Справочник Баратова. Состоит из нескольких слов, то употреблен прямой порядок слов, например Бензойная кислота
Скачать 9.59 Mb.
|
'.Л—по". (25) где фк — задаваемая концентрация компонента смеси, % (об.); ро — атмосферное давление, кПа. После впуска компонентов смеси в реакционный сосуд смесь перемешивают и зажигают. Результат опыта оценивают визуально. Изменяя состав смеси, находят такую концентрацию горючего компонента, при которой пламя распространяется на весь объем реакционного сосуда, а при концентрации на 0,1 % (об.) меньше (в случае измерения нижнего предела) или больше (при измерении верхнего предела) смесь не воспламеняется или возникшее пламя не распространяется до верхней части реакционного сосуда. Исследованиями А. Н. Баратова с сотр. показано, что в установке КП не создаются оптимальные условия для распространения пламени. Это выражается в том, что для галогенсодержащих соединений в ней получается более узкая область воспламенения, чем в сосудах большого объема, а для обычных горючих точка 29 Рис. 2.10. Установка «Предел> для измерения концентрационных пределов распространения пламени: / — реакционный сосуд; 2 — отверстие для продувки; 3 — верхняя крышка; 4— смотровое зеркало; 5 — термопара; 6 — ртутный манометр; 7 — трубопроводы; 8—12 — клапаны; 13 — испаритель; 14 — вакуумный насос; 15 — электроды зажигания; 16 — трубчатый электронагреватель; 17 — пакет сеток; 18 — концевой выключатель; 19 — нижняя крышка; 20 — коромысло; 21 — винт; 22 — высоковольтный источник питания флегматизации оказывается сдвинутой в область смесей, обогащенных окислителем. Поэтому, начиная с 1984 г., измерение пределов распространения пламени газо- и паровоздушных смесей проводится на установке «Предел» (рис. 2.10). Реакционный сосуд установки «Предел» представляет собой цилиндр с внутренним диаметром 300 мм и высотой 800 мм. Верхняя крышка выполнена из термостойкого стекла, через которое при помощи зеркала 30 наблюдают за процессом распространения пламени при испытании. Порядок работы на установке «Предел» такой же, как и на установке КП. Нижний концентрационный предел распространения пламени (НКПР) в пылевоздушных смесях измеряют на установке, схема которой представлена на рис. 2.11. Реакционный сосуд этой установки представляет собой стеклянный цилиндр внутренним диаметром 105 мм и высотой 425 мм. Цилиндр имеет контрольную отметку на высоте 300 мм и закреплен вертикально между двумя металлическими фланцами. Методика измерения заключается в следующем. Взвешивают навеску исследуемого вещества, затем помещают навеску в распылитель и герметизируют реакционный сосуд. Подают в ресивер воздух до требуемого давления, устанавливают на блоке продолжительность распыления, включают источник зажигания и распыляют навеску, визуально фиксируют распространение пламени. Для первого испытания используют навеску массой 0,2 г. Изменяя массу навески на 10 %, находят ее минимальное значение, при котором получают шесть последовательных воспламенений (частота воспламенения равна 1), и ее максимальное значение, при котором получают шесть последовательных отказов (частота воспламенения равна 0). На каждой промежуточной навеске проводят по шесть испытаний. За воспламенение принимают горение пылевоздуш-ной смеси с распространением пламени от источника зажигания до контрольной отметки на реакционном сосуде или выше ее. Рис. 2.11. Установка для измерения нижнего концентрационного предела распространения пламени в пылевоздушных смесях: / — реакционный сосуд; 2 — распылитель; 3 — электромагнитный клапан; 4, 6 — клапаны; 5 — манометр; 7 — ресивер; 8 — блок управления/, 9 — источник зажигания J 4 31 НКПР рассчитывают по формуле (в г/м8) у (2.6) где ЛГ,— математическое ожидание величины навески, соответствующей НКПР; V— вместимость реакционного сосуда, м3; /Сп — поправочный коэффициент. Математическое ожидание величины навески, соответствующей НКПР, рассчитывают по методу Спир-мена — Кербера: Mx = b-d(S,-0,5), (2.7) где b— минимальное значение массы навески с частотой воспламенений, равной 1, г; d— величина изменения навески, г; S\ — сумма частот воспламенений во всей области неустойчивого воспламенения. Величину поправочного коэффициента Кпрассчитывают по формуле К„ = Т-Аи (2.8) где К — среднее значение относительной плотности осадка, равное Г=4 X i1 Ki— коэффициент относительной плотности осадка в /-м испытании; п — число испытаний; А — доверительный интервал, равный A=Sta/n0b(2.10) S — дисперсия; /а— квантиль распределения Стьюден-та при одностороннем доверительном интервале и доверительной вероятности 0,95. Коэффициент относительной плотности осадка рассчитывают по формуле где тс, тА— масса осадка (мг) в стакане и на поверхности диска пробоотборника, укрепленного на дне реакционного сосуда, после распыления навески массой 0,5 г; Sc, 5рС — соответственно площадь поперечного сечения стакана и реакционного сосуда, см2. 32 Дисперсию рассчитывают по формуле с (2.12) Значения квантиля taв зависимости от числа испытаний приведены в табл. 2.4. Таблица 2.4. Значения ta в зависимости от числа испытаний
