Лабораторная работа - Определение температурных пределов воспламенения паров горючей жидкости в воздухе

Определение температурных пределов воспламенения паров горючей жидкости в воздухе.

Цели работы

1.Экспериментально определитъ температурные пределы распро­странения пламени паров горючей жидкости в воздухе.

2.По определённым температурным пределам распространения пламени рассчитать концентрационные пределы распространения пламени паров горючей жидкости в воздухе.

3. Выбрать область безопасных температурных режимов работы закрытых технологических аппаратов с горючими жидкостями.

4. Определить категорию помещений и зданий по взрыво – и пожароопасности (НПБ 105-95).

Общая часть

На промышленных предприятиях в процессе производства ши­роко используют различные, горючие жидкости. Их применение создаёт повышенную опасность пожаров и взрывов. Для обеспе­чения, безопасности необходимо правильно оценить потенциаль­ную опасность всех применяемых горючих жидкостей.

Согласно ГОСТ 12.1.017-80 ССБТ «Пожаре- и взрывоопасность нефтепродуктов и химических органических продуктов» пожаро- и взрывоопасность горючих жидкостей оценивается многими показателями, основными из которых являются: темпеpaтypа вспышки, темпеpaтypа воспламенения, температурные и концентрационные .пределы распространения пламени, температура самовоспламенения и другие. Все показатели пожарной опасности определяются стандартными методами в соответствии с действующим ГОСТом.

Температура вспышки - самая низкая температура горючей жидкости, при которой над её поверхностью образуются пары, способные вспыхивать в воздухе от внешнего источника зажигания, но скорость их образования недостаточна для устойчивого горения жидкосги. Чем ниже температура вспышки, тем опаснее жидкость. Из числа горючих жидкостей особо выделяют ЛВЖ - легковоспламеняющиеся жидкости. К ЛВЖ относятся горючие жидкости с температурой вспышки, не превышающей 61 °С в закрытом или 66 °С в открытом тигле.

Температура вспышки является основным параметром пожар­ной опасности горючей жидкости. Она используется для оценки температурных условий, при которых горючая жидкость стано­вится огнеопасной в открытом аппарате, при Определении кате­гории помещений и зданий в соответствии с НПБ 105-95, при разработке мероприятий для обеспечения пожаро- и взрывобезопасного ведения технологических процессов.

В условиях производства в технологических аппаратах применяют разнообразные горючие жидкости. Обычно эти аппараты не бывают заполнены до предела, т.е. имеют определённый свобод­ный объём. Вследствие испарения горючей жидкости свободное пространство закрытых аппаратов постепенно насыщается пара­ми. При наличии в этом пространстве воздуха пары жидкости, смешиваясь с ним, могут образовывать горючие смеси.

Для практической оценки пожаро- и взрывоопасных концен­траций паров горючей жидкости технологического оборудования необходимо знать температурные и концентрационные пределы распространения пламени. Нижний (верхний) концентрационный предел распростране­ния пламени - минимальное (максимальное) содержание горю­чего, вещества в смеси с окислителем, при котором смесь способ­на воспламеняться и пламя распространяется по смеси на любое расстояние от источника-зажигания.

Горючие жидкости могут находиться в технологических аппа­ратах с различными температурными режимами. Поэтому в од­них случаях температура жидкости будет недостаточна для того, чтобы возникла пожароопасная концентрация, т.е. концентраций паровоздушной смеси будет меньше НКПРП. В других случаях жидкость может быть нагрета до достаточно высоких температур, при которых концентрация паровоздушной смеси в аппарате бу­дет больше ВКПРП.

Следовательно, в паровоздушном объёме закрытых аппаратов горючая смесь образуется только в определённых температурных интервалах нагрева жидкости, которые называют температур­ными пределами распространения пламени (НТПРП и ВТПРП).

Температурные пределы распространения пламени - это тем­пературы жидкости, при которых её насыщенные пары образуют в конкретной окислительной среде концентрации, равные соот­ветственно нижнему и верхнему концентрационным пределам распространения пламени.

Очевидно, что чем меньше нижний температурный предел рас­пространения пламени и чем, шире диапазон между НТПРП и ВТПРП, тем опаснее горючая жидкость.

Температурные пределы распространения пламени учитывают при расчёте пожаро- и взрывоопасных температурных режимов работы закрытых технологических аппаратов.

