Температура вспышки жидкости: определение и методы измерения.

Введение

Наименьшая температура, при которой пары летучего вещества воспламеняются при наличии источника возгорания.

Температура вспышки вещества – это "наименьшая температура жидкости, при которой, в определенных стандартизированных условиях, жидкость выделяет пары в количестве, достаточном для образования воспламеняемой паровоздушной смеси". (EN 60079 10 1)

Температуру вспышки иногда путают с температурой самовоспламенения – температурой, при которой происходит спонтанное воспламенение. Температура воспламенения – это наименьшая температура, при которой пары продолжают гореть после удаления источника возгорания. Она выше температуры вспышки, поскольку при температуре вспышки пары могут выделяться недостаточно быстро для поддержания горения. Ни температура вспышки, ни температура воспламенения не зависят напрямую от температуры источника возгорания, однако температура источника возгорания значительно выше температуры вспышки и температуры воспламенения и может повысить температуру топлива выше обычной температуры окружающей среды, способствуя воспламенению.

Топливо

Точка воспламенения – это описательная характеристика, используемая для разграничения легковоспламеняющихся жидкостей, таких как бензин (также известный как гас), и горючих жидкостей, таких как дизельное топливо. Она также применяется для оценки пожарной опасности жидкостей. Жидкости с точкой воспламенения ниже определенной температуры считаются легковоспламеняющимися, а жидкости с точкой воспламенения выше этой температуры – горючими.

Механизм

Все жидкости имеют определенное давление паров, которое является функцией температуры этой жидкости и подчиняется закону Бойля. С повышением температуры давление паров возрастает. С увеличением давления паров увеличивается концентрация паров легковоспламеняющейся или горючей жидкости в воздухе. Таким образом, температура определяет концентрацию паров легковоспламеняющейся жидкости в воздухе. Для поддержания горения в воздухе необходима определенная концентрация воспламеняющегося или горючего пара – нижний предел воспламеняемости, и эта концентрация специфична для каждой легковоспламеняющейся или горючей жидкости. Точка вспышки – это самая низкая температура, при которой образуется достаточное количество воспламеняющегося пара для поддержания горения при наличии источника воспламенения.

Измерение

Существует два основных типа измерения температуры вспышки: открытая чашка и закрытая чашка. В приборах с открытой чашкой образец помещается в открытую чашку, которая нагревается, и через определенные промежутки времени над поверхностью подносится пламя. Измеренная температура вспышки фактически будет меняться в зависимости от высоты пламени над поверхностью жидкости, и при достаточной высоте измеренная температура вспышки совпадет с температурой воспламенения. Наиболее известный пример – метод Кливлендской открытой чашки (КОК). Существует два типа приборов с закрытой чашкой: неравновесные, такие как Pensky Martens, где пары над жидкостью не находятся в температурном равновесии с жидкостью, и равновесные, такие как Small Scale (обычно известный как Setaflash), где считается, что пары находятся в температурном равновесии с жидкостью. В обоих этих типах чашки герметично закрываются крышкой, через которую вводится источник воспламенения. Приборы с закрытой чашкой обычно показывают более низкие значения температуры вспышки, чем приборы с открытой чашкой (как правило, ниже), и лучше приближают температуру, при которой давление паров достигает нижнего предела воспламеняемости. Помимо приборов для определения температуры вспышки Pensky Martens, к другим неравновесным приборам относятся TAG и Abel, оба из которых способны охлаждать образец ниже температуры окружающей среды для материалов с низкой температурой вспышки. Прибор для определения температуры вспышки TAG соответствует стандарту ASTM D56 и не имеет мешалки, в то время как приборы для определения температуры вспышки Abel соответствуют стандартам IP 170 и ISO 13736 и оснащены двигателем для перемешивания, поэтому образец перемешивается во время испытания. Температура вспышки является эмпирическим измерением, а не фундаментальным физическим параметром. Измеренное значение будет варьироваться в зависимости от используемого оборудования и протокола испытаний, включая скорость нагрева (в автоматизированных приборах), время, необходимое для установления равновесия образца, объем образца и перемешивание образца. Методы определения температуры вспышки жидкости указаны во многих стандартах. Например, испытания методом закрытой чашки Pensky Martens подробно описаны в ASTM D93, IP34, ISO 2719, DIN 51758, JIS K2265 и AFNOR M07 019. Определение температуры вспышки методом закрытой чашки малого объема подробно описано в ASTM D3828 и D3278, EN ISO 3679 и 3680, а также IP 523 и 524. Руководство по испытаниям на температуру вспышки CEN/TR 15138 и Руководство по испытаниям на температуру вспышки ISO TR 29662 охватывают ключевые аспекты испытаний на температуру вспышки.

