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

Для сравнения эмпирического распределения с тео­ ретическим использовали три вида распределений: правую ветвь нормального, экспоненциальное и Пуас­ сона (редких событий). Как показала проверка соот­ ветствия по критерию Пирсона, обоим эмпирическим распределениям соответствует закон редких событий (Пуассона) с величиной параметры Х=0,1 [см. уравне­ ние (32)]. Величины критериев Пирсона %2 для рас­ пределения коэффициентов вариаций при 5%-ных до­ верительных границах оказались значительно меньше критических значений (табл. 4), а коэффициенты ва-

Таблица 4

К расчету статистических параметров распределения по критерию Пирсона

риации k B— в пределах 7,8—8%. Величины средне­ квадратичных отклонений aKDкоэффициентов вариаций оказались значительными (табл. 4). Совпадение коли­ чества средних расчетных и фактических случаев в каждом интервале достаточно хорошее (рис. 18).

Таким образом, большинство (60—80%) результа­ тов экспериментов находится в зоне отклонения на ±10% от средних величин пределов воспламенения. Эти границы (±10% ) следует считать реальной точ­ ностью экспериментального определения величин кон­ центрационных пределов воспламенения паро-газо-воз­ душных смесей.

Значительный интерес представляет воспламене­ ние паро-газовых смесей электрическими искрами, так как этот источник наиболее часто встречается в раз­ личных промышленных условиях.

50

Основы теории искрового воспламенения заложе­ ны акад. Я- Б. Зельдовичем и его сотрудниками [21]. В дальнейшем исследования минимальных энер­ гий воспламенения проводились во многих научно-

51

Рис. 19. Графики зависимости минимальной энергии воспламенения:

а — от состава паро-газо-воздушных смесей [43]; б — от расстояния между электродами с флан­ цами для метано-воздушных смесей при разном давлении.

мы зависимости минимальной энергии воспламенения q от температуры стехиометрических горючих сме­ сей, которые можно считать значительно завышенны­ ми, так как эти испытания были проведены еще до 1950 г. по старым методикам.

Как показали исследования, проведенные Н. Д. Гав­ риленко и В. В. Захарченко, величины минимальной

энергии воспламенения и критических зазоров в зави­ симости от температур смесей могут быть гораздо ни­ же ранее определенных (табл. 5). Полученные резуль­ таты хорошо согласуются с современными данными других исследователей.

При сравнении минимальных энергий воспламене­ ния и критических зазоров между фланцами для ме­ тано- и водородо-воздушных смесей видна опасность при появлении значительных количеств водорода в ат­ мосфере шахт, оборудованых взрывозащитной элек-

53

Таблица 5

Зависимость параметров воспламенения горючих смесей от температуры

54

троаппаратурой. Так как минимальная энергий воспла­ менения и критический зазор между фланцами для во­ дородо-воздушных смесей в 3—4 раза меньше по сравнению с этими величинами для метано-воздушных смесей, то при использовании обычной для шахт искро­ взрывобезопасной аппаратуры следует соблюдать не­ обходимые меры предосторожности. В некоторых слу­ чаях при возникновении пожаров возможно попадание во взрывозащитные оболочки паро-газовых смесей с повышенной температурой, что, как следует из данных рис. 21 и табл. 5, может привести к нарушению взры­ возащиты. Поэтому при опасности попадания горячих паро-газовых смесей во взрывобезопасную аппарату­ ру, последняя должна быть немедленно выключена.

Для защиты технологического оборудования от разрушающего воздействия взрывов в химической, нефтехимической и других отраслях промышленности нашли широкое применение различные предохрани­ тельные мембраны [48; 49]. Для расчета мембран не­ обходимы значения таких параметров процесса взры­ ва, как максимальное давление рнакс, время его уста­ новления Т0 и максимальная скорость роста давления,

равная величине

До сих пор нет достаточно обоснованной теории не­ стационарного удаления избыточных продуктов взры­ вов путем использования различных мембран. Для за­ щиты оборудования с газовыми смесями, имеющими малый индукционный период (водород, ацетилен), разработаны специальные устройства с принудитель­ ным разрушением мембран. Благодаря использова­ нию детонаторов время срабатывания такого устрой­ ства составляет всего 0,002 с [89]. Расчет предохрани­ тельных мембран ведется по пропускной способности при статическом повышении давления [49], что за­ частую недостаточно правильно, так как процесс раз­ рушения мембраны и выброса избыточных газов про-

55

исходит под действием нестационарного развития взрыва, характеризующегося изменением давления и температуры газов.

Правильное описание процесса защиты оборудова­ ния от разрушений может быть получено в результате решения системы уравнений, отображающих совмест­ ное развитие взрыва, срабатывания предохранительной мембраны и истечения избытка газов.

Для упрощенного эмпирического описания процес­

равнять нулю. Тогда для левой ветви нормального за­ кона распределения

56

где Т\ — время наступления максимальной скорости роста давления, с.

Для левой ветви нормального закона распреде­ ления

р макс и (dp/dT)vl>KC. В случае точного соответствия экс­

Обычно значения о, полученные по уравнениям (43) и (49), бывают различными, что свидетельствует о наличии эксцесса эмпирической кривой нормального распределения. В таком случае имеется два распреде­ ления с параметрами

57

Так как обычно 02>сгь то аналитическую аппрокси­ мацию кривой изменения давления при взрыве удоб­

но представить в виде

(Г-Г„Н

метрической максимальные значения давления взрывов

тур смесей максимальное давление взрывов уменьша­ ется. Время установления максимального давления для всех смесей, кроме 30%-ной водородо-воздушной смеси, уменьшается с ростом температуры.

Значительный интерес представляют температуры самовоспламенения газов и паров и величины индук­ ционных периодов. Как показывают эксперименты, ре­ зультаты которых приведены на рис. 22 и 23 [82], мо­ лекулярная структура горючего для гомологических рядов оказывает разное влияние на температуры са­ мовоспламенения. Однако общая тенденция (рис. 22, б) заключается в уменьшении температуры самовос­ пламенения с увеличением числа атомов углерода в молекуле. Особенно резко это уменьшение проявляет­ ся в начале гомологического ряда. Температура само­ воспламенения различных углеводородных соединений находится в пределах 200—600° С. Величина индукци­ онного периода в значительной степени зависит от температуры самовоспламенения. Так, например, для метано-воздушных смесей при нормальных условиях индукционный период в зависимости от температуры самовоспламенения составляет: 0,5—0,6 с при t=

58

= 745йС; 1 с при t —727° С; 2 с при /= 710° С; 3 с при ^=690° С.

С повышением температуры источника воспламене­ ния индукционный период для любой взрывчатой сме-

§ т to

Рнс. 22. Графики зависимости температуры самовоспламенения

59