Значения НТПРП и температуры вспышки обычно равны меж­ду собой. Однако на практике определение этих параметров про­водят на разных установках и полученные данные несколько раз­личаются (иногда на несколько градусов). Поэтому нижний тем­пературный предел распространения пламени можно рассчитав по формуле

НТПРП = t_ВСП – С ,(1)

где t_ВСП температура вспышки исследуемого вещества, °С;

С – константа, допускается принимать С = 2, если температура вспышки определена в закрытом тигле и С = 8, ес­ли температура вспышки определена в открытом тигле.

'Температурные пределы распространения пламени при нор­мальном атмосферном давлении для горючих органических со­единений можно рассчитать по формулам:

НТПРП = К₁t_кип - l ₁ ,(2)

ВТПРП = К₂t_кип – l ₂ , (3)

где t_кип температура кипения жидкости или температура начала кипения раствора неоднородных жидкостей, ^OC;

К и l - коэффициенты, определяемые по специальным таблицам. Для нормальных алканов они соответственно будут равны: K₁=0,69, K₂=0,78, l₁=73,8; l₂=50,3.

Температурные пределы распространения пламени необходимо учитывать при расчёте безопасных температурных режимов ра­боты закрытых технологических аппаратов. Оптимальными ус­ловиями работы технологических аппаратов являются температурные режимы ниже нижнего или выше верхнего температур­ных пределов распространения пламени. При этом необходимо учитывать, что в реальных условиях возможно неравномерное распределение концентраций в паровом объёме аппарата. Поэто­му к температурным пределам принимается некоторый «запас прочности», и безопасными считают температуры на 10 °С ниже НТПРП и на 15 °С выше ВТПРП.

Если же это условие безопасности не выполняется и аппарат работает в области опасных температур, то необходимо исполь­зовать следующие технические решения: применение высокогер­метичного оборудования; ликвидация паровоздушного объёма в аппарате; применение ингибирующих (химически активных) и флегматизирующих (инертных) добавок, введение в горючую жидкость Kaкиx-либо добавок, снижающих парциальное давление (например, разбавление ацетона или этилового спирта водой);

употребление различных веществ, способных не разрушаясь, плавать на поверхности горючей жидкости и создавать защитный слой и т.п.

Такие показатели пожарной опасности, как t_ВСП , t_воспл, НТПРП, ВТПРП определяют с использованием внешнего источ­ника зажигания. Однако горючие паровоздушные смеси способ­ны воспламеняться и без внесения в них внешнего источника за­жигания, т.е, самовоспламеняться.

Способность вещества в самовоспламенению оценивается тем­пературой самовоспламенения.

Температура самовоспламенения - самая низкая температура вещества (или его оптимальной смеси с воздухом), при которой в условиях специальных испытаний происходит резкое увеличение скорости экзотермических реакций, приводящее к возникнове­нию пламенного горения.

Температура самовоспламенения, определённая стандартным методом, называется стандартной температурой самовоспламе­нения. Температура самовоспламенения зависит от химического состава вещества, его концентрации в смеси с окислителем, дав­ления, условий тепло- и массообмена, объёма смеси, наличия катализаторов и т.п.

Знание температуры самовоспламенения имеет большое прак­тическое значение, так как позволяет оценить возможность пла­менного горения вещества (смеси) при контакте с нагретыми по­верхностями, при истечении из аппаратов в воздух нагретых до высоких температур газов или паров жидкости. Кроме того, по температуре самовоспламенения определяется группа взрыво­опасных смесей при выборе типа взрывозащищенного электро­оборудования.

Описание лабораторной установки

Экспериментальное определение температурных пределов рас­пространения пламени проводится на лабораторной установке, схема которой показана на рисунке.

Исследуемая горючая жидкость заливается в реакционный со­суд 4, который закрывается крышкой 1. В крышке имеются два штуцер 14. Первый штуцер предназначен для подачи воздуха в реакционный сосуд при продувке, второй -для сброса давления после воспламенения паровоздушной смеси и удаления продук­тов сгорания во время продувки.

Реакционный сосуд с исследуемой жидкостью помещается в электропечь 5. Включение электропитания осуществляется пере­ключателем 7, при этом загорается контрольная лампа 8 Ско­рость нагрева задается задаётся регулятором нагрева 6, соеди­нённым с вольтметром 9. Источник зажигания 3 представляет собой нихромовую спираль, которая включается нажатием кнопки зажигания 10 и нагревается до 1000 ± 50 °С. При включении источника зажигания 3 загорается контрольная лампа 12. Одно­временно происходит включение реле времени 11, которое через заданное время (достаточное для разогрева спирали), автоматиче­ски отключает источник зажигания.

