2.2. Экспериментальное определение температуры вспышки жидкости

2.2.1. Описание лабораторной установки

1. Температуру вспышки паров горючих жидкостей определяют при помощи прибора Мартенс-Пенского типа ПВНЭ с электронагревом (рис. 1) или прибора ПТВ-1.

2. Лабораторный трансформатор (ЛАТР) служит для регулирования питания электронагревателя, который рассчитан для данной работы на максимальное напряжение 150 В.

3. Набор сосудов с различными нефтепродуктами.

4. Термометры с пределами измерений от 20 до 100 ºС; от 100 до 300 ºС.

5. Барометр-анероид.

2.2.2. Порядок проведения эксперимента

1. Исследуемую жидкость после обезвреживания свежепрокаленной и охлажденной поваренной солью, сульфатом калия или хлористым кальцием залить в тигли до уровня круговой риски.

2. Установить тигель в нагревательную ванну. Вставить и закрепить термометр. Убедиться в том, что прибор заземлен. Включить электронагреватель и регулировать подогрев с помощью автотрансформатора. Температуру жидкости повышать со скоростью 5…6 ºС в минуту при периодическом перемешивании мешалкой со скоростью 60 ± 15 об/мин.

3. Испытание начинают проводить при достижении температуры образца на 17 ºС ниже предполагаемой температуры вспышки и повторяют через каждый 1 ºС повышения температуры для жидкостей с температурой вспышки до 104 ºС.

Рис. 1. Прибор ПВНЭ: 1 – воздушная нагревательная ванна с электронагревателем 2; 3 – мешалка, которая имеет две лопасти: нижнюю для перемешивания жидкости и верхнюю для смешивании паров жидкости с воздухом); 4 – крышка тигля, на которой укреплены заслонки механизмов открывания; 5 – термометр; 6 – соединительная трубка; 7 – гибкий валик; 8 – фитиль; 9 – зажигательное приспособление; 10 – латунный тигель, который служит резервуаром для наполнения испытуемой жидкости

4. В момент испытания перемешивания прекращают. Поворотом пружинного механизма открывают заслонку на крышке и отпускают пламя горелки внутрь тигля за время 0,5 с, оставляют горелку в нижнем положении 1 с и быстро возвращают в исходное положение.

За температуру вспышки принимают показания термометра в момент появления первого пламени над поверхностью жидкости. Вспышку паров исследуемой жидкости над поверхностью крышки тигля не учитывают.

5. Выключить электронагреватель, вынуть стакан с помощью ухвата из нагреваемой ванны и охладить жидкость на 20…30 ºС ниже полученной экспериментальной температуры вспышки и повторить эксперимент.

6. Температура вспышки испытуемой жидкости определяется по формуле

t _в = , (5)

где t _в – температура вспышки жидкости, ºС: t ₁, t ₂, t ₃ – температура вспышки жидкости при первом, втором и третьем опытах, ⁰С; ∆t – поправка на атмосферное давление, ºС; (можно воспользоваться данными табл. 1.1, а для получения более точного значения рассчитать по формуле

∆t = 0,27  (101,3 – Р_б ), (6)

где Р_б – барометрическое давление в момент испытания, кПа).

Таблица 1.1

Поправки в зависимости от барометрического давления

Барометрическое давление	Поправки ∆t, ºС
83,9.....87,4	+4
87,5.....91,3	+3
91,4.....95,2	+2
95,3.....99,0	+1
99,1.....102,9	0
103,0.....106,8	–1

7. Результаты исследований занести в табл. 1.2.

Таблица 1.2

Результаты экспериментов

Наименование жидкости	Барометрическое давление, кПа	∆t, ºС	t в, ºС	Характеристика жидкости по степени опасности

Практическое занятие № 2

Определение категорий помещений, зданий

и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности

1. Методика определения категорий помещений,

зданий и наружных установок

В соответствии НПБ 105-03 разработана методика, основные положения которой приведены в прил. 1.

