51. Скорост на изтичане в стесняващ се канал, скорост на масовия поток Скорост на изтичане в стесняващ се канал Нека разгледаме процеса на адиабатно изтичане на материята. Да приемем, че работен флуид с определен специфичен обем (v1) се намира в резервоар под

Смазки

Основната цел при разработването на екологично чисти лубриканти е да се създаде продукт с висока биоразградимост и ниска екотоксичност. В развитите западни страни,

В момента публичните и частните компании започват да създават пазар за екологично чисти смазочни материали. Повечето проучвания са фокусирани върху химическия състав на продукта и оценката на неговата биоразградимост. При създаването на екологично чисти смазочни материали се разглеждат две основни области: производството на базови масла, чиято химическа природа определя естеството на въздействието върху околната среда, и синтеза на нови добавки, които са екологични, биоразградими и ефективни.

Понастоящем и вероятно в бъдеще три групи базови масла, получени от различни източници на суровина, са от особено значение: хидрокрекирани петролни масла (HAs), полиалфаолефини (PAOs) и естери, които са бързо биоразградими в околната среда. От голямо значение за неопределено дълъг период несъмнено ще останат базовите петролни масла от традиционните схеми на потока, особено като се вземе предвид факторът, който смазочните материали се получават на базата на PAO. естери на полиалкохоли, полиалкиленгликоли и диестери имат цена 2-10 пъти повече от петролните продукти. Повишената биоразградимост не е стимул за преодоляване на ценовите разлики.

Високите експлоатационни характеристики и екологичността на минералните масла се осигуряват от набор от определени качества. На първо място, това е техният тесен фракционален и благоприятен групов химичен състав с минимално количество серни и азотни съединения в базовите масла. Изборът на суровини, сортирането на маслата, използвани при производството на масла с висок индекс, и тяхната отделна обработка са от първостепенно значение. При получаването на базови минерални масла, които отговарят на екологичните изисквания, селективното пречистване играе важна роля,

значителна канцерогенност на продукта. В момента в САЩ и Канада над 70% от базовите масла се получават чрез селективно рафиниране. Използването на такива съвременни процеси като хидрокрекинг, хидродепарафиниране, хидроизомеризация разкрива широки възможности. Тези технологии са описани подробно в работата. Използването на хидрокаталитични процеси в комбинация с традиционни методи за рафиниране на петролни суровини със селективни разтворители подобрява експлоатационните и екологичните свойства на базовите масла.

В табл. 1.4 показва сравнителни данни за химичния състав на базовите масла, получени чрез селективно рафиниране и хидротретиране. Последното значително намалява съдържанието на арени, сяра и азот в маслата.

Таблица 14

Ефект на хидротретирането върху химичния състав

базови масла

Въвеждането на процеси на хидрокрекинг и хидроизомеризация в производството на базови минерални масла прави възможно получаването на продукти с повишена биоразградимост и без арени. Маслата за хидрокрекинг, според резултатите, получени чрез съвременни методи за изпитване, са нетоксични, практическото отсъствие на арени в тях показва много ниска канцерогенност и незначителна вероятност за растежа им чрез образуване и натрупване на полициклични арени по време на работа; липсата на арени и превес

Даването на изопарафини осигурява доста висока биоразградимост.

Хидрокрекираните базови масла се произвеждат в САЩ от края на 1996 г. . Подготвена е инсталация във Финландия за пускане в експлоатация.

В Русия VNIINP, заедно с научния и инженерен център на OAO LUKOIL и AO LUKOIL - Volgogradnefteperrabotka, провеждат изследвания за организиране на производството на редица дефицитни масла и основи с помощта на технологии за хидрогениране, по-специално авиационно масло MS-8 и AMG авиационна хидравлична течност -десет.

В сравнение с минералните масла, синтетичните масла в някои случаи имат по-добри екологични характеристики. Най-важните класове синтетични масла по отношение на безопасността на околната среда включват масла, произведени на базата на синтетични естери, полиалфаолефини и полибутени. Те са нетоксични, неканцерогенни, характеризират се с ниска емисия на вредни вещества.

Синтетичните масла на базата на естери с добавки се използват широко в газотурбинните двигатели на граждански и военни самолети от 60-те години на миналия век. В CIAM, съвместно с VNIINP и 25-ия държавен научноизследователски институт на Министерството на отбраната на Руската федерация, се работи за създаване на високо термично стабилно (до 240 ° C) естерно масло с помощта на ефективни състави на добавки, които не са по-ниски по качество към най-добрите чуждестранни масла. Анализ на научна, техническа и патентна информация за масла за авиационни газотурбинни двигатели показва, че полиоловите естери остават основният клас съединения за използване като базови маси [PO]. Ситуацията обаче се променя със следващото поколение самолетни двигатели, тъй като подобренията в дизайна и необходимостта от намаляване на разхода на гориво водят до повишаване на налягането, температурата и напрежението върху маслото.

Последното допринася за опасността от локални въглеродни образувания. Следователно за военната авиация в бъдеще е необходимо да се откаже от използването на масла на основата на естери. За тази цел най-обещаващи са масла от нов тип - на базата на прости перфлуороалкилполиетери. По съвременни данни тези съединения са нетоксични и се използват дори в чужбина в парфюмерията и за консервация на мраморни паметници на изкуството и архитектурата.

Добавките имат голямо влияние върху екологичните свойства на смазочните материали. В авиационните масла такива традиционни антиоксиданти и инхибитори на корозията като диоктилдифениламин, фенил-р-нафтиламин, бензотриазол, добавка от сукцинимиден тип K-51 и други, които са се доказали, се използват широко като добавки.

По целия свят от дълго време се работи за създаване на нови нетоксични и биоразградими продукти. По-специално, от 90-те години на миналия век са разработени заместители на добавки, съдържащи хлор. Важен въпрос е подмяната на оловни съединения. Заместители на оловото са съединенията на бисмута. Започна разработването на добавка бисмутдитиокарбамат.

Добавки като Mif-1 (добавка от бензенов тип със сложен състав), Irganox L-57 (антиоксидантна добавка от Siba, октилиран и бутилиран дифениламин), добавка X (флуоросъдържащо съединение с оксисулфитни и хидроксикарбаматни функционални групи) и други имат е разработена.

Подобрени са свойствата на познатите добавки. Така в трикрезил фосфат съдържанието на неутротоксичния ортоизомер е намалено до 3% (Русия), а в САЩ се произвежда трикрезил фосфат, който не съдържа ортоизомера.

Опасност от пожар и експлозия на авнагорива и смазочни материали

Използваните в момента авиационни горива и смазочни материали са запалими продукти. По отношение на пожара газообразните горива са особено опасни. Въглеводородните горива (реактивни горива, бензини и др.) са запалими течности (запалими течности). Характеризират се с високо производство на топлина (-2000 ° C) и летливост, лесно създават горими смеси с въздух, които при изгаряне образуват голямо количество продукти на горенето (голям стехиометричен коефициент), които са добри диелектрици и следователно, може да натрупва заряди на статично електричество.

