Исследование пожароопасных свойств метилового спирта

3.2. Температура воспламенения.

         Температура воспламенения

         Температура воспламенения  - наименьшая температура вещества, при которой в условиях специальных испытаний вещество выделяет горючие пары и газы с такой скоростью, что при воздействии на них источника зажигания наблюдается воспламенение.

         Воспламенение - пламенное горение вещества, инициированное источником зажигания и продолжающееся после его удаления.

         Значение температуры  воспламенения следует применять  при определении группы горючести  вещества, оценке пожарной опасности оборудования и технологических процессов, связанных с переработкой горючих веществ, при разработке мероприятий по обеспечению пожарной безопасности в соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.004 и ГОСТ 12.1.010, а также необходимо включать в стандарты и технические условия на жидкости. 

     Температура воспламенения жидкости рассчитывается по той же формуле что и температура  вспышки, но со своими коэффициентами:

                 , ^оС,

     где:

                                         а₀ = - 47,78 °С;

    

                                           а₁ = 0,882;

  t_кип - температура кипения жидкости, °С;

  а_j - коэффициент j-той химической связи,  приведены в табл. 9.5

  l_j - число химических связей вида j в молекуле жидкоcти

t_восп = -47,78 + 0,882·64.9 + ( – 2,118·3-0,111+8,216) = 11.2⁰ С. 

     Ответ: температура воспламенения метилового спирта равна 11.2^ОС 

     ГОСТ 12.1.044-89 приложение 3 
 

     3.3 Температура самовоспламенения. 

         Температура самовоспламенения  - наименьшая температура окружающей среды, при которой в условиях специальных испытаний наблюдается самовоспламенение вещества.

         Самовоспламенение - резкое увеличение скорости экзотермических  объемных реакций, сопровождающееся пламенным  горением и/или взрывом.

         Значение температуры  самовоспламенения следует применять при определении группы взрывоопасной смеси по ГОСТ 12.1.011 для выбора типа взрывозащищенного электрооборудования, при разработке мероприятий по обеспечению пожаровзрывобезопасности технологических процессов в соответствии с требованиями ГОСТ. 12.1.004 и ГОСТ 12.1.010, а также необходимо включать в стандарты или технические условия на вещества и материалы. 

     Расчетные формулы:

                                           

            где C_i-длина i-той углеродной цепи в молекуле,

      - число цепей.

                                              

где S - число концевых групп в молекуле( -СН₃, -С₆Н₅ и т.д.)

     Для спиртов алифатического ряда концевой считается и гидроксильная группа -ОН. Из общего числа цепей последовательно  выбирают цепи с одинаковым числом углеродных атомов, причем для ароматических соединений атомы углерода ароматического ядра в расчет не включаются. Для спиртов расчетная длина цепи, содержащая гидроксильную группу, увеличивается на единицу по сравнению с фактической углеродной цепью. Для ароматических соединений длина цепи, содержащая арильный радикал, уменьшается на единицу по сравнению фактической длиной.

L_ср = 4, по таблице определяем температуру самовоспламенения – 695 К или – 422⁰ С.

         Однако этот расчет можно применить к определенному классу веществ, поэтому температуру самовоспламенения в основном определяют по справочным данным. t_смв = 440 ⁰ С.

Ответ: температура самовоспламенения по данным  справочника Баратова                                  Т_смв=440 ^ОС

         (Справочник  Баратова) 

         3.4. Концентрационные  пределы распространения  пламени. 

         Нижний (верхний) концентрационный предел распространения пламени - минимальное (максимальное) содержание горючего вещества в однородной смеси с окислительной средой, при котором возможно распространение пламени по смеси на любое расстояние от источника зажигания.

         Значения концентрационных пределов распространения пламени  необходимо включать в стандарты  или технические условия на газы, легковоспламеняющиеся индивидуальные жидкости и азеотропные смеси жидкостей, на твердые вещества, способные образовывать взрывоопасные пылевоздушные смеси (для пылей определяют только нижний концентрационный предел). Значения концентрационных пределов следует применять при определении категории помещений по взрывопожарной и пожарной опасности в соответствии с требованиями норм технологического проектирования; при расчете взрывобезопасных концентраций газов, паров и пылей внутри технологического оборудования и трубопроводов, при проектировании вентиляционных систем, а также при расчете предельно допустимых взрывобезопасных концентраций газов, паров и пылей в воздухе рабочей зоны с потенциальными источниками зажигания в соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.010, при разработке мероприятий по обеспечению пожарной безопасности объекта в соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.004.

                         φ_н = = = 5,64 %. 

                         φ_в = = = 34,5 %. 

Для расчета  массовой концентрации: 
 

           С_н = = = 0,08 кг/м³. 

            С_в = = = 0,5кг/м³. 

Ответ: область распространение пламени для метилового спирта: 5,64-34.5% (об.), 0,08-0,5 кг/м³ (масс.). 

(ГОСТ 12.1.044-89 приложение 4) 

3.5. Температурные пределы  распространения  пламени. 

