

^оС=281 К.

Для решения этой же задачи можно воспользоваться данными табл.7 приложения. Из табл.17 следует, что НТПР пламени находим между температурами 241,9-252,2^оС, а ВТПР пламени - между 271,0 и 280,7 К.

Линейной интерполяцией определим ТПР пламени:

3.2. Расчет температуры вспышки и воспламенения

Температура вспышки - минимальная температура жидкости, при которой в условиях, специальных испытаний, происходит воспламенение паров жидкости при кратковременном воздействии высоко энергетического источника без последующего перехода горения в стационарный диффузионный режим.

Температура воспламенения - минимальная температура жидкости, при которой в условиях, специальных испытаний, происходит воспламенение паров жидкости при кратковременном воздействии высоко энергетического источника с последующим переходом горения в стационарный диффузионный режим.

Наиболее распространенным и достаточно точным является расчет температур вспышки и воспламенения по формуле В.И. Блинова

(3.2.1)

где -температура вспышки (воспламенения)

Р _НП- давление насыщенного пара при температуре вспышки (воспламенения); Д - коэффициент диффузии поров горючего в воздухе;

n - стехиометрический коэффициент при кислороде - количество молей кислорода, необходимое для полного окисления (до CO₂, Н₂О, SO_2:) одного моля горючего вещества;

А - константа метода определения (табл. 3.2.1).

Таблица 3.2.1

Температура, К	Значение параметра А,
Вспышки в закрытом тигле	28,0
Вспышки в открытом тигле	45,3
Воспламенения	53,3

Коэффициенты диффузии некоторых газов и паров в воздухе при нормальных условиях (Д₀) приведены в табл. 7 приложения. При их отсутствии последние определяют по формуле

(3.2.2)

где - коэффициент диффузии, м³/с;

μ_i - количество i-го элемента в молекуле горючего вещества;

ΔМ_i - атомные (элементные) составляющие (табл. 3.2.2).

При температуре, отличающейся от нормальной, коэффициент диффузии Д может быть рассчитан по соотношению

(3.2.3)

где n - показатель значение которого приведено в табл. 7 приложения

Таблица 3.2.2

* значение ΔМ зависит от числа атомов углерода и их положения в молекуле горючего:

1) ΔМ =25 для атомов углерода, входящих в ароматический цикл;

2) ΔМ =25+ЗС - для атомов углерода в открытой цепи, если их количество меньше или равно восьми (С, 8);

3) ΔМ =50 - для атомов углерода в открытой цепи при С>8;

4) ΔМ =25+2С - для атомов углерода, входящих в неароматический цикл при С<8;

5) ΔМ =42 - для атомов углерода, входящих в неароматический цикл при С>8.

Простым, но менее четным является расчет температур вспышки в закрытом тигле по формуле Элея

(3.2.4)

где t_ВС - температура вспышки, ^оС;

t_КИП - температура кипения, ^оС;

k – коэффициент, определяющий по формуле:

k=4m_C+m_H+4m_S+m_N-2m_O-2m_Cl-3m_F-5m_Br (3.2.5)

где m_C, m_H, m_S, m_N, m_O, m_Cl, m_F, m_Br – количество элементов углерода, водорода, серы, азота, кислорода, хлора, фтора, брома в молекуле горючего вещества.

Температура вспышки в закрытом тигле может быть определена по нижнему температурному пределу воспламенения

(3.2.6)

эта формула применима, если 0< t_ВС <160^oC.

Примеры

Пример 1. по формуле В.И. Блинова определить температуру воспламенения бутилового спирта.

Peшение.

1. Определим значение стехиометрического коэффициента

С₄Н₉ОН+6О₂=4СО₂+5Н₂О.

Следовательно, n =6.

2. Определим значение коэффициента диффузии по формуле (3.2.2). Для этого по табл. 3.2.2 устанавливаем, что ΔМ =25+3,4=37, тогда

м²/с

3. По табл. 3.2.1 выберем значение А =53,3 и по формуле (3.2.1) определим произведение

К·Па

4.По табл. 17 приложения задаемся температурой 326,4 К, давление насыщенного пара при которой равно 5333 Па.

Произведение Т Р =326,4·5333 – 1740·10³ К·Па.

Сравнивая полученные значения с вычислением в п.3, устанавливаем, что < Т Р.