Според опасността от пожар запалимите течности се разделят на три категории. Точката на възпламеняване се използва като определящ индикатор (определя се съгласно GOST 12.1.044-89):

В зависимост от температурата на самовъзпламеняване (определена съгласно GOST 12.1.044-89), въглеводородните горива принадлежат към една или друга група на експлозивна смес от пари с въздух:

Изпаренията на въглеводородни горива с въздух принадлежат към категорията на експлозивите TTA: тя се определя съгласно GOST 12.1.011-78. Този индикатор се използва при избора на типа взривобезопасно електрическо оборудване и при проектирането на пожарогасители.

Възпламенимите свойства на горивото се определят и от границите на концентрацията на запалване (CIL) - минималното и максималното съдържание на горивни пари в смес с въздух (окислител), при което разпространението на пламъка през сместа е възможно на всяко разстояние от възпламеняването източник (GOST 12.1.044-89). Важна характеристика на горивото са температурните граници на запалване - температурите, при които наситените горивни пари във въздуха са в концентрации, равни съответно на долната или горната CPV. От голямо значение е минималната енергия на електрическия разряд, необходима за запалване на паровъздушната смес.

При оценка на опасността от пожар при боравене с горива се определя и степента на изгаряне - количеството гориво, което изгаря за единица време от единица повърхност; минимална енергия на запалване - за осигуряване на електростатична искра. Оценява се взаимодействието на горящо гориво с водно-пяни гасителни агенти (съгласно GOST 12.1.044-89).

Пожарът често се предшества от експлозия на смес от газ и въздух. При експлозия на въздушни смеси в тръби с голям диаметър и дължина може да възникне детонационно горене, което се разпространява със скорост 1100-1400 m/s. В този случай налягането може да се повиши до 0,8 MPa или повече. Високоскоростната ударна вълна причинява рязко повишаване на налягането, температурата и плътността на горимата смес, което от своя страна ускорява химичните реакции на горене и засилва разрушителния ефект.

Експлозивни концентрации на горивни пари с въздух могат да се образуват в широк диапазон от температури и особено в затворени пространства и контейнери. Същността и съдържанието на предпазните мерки се уреждат със специални ведомствени инструкции. Същността на предпазните мерки е да се предотврати появата на източник на отопление на места, където се образуват експлозивни смеси, особено източник на открит огън. Един от най-опасните източници на открит огън е изхвърлянето на електростатични потенциали през пара-въздушна среда и образуването на искра при удар от твърди тела. Появата на високи електрически потенциали в горивото се обяснява с неговите електрофизични свойства. Те могат да се характеризират със способността да натрупват заряди в обема (електролизируемост)и свойства за релаксация на заряда (електрически проводник към тях).

В табл. 1.5. дадени са показатели, характеризиращи пожароопасните свойства на авиационните горива.

Таблица 1.5

Запалими свойства на авиационните горива

1 Изчислено чрез адитивност.

^ Изчислено съгласно уравнения (47) и (48) GOST 12.1.044-89 на базата на начална точка на кипене от -10/-4°C.

° В числителя - в затворен тигел, в знаменателя - в отворен. a „Граници на разпространение на пламъка съгласно GOST 10277-89.

Нормална скорост на пламъка

Скоростта на разпространение на пламъка в горима смес зависи от условията за нейното определяне и отчитане. За сравнителна оценка на горивата по тази характеристика се приема нормалната скорост на разпространение на пламъка - това е линейната скорост на движение на горивната зона по отношение на прясна хомогенна горима смес в посока, нормална на фронта на пламъка. Скоростта на разпространение на пламъка при такива условия за даден състав на горимата смес може да се разглежда като физикохимична характеристика, която зависи само от налягането и температурата.

Експериментално нормалната скорост на разпространение на пламъка се определя съгласно GOST 12.1.044-89.

При температура от 20 ° C и налягане от 0,101 MPa в смеси въглеводород-водород-въздух максималната скорост u се постига при концентрация на гориво в сместа от C ^ ~ 1,15 C st x (фиг. 1.24), т.е.

с a - 0,87 и с броя на въглеродните атоми във въглеводорода n\u003e 7, той е -39-40 cm / s (фиг. 1.25). Минималната нормална скорост на разпространение на пламъка и масовата скорост на горене, постигнати при концентрационните граници на разпространение на пламъка при нормални условия, са съответно 4–6 cm/s и (5–7) 10° g/(cm 2 s).

При липса на експериментални данни, нормалната скорост на разпространение на пламъка трябва да бъде избрана чрез интерполация от стойностите на u за смеси със сходни физикохимични свойства или трябва да се използват емпирични уравнения. Прости и удобни уравнения бяха предложени от A.S. Предварително шофиране:

• (1.3)

t \u003d t p + B (St-C ^ (C в -C t),

където u е скоростта на разпространение в cm/s; m е масовата скорост на изгаряне на сместа, g/(cm 2 s); и 11P, tn - гранични (минимални) стойности на скоростта на разпространение на пламъка; С„ и С n са концентрацията на горивото в сместа при долната и горната концентрационна граница на разпространение на пламъка; A и B са коефициенти, определени от една експериментална точка.

Ориз. 1.24.

разпространение на пламъка в зависимост от моларния стехиометричен коефициент на излишния въздух bm:

• - парафин; * - олефин; ° - ацетилен; D - масло; © - двуполюсен; ° въглеводороди с C p 11 2 „ цикли
• 1 2 3 4 5 b 7 стр

Ориз. 1.25. Максималната нормална скорост на разпространение на пламъка в сместа гориво-въздух в зависимост от броя на въглеродните атоми във въглеводородната молекула (P=0,101 MPa, 1=20°C, отворена стъклена тръба: дължина 57 cm, диаметър 2,5 cm): - парафин; * - олефин;

° - ацетилен; D - нафтен; в - dnolsfipovye; o цикличен (C P P2 ");

1 - бензин [ 116]; 2 - бензол

Функционалната връзка между скоростта на разпространение на пламъка и концентрацията на горивото C t при C t C * t (но дадено от EMIN) може да бъде представена с уравнението:

• - = 11 стр

/ s r -s; л

"s t -s "t"

където m и и n- нормална скорост на разпространение на пламъка

при концентрации на гориво в сместа C t и C*t, cm/s; и стр- също,

при долната граница на концентрация на разпространение на пламъка, cm/s.

Приблизителен ход на кривата и n - /(C t)в смес от комплекс

композицията може да бъде изградена върху три референтни точки, съответстващи на долната и горната граница на концентрация и максималната скорост на разпространение на пламъка. За тези точки трябва да се знаят концентрациите на горивото и скоростите на разпространение на пламъка.

Стойности C t и и иза посочените точки се изчисляват

по следния метод. Всяка сложна смес от горими газове е представена като съставена от съответен брой прости смеси. Изчисляването на състава при пределни концентрации и в точката на максимални скорости се извършва съгласно правилото за смесване, въз основа на пределните концентрации и състава на "максималните смеси". Съответното изчислително уравнение има формата:

C] + C* 2 + Суъъъ...