Опыты по воспламенению паровоздушной смеси начинают проводить при нагреве горючей жидкости до температуры на 5-10 °С ниже НТПРП (по справочным данным) или при температуре, указанной преподавателем. После определения нижнего (начало воспламенения) и верхнего (прекращение воспламене­ния) температурных пределов распространения пламени, опыт считается законченным.

Порядок выполнения работы

1. Произвести подключение установки к электросети с помощью тумблера 7. Должна загореться контрольная лампа 8.

2. Проверить готовность к работе источника зажигания 3. С этой целью нажать кнопку зажигания 10. При включении на­грева спирали загорается.контрольная лампа 12 и включается реле времени 11. Держать кнопку зажигания в нажатом со­стояли до автоматического отключения источника зажига­ния,(гаснет контрольная лампа 12) - за это время нихромовая спираль 3 раскаляется до температуры 1000 °С

3. С помощыо мерной колбы отмерить 200 мл керосина и залить его в реакционный сосуд 4. Закрыть сосуд крышкой 1 так, чтобы совместились стрелки, выбитые на крышке и сосуде, и завянуть болты. Проверить качество соединения. Если затяж­ка не произошла и крышка свободно лежит на сосуде, необходимо вывернуть болты в крайнее-верхнее положение и повторить операцию затяжки.

4. Поместить закрытый сосуд в электропечь 5.

5. Закрыть переднюю подвижную стенку вытяжного шкафа.

6. Включить, нагрев электропечи с помощью тумблера 7, при этом загорается контрольная лампа 8. Регулятор нагрева 6 установить в положение, указанное преподавателем

Схема экспериментальной установки;

1 -крышка; 2 -термопары; 3 - источник зажигания; 4 - стальной резервуар; 5 - электропечь; 6 – регулятор нагрева; 7 - переключатель нагрева; 8 - контрольная лампа; 9 - вольтметр; 10,- кнопка зажигания; 11-реле времени; 12 - контрольная лампа; 13-милливольтметр; 14-штуцер

7. Поместить закрытый сосуд в электропечь 5.

8. Закрыть переднюю подвижную стенку вытяжного шкафа.

9. Включить нагрев электропечи с помощью тумблера 7, при этом загорается контрольная лампа 8. Регулятор нагрева 6 ус­тановить в положение, указанное преподавателем.

10. Для измерения температуры нагреваемой жидкости тумблер переключения термопар, находящийся в левой части прибор­ной панели, установить в нижнее положение (надпись «жид­кость»).

11. Наблюдать за повышением температуры жидкости. При дос­тижении 25 °С, нажав кнопку зажигания 10, включить источ­ник зажигания 3. При этом включается контрольная лампа 12. Держать кнопку в нажатом состоянии до тех пор, пока не по­гаснет контрольная лампа. Одновременно наблюдать за вы­ходным отверстием открытого штуцера 14. При резком вы­бросе продуктов горения (сопровождаемым звуком) зафикси­ровать воспламенение. При появлении слабого дымка зафик­сировать отсутствие воспламенения (таким образом, за отказ принимают горение на источнике зажигания).

12. Продуть реакционный сосуд воздухом из воздуходувки (на­жать на кнопку в левой части приборной панели в течение 1 минуты) или с помощью ручного насоса (20-30 качаний).

13. Для того, чтобы после продувки в реакционном сосуде обра­зовалась паровоздушная смесь необходима выдержка в тече­ние 3-5 минут. Только после истечения этого времени при­ступают к следующему опыту.

14. По мере нагревания жидкости опыты по воспламенению па­ровоздушной смеси повторять через каждые 5-8 °С. Наи­меньшая температура, при которой зафиксировано воспламе­нение соответствует нижнему температурному пределу рас­пространения пламени, а наибольшая температура, при кото­рой ещё наблюдается воспламенение - верхнему температур­ному пределу распространения пламени.

15. Если ходе выполнения работы даже при температуре 60 °С не наблюдается первое воспламенение, Опыт следует приос­тановить и сообщить об, этом преподавателю.

16. Если в ходе выполнения работы температура, жидкости пре­высила 90 ° С эксперимент необходимо приостановить, даже если не определен ВТПРП.

17. После установления верхнего температурного предела рас­пространения пламени (т.е. после прекращения воспламене­ния паровоздушной смеси) эксперимент прекращается. Доя этого выводится на ноль регулятор нагрева печи 6 и выклю­чается тумблер 7.

Расчётная часть