9.5. Закономерности для точки флегматизации.

Наиболее безопасные для технологических целей смеси горючего, кислорода и инертного компонента, состав которых соответствует зоне, находящейся правее мыса области воспламеняемости на рис. 37 (I > I_кр) отличаются одной важной особенностью. Любая трехкомпонентная смесь кислорода, горючего и инертного компонента невзрывчата при произвольном соотношении содержаний двух последних, если в такой смеси [О₂] < Y, где Y – содержание кислорода у точки флегматизации.

Известно, что эта предельная концентрация Y, практически одинакова для большинства горючих газов и паров. Так, если составлять горючие смеси, используя обогащаемый азотом воздух, то для СН₄, С₂Н₆, С₃Н₈, С₄Н₁₀, С₅Н₁₂, С₆Н₁₄, С₃Н₆, С₄Н₈, С₆Н₆, (СН₃)₂СО эта величина будет находиться в пределах 11,0—13,5%. Если добавкой к воздуху служит двуокись углерода, значение Y для указанных горючих увеличится до 13,4 — 15,6% абс. (т.е. приблизительно на 20%) вследствие большей теплоемкости СО₂. Для смесей эндотермических соединений — этилена и бутадиена — значения Y ниже, чем для большинства горючих. Особенно резкое отличие наблюдается для водорода, окиси углерода и ацетилена.

Выше отмечалось, что нижний концентрационный предел не изменяется при частичной замене кислорода азотом. Оказывается, что эта закономерность соблюдается практически вплоть до составов, соответствующих положению мыса области взрываемости. При этом величина Y смесей, флегматизированных азотом, мало отличается от содержания кислорода, эквивалентного количеству горючего на нижнем пределе. Это предположение позволяет находить расчетные значения Y

Y = vπ_min (9.8)

где v – стехиометрический коэффициент для реакции полного окисления данного горючего кислородом. Ниже приведены экспериментальные пре-дельные содержания кислорода в горючих смесях:

Горючее	Yex	Yt	Горючее	Yex	Yt
СН4	12,1	10,6	С6Н6	11,2	10,5
С2Н6	11,0	10,5	СН3ОН	10,3	10,9
С3Н8	11,4	11,0	(СН3)2СО	13,5	12,0
С4Н10	12,1	12,3	СО	5,6	6,2
С5Н12	12,1	12,0	Н2	5,5	6,0

Изложенные соображения позволяют вычислять значения Y для неиссле­дованных горючих газов или многокомпонентных смесей по вели­чине нижнего концентрационного предела, т. е., по существу, из термохимиче­ских данных. Так, для ацетилена, у которого π_min = 2,5%, следует ожидать Y = 6,2%. Возможность вычисления Y имеет большое практическое значение, так как экспериментальные определения предельной концентрации кислорода производились лишь для ограниченного числа горючих газов и па­ров. Величина же Y представляет собой важную характеристику взрывобезо­пасности для ряда технологических процессов.

Результаты исследований взрывоопасности систем горючий газ + воздух + инерт удобнее представлять на тройных диаграммах в виде прямоугольного треугольника. При этом картина более наглядна (рис. 42) и точнее обрабатывается.

Рис. 42. Предельные условия взрывоопасности в системе газ + кислород (воздух) + инерт.

Точки:

К – 100% воздуха, или 21% кислорода;

Г – 100% горючего газа;

И – 100% инертного газа (флегматизатора);

Ф – точка флегматизации;

Н (Н’) – нижний концентрационный предел воспламенения в смеси

газ + воздух (кислород);

В (В’) – верхний концентрационный предел воспламенения в смеси

газ + воздух (кислород);

1 – максимально взрывоопасная концентрация кислорода в смеси

газ + кислород (воздух);

2 – минимально взрывоопасная концентрация кислорода в смеси

газ + кислород (воздух);

3 – минимальное содержание кислорода в смеси И + К, ниже кото-

рого смеси не воспламеняются при любой добавке газа.

4 – минимальное содержание газа в смеси Г + И, ниже которого

смеси невзрывоопасны при любой добавке кислорода (воздуха);

К_ф – содержание кислорода в точке флегматизации;

Г_ф – содержание горючего газа в точке флегматизации;

100 – И_ф – содержание инерта в точке флегматизации;

С (С’) – стехиометрический состав смеси Г + К при коэффициенте

избытка воздуха α = 1.

Линии:

К – 4 – составы с одинаковым соотношением И +Г;

Г – 3 – составы с одинаковым соотношением И + К;

И – С – стехиометрические составы Г + К в тройной смеси

при α = 1.

Области:

ИСК – бедные смеси с α > 1;

ИСГ – богатые смеси с α < 1;

И3Ф4 – невоспламеняющиеся смеси;

ИФВГ – воспламеняемые смеси при добавке кислорода;

ЗФНК – воспламеняемые смеси при добавке горючего газа.