2. Примеры расчетов избыточного давления взрывов

для газов, паров легковоспламеняющихся и горючих жидкостей

и горючих пылей

2.1. Расчет массы поступившего в помещение газа

и избыточного давления взрыва

В цехе комбината произошла утечка сжиженного пропана С₃ Н₈ из емкости, в результате чего все содержимое емкости оказалось в помещении цеха. При соприкосновении с источником зажигания произошел взрыв газовоздушной смеси.

Определить массу пропана, избыточное давление взрыва и категорию помещения по взрывопожарной и пожарной опасности.

Справочные данные по пропану – в прил. 2 (табл. П 2.1)

Исходные данные:

Размеры помещения: длина – 50 м; ширина – 12 м; высота – 7,5 м; объем аппарата V= 1,0 м³, свободный объем помещения V_св = 0,8  50  12  7,5 = 3600 м³.

Давление в аппарате равно давлению в трубопроводах Р₁ = Р₂ и составило 5000 кПа.

Расход газа в соответствии с техпроцессом q = 0,05 м³  с^–1

Время отключения трубопровода, = 300 с;

Длина трубопровода от аппарата до задвижки L = 6 м;

Внутренний радиус трубопровода r = 0,15 м;

Помещение оборудовано аварийной вентиляцией с кратностью воздухо-обмена А= 10 ч^–1 ;температура в помещении t = 20 ºС

Решение:

Определим объем газа, вышедшего из аппарата:

V_а= 0,01  Р₁  V= 0,01  5000  1,0 = 50 м³

2.1.2. Вычислим объем газа, вышедшего из трубопровода:

V_т = V_1т + V_2т ,

V_1т = q  τ = 0,05  300= 15 м³,

V_2т = 0,01  Р₂  π  (r²₁ L) = 0,01  5000  3,14  0,15²  6 = 21,2 м³,

Тогда V_т = 15 + 21,2 = 36,2 м³,

V_а + V_т = 50 + 36,2 = 86,2 м³.

Масса пропана, поступившего в помещение при аварийной ситуации равна:

m = (V_а +V_т)  р_г;

где р_г = М/V_о  (1 + 0,00367  t) = 44,096/22,4  (1+0,00367  20) = 44,096/24,044 = = 1,834 кг/м³.

Тогда m = (50 + 36,2 )  1,834 = 158,1 кг.

Концентрация пропана в помещении составит:

φ = (V_газ/V_св)  100 =(86,2/3600)  100 = 2,39 % (об.).

Так как φ_н < φ < φ_в (2,3 < 2,39 < 9,50), то смесь взрывоопасна

Средняя концентрация пропана в помещении составляет:

С_ср =100  m/(V_св  р_г) = 100  158,1/(3600  1,834) = 2,395  0,5 С_нкпр

Значение средней концентрации пропана в объеме помещения превышает 50 % от нижнего концентрационного предела распространения пламени пропана, поэтому значение коэффициента Z участия газа во взрыве допускается принимать равным 0,3.

Избыточное давление взрыва составит:

∆Р = (46,5  10⁶  158,1  101  0,3)/(3600  1,293  1,01  10³  293  3) = 53,9 кПа.

Так как расчетное избыточное давление взрыва более 5 кПа, то в соответствии с НПБ 105-03 помещение следует отнести к категории «А».

С учетом работы аварийной вентиляции масса выделившегося в помещение пропана может быть уменьшена на величину «К», где:

К = [(А  Т)/3600] + 1 = [(10  3600)/3600] +1 = 11.

Следовательно, масса пропана составит:

m_а = m/К = 158,1/11 = 14,37 кг.

Тогда

∆Р = (46,5  10⁶  14,37  101  0,3)/(3600  1,293  1,01  10³  293  3) = 4,9 кПа.

Заключение:

При кратности воздухообмена А = 10 ч^–1 избыточное давление ниже 5 кПа, следовательно согласно НПБ 105-03 помещение относится к категории «В».

В прил. 2 (табл. П 2.1) приведены справочные данные по веществам для вариантов задач по определению массы газа, избыточного давления взрыва и категории помещения в соответствии с исходными данными в примере 2.1. Номер варианта устанавливается по номеру в списке группового журнала.