Фрагмент доклада «Результаты исследования воспламеняющей способности электрических разрядов в многокомпонентных газо-паро-воздушных взрывчатых смесях гомологов метана», 1960 г., стр. 4-19
УДК 622-25
Кравченко В.С., Халеев Р.М.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ВОСПЛАМЕНЯЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ РАЗРЯДОВ В МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ ГАЗО-ПАРО-ВОЗДУШНЫХ ВЗРЫВЧАТЫХ СМЕСЯХ ГОМОЛОГОВ МЕТАНА
На основании экспериментальных данных об оптимальных концентрациях для двухкомпонентных смесей (углеводород – воздух) ряда СnН2n+2, а также специально приготовленных многокомпонентных смесей того же ряда нами установлено,
что опасные (наиболее легко воспламеняемые) концентрации углеводородов алканового ряда (или их смесей) в воздухе обратно пропорциональны квадратным корням из удельных (или молекулярных) весов этих углеводородов (или их смесей):
(1) где V1, γ1, М1 – соответственно объемная опасная концентрация, удельный и молекулярный веса какого-либо из углеводородов (или какой-либо углеводородной смеси), входящих во взрывчатую смесь с воздухом;
– V2, γ2, М2 соответственно объемная опасная концентрация, удельный и молекулярный веса какого-либо другого углеводорода (или какой-либо другой углеводородной смеси) из числа входящих в другую взрывчатую смесь с воздухом.
Эта зависимость, построенная расчетным путем по формуле (1) по известному из опыта значению опасной концентрации, метана в воздухе (vСН4= 8,5%), по его удельному весу (γ= 0,717 кг/м3) и по известным значениям удельных весов различных углеводородов, хорошо согласуется с опытными данными, включающими и многокомпонентные смеси (рис.1).
• – экспериментальные данные авторов,
о – данные из литературных источников,
— – расчетная кривая по формуле (1).
На рис. 2 показана зависимость опасной концентрации предельных углеводородов в воздухе от молекулярного веса взрывчатого компонента. На рис. 3 показана зависимость воспламеняющих токов при вероятности воспламенения
р = 10-3 для газо-паро-воздушных взрывчатых смесей предельных углеводородов от их концентрации в воздухе.
Рисунок 3 – Зависимость воспламеняющих токов для газо-паро-воздушных взрывчатых смесей предельных углеводородов от их концентрации в воздухе (р = 10-3; U=25 В; L =0,1 Гн)
Обозначим через C1, C2 ... Сn процентные содержания углеводородов в смеси (без воздуха), так что:
Удельный вес смеси из углеводородов определится, как:
(3)Под средним молекулярным весом (Мс) смеси углеводородов (без воздуха) подразумевалось определение:
(3a)На основании формулы (1) опасная (объемная) концентрация многокомпонентной смеси ( vc) из углеводородов алканового ряда может быть определена, как:
(4)Приняв v=vCH4=8,5% и γ=γCH4 = 0,717 кг/м3, получим расчетную формулу для определения опасной концентрации любой взрывчатой смеси из гомологов метана с воздухом:
(4a)Решая 4а совместно с 3, получим другое уравнение для определения наиболее легко воспламеняемой концентрации многокомпонентной смеси из углеводородов гомологов метана с воздухом:
(5)Опасная концентрация многокомпонентной смеси может быть выражена также через опасные концентрации составляющих газов:
(6)В такой форме выражение для опасной концентрации легко сопоставить с известным уравнением Ле-Шателье [13] для определения нижнего и верхнего пределов взрываемости той же многокомпонентной смеси (см.рис.1):
(7) Установлено, что при зажигании от электрических разрядов размыкания взрывчатых углеводородовоздушных смесей алканового ряда, (при опасных концентрациях). Минимальные воспламеняющие токи обратно пропорциональны квадратным корням из удельных (или молекулярных) весов этих углеводородов (или их смесей) при неизменных значениях индуктивности цепи и напряжения источника тока
(8)где I1 и I2 - минимальные воспламеняющие токи соответственно для двух разных взрывчатых смесей.
На рис.4 построены расчетным путем, по формуле (8), зависимости минимальных воспламеняющих токов при вероятности воспламенения (р=10-3) от удельных весов для различных взрывчатых углеводородовоздушных смесей при опасных концентрациях. Исходными данными для расчетов служили известные удельные веса углеводородов, входящих во взрывчатые смеси с воздухом. Точками отмечены экспериментальные значения минимальных токов, полученные нами и другими авторами для упомянутых смесей. График подтверждает удовлетворительную сходимость расчетных и опытных данных.
Рисунок 4 – Зависимость минимальных токов I, воспламеняющих газо-паро-воздушные смеси предельных углеводородов гомологов метана, от удельного веса γвзрывчатой составляющей при наиболее легко воспламеняемой концентрации ( вероятность воспламенения р = 10-3)
Обнаруженная закономерность позволяет сделать практически важный вывод, что из ряда предельных углеводородов (или их смесей), взятых при опасных концентрациях в воздухе, наиболее легко (при минимальных воспламеняющих токах) взрываются углеводороды (или их смеси), отличающиеся наибольшими удельными (или молекулярными) весами.
На основании совместного решения формул (I) и (8) устанавливаем как следствие, что между опасными концентрациями углеводородо-воздушных взрывчатых смесей алканового ряда и минимальными воспламеняющими токами (при неизменных индуктивностях и напряжении размыкаемой цепи) имеет место прямая пропорциональность:
(9)ЛИТЕРАТУРА
1. Губкин И. М. Учение о нефти
2. Енгибарова Р. Н. Исследование влияния параметров электрических цепей на искробезопасность при разработке контрольно-измерительных и автоматических устройств в атмосферепаров бензина и бензола. Автореферат диссертации. Баку, 1957.
3. Лазарев Н. В. Вредные вещества в промышленности. Госхимиздат, 1954
4. Кравченко В. С. Основы теории рудничных искробезопасных систем. Докторская диссертация, 1952
5. Кравченко В. С., Фетисов П. А. Искробезопасность электрооборудования в атмосфере взрывоопасных смесей. «Электричество», №12, 1956
6. Ковалев П. Ф. Принципы взрывобезопасности рудничного электрооборудования. Углетехиздат, 1951
7. Морган Д. Принципы зажигания, 1947
13. Jones G. W. Inflammation limits and their practical application in hazardous industrial operations. Chemical Reviews Vol.22, №1, 1938