• -Аз---г...
• (1.5)

където б- концентрацията на горивото върху CPRP или в смес с максимална скорост на разпространение на пламъка, % (об.); C, C 2, C 3, ... - концентрацията на прости газове в сложна смес,

(s, + C2 + C3 + ... = 100%); b|, b 2 , b 3> ... - концентрацията на газовете в прости смеси при KPRP или в смеси с ии % (об.).

Стойността на максималната нормална скорост на разпространение на пламъка в сместа се изчислява по уравнението;

C, r/, + C2u2 + C3u3 +

C, + C 2 + c 3 4-...

• (1.6)

където C*, C 2 , C 3 - съдържанието на прости смеси в сложна смес с максимална скорост на разпространение на пламъка, % (об.); и*, и 2 ,и 3 са максималните скорости на разпространение на пламъка в прости смеси, cm/s.

За изчисляване на други точки на крива и и= /(C; .) трябва да се зададат няколко произволни стойности на скоростта на пламъка, да се намери концентрацията b в сложна смес съгласно уравнение (1.5), в което C, C 2 , C 3 са дадени от състава на сместа.

Този метод на изчисление е приложим за газови смеси от свързано естество (напр. метан-пропан). Тази техника не е приложима за смес от S P N W с H3 и CO.

Масовата скорост на горене е право пропорционална на абсолютната температура на предварително загряване на сместа и може да бъде изчислена от уравнението:

където w, тогава и t „Р ео- масовата скорост на изгаряне на сместа при температура T, To и T П р е д, съответно g/(cm -s).

Ако T»T pr e D, тогава

Зависимостта на максималната нормална скорост на разпространение на пламъка от температурата и налягането се описва приблизително с уравнението:

и' =u1(T/273) 2 ?(/’/10 5)", (19)

където u'o е максималната нормална скорост на разпространение на пламъка при температура 293 K и налягане 0,101 MPa, cm/s; T е температурата l на пламъка, в K; P - налягане, в Pa; p - експонента, ns в зависимост от налягането в диапазона MO 4 + 5-10 5 Pa; за смес въздух-гориво n = -0,3 -*? -0,4; за въглеводородно-кислородни смеси P = -0,1 -5-0.

Максимална нормална скорост на разпространение на пламъка като функция от концентрацията на кислород в окислителя P R P Ву П

giil = \%ig" 0 + B-

където G „Аз! Но - при y, p y^ 0 , cm 2 /s; B - коефициент, определен от експериментални данни (за пропан B ~ 0,22); u/ t- изключително ниска концентрация на кислород в окислителя.

Стойността на u*n при различни концентрации на кислород в окислителя 1 //"Пкогато температурата на предварително нагряване на сместа се промени от 310 до 422 K, тя може да се определи по уравнението:

":=at; (u,-s), (MO

където u*n - в cm/s; Т - в К; А, С ip - се намират според експериментални данни, техните стойности за пропан, изооктан и етилен са дадени по-долу:

Концентрационни и температурни граници на разпространение на пламъка

Концентрационните граници на разпространение на пламъка (KPRP) в горима смес са граничните минимални и максимални концентрации на гориво в сместа, при които все още е възможно разпространението на пламъка (съответно долна и горна граница). Те зависят от химическата активност на горивото, концентрацията на окислителя и инертните примеси, топлопроводимостта и топлинния капацитет на сместа, температурата и налягането. KPPR за горива за суспензия, въз основа на техните физични и химични свойства, се определят от дисперсионната среда. Определянето на KPRP за хомогенни горими смеси се извършва съгласно GOST 12.1.044-89: съгласно точка 4.11 експериментално и съгласно точка 4.12 - чрез изчисление.

Съгласно GOST 12.1.044-84, границите на концентрация на разпространение на пламъка се определят като

където Cn (i) - долна (горна) CPRP, % (об.); Р- стехиометричен коефициент (брой молове кислород на мол гориво); аи б- универсални константи, техните стойности са дадени по-долу:

За горива C P N W

P \u003d n + t / 4.

Грешка при изчисление: за долната граница 0,12; за горните 0,40 ат (3 p > 7,5. Данни за KIRP в зависимост от Р(% об.) са дадени в табл. 1.6 (GOST 12.1.044-84).

Таблица 1.6

Граници на концентрация на разпространение на пламък (долна и горна) на пари и газове във въздуха

Има и други уравнения за изчисляване на CPRP, а именно:

• 4,76-(N-1) + ! '
• (1.14)

• 4,76/Y +4'
• (1.15)

където С„ и От до -в около.); N е броят на кислородните атоми, необходими за пълно окисление на горивото.

За гориво С„Н t

• (1.17)
• 3,74 10 5

където Cn - в % (об.); () не най-ниската моларна калоричност, kJ/kmol.

За въглеводородни горива SpN t при 3 p 10 грешката при изчисление е ±15%.

Ако KRI за отделни компоненти на горивото е известен, тогава неговият по-нисък KRI се препоръчва да се изчисли с помощта на уравнението:

където C и Cn са концентрациите на 1-вия компонент в сместа и при долната граница, % (об.).

За C p N t горива в първо приближение a k ~ a p - 1.42. Преизчисляване и от в до a nи a nпроизведени:

където Cn (d) е концентрацията на гориво в долната (горната)

KPRP, % (об.); Mt и Mo са молекулното тегло на горивото и окислителя; Bo - в kg окислител/kg гориво; bm е моларният стехиометричен коефициент, мол гориво/мол гориво.

Преизчисляването на долния KPPR за различни температури може да се извърши съгласно уравнението:

L II l

T - 293

където Tn е температурата (в K) на продуктите от горенето на сместа, при която концентрацията на горивото при 293 K съответства на по-ниската KPP (в първо приближение Tn за смес въглеводород-въздух е 1600-1650K); C „ и C „ - концентрации на гориво, съответстващи на долната граница на концентрация при температури T и 293 K, % (относно.).

Уравнението (1.20) е валидно за широк диапазон от температури, но не може да се използва при температури, близки до температурата на самозапалване.

Температурата на продуктите от горенето при по-ниската KPRP може също да се изчисли с помощта на уравнението

• (A. + 1) -s_s
• (1.21)

стех

където Tn в K; T с температурата на сместа преди горене, K; Сstsh - концентрация на гориво в смес от стехиометричен състав, % (об.);

Срш е средният изобарен топлинен капацитет на продуктите от горенето при температура T, „kJ / (kg °С).

CRP е практически независим от размерите на цилиндричен реакционен съд, ако диаметърът му е по-голям от 50 mm, а за сферичен, ако обемът надвишава 2000 cm 3 .

За определяне на KPPR и оптималния състав на сместа въглеводород-въздух, графиките, показани на фиг. 1.26.

С„,s,%(ov.)