При выполнении требований изложенного метода измеренная величина НКПР, например бензойной кислоты, составляет 20±3 г-м""3. Температурные пределы распространения пламени. Для определения температурных пределов распространения пламени (далее —• температурных пределов) выявляют минимальную и максимальную температуры жидкости, при которых пары, находящиеся в равновесии с жидкой фазой, образуют с воздухом смесь, способную воспламеняться от источника зажигания и распространять пламя в объеме реакционного сосуда. Прибор для измерения температурных пределов (рис. 2.12) состоит из трехгорлого стеклянного цилиндрического сосуда высотой 125 и диаметром 65 мм, термостата, измерительной системы и источника зажигания. Методика измерения температурных пределов заключается в следующем. В реакционный сосуд помещают 70 см3 исследуемой жидкости. В одну из горловин сосуда устанавливают источник зажигания, в другую — двухзонную термопару (для измерения температур жидкости и пара). Третья горловина служит взрыво-разрядником. Затем сосуд помещают в термостат. Для определения нижнего (верхнего) температурно- 2 Пожаровзрывоопасность... Кн. 1 33 Рис. 2.12. Прибор для измерения температурных пределов распространения пламени: / — реакционный сосуд; 2 — электроды искрового зажигания; 3 — двухзонная термопара; 4 — взры-воразрядная горловина го предела исследуемую жидкость нагревают или охлаждают до температуры на 10 °С ниже (выше) предполагаемого значения нижнего (верхнего) предела. При заданной темпе-патуре сосуд термостатируют в течение 12 мин для установления равновесия между жидкой и паровой фазами, разность температур между которыми не должна превышать 1 °С. После завершения термостатирова-ния проводят испытание на воспламенение. Для этого включают источник зажигания на 1—2 с. Если возникшее пламя распространится по всему объему паровоздушного пространства или вертикально вверх до горловины сосуда, то результат испытания принимают за воспламенение. За отказ принимают вспышку или горение на источнике зажигания, или выброс пробки без видимого пламени. В случае воспламенения температуру исследуемой жидкости уменьшают на 5 °С при определении нижнего предела и увеличивают на 5 °С при определении верхнего предела. При получении отказа температуру исследуемой жидкости увеличивают на 5 °С при определении нижнего предела и уменьшают на 5 °С при определении верхнего предела. Изменяя температуру исследуемой жидкости, находят два таких значения температуры с разностью не более 2 °С, при одном из которых происходит воспламенение, а при другом — отказ. Для веществ, пары которых не воспламеняются от искрового источника зажигания, проводят испытания со спиральным источником зажигания. Питание к спиральному источнику зажигания подают с таким расчетом, чтобы спираль накалялась до 1000—1050 °С за время не более 4 с. 34 За температурный предел распространения пламени принимают среднее арифметическое не менее трех пар определений на воспламенение и отказ, полученных на трех образцах вещества. Если при проведении опыта атмосферное давление отличается от 101,3 кПа, то полученное в эксперименте значение температурного предела приводят к температуре при нормальном атмосферном давлении по формуле: < = -Сд. (2.13) _2_ 101,3 где ^ися — температура испытания, °С; ро — атмосферное давление при t«cnкПа; В, Сд — константы уравнения Антуана для исследуемой жидкости. Для жидкостей с неизвестными константами В и С А в уравнении Антуана значение температуры с поправкой на атмосферное давление рассчитывают по формуле ), (2.14) в которой 9-10 |
Температура самонагревания. Для определения температуры самонагревания устанавливают минимально возможную температуру, при которой в веществе возникают практически различимые экзотермические процессы окисления и разложения.