There are two basic types of flash point measurement: open cup and closed cup. In open cup devices, the sample is contained in an open cup which is heated and, at intervals, a flame brought over the surface. The measured flash point will actually vary with the height of the flame above the liquid surface and, at sufficient height, the measured flash point temperature will coincide with the fire point. The best known example is the Cleveland open cup (COC). There are two types of closed cup testers: non equilibrial, such as Pensky Martens, where the vapours above the liquid are not in temperature equilibrium with the liquid, and equilibrial, such as Small Scale (commonly known as Setaflash), where the vapours are deemed to be in temperature equilibrium with the liquid. In both these types, the cups are sealed with a lid through which the ignition source can be introduced. Closed cup testers normally give lower values for the flash point than open cup (typically lower) and are a better approximation to the temperature at which the vapour pressure reaches the lower flammable limit. In addition to the Penskey Martens flash point testers, other non equilibrial testers include TAG and Abel, both of which are capable of cooling the sample below ambient for low flash point materials. The TAG flash point tester adheres to ASTM D56 and has no stirrer, while the Abel flash point testers adheres to IP 170 and ISO 13736 and has a stirring motor so the sample is stirred during testing. The flash point is an empirical measurement rather than a fundamental physical parameter. The measured value will vary with equipment and test protocol variations, including temperature ramp rate (in automated testers), time allowed for the sample to equilibrate, sample volume and whether the sample is stirred. Methods for determining the flash point of a liquid are specified in many standards. For example, testing by the Pensky Martens closed cup method is detailed in ASTM D93, IP34, ISO 2719, DIN 51758, JIS K2265 and AFNOR M07 019. Determination of flash point by the Small Scale closed cup method is detailed in ASTM D3828 and D3278, EN ISO 3679 and 3680, and IP 523 and 524. CEN/TR 15138 Guide to Flash Point Testing and ISO TR 29662 Guidance for Flash Point Testing cover the key aspects of flash point testing.

Примеры

Точка воспламенения топлива Температура самовоспламененияЭтанол (70%) 16,6 °C (62 °F) 363 °C (685 °F) 215 °C (419 °F) 280 °C (536 °F) Дизель (2 D)>52 °C (126 °F) 210 °C (410 °F) Биодизель>130 °C (266 °F) Бензин (бензин) – это топливо, используемое в двигателях с искровым зажиганием. Топливо смешивается с воздухом в пределах своей воспламеняемости и нагревается при сжатии, подчиняясь закону Бойля при температуре выше точки воспламенения, после чего воспламеняется свечой зажигания. Для воспламенения топливо должно иметь низкую точку воспламенения, но чтобы избежать предзажигания, вызванного остаточным теплом в горячей камере сгорания, топливо должно иметь высокую температуру самовоспламенения. Точки вспышки дизельного топлива варьируются. Дизельное топливо подходит для использования в двигателях с компрессионным зажиганием. Воздух сжимается до температуры, превышающей температуру самовоспламенения топлива, которое затем впрыскивается в виде распыленной струи под высоким давлением, поддерживая смесь топлива и воздуха в пределах воспламеняемости. Двигатель, работающий на дизельном топливе, не имеет источника зажигания (например, свечей зажигания в бензиновом двигателе), поэтому дизельное топливо может иметь высокую точку воспламенения, но должно иметь низкую температуру самовоспламенения. Точки вспышки реактивного топлива также варьируются в зависимости от состава топлива. У Jet A и Jet A-1 точки вспышки находятся между , близкие к точке вспышки керосина. В то время как у Jet B и JP-4 точки вспышки находятся между .

Стандартизация

Точки воспламенения веществ измеряются в соответствии со стандартными методами испытаний, описанными и определенными в публикации 1938 года Т. Л. Эйнсли из Саут-Шилдс под названием «Морская транспортировка нефти» (Capt. П. Янсен). Методика испытаний определяет необходимое оборудование для проведения измерений, ключевые параметры испытаний, процедуру, которой должен следовать оператор или автоматизированное оборудование, а также точность метода испытаний. Стандартные методы испытаний разрабатываются и контролируются рядом национальных и международных комитетов и организаций. Три основных органа – это Совместная рабочая группа CEN / ISO по определению точки воспламенения (JWG FP), секция по воспламеняемости ASTM D02.8B и группа по вопросам воспламеняемости TMS SC B 4 Института энергетики.