Ориз. 1.26. Концентрационните граници на разпространение на пламъка в смеси въглеводород-въздух (Cb и C") и концентрацията на въглеводороди в смеси със стехиометричен състав (Cc, ") в зависимост от моларния стехиометричен коефициент 1^ m при H20 ° C P = 0,101 MPa:

• - парафин; а - олефин;
• ? - нафтен; ? - ароматни

Горими смеси от горивни пари с въздух в пространството над горивото могат да се образуват само в определен температурен диапазон. Минималната температура, при която горима смес, способна на стационарно горене, когато се запали от външен източник, все още може да се образува в затворен обем на пространството за свръхгориво, се нарича долна температурна граница; отговаря на долния КПП. Най-високата температура, при която сместа от пари с въздух в пространството над горивото все още запазва способността си за стационарно горене, се нарича горна температурна граница; той съответства на горния KPRP Експериментално определяне на температурните граници за образуване на експлозивни смеси се извършва в съответствие с GOST 12.1.044-89 (т. 4.12), изчислено - съгласно приложението на същия стандарт.

Температурата, при която се достига долната температурна граница за образуване на експлозивна смес при атмосферно налягане, обикновено се идентифицира с точката на възпламеняване. В точката на възпламеняване гори само получената смес пара-въздух, но процесът на горене не се стабилизира.

Изчисляването на температурните граници за образуване на горими смеси се свежда до следните операции. Първоначално при дадено общо налягане P и известни стойности на коефициента на излишък на окислител (въздух), съответстващ на долния и горния KPRP (а n и а в),според уравнение (1.22) определят

парциални налягания на горивните пари Р t :

х | 0,232 около? 0 M t " ?« -

където P е общото налягане, Pa; C - стехиометричен коефициент, kg окислител/kg гориво; а -оксидант излишък фактор; Mt е масата на мол гориво, kg/kmol; Mo е масата на мол окислител, за въздух Mo = 28,966 kg / kmol; в/ 0 е масовата концентрация на кислород в окислителя.

Ориз. 1.27.

След това, според таблиците или графиките, Pc.p. = ^ (0 (където P, налягането на наситените горивни пари) намират температурите, съответстващи на изчислените стойности на Pt-

Ако границите на концентрация за образуване на горими смеси са неизвестни, тогава температурните граници могат да бъдат приблизително изчислени с помощта на уравнението:

1,15 1*(7,5 Рг) - 0,239 3,31

където I - при 0 С; 15% - точка на кипене на 5% фракция, 0 С; Рт - налягане на горивните пари в KPP (Н или Р), kPa; 8 „ с „ - ентропията на изпаряване при температура 15% и атмосферно налягане (взето според графиката на фиг. 1.28).

Ориз. 1.28.

60 80 100 120 140 160 180 1,°C

Граници на запалима енергия и концентрация на запалими

Запалимостта на хомогенна горима смес от външен източник на топлина се характеризира с граници на концентрация и енергията, необходима за нейното запалване.

Концентрационните граници на запалване (CIL) са такива ограничаващи концентрации на гориво в смес, при които локален източник на запалване (електрически разряд, нагрето тяло, пламък) е в състояние да осигури разпространението на процеса на горене в целия обем на сместа. По аналогия с KG1RP се разграничават долната и горната CPV. Те зависят от физикохимичните свойства на горивото и окислителя, енергията и вида на източника на запалване, неговото местоположение и др.

Според Я.Б. Зелдович, енергията, необходима за запалване на хомогенна горима смес, се определя от:

R1-T с r (T 2 -Т в)

където pc и T c са плътността и температурата на сместа; T g е температурата на продуктите от горенето в началната горивна камера; Л 7 - коефициент на топлопроводимост на продуктите от горенето при Tg; u - нормална скорост на разпространение на пламъка; C rt - средна

масов изобарен топлинен капацитет на газ в сферичен слой 8 T, заобикалящ сферичната начална горивна камера; 5, - термична ширина на предната част на пламъка.

Уравнението (1.24) е приложимо и в случай на запалване на движеща се смес, ако коефициентът на топлопроводимост Л 7 се заменя с коефициента на турбулентния обмен IV/"(/ - скала

турбуленция, V/*- пулсираща скорост), и стойността на n - скоростта на разпространение на пламъка в турбулентен поток.

Съставът на сместа съответства на минимума на кривата O = KS,),се нарича оптимален. За нормални парафинови въглеводороди концентрацията на горивото в смес с оптимален състав при 25°C може да се определи от съотношението:

• 1 - метан; 2 - етан; 3 - пропан;
• 4 - n-бутан; 5 - n-хексан; 6 - n-хептан;
• 7 - циклопропан: 8 - диетилов етер;
• 9 - бензол

С увеличаване на концентрацията на кислород в окислителя оптималният състав на горимата смес се измества в областта на по-ниска концентрация на гориво.

Зависимостта на оптималната (минимална) енергия на запалване от налягането и температурата на горимата смес се описва с уравнението [114]:

O-opt

където Oopt е енергията на запалване при P и T, J; Cb - енергия на запалване при T = 273 K и P = 10 5 Pa.

Уравнението (1.26) има добра корелация с експерименталните данни.

Връзката между оптималната енергия на запалване и концентрацията на кислород в окислителя се описва с уравнението

където (С? 0 „„,) y / = / - оптималната стойност на енергията на запалване на горивно-кислородната смес; ~ обемна концентрация

кислород в окислителя; n е степента, тя е близка до единица (n ~ 0,8).

Експериментални данни за метан, етан и пропан при смяна c/ x,от 0,1 до 0,21 и налягания от 0,98 до 19,6 kPa потвърждават уравнението (1.27). Очевидно той остава валиден за смеси от въглеводороди.

Концентрациите на горивото при границите на запалване могат да бъдат изчислени, ако KPRP и стойностите на () ref и C opt са известни според уравненията

o.5 (s; + s;) \u003d C_ + 0,15 (C. (1,29)

Уравнения (1.28) и (1.29) са валидни за --

Означавайки десните части на тези уравнения, съответно B и 0.5A, получаваме

ОТ" - ОТ" = Б и В"+ C" = НО . (1.30)

C" = 0,5 (L-B)и С; =0,5 (А + В). (1.31)

В горните уравнения: C in и C n - концентрации на горивото в сместа при горната и долната KPRP; C in и C" - концентрацията на гориво в сместа при горна и долна CPV с енергията на запалване на капацитивния електрически заряд; C opt - концентрацията на горивото в сместа, съответстваща на O ref.

Уравненията (1.28) и (1.29) се основават на резултатите от експериментални изследвания, показани на фиг. 1.30.

• (s;-s>;)-2s опт

Ориз. 1.30. Зона на запалване на смеси C p N P1 + 02 + ^ в зависимост от енергията на запалване

Концентрационните граници на запалване зависят от скоростта на потока, приближавайки се една към друга с нейното увеличаване (фиг. 1.31 и 1.32).

Влиянието на скоростта на потока върху енергията на запалване се описва правилно с уравнението:

(2 = (?o + Au "до (1,32)

където (Zo - енергия на запалване на неподвижна смес, 10 "3 J; XV - скорост на потока, m / s; A - коефициент, установен експериментално.

Ориз. 1.31.

