Заняття 1 розділ 1
Для горючих рідин характерно те, що температура їх кипіння завжди нижча за температуру самозаймання. Внаслідок цього горіння рідин можливе тільки в паровій фазі. Від згоряння утворився пара, відбувається практично негайно після його змішування з навколишнім повітрям. Тому швидкість вигоряння рідин визначається швидкістю випаровування як найбільш повільним процесом.
Випаровування рідин. Тиск насиченої пари
Перехід речовини з рідкого стану в газоподібний з вільної поверхні при температурі нижче температури кипіння називається процесом випаровування. За счетброуновского руху частинок в газовій фазі має місце і зворотний процес переходу з газового стану в рідке # 151; конденсація.
Процес випаровування характеризується наступними параметрами:
швидкість випаровування # 151; кількість рідини, що випаровується з вільної поверхні в одиницю часу.
інтенсивність випаровування # 151; кількість рідини, що випаровується з одиниці площі поверхні в одиницю часу. Інтенсивність випаровування залежить від:- виду рідини (теплоти випаровування);
- температури рідини;
- атмосферного тиску;
- швидкості руху повітря над поверхнею рідини.
Перераховані фактори легко пояснити. Так, чим менше теплота випаровування рідини, тим менше потрібно енергії для того, щоб перевести молекулу речовини з рідкого в газоподібний стан, і тим інтенсивніше проходить процес випаровування. Чим вище температура рідини. тим більше швидкість руху молекул і тим більшу кількість молекул має енергію, достатню для переходу в газову фазу.
Розрізняють статичну і динамічну випаровування. Статична випаровування відбувається, якщо нерухома рідина випаровується в нерухому газове середовище. динамічне випаровування # 151; якщо рідина випаровується в рухому газове середовище. При однаковій температурі швидкість динамічного випаровування більше, ніж статичного.
При випаровуванні в закритому просторі через деякий час встановлюється динамічна рівновага # 151; стан системи, при якому кількість рідини, яка випаровується, дорівнює кількості сконденсованого пара. Пар, що знаходиться в стані динамічної рівноваги з рідиною, називається насиченою парою.
Якщо рідина знаходиться у відкритому обсязі, то частина пара весь час йде в навколишній простір. При цьому кількість випаровується речовини, буде перевищувати кількість конденсується речовини, динамічне рівновага не встановиться, пар буде ненасичений. а випаровування триватиме поки вся рідина не випарується. При заданій температурі тиск насиченої пари рідини завжди вище, ніж ненасиченого.
Відзначимо, що тиск насиченої пари залежить від температури і властивостей рідини і не залежить від кількості рідини або площі випаровування.
Чисельні значення тиску насиченої пари використовують при.- розрахунку кількості випарувалася рідини;
- певні ступеня пожежної небезпеки насиченої пари горючої рідини;
- розрахунку критичних температур рідини, в закритому технологічному обладнанні.
ТЕМПЕРАТУРНІ МЕЖІ ПОШИРЕННЯ ПОЛУМ'Я (ТПРП)
Поняття ТПРП і їх зв'язок з КПРП
Тиск насиченої пари визначається його концентрацією і залежить від температури рідини. При певних температурах концентрація насиченої пари рідини стає рівною нижньому або верхньому концентраційного межею поширення полум'я. Таким чином, пожежну небезпеку горючих рідин можна оцінювати не за концентрацією її пара, а по температурі самої рідини. Таким чином замість концентраційної межі можна вказати температуру рідини, при якій ця концентрація утворюється.
Такі температури називаються температурними пределаміраспространенія полум'я. Як і для концентраційних меж можна визначити нижній і верхній температурний пределраспространенія полум'я.
Температурними межами поширення полум'я (нижнім # 151; НТПРП або верхнім # 151; ВТПРП) називають такі температури рідини, при яких над її поверхнею утворюється насичена пара в концентрації, рівній (відповідно нижньому чи верхньому) концентраційному межею поширення полум'я.
При температурах нижче нижньої температурної межі концентрація насиченого пара має величину нижче нижньої концентраційної межі поширення полум'я, то естьявляется безпечною.
При температурі вище верхнього температурного межі рідина утворює насичений пар, концентрація якого вище верхньої концентраційної межі, і горіння такого пара не буде. Однак, така суміш насичених парів є пожежонебезпечною, так як при виході з ємності в повітря вона може горіти в дифузійному режимі.
Для забезпечення пожежовибухобезпеки процесів виробництва, переробки, зберігання і транспортування рідин визначають безпечну нижню t нб і безпечну верхню t вб робочу температуру.
Для спрощених розрахунків безпечні температури можна визначити за формулами:
де Кбез # 151; коефіцієнт безпеки, рівний:
для індивідуальних речовин і нафтопродуктів 10,5 ° С,
для технічних і реакційних сумішей 14 ° С.