        Температурные пределы  распространения пламени - такие температуры вещества, при которых его насыщенный пар образует в окислительной среде концентрации, равные соответственно нижнему (нижний температурный предел) и верхнему (верхний температурный предел) концентрационным пределам распространения пламени.

        Значения температурных  пределов распространения пламени  следует применять при разработке мероприятий по обеспечению пожаровзрывобезопасности объекта в соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.004 и ГОСТ 12.1.010; при расчете пожаровзрывобезопасных температурных режимов работы технологического оборудования; при оценке аварийных ситуаций, связанных с разливом горючих жидкостей, для расчета концентрационных пределов распространения пламени, а также необходимо включать в стандарты или технические условия на горючие жидкости. 

Температурные пределы Т_н и Т_в связаны с КПР пламени зависимостью: 

                                        

где j_пр - нижний или верхний КПР, %;

Р₀  - атмосферное давление, кПа;

А, В, С_а -  константы уравнения Антуана для давления насыщенных паров,(Справочник Баратова).

А=7,3522

В=1660,454.

С=245,818.

         Тогда:

                        = 6,06 ⁰С. 

                        =39.89⁰ С. 

      Если  неизвестна зависимость давления насыщенного  пара от температуры, то для веществ, состоящих из атомов С, Н, О, N значение нижнего или верхнего температурного предела (t_п) вычисляют по формуле

       

                                         t_п = а₀ + а₁t_кип +  
 

где а₀ — размерный коэффициент, равный минус 62,46°С для нижнего и минус 41,43°С для верхнего пределов;

  а₁ — безразмерный коэффициент, равный 0,655 для нижнего и 0,723 для верхнего пределов;

  a_j — эмпирические коэффициенты, характеризующие вклад j-х структурных групп. 

НТПР = -62,46 + 0,655·107,8 + ( – 0,009·3+0,11+19,75) = 25,2⁰ С. 

ВТПР = -41,43 + 0,723·107,8 + ( 0,570·3+1,267+17,8) = 56,1⁰ С. 
 

Ответ: температурные пределы распространения пламени для метилового спирта равны t_н=0,3^ОС и t_в=26,3 ^ОС. 

(ГОСТ12.1.044 приложение 6) 

3.6. Нормальная скорость  распространения  пламени паровоздушной  смеси (максимальная  нормальная скорость горения).

         Нормальная скорость распространения пламени - скорость перемещения фронта пламени относительно несгоревшего газа в направлении, перпендикулярном к его поверхности.

         Значение нормальной скорости распространения пламени  следует применять в расчетах скорости нарастания давления взрыва газо- и паровоздушных смесей в закрытом, негерметичном оборудовании и помещениях, критического (гасящего) диаметра при разработке и создании огнепреградителей, площади легкосбрасываемых конструкций, предохранительных мембран и других разгерметизирующих устройств; при разработке мероприятий по обеспечению пожаровзрывобезопасности технологических процессов в соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.004 и ГОСТ 12.1.010.

     Максимальная  нормальная скорость горения – максимальная линейная скорость распространения фронта пламени в газовых смесях, определяемая в специальных условиях.

      Максимальная  нормальная скорость распространения  пламени в настоящей работе определяется по справочной литературе и расчетом.

      Максимальная  скорость горения S_u для органических веществ, состоящих из атомов С, Н, N, O, S и структурных групп, представленных в таблице, вычисляется по формуле:  

                                            

где - число структурных групп j-го вида в молекуле; - коэффициент, соответствующий j-й структурной группе; n_C – число атомов углерода в молекуле; - показатель степени, равный двум; S_u0 – значение нормальной скорости горения

     Для органических веществ, состоящих из атомов С, Н, N, O, и для веществ, состоящих из структурных групп, не учтенных в таблице максимальная нормальная скорость горения  вычисляется по формуле: 

                                        

где Т – адиабатическая температура горения смеси стехиометрического состава.

      Для веществ, состоящих из структурных  групп, приведенных в таблице, значение Т может быть определено по формуле: 

                                          , 

где m_j – число структурных групп j-го вида в молекуле;

      Таким образом для изобутилового спирта: 

                              = = 0,55 м/с. 

(ГОСТ 12.1.044-89  приложение 7).

3.7. Критический диаметр  огнегасящего канала и безопасного экспериментального максимального зазора.

 

      Расчет  критического диаметра d_кр длинного цилиндрического огнегасящего канала производится по формуле: 

        
 

где Ре_кр = 72 – число Пекле; Su – нормальная скорость горения; С_pv – удельная теплоемкость, Дж/кг·К; λ – коэффициент теплопроводности исходной смеси, Вт/м·К; Т – температура, К; Р – давление, Па; R – универсальная газовая постоянная, равная 8,31 Дж/моль·К; М – молярная масса, кг/моль.

      Максимальный  экспериментальный безопасный зазор (БЭМЗ) рассчитывается по формуле: 

                 БЭМЗ = d_кр/3 

Относительная средняя квадратическая погрешность  расчета составляет 18%.

Для метилового спирта: 

                   = 3.3 мм.