Ориз. 1.32. Коефициент на излишък на въздух a при CPV на сместа бензин-въздух в зависимост от дебита? и налягане Р [ 114]:

Точка на запалване и температура на самозапалване

Точката на възпламеняване е минималната температура, при която получената паро-въздушна смес може да се възпламени от външен източник на топлина, но процесът на горене не се стабилизира. Експериментално температурата на възпламеняване се определя в отворен или затворен тигел съгласно GOST 12.1.044-84 (т. 4.3 и 4.4). Изчисленото определяне на температурата на възпламеняване се извършва в съответствие с GOST 12.1.044.84 (точка 4.5).

Точката на възпламеняване е с 10-15°C под температурната граница за образуване на горима смес, способна на разпространение на пламъка.

За приблизително определяне на точката на възпламеняване може да се използва зависимостта, показана на фиг. 1. 1.33.

Ориз. 1.33. Точка на възпламеняване 1 V cp на реактивни горива и бензин B-70 в зависимост от налягането на наситените пари Pn p при 1=40°C в затворен тигел (62]: o - горива с различен състав; - обобщаваща крива

Самозапалването е процес на запалване на горима смес без контакт с пламък или горещо тяло. Минималната начална температура, достатъчна за самозапалване на горима смес, се нарича температура на самозапалване. Зависи от химическата природа на горивото, състава на сместа въздух-гориво, налягането, адиабатния характер на процеса на самозапалване, наличието на катализатори и инхибитори на окисляването и други фактори.

Интервалът от време между момента, в който горимата смес достигне температурата на самозапалване и появата на пламъка, се нарича период на забавяне на самозапалването. При подаване на течно гориво, той обхваща процеса на пулверизиране, нагряване и изпаряване на горивните капчици, дифузия на гориво и кислородни пари и накрая, химични реакции.

Температурата и периодът на забавяне на самозапалването са свързани помежду си чрез съотношението:

където Е- ефективна енергия на активиране, kJ/kmol; Е\u003d 8,31419 kJ / (kmol K) - универсална газова константа; T- период на забавяне на самозапалването при температура T.

Склонността на въглеводородите и техните смеси към самозапалване се характеризира с минималната температура на самозапалване, получена при адиабатни условия, когато времето на излагане на горимата смес при дадени начални условия не ограничава процеса на самозапалване.

Минималната температура на самозапалване се определя еднозначно от структурата на молекулата. Така, например, за парафинови въглеводороди, 1 st е в пряка връзка с ефективната дължина на въглеродната верига Lc, която се изчислява по уравнението:

• 21>GLG,
• (1.34)

където r е броят на СН3 групите в молекулата; k е броят на въглеродните вериги, започващи и завършващи с CH 3 групата, m* е броят на възможните вериги, съдържащи b^-въглеродни атоми. Зависимост 1 sv =A(bc) е показана на фиг. 1.34.

Ориз. 1.34.

• 1 - СН 4; 2 - C2H6; 3 - C3H"; 10 - n - C4H10; 11 - n - C5H12;
• 14 - n - S L N M; 15 - n - C7H16; 16 - n - SkNsch; 17 - n - SdN 2o;
• 18 - n - C| 0H22; 19 - n - C, 2H2I; 21 - n - C14H30; 22 - n - C|^H 3 4

Температурата на самозапалване на смеси от въглеводороди не се подчинява на правилото за адитивност, обикновено е по-ниска от изчислената въз основа на това правило.

Данните за температурата на самозапалване на смеси въздух-гориво с оптимален състав в зависимост от броя на въглеродните атоми във въглеводородната молекула (за реактивните горива в горната формула) са показани на фиг. 2. 1.35. Ефектът от налягането и концентрацията на кислород в окислителя се илюстрира от данните, показани на фиг. 1.36.

Ориз. 1.35. Зависимост на температурата на самозапалване на смеси въздух-гориво с оптимален състав от броя на въглеводородните атоми n в молекулата при Р=0,101 MPa [124]; t е периодът на забавяне на самозапалването; t L - "около; R.T. - реактивни горива (p-в горната формула) - парафин; а- олефин; ? - нафтенови въглеводороди

Ориз. 1.36. Зависимостта на температурата на самозапалване на гориво T-6 от налягането P и концентрацията на кислород в окислителя f 0 2 (според V.V. Malyshev):

2 = 0 2/(°2+L, d)

Температурата на самозапалване се определя от способността на горивото да образува горими смеси в парната фаза. От това следва, че температурата на самозапалване на суспензията

горива се определя от дисперсионната среда и сгъстителя. Дисперсната фаза участва в процеса на самозапалване само по отношение на абсорбцията на топлина, когато суспензията се нагрява до температурата на самозапалване на течната фаза.

Експлозивно налягане в затворен обем

Експлозивно налягане - най-високото налягане, което възниква по време на дефлаграционна експлозия на паровъздушна смес в затворен обем при първоначално налягане от 0,101 MPa. Скоростта на нарастване на налягането по време на експлозия е производна на експлозивното налягане по отношение на времето (s1R/(1t)върху възходящия участък на зависимостта P=Y T).

Експериментално максималното налягане на експлозия и скоростта на нарастване на налягането по време на експлозия на паровъздушни смеси се определят съгласно GOST 12.1.044-89 (Приложение 8). Изчисленото определяне на скоростта на повишаване на налягането по време на експлозия се извършва в съответствие с GOST 12.1.044-89 (Приложение 12).

Налягането на експлозия се определя от:

където Pvzr - налягане на експлозия, Pa; Pn - начално налягане, Pa; T „, и T p.s. - начална температура и температура на продуктите от горенето. ДА СЕ; шип - броят на моловете продукти от горенето и първоначалната смес.

Максималната скорост на повишаване на налягането (в Pa/s) се изчислява от уравнението

където Ro е първоначалното налягане. Па; u - нормална скорост на разпространение на пламъка при Po и To m / s; To е началната температура на сместа, K; r е радиусът на бомбата, m; P - R m /P 0 - намалено максимално налягане на експлозия; k е индексът на адиабата за изпитваната смес; д- термокинетичен индикатор, в зависимост от и n, налягане и температура; ако стойност днеизвестен, той се приема равен на 0,4.

Средната скорост на повишаване на налягането (в Pa/s) се изчислява от уравнението:

"s1R _ ZR 0 и ‘(i-)-i k * e ^m) с g / (l, k, e)

където ^m,k 7 д)-функция, нейната стойност се намира според номограмата фиг. 1.37.

Ориз. 1.37. Функционална зависимост /(n, c.s)от понижено налягане n=P/P K,„адиабатен показател да сеи термокинетичен индекс Стестова смес (приложение към GOST 12.1.044-84)

Стойности tgи k се намира чрез термодинамично изчисление или. в случай на невъзможност за изчисление, приемете да се= 9.0 и k=1.4.

Спешни и извънредни ситуации

Инцидентът е опасен инцидент, причинен от човека, който създава заплаха за живота и здравето на хората на обект, определена територия или водна зона и води до разрушаване на сгради, конструкции, оборудване и превозни средства, нарушаване на производствения или транспортния процес, както и увреждане на природната среда (GOST R 22.0 .05-94).

