КОНЦЕНТРАЦИОННЫЙ ПРЕДЕЛ ДИФФУЗИОННОГО ГОРЕНИЯ ГАЗОВЫХ СМЕСЕЙ В ВОЗДУХЕ (ПДГ)

КОНЦЕНТРАЦИОННЫЙ ПРЕДЕЛ ДИФФУЗИОННОГО ГОРЕНИЯ ГАЗОВЫХ СМЕСЕЙ В ВОЗДУХЕ (ПДГ) — предельная концентрация горючего газа в смеси с разбавителем, при которой данная газовая смесь при истечении в атмосферу неспособна к диффузионному горению (см. ГОРЕНИЕ). (ГОСТ 12.1.044-2018).

Метод экспериментального определения концентрационного предела диффузионного горения (ПДГ) газовых смесей в воздухе.

Основные положения

Сущность метода экспериментального определения концентрационного предела диффузионного горения газовых смесей в воздухе заключается в определении предельной концентрации горючего газа в смеси с разбавителем, при которой данная газовая смесь неспособна к диффузионному горению. При этом фиксируется предельная скорость подачи газовой смеси.

Концентрационный предел диффузионного горения газовых смесей в воздухе следует учитывать при разработке мероприятий по обеспечению пожаровзрывобезопасности технологических процессов в соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.004 и ГОСТ 12.1.010.

Метод экспериментального определения концентрационного предела диффузионного горения газовых смесей в воздухе применим для смесей с температурой (см. ТЕМПЕРАТУРА. ТЕМПЕРАТУРНЫЕ РЕЖИМЫ) от 20 до 300 °С.

Испытательное оборудование

Испытательное оборудование для определения ПДГ газовых смесей в воздухе представлено на рисунке 1.

Термостат представляет собой замкнутый объем с термоизоляцией. Термостат предназначен для поддержания заданного температурного режима от 20 до 300 °С газовой смеси путем нагрева элементов системы газоприготовления. Обогрев термостата осуществляется нагревателем Э3 мощностью 9,6 кВт. Внутри термостата размещен ресивер для приготовления смеси горючего газа с разбавителем и парогенератор, предназначенный для приготовления водяного пара или пара горючей жидкости. Ресивер представляет собой сосуд объемом 20 дм, рассчитанный на давление 2,5 МПа. Обогрев ресивера осуществляется нагревателем Э1 мощностью 6,2 кВт. Парогенератор представляет собой сосуд объемом 25 дм. Для получения водяного пара служит нагреватель Э2 мощностью 9,6 кВт. Допускается отклонение от указанных значений объемов и мощностей на 5 %.

Насадок диффузионного горения (НДГ) представляет собой сопло Лаваля с форсункой 2,1 (±0,1) мм.

Элементы измерительной системы:

- система терморегулирования и управления нагревателями Э1, Э2, Э3;

- вакуумметры класса точности 0,4;

- манометры с диапазоном измерения 1,0 и 0,25 МПа класса точности 0,4; тип манометра выбирается исходя из условия приготовления газовой смеси с точностью 0,5 % об. и необходимого начального давления смеси в ресивере;

- датчик давления с диапазоном измерения 1,0 МПа;

- измерительно-регистрирующая аппаратура для измерения сигналов с датчика давления в частотном диапазоне до 10 Гц с верхним пределом измерения не более 1,0 МПа.

1 – парогенератор; 2 – нагреватель Э2; 3 – ресивер; 4 – первичный термопреобразователь t1; 5 – вакуумметр; 6 – вакуумный насос; 7 – измерительное устройство сигналов с датчика давления; 8 – датчик давления; 9 – вентиль точной регулировки; 10 – насадок диффузионного горения; 11 – первичный термопреобразователь t3; 12 – нагреватель Э3; 13 – термостат; 14 – нагреватель Э1; 15 – первичный термопреобразователь t2; 16 – вакуумметр; 17 – манометр; 18 – система терморегулирования; 19 – емкость для воды

Рисунок 1 — Схема оборудования для определения концентрационного предела диффузионного горения газовых смесей

Подготовка к испытаниям

1.     Проверяют наличие и содержание паспортных данных на исследуемое вещество.