Температурні межі, так само як і концентраційні, не є постійними величинами і залежать від ряду факторів зовнішнього середовища. Характерниеобласті температур рідини концентрацій парів схематично зображені на малюнку:
Використання ТПРП, як показника пожежної небезпеки рідин, значно спрощує роботу з визначення степеніпожарной небезпеки горючих рідин, оскільки на відміну від концентраційних меж не вимагає застосування складних приладів.
За допомогою ТПРП можна:
1) провести порівняльну оцінку ступеня пожежної небезпеки двох рідин.
Наприклад, з трьох рідин: гексанол (ТПРП становить 57 ÷ 92 ° С), метанол (5 ÷ 39 ° С), ацетон (-20 ÷ 6 ° С) найбільш безпечним є гексанол, так як він утворює небезпечні концентрації насиченого пара лише при підвищених температурах.
2) визначити область вибухобезпечних температур роботи технологічного обладнання. Для забезпечення пожежної безпеки технологічних процесів потрібно вибирати температурний режим роботи апаратів з таким розрахунком, щоб робочі концентрації знаходилися поза зоною небезпечних концентрацій. Таким чином робочі температури повинні бути нижче нижнього безпечного або вище верхнього безпечного температурного межі поширення полум'я.
3) визначити ступінь пожежної небезпеки парів в ємностях і закритих технологічних апаратах при фактичній температурі.
Наприклад, при фактичній температурі 20 ° С гексанол є безпечним, метанол # 151; вибухонебезпечним, а ацетон # 151; вибухобезпечним, але пожежонебезпечним.
Умови загоряння рідин у відкритому просторі. Температура спалаху.
Якщо рідина випаровується у відкритий простір, то частина пара весь час дифундує в навколишній простір. При цьому концентрація пари поступово змінюється по висоті. Безпосередньо над поверхнею рідини вона дорівнює концентрації насиченого пара, а на великій відстані # 151; знижується практично до нуля (крива 1). Для рідин в закритому просторі концентрація пари не залежить від відстані (пряма 2).
де φф # 9; # 151; концентрація пари в заданій точці;
l # 151; відстань від поверхні рідини.
Часто буває необхідно оцінити ступінь пожежної небезпеки фактичної концентрації φ'ф. утворилася в виробничому приміщенні при випаровуванні горючої рідини у відкритий простір. Для цього достатньо розділити масу випарувалася рідини mісп на обсяг приміщення Vпом.
Для того, щоб розрахувати площа розливу, з якої відбувається випаровування, можна застосувати співвідношення:
де mжідк # 151; маса розлилася при аварії рідини;
ρжідк # 151; щільність рідини при заданих умовах;
hжідк # 151; товщина шару рідини, що розлилася при аварії.
У практичних розрахунках, для визначення інтенсивності випаровування рідини, користуються емпіричною формулою:
Iісп = РНП · μ (0,734 + 1,637vв) · 10 -6. кг / (м²С)
де μ # 151; молярна маса речовини кг / кмоль;
РНП # 151; тиск насиченої пари при даній температурі, кПа.
vв # 151; швидкість повітря над поверхнею випаровування, м / с.
У відкритій системі, для того, щоб досягти нижньої концентраційної межі поширення полум'я для ненасиченого пара, рідина необхідно нагріти до температури трохи вишеніжнего температурного пределараспространенія полум'я. що позволітувелічіть інтенсивність випаровування і компенсувати втрати пара за рахунок діффузіі.Есліпрі цьому до поверхні рідини піднести джерело запалювання, то пара, що утворилася спалахне.
спалах # 151; швидке згоряння пароповітряної суміші над поверхнею горючої речовини, яке супроводжується короткочасним видимим світлом. При спалаху стійке горіння не настає, так як швидкість випаровування рідини при даній температурі буде менше швидкості вигоряння пара.
Температура спалаху # 151; це найменша температура рідини, при якій в умовах спеціальних випробувань над її поверхнею утворюється пара, здатна спалахувати в повітрі від джерела запалювання, однак стійке горіння при цьому не виникає.
Зв'язок температури спалаху tвсп із залежністю концентрації пара φпар від температури рідини tжідк схематично відображена на малюнку.
Рідина, у якій фактична температура нижче, ніж температура спалаху не представляє пожежної небезпеки в разі короткочасного впливу джерела запалювання.
Температура спалаху прийнята за основу класифікації рідин за ступенем їх пожежної небезпеки. Розрізняють горючі і легкозаймисті рідини. До пальним (ГР) відносять рідини з температурою спалаху більше 61 ° С. Рідини з температурою спалаху 61 ° С і нижче відносять до класу легкозаймистих рідин (ЛЗР). Легковоспламеняющіесяжідкості з температурою спалаху 28 ° С і нижче відносять до особливо небезпечних рідин.
Крім температури спалаху розрізняють ще температуру запалювання # 151; найменшу температуру рідини, при якій після займання пара від джерела запалювання встановлюється стаціонарне горіння.
На практиці дуже часто доводиться мати справу із сумішами рідин. При оцінці ступеня пожежної небезпеки суміші, слід мати на увазі, що навіть маленькі добавки ЛЗР до ГР можуть сильно знизити tвсп суміші.