Авария е разрушително неконтролирано освобождаване на енергия или химически (биологично, радиационно) активни компоненти. В зависимост от източника на възникване се разграничават аварийни ситуации (ЕС) от естествен, техногенен и естествено техногенен характер. На фиг. 1.38 показва относителния ръст на броя на природните, причинените от човека и естествените аварии и бедствия в Русия. На фиг. 1.39 показва динамиката на броя на всички произшествия, причинени от човека в Русия за периода 1990-94 г. От фигурата се вижда, че нарастването на броя на извънредните ситуации не става плавно, а рязко, като избухванията се появяват в периоди непосредствено след социалните сътресения (август 1991 г., октомври 1993 г.).

Броят на причинените от човека извънредни ситуации се е увеличил особено рязко през последните години, включително в авиацията.

Потенциални обекти на произшествията са самолети, както и складове и складове за експлозивни и запалими нефтопродукти, намиращи се на територията на летището, пунктове за зареждане и поддръжка и ремонтни пунктове. Причината за извънредни ситуации може да са течове на масло.

продукти през уплътнителните възли на спирателни вентили, преносни помпи, тръбопроводи и устройства за пълнене; чрез вентилацията на газовото пространство на резервоарите; преливане на резервоари, цистерни и резервоари; почистване на резервоара; корозионно разрушаване на резервоари и комуникации.

За съхранение и транспортиране на петролни продукти се използват различни контейнери. Безопасната работа на контейнерите се определя от тяхната здравина. Въпреки това, аварии в такива съоръжения могат да възникнат поради недостатъци в съществуващата система за наблюдение и наблюдение на състоянието на конструкциите, както и липсата на нормативна и техническа документация.

Безопасността на експлоатацията на съоръженията за съхранение на нефтопродукти трябва да бъде осигурена по време на проектиране, строителство и експлоатация. Този подход се диктува от анализа на приемо-предавателната и експлоатационната документация, както и от причините за възникване на аварийни ситуации. Важна задача, чието решение ще подобри надеждността на експлоатираните складови съоръжения, е провеждането на техните научно обосновани комплексни технически изследвания и оборудването им със система за диагностика и оперативно наблюдение на състоянието на метални, фундаментни, топлоизолационни конструкции и технологично оборудване.

За безопасното управление на потоците от нефтопродукти от голямо значение е изправността на тръбопроводната технологична арматура: спирателни, дроселни, предпазни устройства; контролни клапани; клапани с обратно действие (за предотвратяване на възможността за движение на продукта, обратната страна на работника); аварийна и спирателна арматура (за автоматично спиране на потока към аварийната секция или нейното изключване), кондензатни дренажи и др.

Брой на произшествията

Ориз. 1.38.

• 1 - стр. "роднини;
• 2 - природно-техногенен;
• 3 - техногенен

Ориз. 1.39.

Когато оборудването е разхерметизирано, продуктът изтича и бързо се изпарява с образуване на концентрация

на експлозивни и запалими смеси газ-пара-въздух. Случайните емисии или течове на смеси пара-газ водят до образуването на облаци, които могат да детонират. В работата се разглежда детонацията на парогазови и аеродисперсни системи. Появата на детонация в големи облаци се обяснява със следните механизми. Първият от тях отчита възможния ефект на интензивно топлинно излъчване от дълъг пламък в облаци, предварително смесени от турбулентни газови потоци.

Вторият механизъм за възникване на детонация включва ускоряването на пламъците в големи облаци поради разликата в ускоренията на елементарните обеми на изгорелия газ и свежата смес в турбулентен пламък. Тази разлика възниква под действието на средни градиенти на налягането в пламъка поради различната плаваемост на елементарните газови обеми с различна плътност, което води до допълнителна турбулентност на потока и обратна връзка. Този механизъм за положителна обратна връзка, определен от разликата в плътностите в различните области на облака, може значително да засили ускорението на пламъка.

Запалването е придружено от ярка високотемпературна светкавица. Най-приемливата геометрична фигура на мигащата смес от пара и газ е фигурата на неправилна топка или елипса (огнено кълбо). Огнено кълбо (ОС) се разбира като продукт на внезапно изпаряване или изтичане на газифицирано гориво (или газ), придружено от тяхното проблясване и последващо нормално или дефлаграционно изгаряне. За многобройни въглеводородни запалими линейни и циклични изхвърляния в диапазона на плътност от 700 до 1000 kg / m 3, съотношенията за диаметъра на огненото кълбо са дадени:

където M е масата на горивото в OH, kg;

Тf - действителна температура в ИЛИ (в облака), 0 С;

Trep - референтна (референтна) температура, °С.

Диапазонът на коефициента 4.2n-5.3 зависи от вида на горивото и условията за образуване на облаци.

За живота на облака по време на неговото естествено горене изразът има формата:

m = 0M-*1m-1±.

Тези зависимости са показани на фиг. 1.40 и 1.41.

Ориз. 1.40.

Ориз. 1.41.

Съществува голяма опасност от експлозия на смеси пара-газ-въздух в затворен обем. В табл. 1.7 показва границите на детонация на въглеводороди във въздуха в затворен обем и открито пространство, които показват по-голяма опасност от експлозия на газ или газови смеси от пара в затворен обем. Това се обяснява както с процесите на ускоряване на реакцията поради повишена автокатализа, така и поради усилването на отразените вълни по време на началото на арийския процес и поради редица винаги съществуващи кинетични причини. Повишената лекота на възбуждане на детонация в съдовете се дължи на способността на стените да генерират турбуленция в потока пред пламъка, което ускорява прехода от горене към детонация.

Граници на детонация за въглеводороди във въздуха

Експлозията на натрупаната газова смес може да възникне под действието на случайна искра. При открито зареждане на нефтопродукт е възможна и експлозия поради статичен разряд, по-специално при липса на заземяващо устройство. Най-честата причина за експлозия е искра, включително в резултат на натрупване на статично електричество. Електрическа искра може да възникне без никакви проводници и мрежи. Опасно е, защото се появява на най-неочаквани места: по стените на резервоари, върху автомобилни гуми, върху дрехи, при удар, при триене и т.н. Друга причина за взрива е небрежността и недисциплината на работниците.

Когато е възможно образуването на смеси пара-газ-въздух, е необходимо да се осигури надеждна мълниезащита, защита от статично електричество и да се предвидят мерки срещу искри на електрически уреди и друго оборудване.

В случай на аварии, свързани с експлозии, настъпва унищожаване на околни обекти и хора са ранени. Разрушаването е следствие от призрачното действие на продуктите на експлозията и въздушната ударна вълна. В този случай основните увреждащи фактори са ударната вълна, светлинно-термичното излъчване и токсичните натоварвания (въглероден окис). Хората, които са на разстояние 5 м, получават изгаряния 1-ва степен и други наранявания.