5.Задаемся по табл.17 приложения меньшей температурой 314,5 К. Давление насыщенного пара при этом равно 2666 Па.

Т Р =314,5·2666=5840·10³ К·Па.

Так как ТР> , линейной интерполяцией находим значение температуры воспламенения

К

Справочное значение температуры воспламенения составляет 314 К.

Погрешность расчета

Пример 2. По формуле Элея определить, температуру вспышки бензола в закрытом тигле.

Решение.

Для расчета по формуле (3.2.4) необходимо знать температуру кипения бензола (С₆Н₆) и значение коэффициента k.

Температура кипения бензола 353 К или 80 ^оС. Величину k определим по формуле

k= 4·6+6= 30.

Определим искомую величину температуры вспышки

.= 80-18 =18,6 ^оC или 254,4 К.

Согласно справочным данным, температура вспышки бензола равна 259 К Определим ошибку расчета

Результат расчета занижен менее чем на 2%

Задание на самостоятельную работу

Задача 6: Рассчитать температурные пределы воспламенения, температуру вспышки паров i-ro вещества в воздухе. Результаты расчета сравнить симеющимися справочными данными и определить относительную ошибку

3.3. Расчет стандартной температуры самовоспламенения

Температура самовоспламенения - минимальная температура газо-(паро-) воздушной смеси, при которой происходит ее воспламенение без влияния высокоэнергетического источника зажигания.

Расчет температуры самовоспламенения проводят в следующей последовательности.

Определяют количество углеродных цепей

, (3.3.1)

где m_Ц - общее число цепей;

М_Р - количество функциональных групп в молекуле горючего вещества -СН₃, -ОН, фенил. Фенильная группа может быть как концевой, так и в середине цепи.

Определяют длину каждой цепи (количество атомов углерода) и среднюю длину цепи

(3.3.2)

где С_i - количество атомов y углерода в i-й цепи.

При определении, С_i надо иметь в виду, что группа -OН удлиняет цепь, а фенильная группа уменьшает её на один атом углерода.

По табл. 9-11 приложения по средней длине цепи определяют температуру самовоспламенении. Температуру самовоспламенения можно также рассчитать по формулам

при ≤5; (3.3.3,а)

при >5; (3.3.3,б)

Примеры

Пример 1. рассчитать температуру самовоспламенения 2,2-диметилгексана.

Решение.

Запишем структурную формулу горючего вещества и определим количество цепей

7

СН₃

1 |2 3 4 5 6

СН₃—С—СН₂—СН₂—СН₂—СН₃

|8

СН₃

М_Р = 4, так как в молекуле содержится четыре группы – CH₃.

2. Находим длину каждой цели и среднюю длину

по табл.9 приложения определяем, что температура самовоспламенения равна 643 К. по формуле (3.3.3,б)

t_С =300+116 =328 ^оС или 655 К

Пример 2. Рассчитать температуру самовоспламенения изопропилового спирта.

Решение.

Исходя из структурной формулы вещества, определим количество цепей

1 2 3

СН₃—СН—ОН

4|

СН₃

М_Р = 3, так как в молекуле содержится две группы – CH₃ И одна группа – ОН

Находим длину каждой цели и среднюю длину

В цепях 1-3 и 3-4 содержится по два атома углерода и одна группа –ОН, которая удлиняет цепь на один атом углерода

По табл.11 приложения находим, что температура самовоспламенения изопропилового спирта равна 706 К; по формуле (4.10)

t_С =300+116 =464 ^оС или 737 К

согласно справочным данным, температура самовоспламенения равна 693К

Относительная ошибка расчета с использованием таблицы составляет

Если расчет вести но формуле (4.10), она возрастает до

Пример 3. Определить температуру самовоспламенения вещества 1-метил-4-этилбензола.

Решение.

Структурная формула вещества

М_Р =3, так как в молекуле две метильные и одна фенильная группы.

Определим длину цепей

Длина цепи уменьшается па один атом углерода, ток как в нее входит фенильная группа

По табл.10. приложения определяем, что температура самовоспламенения равна 712 К.

Задание на самостоятельную работу

Задача 7: Рассчитать стандартную температуру самовоспламенения i-го вещества. Сравнить расчетное значение с имеющимися справочными данными и определить относительную ошибку расчета.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: