Пределы воспламеняемости и взрываемости смесей горючих веществ.
Flammability limit
Пределы воспламеняемости: концентрация горючих веществ в воздухе для горения/взрыва. Важно для двигателей и предотвращения аварий. Стоихиометрическая пропорция.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Горение в пределах четко определенных нижних и верхних границ
Burning within well defined lower and upper bounds
Смеси диспергированных горючих материалов (таких как газообразное или испаренное топливо и некоторые пыли) и кислорода в воздухе будут гореть только в том случае, если концентрация топлива находится в пределах четко определенных нижних и верхних границ, установленных экспериментально и называемых пределами воспламеняемости или пределами взрываемости. Интенсивность горения может варьироваться от медленного горения до детонации. Пределы изменяются в зависимости от температуры и давления, но обычно выражаются в объемных процентах при 25 °C и атмосферном давлении. Эти пределы имеют значение как при создании и оптимизации взрыва или горения, например, в двигателе, так и при предотвращении их, например, при неконтролируемых взрывах скоплений горючих газов или пыли. Достижение оптимальной горючей или взрывоопасной смеси топлива и воздуха (стехиометрического соотношения) важно в двигателях внутреннего сгорания, таких как бензиновые или дизельные двигатели. Основным справочным трудом в этой области по-прежнему является работа, разработанная Майклом Джорджем Забетакисом, специалистом по пожарной безопасности, с использованием аппарата, разработанного Бюро по горному делу США.
Mixtures of dispersed combustible materials (such as gaseous or vaporised fuels, and some dusts) and oxygen in the air will burn only if the fuel concentration lies within well defined lower and upper bounds determined experimentally, referred to as flammability limits or explosive limits. Combustion can range in violence from deflagration through detonation. Limits vary with temperature and pressure, but are normally expressed in terms of volume percentage at 25 °C and atmospheric pressure. These limits are relevant both in producing and optimising explosion or combustion, as in an engine, or to preventing it, as in uncontrolled explosions of build ups of combustible gas or dust. Attaining the best combustible or explosive mixture of a fuel and air (the stoichiometric proportion) is important in internal combustion engines such as gasoline or diesel engines. The standard reference work is still that elaborated by Michael George Zabetakis, a fire safety engineering specialist, using an apparatus developed by the United States Bureau of Mines.
Насилие горения
Степень интенсивности горения может варьироваться. Дефлаграция – это распространение зоны горения со скоростью, меньшей скорости звука в несгоревшей среде. Детонация – это распространение зоны горения со скоростью, превышающей скорость звука в несгоревшей среде. Взрыв – это разрушение или разрыв корпуса или контейнера вследствие развития внутреннего давления, вызванного дефлаграцией или детонацией, как это определено в NFPA 69.
Combustion can vary in degree of violence. A deflagration is a propagation of a combustion zone at a velocity less than the speed of sound in the unreacted medium. A detonation is a propagation of a combustion zone at a velocity greater than the speed of sound in the unreacted medium. An explosion is the bursting or rupture of an enclosure or container due to the development of internal pressure from a deflagration or detonation as defined in NFPA 69.
Нижняя граница воспламеняемости
Нижний предел воспламеняемости (LFL): наименьшая концентрация (в процентах) газа или пара в воздухе, способная к возникновению пламени при наличии источника воспламенения (дуги, пламени, тепла). Многие специалисты по охране труда и технике безопасности считают этот термин синонимом нижнего предела взрываемости (LEL). При концентрации в воздухе ниже LFL газовые смеси "слишком бедны", чтобы гореть. Нижний предел воспламеняемости метана составляет 4,4%. Если содержание метана в атмосфере менее 4,4%, взрыв невозможен, даже при наличии источника воспламенения. С точки зрения охраны здоровья и безопасности, концентрация LEL рассматривается как представляющая непосредственную опасность для жизни и здоровья (IDLH), если для данного воспламеняющегося газа не установлен более строгий предел воздействия. Показания в процентах на приборах контроля горючих газов не следует путать с концентрациями LFL. Взрывомеры, разработанные и откалиброванные для конкретного газа, могут отображать относительную концентрацию в атмосфере в процентах от LFL, где LFL принимается за 100%. Например, показание 5% LFL для метана эквивалентно 5%, умноженному на 4,4%, или примерно 0,22% метана по объему при 20°C. Контроль риска взрыва обычно достигается за счет достаточной естественной или принудительной вентиляции, чтобы ограничить концентрацию воспламеняющихся газов или паров максимальным уровнем 25% от их нижнего предела взрываемости или воспламеняемости.
Lower flammability limit (LFL): The lowest concentration (percentage) of a gas or a vapor in air capable of producing a flash of fire in the presence of an ignition source (arc, flame, heat). The term is considered by many safety professionals to be the same as the lower explosive level (LEL). At a concentration in air lower than the LFL, gas mixtures are "too lean" to burn. Methane gas has an LFL of 4.4%. If the atmosphere has less than 4.4% methane, an explosion cannot occur even if a source of ignition is present. From the health and safety perspective, the LEL concentration is considered to be Immediately Dangerous to Life or Health (IDLH), where a more stringent exposure limit does not exist for the flammable gas. Percentage reading on combustible air monitors should not be confused with the LFL concentrations. Explosimeters designed and calibrated to a specific gas may show the relative concentration of the atmosphere to the LFL—the LFL being 100%. A 5% displayed LFL reading for methane, for example, would be equivalent to 5% multiplied by 4.4%, or approximately 0.22% methane by volume at 20 degrees C. Control of the explosion hazard is usually achieved by sufficient natural or mechanical ventilation, to limit the concentration of flammable gases or vapors to a maximum level of 25% of their lower explosive or flammable limit.
Верхний предел воспламеняемости
Верхний предел воспламеняемости (UFL): максимальная концентрация (в процентах) газа или пара в воздухе, способная к воспламенению при наличии источника возгорания (дуги, пламени, тепла). Концентрации выше UFL или UEL являются "слишком богатыми" для горения. Эксплуатация при концентрациях выше UFL обычно не допускается из соображений безопасности, так как поступление воздуха может привести смесь в горючий диапазон.
Upper flammability limit (UFL): Highest concentration (percentage) of a gas or a vapor in air capable of producing a flash of fire in the presence of an ignition source (arc, flame, heat). Concentrations higher than UFL or UEL are "too rich" to burn. Operating above the UFL is usually avoided for safety because air leaking in can bring the mixture into combustibility range.
Газы и пара
Контроль концентрации газов и паров за пределами пределов воспламеняемости является важным фактором в области охраны труда и промышленной безопасности. Методы контроля концентрации потенциально взрывоопасного газа или пара включают использование вытесняющего газа – инертного газа, такого как азот или аргон, для разбавления взрывоопасного газа до его контакта с воздухом. Также широко применяются скрубберы или адсорбционные смолы для удаления взрывоопасных газов перед выбросом. Газы также могут безопасно поддерживаться в концентрациях выше верхнего предела воспламеняемости (UEL), однако нарушение герметичности емкости для хранения может привести к возникновению взрывоопасной обстановки или сильного пожара.
Controlling gas and vapor concentrations outside the flammable limits is a major consideration in occupational safety and health. Methods used to control the concentration of a potentially explosive gas or vapor include use of sweep gas, an unreactive gas such as nitrogen or argon to dilute the explosive gas before coming in contact with air. Use of scrubbers or adsorption resins to remove explosive gases before release are also common. Gases can also be maintained safely at concentrations above the UEL, although a breach in the storage container can lead to explosive conditions or intense fires.
Пыль
У пыли также существуют верхний и нижний пределы взрываемости, хотя верхний предел взрываемости трудно измерить и он имеет небольшое практическое значение. Нижние пределы воспламеняемости для многих органических материалов находятся в диапазоне 10–50 г/м³, что значительно выше предельно допустимых концентраций, установленных с точки зрения охраны здоровья, как это происходит и для нижнего предела воспламеняемости многих газов и паров. Пылевые облака такой концентрации непрозрачны даже на небольшом расстоянии и обычно встречаются только внутри технологического оборудования. Пределы воспламеняемости также зависят от размера частиц пыли и не являются присущими материалу свойствами. Более того, концентрация выше нижнего предела воспламеняемости может внезапно возникнуть из-за скопления осевшей пыли, поэтому контроль посредством регулярного мониторинга, как это делается для газов и паров, неэффективен. Наиболее эффективный способ управления горючей пылью – предотвращение накопления осевшей пыли посредством герметизации оборудования, вентиляции и регулярной очистки поверхностей. Однако нижние пределы воспламеняемости могут быть важны при проектировании предприятия.
Dusts also have upper and lower explosion limits, though the upper limits are hard to measure and of little practical importance. Lower flammability limits for many organic materials are in the range of 10–50 g/m³, which is much higher than the limits set for health reasons, as is the case for the LEL of many gases and vapours. Dust clouds of this concentration are hard to see through for more than a short distance, and normally only exist inside process equipment. Flammability limits also depend on the particle size of the dust involved, and are not intrinsic properties of the material. In addition, a concentration above the LEL can be created suddenly from settled dust accumulations, so management by routine monitoring, as is done with gases and vapours, is of no value. The preferred method of managing combustible dust is by preventing accumulations of settled dust through process enclosure, ventilation, and surface cleaning. However, lower flammability limits may be relevant to plant design.
Летучие жидкости
Ситуации, возникающие из-за испарения легковоспламеняющихся жидкостей в воздушное пустое пространство внутри контейнера, могут быть ограничены эластичностью объема контейнера или использованием несмешивающейся жидкости для заполнения этого пространства. В цистернах-водовозах для транспортировки нефти применяется вытеснение воды при заполнении резервуара.
Situations caused by evaporation of flammable liquids into the air filled void volume of a container may be limited by flexible container volume or by using an immiscible fluid to fill the void volume. Hydraulic tankers use displacement of water when filling a tank with petroleum.