Охрана труда в строительстве

Формат: doc

Дата создания: 29.12.2000

Размер: 8.37 KB

Скачать реферат


При каких условиях происходит взрывоопасное горение газов?

Горение и взрывы газо-, паро- и пылевоздушных смесей

Смеси газов или паров с воздухом могут гореть лишь при определенных соотношениях. Минимальную и максимальную концентрации горючих газов или паров в воздухе, при которых они могут воспламеняться, называют нижним и верхним концентрационными пределами воспламенения. Концентрации смесей, находящиеся в этих пределах и способные гореть, называются взрывоопасными.

При горении смесей в условиях замкнутых емкостей возникает повышенное давление, приводящее к взрыву. Так, при испарении 0,25 кг бензина в воздухе образуется газовая смесь, взрыв Которой развивает мощность, достигающую 12 тыс. кВт. Этим объясняется, что взрывы вызывают разрушения, пожары и тяжелые формы травматизма (сотрясение мозга, переломы костей, ранения).

Взрывоопасными считают вещества, способные к взрыву или детонации без участия кислорода, воздуха.

Смеси, концентрации которых находятся ниже нижнего и выше верхнего пределов воспламенения, в замкнутых сосудах не горят и поэтому являются безопасными.

Концентрационные пределы воспламенения паров и газов некоторых веществ следующие, %: для паров ацетилена нижний предел — 2,5, верхний—80,8; для бутана нижний — 1,36, верхний — 8,41, для бензина нижний — 0,76, верхний — 5,4.

Пламя по взрывчатой смеси в открытой трубе распространяется со скоростью всего нескольких метров в 1 с, тогда как в закрытой трубе — со скоростью 2000—3000 м/с. При такой скорости сгорание смеси называется детонацией.

При взрыве большинства газов образуется температура в 1500...2000°С и давление до 1,1 МПа (11 ат).

Смеси паров с воздухом по взрывоопасности аналогичны смесям газов с воздухом. Учитывая, что концентрация насыщенных паров жидкости зависит от температуры, эти температуры принято называть нижним и верхним температурными пределами воспламенения

Горючие вещества

Температура само -воспламенения, оС

Предел взрываемости по объёму

нижний

верхний

Бутан

490

1,6

8,5

Пропан

530

2,3

9,5

Природный газ

550 -750

3,8

13,2

Смеси пыли с воздухом, как и газовые смеси, горят с большой скоростью и взрываются в замкнутых сосудах.

В воздухе пыль находится в состоянии аэрозоля (взвешенной вё воздухе) или аэрогеля (пыль, осевшая на потолке и поверхностях). Температура самовоспламенения угольной пыли в состоянии аэрогеля —260°С, в состоянии аэрозоля —969°С.

Опасность пылей характеризуется нижним концентрационным пределом их воспламенения. Пыли, у которых этот предел составляет 65 г/м3 и менее, относят к взрывоопасным, а у которых он выше 65 г/м3 — к пожароопасным.

Для предотвращения развития взрыва пылевоздушных смесей и уменьшения разрешающего действия такого взрыва на пылепроводах и аппаратах (дюкерах, мельницах, сепараторах) устанавливают разрывные мембраны, быстродействующие отсекающие задвижки, а также устройства для подачи в пылепроводы инертных газов (двуокиси углерода или водяного пара).

Опасность взрыва аэровзвесей определяется нижним пределом воспламенения, периодом индукции и температурой самовоспламенения; способностью к самовозгоранию.

Категории взрывоопасных смесей газов и паров с воздухом, а также группы взрывоопасных смесей газов и паров с воздухом по температуре самовоспламенения изложены в ГОСТ 12.1.011—78 «Смеси взрывоопасные».

Горение в замкнутом объеме.

Особенностью сгорания смеси в замкнутом объеме (при центральном зажигании) является слабый рост давления в начальной стадии распространения пламени. Причиной этого является то, что объем сгоревшего газа пропорционален кубу радиуса пламенной сферы и поэтому относительно невелик при незначительных перемещениях фронта пламени в начале его пути. Так, при отношении радиусов пламенной сферы и сферического сосуда: r : R = 1 : 3 — объем продуктов сгорания равен 1/27 объема сосуда. Если бы исходная смесь не сгорала в этом объеме, а лишь оттеснялась на периферию, то давление возрастало бы не более, чем на 40%.

В соответствии с характером движения газов при сгорании в замкнутом объеме изменяется и скорость перемещения пламени. В начальной стадии горение протекает как бы в условиях свободного расширения газа в неограниченном пространстве. В конце горения скорость пламени приближается к нормальной.

Если в помещении имеются разгерметизированные отверстия (проемы), через которые могут выходить продукты сгорания, то давление взрыва снижается и при достаточной площади проемов может находиться в пределах 10—20 кПа.

Распространение пламени сопровождается многими сложными процессами: теплопередачей, диффузией, химическими превращениями. Эти процессы определяют скорость пламени Uи и структуру зоны горения.

Детонационное горение

Детонационное горение возникает во взрывоопасной среде при прохождении по ней достаточно сильной ударной волны (или волны ударного сжатия). Например, если в замкнутом объеме с горючей газовоздушной смесью взорвать точечный заряд взрывчатого вещества, то по газовой смеси от точки расположения заряда начнет распространяться ударная волна, и которой происходит внезапное (скачкообразное) повышение параметров состояния газа. — давления, температуры, плотности. Повышение температуры газа при сжатии в ударной волне значительно больше, чем при аналогичном, сравнительно медленном адиабатическом сжатии. Абсолютная температура газа, сжатого ударной волной, пропорциональна давлению ударной волны. Следовательно, если ударная волна достаточно сильная, то температура газа под действием ударного сжатия может повыситься до температуры самовоспламенения. Так как смесь реакционноспособна, произойдет химическая реакция. Выделившееся тепло пойдет частично на энергетическое развитие и усиление ударной волны, поэтому она будет перемещаться по смеси не ослабевая. Этот комплекс, представляющий собой ударную волну и зону химической реакции, называют детонационной волной, а само явление — детонацией. Так как химическая реакция при детонации протекает по тому же уравнению, что и при самовоспламенении, определяющим процесс горения, то детонацию можно считать детонационным горением.

Сжатие газа и его нагревание ударной волной тем сильнее, чем больше скорость движения расширяющихся газов, определяемая, в свою очередь, скоростью горения.

Давление в детонационной волне в несколько раз выше давления адиабатического сгорания в жесткой бомбе. При встрече с препятствием — стенкой сосуда — давление в детонационной волне возрастает. В определенных условиях давление в отраженной детонационной волне может в несколько сот раз превосходить начальное (до сгорания). Поэтому детонационное горение, вызывающее сильные разрушения, представляет собой большую опасность при образовании горючих газовых систем.

Детонация газовых смесей может происходить только при определенном минимально необходимом начальном давлении и определенных концентрациях горючего вещества в воздухе (или кислороде).