Диссертация (1172857), страница 23
Текст из файла (страница 23)
Как отмечено выше, это вызвано, вероятно, рольюфторированных углеводородов как окислителей при превращении водорода во182фронте пламени, что может быть объяснено протеканием брутто- реакций(3.XVII) – (3.XIX).Эти реакции сопровождаются значительными тепловыми эффектами, чтоможет качественно объяснить описанное выше поведение огнетушащихконцентраций. Заметим также, что величины адиабатических температур приреализации указанных реакций для соответствующих стехиометрических смесейпри постоянном давлении составляют 1050, 1000 и 1020 К соответственно.Другой возможной причиной существенного превышения концентрациейфторированного углеводорода, подаваемого с потоком горючего, над величиной,рассчитанной по методике раздела 8.2 величины, является различное влияниеингибитора при его подаче в горючее и окислитель.
При подаче фторированногоуглеводорода в поток окислителя ингибируются реакции, протекающие придиффузии активных центров (в основном атомов H) в окислительной среде (вчастности, реакция разветвления H + O2 = OH + O, играющая основную роль пригорении водорода). При подаче фторированного углеводорода в поток горючегоуказанный фторированный агент не приводит к ингибированию реакций горения,т.к. в потоке горючего отсутствует кислород.
Более того, наличие фторированногоуглеводорода в потоке горючего обусловливает протекание реакций (3.XVII) –(3.XIX), приводящих к дополнительному по сравнению с окислением водородавоздухом тепловыделению. Указанные выше реакции окисления (3.XVII) –(3.XIX) в потоке воздуха существенно менее значимы из-за наличия во фронтепламени со стороны окислительной среды кислорода, являющегося болееэффективнымокислителемуглеводородами.Болееводородавысокаяпосравнениюэффективностьсфторированнымикислородавоздухаподтверждается тем обстоятельством, что воздух в отличие от фторированныхуглеводородов способен как образовывать горючие смеси с водородом, так иподдерживать диффузионное горение H2.Представляет интерес сопоставить представленные на рисунках 6.5 – 6.7данные с результатами, полученными в разделе 6.2 настоящей работы для случаядиффузионного горения метана в воздухе.
В разделе 6.2 также обнаружено, что183экспериментально измеренные огнетушащие концентрации фторированныхуглеводородов при их подаче в поток горючего несколько превышают значения,рассчитанные по методике раздела 8.2, хотя степень этого превышения невеликапо сравнению со случаем горения водорода. Связано это, вероятно, с тем, чтоокисление метана фторированными углеводородами в реакциях (3.XX) – (3.XXII)более затруднено по сравнению с водородом. Этот вопрос на примере горенияводорода и метана в воздухе подробно рассмотрен в работе [41] и разделе 8.1настоящей работы, в результате чего было выявлено, что относительнаязатрудненность окисления метана по сравнению с водородом во фронте пламениобусловлена эффектом самоингибирования.
В случае окисления фторированнымиуглеводородами для активного протекания указанного процесса необходимопредварительное превращение метана с образованием радикалов H, CH3, CH2 ит.п., без которого брутто- реакции (3.XX) – (3.XXII) вряд ли будут протекать сзаметной скоростью при температурах 900 – 1000 К (указанные температурысогласно данным главы 3 настоящей работы могут реализоваться при протеканииреакций (3.XX) – (3.XXII)). Аналогичные реакции водорода (3.XVII) – (3.XIX)могут протекать без каких- либо предварительных химических превращений. Сэтой точки зрения оказываются понятными результаты раздела 6.2 настоящейработы по гашению диффузионного пламени метана при одновременной подачехимически инертного агента (азота) в потоки горючего (метана) и окислителя(воздуха).Экспериментыпоопределениюогнетушащихконцентрацийазота,подаваемого с воздухом и водородом, показали следующее.
Огнетушащуюконцентрацию N2 при подаче в воздух определить не удалось. При подаче чистогоазота время тушения составило 291 с, при подаче состава 96 % N2 + 4 % воздухтушение не наступало вплоть до времени воздействия на факел, равного 20 мин.Вероятно, это связано с двумя обстоятельствами. Во-первых, значительнойвеличиной огнетушащей концентрации азота, подаваемого с воздухом Свогн ,которая, по оценкам с помощью формулы, полученной в разделе 8.2 настоящейработы, и значения Сгогн = 88 % (об.), определенного в [161] для низких скоростей184истечения горючего, составляет 75 % (об.).