Експлозивните инциденти често са придружени от пожари, които могат да причинят катастрофални последици и последващи по-мощни експлозии и повече разрушения. Причините за пожари обикновено са същите като експлозиите. В този случай експлозията може да бъде причина или следствие от пожар, и обратно, пожарът може да бъде причина или следствие от експлозия.

Пожарът е спонтанно развиващ се град от рений, непредвиден от технологичните процеси. Изгарянето на петролни продукти може да се случи в резервоари, производствено оборудване и разливи на открити площи. В случай на пожар на петролни продукти в резервоари може да настъпи експлозия, кипене и отделянето им и в резултат на това разливане на гореща течност. Голяма опасност са емисиите и кипенето на нефтопродукти, което е свързано с наличието на вода в тях и се характеризира с бързото изгаряне на разпенената маса от продукти. При кипене рязко се повишава температурата (до 1500 ° C) и височината на пламъка.

За оценка на степента на увреждане на обект обикновено се използва т. нар. прагова крива, която свързва потока топлинна и светлинна енергия q (топлинен поток) и общата енергия O, падаща на единица повърхност (фиг. 1.42).

Ориз. 1.42.

За дълги времена на термично излагане, надвишаващи времето на възможното неповредено съществуване на обекта, прагът на повреда ще се определя изключително от топлинния (термичен светлинен) поток n. При импулси с къса експозиция прагът ще се определя главно от енергията O. Стойностите на R и O, които надвишават прага, ще причинят безусловно увреждане на обекта.

Ако I или O са по-ниски от техните прагови стойности, тогава няма типична лезия и е възможен само лек дискомфорт. Например, с увеличаване на продължителността на излъчването от 0,5 на 2 s, i намалява от 120 на 30 единици, т.е. с леко увеличение на O дори при увеличаване на времето на експозиция с 4 пъти, което засяга нараняванията

липсват и човек може да почувства само лек дискомфорт.

Стойността на общата енергия О, попадаща върху обекта на унищожаване за същия период от време, нараства от около 10 до 25 единици. (^.

Така линията K, отговаряща на взаимосвързани промени в I и O, образува зона (област) на лезията, посочена на фигурата вдясно от линията K.

Една от най-неприятните последици от увреждането от лъчиста енергия е изгарянето на „пръчките“ и „конусите“ на окото.

На фиг. 1.43 показва зависимостта на i от m, както и T от m, което определя областите на поносима и непоносима болка по време на образуването на термични светлинни изгаряния с различна степен. Критерият, приложен на фигурата, се основава на факта, че при топлинна радиация възниква непоносима болка, когато температурата на кожен слой с дебелина около 0,14-0,15 mm (под повърхността на горния епителен слой) достигне или надвиши температура от 45 ° ° С.

След елиминиране на радиацията (но не повече от 20-30 s) острата болка отшумява и след това, като правило, изчезва напълно. Повишаването на температурата на посочения слой с 4-10 градуса или повече причинява болков шок и очевидни изгаряния на кожата.

Областта на поносимата болка, показана на графиката, се определя от факта, че в момента на излагане на радиация възниква биологичен защитен рефлекс, причинявайки увеличаване на притока на кръв от периферните части на тялото, което предотвратява локално увеличаване в температура до прагово ниво. Когато е изложен на висока доза топлинно налягане, този физиологичен механизъм вече не може да осигури необходимото отвеждане на топлината и тялото претърпява патологични и понякога непосилни термични натоварвания. От естеството на линиите на фиг. 1.42 показва, че има определена количествена

радиационна доза q и температура T, което причинява термично увреждане и възникване на непоносима болка, когато тази доза е осигурена с необходимото време на експозиция.

Продължителност на експозицията, s Фиг. 1.43. Граници на термични и леки наранявания

Инцидентите със самолет (LA) възникват основно поради неизправност на агрегатите, на първо място - отказ на двигателя, терористични атаки, пожар и са придружени от експлозии. Експлозия може да възникне във въздуха или при удар в земята. При падане на въздухоплавателно средство върху жилищни райони могат да бъдат повредени хора, конструкции и т. н. В работата се дават примери за аварийни ситуации в авиацията, техният анализ.

Една от основните опасности в авиацията е възможността от пожар по време на аварийно кацане. Изтичащото гориво от повредени резервоари може да се запали от искри от триене от горещо

повърхности или открити пламъци. В този случай полученият горивен център бързо се разпространява във всички зони, в които съотношенията пара/гориво въздух са в границите на запалимост. Един от методите за намаляване на риска от пожар е използването на желирани горива, които се разпространяват по-бавно и са по-малко летливи от конвенционалните течни горива. Когато резервоарът с удебелено гориво е повреден, скоростта на разпръскване на горивото и скоростта на образуване на запалими аерозоли рязко намаляват. Това ви позволява да увеличите периода от време, през който пътниците могат да бъдат евакуирани.

Извънредните ситуации и извънредни ситуации причиняват големи материални щети и изострят екологичните проблеми. При аварии, придружени от експлозии и пожари, има силно механично, термично и химично въздействие върху околната среда. В същото време емисиите на замърсители се увеличават рязко; повърхността на земята е осеяна с фрагменти от LL, остатъци от гориво, продукти от горенето; нанесени са значителни щети на природния ландшафт, флората, фауната; пасища и плодородни почви умират.

Механичното въздействие се характеризира с нарушаване на горния (плодороден) почвен слой поради неговата повърхност и дълбоко разрушаване, въздействието на енергията на експлозията (ударна вълна); нарушаване на тревната покривка, увреждане или загиване на храсти, дървета и друга растителност. Структурата на горния плодороден слой, газо- и водообменът и капилярната структура се променят.

Мерките, насочени към подобряване на безопасността при извънредни ситуации, обикновено се разделят на две категории. Първият включва дейности, извършени след появата на

извънредна ситуация. Дейностите на El1 обикновено се наричат ​​оперативни и те по същество се свеждат до защита на населението и премахване на последствията от извънредни ситуации. Втората група мерки включва предварително извършени дейности. Те включват повишаване на надеждността на технологичното оборудване, намаляване на запасите от опасни вещества в съоръженията, премахване на опасно съоръжение и предприемане на ранни мерки за защита на хората.

От голямо значение е активната система за безопасност на полетите (ASOSPS), която е елемент от бордовата „интелигентна“ система за поддръжка на пилота, известна в авиационната практика като „пилотски асистент“, предназначена да работи както при нормален, така и при необичаен полет. ситуации. ASOBP издава предупредителни сигнали за заплаха за безопасността на полетите, както и своевременно съветваща информация под формата на „съвети“ за управление на самолета и бордовия му комплекс, за да се предотврати навлизането на самолета в критични режими на полет. За предотвратяване на сблъсъци със земната повърхност и между самолети, ASOBP генерира пространствени траектории на "размножаване".

Една от ефективните области на работа за предотвратяване на авиационни произшествия е пълното, задълбочено и обективно разследване на вече настъпили събития и разработването на препоръки на тази основа за предотвратяване на тяхното повторение.

Ефективността на такава работа зависи не само от достатъчно ниво на ресурси, но и от изчерпателните правомощия на органа, провеждащ независимо разследване, което му позволява да влияе върху всяка област от въздушната транспортна система (производство, проектиране, тестване, сертифициране , експлоатация, ремонт, нормативна уредба и др.) .

Стандарт 5.4. Приложение 13 към Конвенцията за международното гражданско въздухоплаване гласи: „На органа за разследване на произшествия се предоставят независимост при провеждането на разследването и неограничени правомощия за провеждането му“. Това изискване се прилага и в руските правила за разследване, одобрени от правителството на Руската федерация. Междудържавният авиационен комитет (IAC), сформиран със споразумението, получи от държавните и правителствени ръководители на ОНД правото да разследва независимо авиационни произшествия. От 1992 г. насам специалистите на IAC са разследвали повече от 270 авиационни произшествия, включително повече от 50 международни, включително разследвания на събития със самолети западно производство.

В момента в света има седем такива специализирани центъра за разследване на произшествия (САЩ, Франция, Великобритания, Канада, Германия, Австралия и IAC).

Не малко значение е предоставянето на информация на държавите с данни за повреди и неизправности на авиационна техника и грешни действия на екипажите. Използвайки тези данни, авиационните власти на всяка държава могат да предприемат превантивни мерки.

3. РАЗПРОСТРАНЕНИЕ НА ПЛАМАКА В ГАЗОВИТЕ СМЕСИ

Скоростта на разпространение на пламъка при изгаряне на твърди, течни и газообразни вещества е от практически интерес по отношение на предотвратяването на пожари и експлозии. Помислете за скоростта на разпространение на пламъка в смеси от горими газове и пари с въздух. Познавайки тази скорост, е възможно да се определи безопасната скорост на газовъздушния поток в тръбопровод, мина, вентилационна инсталация и други експлозивни системи.

3.1. СКОРОСТ НА ПЛАМАКА

Като пример, на фиг. 3.1 показва диаграма на смукателна вентилация във въглищна мина. От заносите на рудник 1 през тръбопровод 2 се отстранява прашна смес от въздух и въглищен прах, а в някои случаи и метан, освободен във въглищните пластове. Когато възникне пожар, фронтът на пламъка 3 ще се разпространи към дрифтовете 1. Ако скоростта на горимата смесw ще бъде по-малка от скоростта на разпространение на фронта на пламъкаи спрямо стените на тръбата, пламъкът ще се разпространи в мината и ще доведе до експлозия. Следователно, за нормалната работа на вентилационната система е необходимо да се спазва условието

w>u.

Скоростта на отстраняване на експлозивната смес трябва да бъде по-голяма от скоростта на разпространение на фронта на пламъка. Това ще предотврати навлизането на пламъци в валовете.

Ориз. 3.1. Схема на разпространение на пламъка в мината:

1 - моя; 2 - тръбопровод; 3 - предна част на пламъка

Теорията за разпространението на пламъка се развива в трудовете на Я.Б. Зелдович и Д.А. Франк-Каменецки, се основава на уравненията за топлопроводимост, дифузия и химическа кинетика. Запалването на горима смес винаги започва в една точка и се разпространява в целия обем, зает от горимата смес. Помислете за едномерен случай - тръба, пълна с горима смес (фиг. 3.2).

Ако сместа се запали от единия край на тръбата, тогава тесен фронт на пламъка ще се разпространява по дължината на тръбата, отделяйки продуктите на горенето (зад предната част на пламъка) от прясната горима смес. Предната част на пламъка има формата на капачка или конус с изпъкнала част, обърната към движението на пламъка. Фронтът на пламъка е тънък газообразен слой (10 -4 ÷10 -6) м широк. В този слой, който се нарича зона на горене, протичат химични реакции на горене. Температурата на фронта на пламъка в зависимост от състава на сместа е T= (1500 ÷ 3000) K. Освободената топлина от горене се изразходва за нагряване на продуктите от горенето на прясната горима смес и стените на тръбата поради процесите на топлопроводимост и излъчване.

Ориз. 3.2. Схема на разпространение на пламъка в тръба

Когато фронтът на пламъка се движи в тръбата, в горимата смес възникват компресионни вълни, които създават вихрови движения. Газовите завихряния огъват фронта на пламъка, без да променят неговата дебелина и естеството на протичащите в него процеси. На единична повърхност на предната част на пламъка винаги гори същото количество вещество за единица време. . Стойността е постоянна за всяка горима смес и се нарича масова скорост на изгаряне . Познаване на площта на фронта на пламъкаС, можете да изчислите масата на веществото М, запалими в целия фронт на горене за единица време:

Всеки елемент от фронта на пламъка dSсе движи спрямо свежата смес винаги в посоката на нормалата към фронта на пламъка в дадена точка (фиг. 3.2), а скоростта на това движение:

където е плътността на прясната горима смес.

Стойност се нарича нормална скорост на разпространение на пламъка и има размерност m/s. Тя е постоянна стойност на горивния процес на дадена смес и не зависи от хидродинамичните условия, съпътстващи горивния процес. Нормалната скорост на разпространение на пламъка винаги е по-малка от наблюдаваната скорост и, тоест скоростта на фронта на горене спрямо стените на тръбата:

u n< u .

Ако фронтът на пламъка е плосък и насочен перпендикулярно на оста на тръбата, тогава в този случай наблюдаваната и нормална скорост на разпространение на пламъка ще бъде една и съща

u n = u .

Площта на изпъкналия фронт на пламъкаS проблемвинаги по-голяма от площта на плоската предна частS мн.ч, Ето защо

> 1.

Нормална скорост на пламъкаu nза всяка горима смес зависи от примеса на инертни газове, температурата на сместа, влажността и други фактори. По-специално, предварителното загряване на горимия газ увеличава скоростта на разпространение на пламъка. Може да се покаже, че скоростта на разпространение на пламъкаu nе пропорционален на квадрата на абсолютната температура на сместа:

u n .= const T 2.

На фиг. 3.3 показва зависимостта на скоростта на разпространение на пламъка в горимата смес "въздух - въглероден оксид", в зависимост от концентрацията на CO. Както следва от горните графики, скоростта на разпространение на пламъка се увеличава с повишаване на температурата на сместа. За всяка температурна стойност скоростта на разпространение на пламъка има максимум в областта на концентрация на въглероден окис CO, равна на ~ 40%.

Топлинният капацитет на инертния газ влияе върху скоростта на разпространение на пламъка. Колкото по-голям е топлинният капацитет на инертния газ, толкова повече намалява температурата на горене и толкова повече намалява скоростта на разпространение на пламъка. Така че, ако смес от метан с въздух се разреди с въглероден диоксид, тогава скоростта на разпространение на пламъка може да намалее 2-3 пъти. Скоростта на разпространение на пламъка в смеси на въглероден оксид с въздух се влияе значително от влагата, съдържаща се в сместа, наличието на частици сажди и примеси от инертни газове.

Ориз. 3.3. Зависимост от скоростта на разпространение на пламъка

върху концентрацията на въглероден оксид в сместа