Эксперименты проводят одновременно в четырех воздушных термостатах вместимостью по 4 дм3, снабженных регуляторами температуры. Исследуемое вещество предварительно измельчают до частиц размером не более 5 мм. Для испытания готовят 24 образца массой не менее 10 г каждый. Образцы взвешивают и помещают в воздушные термостаты, отрегулированные на температуры 60, 80, 100 и 120 °С. До начала испытаний определяют калориметрическим способом начальную теплоту сгорания Q\. Испытания проводят в течение 6 мес. Через каждый месяц из шкафов вынимают по одному бюксу, определяют массу образца (G2) и его теплоту сгорания. По результатам определения теплоты сгорания вещества до и после нагрева составляют неравенство:
-Ј-1,03, (2.15)
35
где Qi и Q2 — теплоты сгорания вещества соответственно до и после нагрева, Дж-г""'; 1,03 — коэффициент, учитывающий погрешность измерений.
Если неравенство (2.15) выполняется для образца из какого-либо шкафа, то это значит, что при установленной в данном шкафу температуре нагрева вещества создается возможность проявления в нем экзотермического процесса. В этом случае для уточнения выявленной температуры шкаф с более высоким температурным режимом 120 °С переводят на режим 40 °С, а в остальных шкафах нагрев вещества продолжают при прежнем температурном режиме.
При получении такого же результата в следующем месяце поступают аналогичным образом, повышая температуру до 160 °С в шкафу с первоначальным температурным режимом 80 °С и т. д. Во всех случаях, когда шкафы устанавливают на новый температурный режим, образцы вещества в них заменяют новыми отобранными из той же партии вещества, что и первоначальные 24 образца.
За температуру самонагревания исследуемого вещества принимают наиболее низкую температуру в сушильном шкафу, при которой обнаруживаются условия выполнения неравенства (2.15). При температуре на 20 °С ниже установленной температуры самонагревания неравенство (2.15) не должно выполняться при нагревании в течение 6 мес.
Температура тления. Для определения температуры тления нагревают образец вещества с обдувом его воздухом и визуально оценивают результаты испытания. Варьируя температуру, находят минимальную температуру реакционной зоны сосуда, при которой происходит тление вещества.
Для определения температуры тления используют установку ОТП (см. рис. 2.7). Помещают рабочие спаи термопар в фиксированные точки рабочей камеры, включают нагрев электропечи. При первом испытании температура в рабочей камере должна быть равна температуре разложения исследуемого вещества или 300 ±5 °С. После установления в рабочей камере стационарного температурного режима, определяемого по постоянству показаний двух термопар, держатель извлекают из рабочей камеры, в контейнере помещают образец и возвращают держатель в исходное положе-
36
ние. Газовую горелку при этом используют в качестве магистрали для подвода воздуха, который подают в горелку от насоса. Горелку опускают внутрь рабочей камеры на расстояние 10±2 мм от поверхности образца. Наблюдают за образцом при помощи зеркала.