При этом предельное содержаниекислорода в окислительной среде воздух − азот по отношению к диффузионномуфакелу водорода составляет около 5 % (об.). Во- вторых, при столь маломпредельном содержании кислорода существенными, вероятно, оказываютсянеоднородности распределения концентраций огнетушащего газа в объемереакционного цилиндра, в результате чего горение факела оказываетсявозможным в силу наличия вблизи горелки локальных пространственныхобластей с концентрацией О2 более 5 % (об.).Выводы к главе 6.1) Проведено экспериментальное определение огнетушащих концентрацийгазовых средств тушения (СHF3, C2HF5, C4F10) по отношению к факелам водородаи метана в воздухе при их одновременной подаче в горючее и окислитель.2) Обнаружено существенное превышение предельным содержаниемфлегматизирующего газа при его подаче в горючее над рассчитаннымианалитически по обобщенному правилу Ле- Шателье в случае водородногофакела. В то же время указанное обобщенное правило Ле- Шательеудовлетворительно описывает экспериментальные данные для факела метана ввоздухе с добавками тех же фторированных агентов.3)Найдено,чтостандартнаяметодикаопределенияминимальныхогнетушащих концентраций, использующая критерий времени тушения 10 ± 2 с,дает существенное завышение минимальной огнетушащей концентрации поотношению к факелу водорода в воздухе.185ГЛАВА 7 МЕТОДИКА ОЦЕНКИ ВОЗМОЖНОСТИ ЗАЖИГАНИЯГОРЮЧИХ ПАРОГАЗОВЫХ СМЕСЕЙ ИСКРАМИ УДАРА И ТРЕНИЯ7.1 Описание методики оценки возможности зажигания горючихпарогазовых смесей искрами удара и тренияВ главе 1 настоящей работы показано, что искры удара и трения присоударении частей оборудования и инструментов (раскаленные частицы,называемые фрикционными искрами) могут с высокой вероятностью вызватьвоспламенение горючих парогазовых смесей [177-180].
Указанные частицы могутразогреваться до температуры видимого свечения, что определяется каксвойствами конструкционных материалов, из которых изготовлены оборудованиеи инструменты, так и от свойств парогазовой среды.Настоящийразделработыпосвященразработкеметодикиоценкивозможности зажигания горючих парогазовых смесей искрами удара и трения присоударениидеталейиинструментов,изготовленныхизразличныхконструкционных материалов. При этом использована методика [184] с учетомработ [181-183,185,186].Схема установки для исследования зажигающей способности искр удара итрения приведена на рисунке 7.1.Основойустановкиявляетсязамкнутыйреакционныйсосуд(1)цилиндрической формы, расположенный вертикально и имеющий внутреннийдиаметр 380 мм и высоту 800 мм (объем ≈ 90 л).
Сосуд изготовлен из стали. Сосудс верхней стороны имеет прозрачную крышку (7) круглой формы диаметром 160мм. Исследуемый образец (6) конструкционного материала крепится на держателе(5). Плотный контакт с диском (9) достигается с помощью прижимного186механизма(4).Дисквращаетсяэлектродвигателем(3)путемпередачивращающего момента посредством передаточного механизма (2). Парогазоваясмесь приготавливается непосредственно в предварительно отвакууумированномреакционном сосуде по парциальным давлениям с помощью вакуумметра (12).Откачка сосуда производится вакуумным насосом (13).
Зажигание парогазовойсмеси искрами удара и трения регистрируется с помощью манометра (11) ивизуально. Если при воздействии фрикционных искр смесь не воспламеняется втечение времени проведения опыта, производится контрольное зажигание путемпережигания нихромовой проволочки, расположенной на свече (8) при подаче нанее напряжения 42 В.Рисунок 7.1 – Схема установки по исследованию зажигающей способности искрудара и трения:1 – реакционный сосуд; 2 – передаточный механизм; 3 – электродвигатель;4 – прижимной механизм; 5 – держатель; 6 – исследуемый образец;7 – крышка; 8 – свеча; 9 – исследуемый образец в виде диска с вырезаннымисегментами; 10 – понижающий трансформатор; 11 – манометр;12 – вакуумметр; 13 – вакуумный насос; 14 – вентиль;15 – баллон с горючим газом187При проведении опытов с диском, имеющим форму окружности, зажиганиягазовой смеси даже в случае водорода не обнаружено. В связи с этим на дискебыли вырезаны сегменты, обеспечивающий взаимодействие диска с испытуемымобразцом в виде ударов и трения.Образец исследуемого материала имел форму пластины с размерами140257 мм.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
