Одним из специфичных условий эксплуатации технологического оборудования в химических производствах является то, что присутствуют стадии, использующие пониженные давления (ПД) не только в газовых системах, но и в паровых средах. В этом случае актуальность вопросов обеспечения пожаро- и взрывобезопасности таких технологических процессов существенно возрастает.
В свете имеющихся представлений о сущности явления пределов распространения пламени, изучение роли ряда факторов, в первую очередь давления и компонентного состава, может иметь принципиальное значение для формирования правильных представлений не только о сущности пределов распространения пламени в рассматриваемых системах, но и обеспечения пожаро- и взрывобезопасности химико-технологических процессов.
Идущие в научном мире споры о наиболее эффективном диаметре реакционного сосуда при исследовании процессов горения парогазовых систем, в которых моделируются обращаемые в технологическом оборудовании среды, заставили авторов высказать свои замечания в этой области.
Традиционно испытательная камера представляет собой цилиндрический сосуд, выполненный из коррозионно-стойкого металла. При выборе диаметра камеры значение гасящего диаметра для газовых и паро-воздушных смесей при давлении 9,8∙104 Па использовано постоянство значения критерия Пекле на пределе гашения пламени [1]:
, (1)
где Ре - критерий Пекле, который согласно [1, 2], равен примерно 65; R - газовая постоянная, (см3∙кПа)/ºС; Т0 - начальная температура смеси, К; λсм - теплопроводность газовой смеси, кал/см∙с∙град; Uн - нормальная скорость распространения пламени для содержания водорода, м/с; ср.см - теплоемкость смеси, кал/моль∙град; Р - атмосферное давление, кПа.
Если молекулярные массы компонентов смеси не сильно отличаются друг от друга, применяется линейная зависимость, соответствующая аддитивной теплопроводности смеси [1]
, (2)
где λ1 и λ2 - коэффициенты теплопроводности; К1 и К2 - мольные доли компонентов.
Было учтено, что при большом различии молекулярных масс более точна логарифмическая зависимость
; 
. (3)
Подставляя значения параметров в уравнение (1), получили dкр = 0,85∙10-2 м, что соответствует результатам оценок по [3].
Из уравнения (1) следует, что критический диаметр возрастает при уменьшении давления, а из работы [4] следует, что нормальная скорость может возрастать при уменьшении давления. Проведенные исследования по измерению видимой скорости распространения пламени в околопредельных смесях в интервале давлений 1,25∙104 - 6,4∙104 Па в камерах диаметром 5∙10-2, 8∙10-2 и 18∙10-2 м, показали близкие результаты. Анализ проведенных исследований показал, что полученные результаты по измерению видимой скорости распространения пламени описываются уравнением вида
; (4)
Решая уравнения (4) для произвольных точек M и N, принадлежащих массиву экспериментальных данных было получено уравнение y = Аx + В с дисперсией 0,85 и средним отклонением 0,93.
Обработав, таким образом, все представленные зависимости был получен симплекс, показывающий, что газовые и парогазовые смеси при горении подчиняются одним и тем же закономерностям, а значит, эффект, наблюдаемый в газах, не исключается своим проявлением и для парогазовых смесей. Следует сделать предположение, что известный эффект второго предела по давлению для водород-кислородных смесей, можно ожидать и в парогазовых смесях.
На разработанной установке [5, 6] и методике для изучения критических условий распространения пламени в модельных парогазовых системах были проведены исследования других веществ: ацетона, метанола, п-ксилола, толуола и дихлорэтана. Эти исследования представлены в табл. 1.
Таблица 1. Условия распространения пламени в паро-воздушных системах
|
№ п/п |
Наименование паро-воздушной системы |
Воспламенение системы, %, об |
|
|
нормальные условия |
пониженное давление |
||
|
1. |
Ацетон |
2,2 |
1,9 |
|
2. |
Метиловый спирт |
6,0 |
1,0 |
|
3. |
П-ксилол |
1,0 |
0,1 |
|
4. |
Толуол |
1,3 |
0,34 |
|
5. |
Дихлорэтан |
6,2 |
5,9 |
Следовательно, учитывая специфичность условий эксплуатации технологического оборудования в технологических процессах, использующих пониженные давления не только в газовых системах, но и в паровых средах, актуальность вопросов обеспечения пожаро- и взрывобезопасности таких технологических процессов существенно возрастает.
По результатам проделанной работы следует, что парогазовые системы при пониженных давлениях, представляет еще большую опасность, из чего следует, что изменятся особенности конструкции и технологии, потенциальная опасность, основные факторы пожара и взрыва технологического оборудования, в котором присутствуют эти системы и меры пожаровзрывопредотвращения.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
- РозловскийА.И. Научные основы техники взрывобезопасности при работе с горючими газами и парами. М.: Химия, 2 изд. перераб., 1980. 346 с.
- ЛьюисБ., ЭльбеГ. Горение, пламя и взрывы в газах. Пер. с англ. / Под ред. В.И.Кондратьева. М.: Мир, 1968. 592 с.
- ПотехинТ.С., ПрохоровН.С., ТерещенкоГ.Ф. Управление риском в химической промышленности. // ЖВХО, 1990, Т. 35. С. 421-424.
- ЗельдовичЯ.Б., БаренблаттГ.И., ЛибровичВ.Б., МахвиладзеГ.М. Математическая теория горения и взрыва. М.: Наука. 1980. 478с.
- Полезная модель 16956 РФ. Устройство для определения концентрационных пределов распространения пламени. / А.И.Сечин, Д.А.Цветков, В.И.Косинцев, А.А.Сечин. Опубл. 27.02.2001.
- СечинА.И. К вопросу определения пожаровзрывоопасных характеристик парогазовых смесей. // Аспирант и соискатель. М.: 2003. №5, С.233-236.