книги из ГПНТБ / Осипов, С. Н. Взрывчатые свойства и нейтрализация паро-газо-пылевых смесей

и тем меньше расходы времени на транспортировку и создание необходимой концентрации смеси в аварий­ ном объеме. Значения величин /Ссм и К г для этих сме­ сей приводятся в табл. 20.

Таблица 20

Сраинение эффективностей различных смесей флегматизаторов

Применение смесей, состоящих из инертного газа и Сг^Вгг, выгодно не только вследствие уменьшения расхода компонентов, но н вследствие снижения необ­ ходимой интенсивности запуска флегматизаторов, так как пик воспламенения смещается в направлении верх­ него предела.

В настоящее время отсутствует научно обоснован­ ный выбор показателей эффективности флегматизато­ ров для различных производственных условий. По на­ шему мнению, критерием оценки эффективности флегматизатора для конкретных условий может служить сравнение действия флегматизатора с действием эта­ лонного инертного газа. Таким эталоном может слу­ жить азот, концентрация которого для предотвращения взрыва является максимальной.

Тогда в качестве показателей эффективности флег­ матизатора следует принять:

162

1. Отношение минимальной концентрации эталонного инертного газа (азота), добавленной во взрыво­ опасную смесь в пике воспламенения для предотвра­ щения взрыва, к минимальной концентрации флегматизатора для этой же смеси:

2. Отношение площадей треугольников воспламе­ нения систем горючее—воздух—азот и горючее—воз­ дух—флегматизатор:

I f v ( C r)dC

Фf / Ф (Сг) л с

с„

где С„ и Св— нижний и верхний пределы воспламене­ ния паро-газовой среды; fu (Сг) и f $ ( C r) — функции изменения образующей треугольников воспламенения систем в зависимости от содержания газа в смеси.

3. Отношение скорости нарастания необходимой концентрации азота к скорости нарастания концентра­ ции флегматизатора:

dCNЦйСг)

(127)

чсфцчст)

где CN= fN (Сг); Сф =/ф(Сг); dCN/(d Сг ) — производ­ ная нарастания концентрации инертного газа и флег­ матизатора по горючей паро-газовой смеси.

4. Отношение стоимости приобретения, транспор тировки и запуска в аварийный объем азота к такой же стоимости для флегматизатора:

При окончательном выборе флегматизатора для каждого конкретного случая предотвращения или ло­ кализации взрыва доминирующим может оказаться

163

как сумма всех показателей, так и любой из них. Об­ щая эффективность флегматизатора может опреде­ ляться как сумма показателей эффективности, произ­ ведение их или отношение произведения к сумме.

Как видно из данных табл. 21, максимальная эф­ фективность при нейтрализации метано-воздушиых смесей может быть достигнута для паров йода и сме­

•При раздельной подаче компонентов.

**Проявляются каталитические свойства.

164

(бром-фреонов) с йодом. Весьма удобными могут ока­ заться смеси инертных газов и бром-фреонов особенно такого состава: 10— 15% С 02 и 0,7— 1,2% C2F4Br2.

На основании результатов статистической обработ­ ки 700 экспериментов установлено, что многие флегматнзаторы, нейтрализующие в определенной концент­ рации взрывчатые свойства метано-воздушных смесей в первом и даже втором опыте, при последующих пс-

Рис. 67. График вероятности нейтра­ лизации взрывчатых свойств метановоздушных смесей в зависимости от относительной концентрации (за еди­

пытаинях могут оказаться неэффективными при этой же концентрации. Это наглядно (рис. 67) подтвержда­ ет вероятностную природу процессов флегматнзации взрывчатых паро-газовых смесей.

Средняя вероятность нейтрализации взрывчатых свойств (рис. 67) метано-воздушных смесей, согласно уравнению (33), не является монотонной функцией от­ носительной концентрации флегматизатора (Сп— кон­ центрация флегматизатора, при которой вероятность нейтрализации взрывчатых свойств составляет р\— = 0,999). Уменьшение вероятности нейтрализации взрывчатых свойств особенно заметно для фреона-12

165

и фреона-114В2 (кривые 4 и 5). Добавка йода к фрео­ ну-114В2 (кривая 6) делает увеличение вероятности нейтрализации взрывчатых свойств с ростом концент­ рации флегматнзатора почти монотонным.

§ 6. НЕЙТРАЛИЗАЦИЯ ВЗРЫВЧАТЫХ СВОЙСТВ ГАЗО-ВОЗДУШНЫХ СМЕСЕЙ ТВЕРДЫМИ ФЛЕГМАТИЗАТОРАМИ

В последние годы проводятся исследования по ней­ трализации взрывчатых свойств газо-воздушных смесей порошкообразными флегматизаторами. Последние об­ ладают рядом неудобств, что ограничивает область их применения.

Во-первых, порошкообразные флегматизаторы не могут достаточно эффективно транспортироваться воз­ душными или газовыми потоками малых скоростей (например, по горным выработкам) на значительные расстояния. Так, быстрое выпадение из воздушного по­ тока (осаждение) угольных частиц размером 50 мкм

10 мкм — при скорости менее 0,2 м/с. Дальность поле­ та частиц размером 50 мкм при скорости потока 4 м/с составляет 80 м. В неподвижной паро-газовой среде пылевые частицы выпадают еще быстрее.