2.     Проверяют оборудование на герметичность. Для этого в ресивер подают воздух или инертный разбавитель под избыточным давлением 1,0 МПа. Установка считается герметичной, если за 300 с давление упало менее чем наполовину деления по шкале манометра с диапазоном измерения 1,0 МПа класса точности 0,4.

3.     Проводят тарировку датчика давления по показаниям образцового манометра с диапазоном измерения 0,25 МПа класса точности 0,4.

4.     При работе с горючей жидкостью с низким давлением паров при температуре 20 °С жидкость наливают в парогенератор, включают нагреватели Э1, Э2, Э3 и нагревают парогенератор, ресивер и термостат до температуры, при которой давление паров горючей жидкости достаточно для создания требуемых газовых смесей.

Проведение испытания

1.     Проводят вакуумирование газовых магистралей, подключенных к смесителю и обеспечивающих подачу газовой смеси на насадки диффузионного горения.

2.     По парциальным давлениям газов  в ресивере приготавливают требуемую газовую смесь исследуемого горючего и разбавителя. Концентрацию газа * рассчитывают по формуле:

,

где  — общее давление в ресивере, МПа.

Приготовление смеси осуществляют в последовательности:

- в ресивер подают горючий газ;

- осуществляют вакуумирование газовых магистралей;

- подают в ресивер разбавитель.

3.     Включают нагреватель Э1, исследуемую газовую смесь нагревают до заданной температуры. Указанную температуру вносят в протокол испытаний как температуру исследуемой газовой смеси.

4.     Открывают линию подачи газовой смеси на НДГ. Скорость истечения заданной газовой смеси из форсунки при этом должна быть минимально возможной. Одновременно ее зажигают (пламенем спиртовки, спичками и т. п.).

После зажигания газовой смеси и образования устойчивого горения диффузионного факела начинают увеличивать скорость истечения газа из форсунки с помощью вентиля точной регулировки. Увеличение скорости истечения продолжается до тех пор, пока не наступит срыв пламени (см. ПЛАМЯ).

В момент срыва горения фиксируют давление на входе НДГ.

Процедуру определения давления срыва диффузионного пламени повторяют пять раз. По результатам этих измерений определяют среднее арифметическое значение.

5.     Повторяют серию экспериментов в соответствии с пунктами 1–4 при концентрациях горючего газа в смеси на 5 % об. ниже предыдущих значений. В области предельных концентраций горючего газа в смеси с разбавителем концентрация горючего газа изменяется с шагом 1 % об.

При проведении серии огневых испытаний (см. ОГНЕВЫЕ ИСПЫТАНИЯ) в каждом опыте в момент зажигания газовой смеси необходимо выполнение условия, при котором давление газа перед форсункой должно быть ниже первого измеренного в данной серии испытаний значения .

Путем последовательного уменьшения концентрации горючего газа в смеси с разбавителем определяют концентрацию горючего газа, при которой данная газовая смесь при истечении в атмосферу не способна к диффузионному горению.

Оценка результатов испытаний

1.     За концентрационный предел диффузионного горения газовых смесей в воздухе принимают среднее арифметическое значение ближайших концентраций горючего, различающихся не более чем на 2 % об., при одной из которых наблюдается диффузионное горение газовой смеси при истечении в атмосферу, а при другой — его отсутствие.

2.     По результатам измерений рассчитывают скорость срыва диффузионного горения , м/с по формуле:

,

где  — коэффициент расхода форсунки, равный 0,75;

µ- молекулярная масса исследуемой газовой смеси, кг/моль;

 — теплоемкость исследуемой газовой смеси, кДж/(моль·K);

Т — температура газа, K;

 — атмосферное давление, =1,01 × 10 Па;

 — избыточное давление, при котором наблюдается срыв диффузионного горения, Па;.

Оформление протокола испытаний

Условия и результаты испытаний регистрируют в протоколе.

Требования безопасности

При испытаниях необходимо соблюдать меры безопасности, связанные с работой с открытым огнем.

В процессе подготовки и проведения испытаний следует применять индивидуальные средства защиты, выбираемые в соответствии со свойствами исследуемого вещества.

Рабочее место оператора должно удовлетворять действующим требованиям по электробезопасности и санитарно-гигиеническим требованиям в соответствии с ГОСТ 12.1.005.

Обслуживающий персонал обязан строго выполнять инструкции по безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением.

Литература

ГОСТ 12.1.044-89 Система стандартов безопасности труда. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения.