Температурные пределы распространения пламени.

Для определения температурных пределов распростра­нения пламени (далее —• температурных пределов) выявляют минимальную и максимальную температуры жидкости, при которых пары, находящиеся в равнове­сии с жидкой фазой, образуют с воздухом смесь, спо­собную воспламеняться от источника зажигания и распространять пламя в объеме реакционного сосуда.

Прибор для измерения температурных пределов (рис. 2.12) состоит из трехгорлого стеклянного цилин­дрического сосуда высотой 125 и диаметром 65 мм, термостата, измерительной системы и источника зажи­гания.

Методика измерения температурных пределов заклю­чается в следующем. В реакционный сосуд помещают 70 см³ исследуемой жидкости. В одну из горловин со­суда устанавливают источник зажигания, в другую — двухзонную термопару (для измерения температур жидкости и пара). Третья горловина служит взрыво-разрядником. Затем сосуд помещают в термостат.

Для определения нижнего (верхнего) температурно-

2 Пожаровзрывоопасность... Кн. 1

Рис. 2.12. Прибор для измерения температур­ных пределов распространения пламени:

/ — реакционный сосуд; 2 — электроды искрового зажигания; 3 — двухзонная термопара; 4 — взры-воразрядная горловина

го предела исследуемую жидкость нагревают или охлаждают до темпе­ратуры на 10 °С ниже (выше) пред­полагаемого значения нижнего (верх­него) предела. При заданной темпе-патуре сосуд термостатируют в тече­ние 12 мин для установления равно­весия между жидкой и паровой фаза­ми, разность температур между кото­рыми не должна превышать 1 °С. После завершения термостатирова-ния проводят испытание на воспла­менение. Для этого включают ис­точник зажигания на 1—2 с. Если возникшее пламя распространится по всему объему паровоздушного про­странства или вертикально вверх до горловины сосуда, то результат испытания принимают за воспламенение. За отказ принимают вспышку или горение на источнике зажига­ния, или выброс пробки без видимого пламени.

В случае воспламенения температуру исследуемой жидкости уменьшают на 5 °С при определении нижнего предела и увеличивают на 5 °С при определении верх­него предела. При получении отказа температуру ис­следуемой жидкости увеличивают на 5 °С при опреде­лении нижнего предела и уменьшают на 5 °С при опре­делении верхнего предела.

Изменяя температуру исследуемой жидкости, находят два таких значения температуры с разностью не более 2 °С, при одном из которых происходит воспламене­ние, а при другом — отказ.

Для веществ, пары которых не воспламеняются от искрового источника зажигания, проводят испытания со спиральным источником зажигания. Питание к спираль­ному источнику зажигания подают с таким расчетом, чтобы спираль накалялась до 1000—1050 °С за время не более 4 с.

За температурный предел распространения пламени принимают среднее арифметическое не менее трех пар определений на воспламенение и отказ, полученных на трех образцах вещества.

Если при проведении опыта атмосферное давление отличается от 101,3 кПа, то полученное в эксперименте значение температурного предела приводят к темпера­туре при нормальном атмосферном давлении по фор­муле:

< =-------------------------- -С_д. (2.13)

_2_

101,3

где ^ися — температура испытания, °С; ро — атмосфер­ное давление при t«_cn кПа; В, С_д — константы уравне­ния Антуана для исследуемой жидкости.

Для жидкостей с неизвестными константами В и С _А в уравнении Антуана значение температуры с поправкой на атмосферное давление рассчитывают по формуле

), (2.14)

в которой 9-10~⁴ — размерный коэффициент, кПа~'.

Температура самонагревания. Для определения тем­пературы самонагревания устанавливают минимально возможную температуру, при которой в веществе воз­никают практически различимые экзотермические про­цессы окисления и разложения.

Эксперименты проводят одновременно в четырех воздушных термостатах вместимостью по 4 дм³, снаб­женных регуляторами температуры. Исследуемое ве­щество предварительно измельчают до частиц размером не более 5 мм. Для испытания готовят 24 образца мас­сой не менее 10 г каждый. Образцы взвешивают и по­мещают в воздушные термостаты, отрегулированные на температуры 60, 80, 100 и 120 °С. До начала испы­таний определяют калориметрическим способом началь­ную теплоту сгорания Q\. Испытания проводят в течение 6 мес. Через каждый месяц из шкафов вынимают по одному бюксу, определяют массу образца (G₂) и его теплоту сгорания. По результатам определения теплоты сгорания вещества до и после нагрева составляют неравенство:

-Ј- 1,03, (2.15)

где Qi и Q₂ — теплоты сгорания вещества соответствен­но до и после нагрева, Дж-г""'; 1,03 — коэффициент, учитывающий погрешность измерений.

Если неравенство (2.15) выполняется для образца из какого-либо шкафа, то это значит, что при установ­ленной в данном шкафу температуре нагрева вещества создается возможность проявления в нем экзотерми­ческого процесса. В этом случае для уточнения выяв­ленной температуры шкаф с более высоким темпера­турным режимом 120 °С переводят на режим 40 °С, а в остальных шкафах нагрев вещества продолжают при прежнем температурном режиме.

При получении такого же результата в следующем месяце поступают аналогичным образом, повышая тем­пературу до 160 °С в шкафу с первоначальным темпе­ратурным режимом 80 °С и т. д. Во всех случаях, когда шкафы устанавливают на новый температурный режим, образцы вещества в них заменяют новыми отобранными из той же партии вещества, что и первоначальные 24 образца.

За температуру самонагревания исследуемого ве­щества принимают наиболее низкую температуру в су­шильном шкафу, при которой обнаруживаются условия выполнения неравенства (2.15). При температуре на 20 °С ниже установленной температуры самонагревания неравенство (2.15) не должно выполняться при нагре­вании в течение 6 мес.

Температура тления. Для определения температуры тления нагревают образец вещества с обдувом его воз­духом и визуально оценивают результаты испытания. Варьируя температуру, находят минимальную темпера­туру реакционной зоны сосуда, при которой происходит тление вещества.

Для определения температуры тления используют установку ОТП (см. рис. 2.7). Помещают рабочие спаи термопар в фиксированные точки рабочей камеры, включают нагрев электропечи. При первом испытании температура в рабочей камере должна быть равна температуре разложения исследуемого вещества или 300 ±5 °С. После установления в рабочей камере ста­ционарного температурного режима, определяемого по постоянству показаний двух термопар, держатель из­влекают из рабочей камеры, в контейнере помещают образец и возвращают держатель в исходное положе-

ние. Газовую горелку при этом используют в качестве магистрали для подвода воздуха, который подают в горелку от насоса. Горелку опускают внутрь рабочей камеры на расстояние 10±2 мм от поверхности образ­ца. Наблюдают за образцом при помощи зеркала.

Если обнаружено тление, то регистрируют тление при температуре испытания, и следующее испытание с новым образцом проводят при более низкой темпера­туре (например, на 50 °С ниже). Если в течение 20 мин образец не тлеет, то считают, что при температуре испытания получен отказ. Следующее испытание с но­вым образцом проводят при более высокой температуре (например, на 50 °С выше). Изменяя температуру в рабочей камере, определяют такую наименьшую темпе­ратуру, при которой наблюдается тление образца при двукратном повторении испытаний, а при температуре на 10 °С ниже наблюдаются два отказа.

За температуру тления принимают среднее арифме­тическое двух ближайших температур, различающихся не более чем на 10 °С, при одной из которых наблюдает­ся тление двух образцов, а при другой — два отказа.

Температурные условия теплового самовозгорания. Условия теплового самовозгорания — это эксперимен­тально выявленная зависимость между температурой окружающей среды, массой вещества и временем до момента его самовозгорания.

Испытания проводят в воздушном термостате вмести­мостью рабочей камеры не менее 40 дм³ с терморегуля­тором, позволяющим поддерживать постоянную темпе­ратуру от 60 до 250 °С. Образцы помещают в корзиноч­ки кубической формы размерами 35X35X35, 50Х50Х Х50, 70X70X70, 100ХЮ0Х100, 140ХН0ХН0 и 200X200X200 мм (по десяти штук каждого размера). К корзиночкам крепят по три термопары с таким рас­четом, чтобы рабочий конец одной термопары находился внутри корзиночки в ее центре, второй — соприкасался с внешней ее стороной, а рабочий конец третьей на­ходился в 30 ±1 мм от внешней стенки корзиночки на высоте ее центра (рис. 2.13). Образцы должны иметь средние показатели свойств исследуемого вещества (материала).

При испытании листового материала его нарезают квадратиками, имеющими размеры корзиночки, и на­бирают в стопку, соответствующую высоте корзиночки.

3 2

Рис. 2.13. Схема расположения термопар в образце при исследовании условий самовозгорания:

1,2,3 — рабочие спаи термопар

В образцах из монолитных материалов предварительно высверливают до центра отверстие диаметром 7,0 ± ±0,5 мм для термопары. Волокнистые и сыпучие ма­териалы укладывают в корзиночку с плотностью, со­ответствующей реальной плотности, с которой материал применяют на практике. Корзиночку закрывают крыш­кой с отверстием для термопары.

Первое испытание проводят при температуре рабочей зоны термостата 200 ±5 °С или на 80 ±20 °С ниже тем­пературы самовоспламенения исследуемого вещества, если она известна. В центр термостата подвешивают корзиночку размером 35X35X35 мм с исследуемым веществом. Свободные концы термопары пропускают через верхнее отверстие термостата и подсоединяют к потенциометру. Скорость движения диаграммной лен­ты потенциометра устанавливают 20 мм-ч~~'. Для наблюдения за. изменением температуры в центре образ­ца используют потенциометр.

Самовозгорание образца проявляется или в резком повышении температуры в его центре (до 450±50 °С) или в плавном повышении температуры до величины, превышающей значение температуры самовоспламене­ния вещества.

Отмечают время от момента выравнивания темпера-

тур образца и термостата до момента резкого повы­шения температуры в образце или (при плавном росте температуры) до момента достижения температуры самовоспламенения образца. После того, как процесс самовозгорания закончится (температура в центре об­разца снизится до первоначальной), термостат выклю­чают и извлекают корзиночку с веществом.

Если при заданной температуре термостата само­возгорание не происходит в течение времени, указан­ного в табл. 2.5, то испытание с новым образцом вещест­ва проводят при более высокой температуре (например, на 20 °С выше); если самовозгорание произошло, то испытание повторяют при более низкой температуре (например, на 20 °С ниже).

В процессе испытаний определяют такую минималь­ную температуру, при которой образец самовозгорает­ся, а при температуре на 5 °С ниже минимальной само­возгорание не происходит. Аналогичные испытания про­водят с образцами в корзиночках других размеров.

На основании полученных результатов испытания строят графики зависимости логарифма температуры самовозгорания от логарифма характерного размера корзиночки и логарифма времени до самовозгорания (рис. 2.14).

Удельную наружную поверхность материала S рас­считывают по формуле (в м~')

S=.F/V^r=6a7a³=6/a₎ (2.16)

где F — полная наружная поверхность образца, м²; V — объем образца, м³; а — линейный размер образ­ца, м.

Таблица 2.5. Взаимосвязь времени, необходимого для испытания образцов различных размеров на самовозгорание, и размеров корзиночек

Размер корзиночки, им

Максимальное время, необходимое для