Во-вторых, при длительном хранении подавляющее большинство порошков имеет тенденцию к слеживаемости, что связано как с воздействием влаги окружаю­ щей среды, так и с другими, иногда чисто химически­ ми процессами. В результате коагуляции мелкодис­ персные порошки могут укрупняться, что приводит к потере их флегматизирующих свойств и ухудшению условий транспортировки. Однако в некоторых случаях применение порошков может оказаться целесообраз­ ным из-за их высокой эффективности, низкой стоимости и безопасности для дыхания людей.

166

На основании цепной теории горения и взрыва И. Н. Семенова автором были определены направления исследований твердых флегматизаторов, пригодных как для замедления процессов окисления органических веществ [53], так и для нейтрализации взрывчатых свойств газов и повышения пожаротушащнх свойств пен.

Если цепная реакция идет в основном с образова­ нием радикалов Н (+)илн СНз(+), то в качестве флегматизаторов служат галогены, активность которых

в качестве флегматизаторов могут служить щелочнозе­ мельные металлы, активность которых должна возра­ стать в направлении: Li(+) ->• Ыа(+) -v К(+). Наибо­ лее перспективным может быть путь применения твер­ дых соединений галогенов, расположенных в порядке эффективности:

NaCl -> NaBr-> NaJ;

КО -> КВг -5- KJ;

СаС12 -> CaBr2 -> CaJ2;

-MgCl, -> MgBr2 -> MgJ2.

Кроме перечисленных выше соединений, имеются целые классы веществ, пыли которых также могут быть весьма эффективными флегматизаторами. К та­ ким должны относиться соединения типа аммония, имеющие весьма низкие температуры возгонки (400— 500°С).

Как показали исследования Ф. М. Гельфанда [14], при добавке KJ, NaJ или NaBr со средним размером частиц около 50 мкм более 10 г на 1 м3 метано-воздуш­ ной смеси любой концентрации взрывчатые свойства смеси нейтрализуются. Однако полученные величины добавок KJ, NaJ и NaBr, нейтрализующих взрывчатые

167

свойства метано-воздушных смесей, оказались гораз­ до ниже значений, определенных М. С. Клепиковой (МакНИИ) (табл. 22).

Вопытной штольне Горнорудного управления США

собъемом взрывчатой метано-воздушной смеси 14— 71 м3 установлено, что для предотвращения распро-

Таблица 22

Результаты испытаний порошковых флегматнзаторов

(не гасит)

странения пламени необходимо до 6 кг бикарбоната калия (КНСОз), т. е. необходимый удельный расход составляет 81—410 г/м3. Однако известны результаты опытов [87], согласно которым для тушения стехио­ метрической метано-воздушной смеси необходим удельный расход NaHC03 с крупностью частиц 0— 10 мкм 11,3 г/м3, при 0—20 мкм — 16,4 г/м3, при 10— 20 мкм — 19,3 г/м3 и при 15—30 мкм — 23,8 г/м3. Эти результаты были получены в реакторах малых разме­ ров и могут служить только для иллюстрации влияния дисперсного состава порошка на его эффективность.

168

В результате исследований паро-газовых и порош­ ковых флегматизаторов установлено, что максималь­ ное их количество потребляется при стехиометрической горючей смеси. Поэтому все основные эксперименты с флегматизаторами проведены для стехиометрических смесей.

Как видно из данных табл. 22, лучшим порош­ ковым флегматизатором для нейтрализации взрыв­ чатых свойств метано-воздушных смесей оказался фос­ форнокислый двузамещенный аммоний (NH4)2H P 04. Примерно равными ему по эффективности являются йодистый калий (KJ) и бромистый аммоний (NH4Br), что полностью соответствует приведенным выше реко­ мендациям.

Механизм действия порошкообразных флегматиза­ торов изучен недостаточно. Как указывает М. С. Кле­ пикова, существует несколько предположений по это­ му поводу. В основном они сводятся к возможному влиянию следующих факторов: разбавление горючей среды газообразными продуктами разложения порош­ ка; охлаждение зоны горения в результате затрат теп­ ла на нагрев порошков и частичное испарение и раз­ ложение частиц; экранирование лучеиспускания; хи­ мическое воздействие, обусловливающее дезактивацию активных частиц и обрыв цепей.

7. ЦЕНТРАЛИЗАЦИЯ ВЗРЫВЧАТЫХ СВОЙСТВ ПЫЛЕ-ВОЗДУШПЫХ СМЕСЕЙ

Исследования по нейтрализации взрывчатых свойств пыле-воздушных смесей проводятся во многих стра­ нах. Особенно много работ посвящено проблеме ней­ трализации взрывчатых свойств угольных пылей и их смесей с метаном [88; 90].

Проведенные в США испытания угольной пыли пласта Питсбургского при содержании 37% летучих