Если обнаружено тление, то регистрируют тление при температуре испытания, и следующее испытание с новым образцом проводят при более низкой температуре (например, на 50 °С ниже). Если в течение 20 мин образец не тлеет, то считают, что при температуре испытания получен отказ. Следующее испытание с новым образцом проводят при более высокой температуре (например, на 50 °С выше). Изменяя температуру в рабочей камере, определяют такую наименьшую температуру, при которой наблюдается тление образца при двукратном повторении испытаний, а при температуре на 10 °С ниже наблюдаются два отказа.
За температуру тления принимают среднее арифметическое двух ближайших температур, различающихся не более чем на 10 °С, при одной из которых наблюдается тление двух образцов, а при другой — два отказа.
Температурные условия теплового самовозгорания. Условия теплового самовозгорания — это экспериментально выявленная зависимость между температурой окружающей среды, массой вещества и временем до момента его самовозгорания.
Испытания проводят в воздушном термостате вместимостью рабочей камеры не менее 40 дм3 с терморегулятором, позволяющим поддерживать постоянную температуру от 60 до 250 °С. Образцы помещают в корзиночки кубической формы размерами 35X35X35, 50Х50Х Х50, 70X70X70, 100ХЮ0Х100, 140ХН0ХН0 и 200X200X200 мм (по десяти штук каждого размера). К корзиночкам крепят по три термопары с таким расчетом, чтобы рабочий конец одной термопары находился внутри корзиночки в ее центре, второй — соприкасался с внешней ее стороной, а рабочий конец третьей находился в 30 ±1 мм от внешней стенки корзиночки на высоте ее центра (рис. 2.13). Образцы должны иметь средние показатели свойств исследуемого вещества (материала).
При испытании листового материала его нарезают квадратиками, имеющими размеры корзиночки, и набирают в стопку, соответствующую высоте корзиночки.
37
3 2
7
Рис. 2.13. Схема расположения термопар в образце при исследовании условий самовозгорания:
1,2,3 — рабочие спаи термопар
В образцах из монолитных материалов предварительно высверливают до центра отверстие диаметром 7,0 ± ±0,5 мм для термопары. Волокнистые и сыпучие материалы укладывают в корзиночку с плотностью, соответствующей реальной плотности, с которой материал применяют на практике. Корзиночку закрывают крышкой с отверстием для термопары.
Первое испытание проводят при температуре рабочей зоны термостата 200 ±5 °С или на 80 ±20 °С ниже температуры самовоспламенения исследуемого вещества, если она известна. В центр термостата подвешивают корзиночку размером 35X35X35 мм с исследуемым веществом. Свободные концы термопары пропускают через верхнее отверстие термостата и подсоединяют к потенциометру. Скорость движения диаграммной ленты потенциометра устанавливают 20 мм-ч'. Для наблюдения за. изменением температуры в центре образца используют потенциометр.
Самовозгорание образца проявляется или в резком повышении температуры в его центре (до 450±50 °С) или в плавном повышении температуры до величины, превышающей значение температуры самовоспламенения вещества.
Отмечают время от момента выравнивания темпера-
38
тур образца и термостата до момента резкого повышения температуры в образце или (при плавном росте температуры) до момента достижения температуры самовоспламенения образца. После того, как процесс самовозгорания закончится (температура в центре образца снизится до первоначальной), термостат выключают и извлекают корзиночку с веществом.
Если при заданной температуре термостата самовозгорание не происходит в течение времени, указанного в табл. 2.5, то испытание с новым образцом вещества проводят при более высокой температуре (например, на 20 °С выше); если самовозгорание произошло, то испытание повторяют при более низкой температуре (например, на 20 °С ниже).
В процессе испытаний определяют такую минимальную температуру, при которой образец самовозгорается, а при температуре на 5 °С ниже минимальной самовозгорание не происходит. Аналогичные испытания проводят с образцами в корзиночках других размеров.
На основании полученных результатов испытания строят графики зависимости логарифма температуры самовозгорания от логарифма характерного размера корзиночки и логарифма времени до самовозгорания (рис. 2.14).
Удельную наружную поверхность материала S рассчитывают по формуле (в м
1 г а ПЧЧ> | | | р |
' • г; | —с сз- ^/ | /Г | т |
| | /1 | ■ - |