Предел воспламеняемости
Горение в пределах четко определенных нижних и верхних границ

Смеси диспергированных горючих материалов (таких как газообразные или испаряющиеся топлива и некоторые виды пыли) и кислорода в воздухе будут гореть только в том случае, если концентрация топлива находится в пределах четко определенных нижних и верхних границ, определенных экспериментально, называемых пределами воспламеняемости или пределами взрываемости . Горение может варьироваться по интенсивности от дефлаграции до детонации .

Пределы меняются в зависимости от температуры и давления, но обычно выражаются в процентах объема при 25 °C и атмосферном давлении. Эти пределы важны как для создания и оптимизации взрыва или сгорания, как в двигателе, так и для их предотвращения, как в случае неконтролируемых взрывов скоплений горючего газа или пыли. Достижение наилучшей горючей или взрывчатой ​​смеси топлива и воздуха ( стехиометрическая пропорция) важно для двигателей внутреннего сгорания, таких как бензиновые или дизельные двигатели .

Стандартной справочной работой по-прежнему является работа, разработанная Майклом Джорджем Забетакисом , специалистом по пожарной безопасности , с использованием аппарата, разработанного Горным бюро США .

Сила горения

Горение может различаться по степени интенсивности. Дефлаграция — это распространение зоны горения со скоростью, меньшей скорости звука в непрореагировавшей среде. Детонация — это распространение зоны горения со скоростью, большей скорости звука в непрореагировавшей среде. Взрыв — это разрыв или разрушение оболочки или контейнера из-за развития внутреннего давления от дефлаграции или детонации, как определено в NFPA 69.

Пределы

Нижний предел воспламеняемости

Нижний предел воспламеняемости (НПВ): самая низкая концентрация (процент) газа или пара в воздухе, способная вызвать вспышку огня при наличии источника возгорания (дуга, пламя, тепло). Многие специалисты по безопасности считают этот термин тем же самым, что и нижний уровень взрывоопасности (НПВ). При концентрации в воздухе ниже НПВ газовые смеси «слишком бедны», чтобы гореть. НПВ метана составляет 4,4%. [1] Если в атмосфере содержится менее 4,4% метана, взрыв не может произойти даже при наличии источника возгорания. С точки зрения охраны труда и техники безопасности концентрация НПВ считается непосредственно опасной для жизни или здоровья (НПВ) , при этом для горючего газа не существует более строгого предела воздействия. [2]

Процентное показание на мониторах горючего воздуха не следует путать с концентрацией LFL. Экспозиметры , разработанные и откалиброванные для определенного газа, могут показывать относительную концентрацию атмосферы по отношению к LFL — LFL составляет 100%. Например, показание LFL в 5% для метана будет эквивалентно 5%, умноженным на 4,4%, или приблизительно 0,22% метана по объему при 20 градусах Цельсия. Контроль опасности взрыва обычно достигается за счет достаточной естественной или механической вентиляции, чтобы ограничить концентрацию горючих газов или паров до максимального уровня в 25% от их нижнего предела взрываемости или воспламеняемости .

Верхний предел воспламеняемости

Верхний предел воспламеняемости (ВПВ): наивысшая концентрация (процент) газа или пара в воздухе, способная вызвать вспышку огня при наличии источника возгорания (дуга, пламя, тепло). Концентрации выше ВПВ или ВПВ «слишком богаты», чтобы гореть. Эксплуатация выше ВПВ обычно избегается в целях безопасности, поскольку утечка воздуха может привести смесь в диапазон возгораемости.

Влияние температуры, давления и состава

Пределы воспламеняемости смесей нескольких горючих газов можно рассчитать, используя правило смешения Ле Шателье для объемных долей горючих газов : х я {\displaystyle x_{i}}

Л Ф Л смешивание = 1 ∑ я х я Л Ф Л я {\displaystyle LFL_{\text{mix}}={\frac {1}{\sum _{i}{\frac {x_{i}}{LFL_{i}}}}}}

и аналогично для UFL.

Температура , давление и концентрация окислителя также влияют на пределы воспламеняемости. Более высокая температура или давление, а также более высокая концентрация окислителя (в первую очередь кислорода в воздухе) приводят к более низкому LFL и более высокому UFL, следовательно, газовая смесь будет легче взорваться.

Обычно кислород для горения поставляет атмосферный воздух, а пределы предполагают нормальную концентрацию кислорода в воздухе. Обогащенные кислородом атмосферы усиливают горение, снижая LFL и увеличивая UFL, и наоборот; атмосфера, лишенная окислителя, не является ни огнеопасной, ни взрывоопасной для любой концентрации топлива (за исключением газов, которые могут энергично разлагаться даже в отсутствие окислителя, таких как ацетилен ). Значительное увеличение доли инертных газов в воздушной смеси за счет кислорода увеличивает LFL и уменьшает UFL.

Контроль взрывоопасных сред

Газ и пар

Контроль концентрации газа и пара за пределами пределов воспламеняемости является важным фактором в охране труда и технике безопасности . Методы, используемые для контроля концентрации потенциально взрывоопасного газа или пара, включают использование продувочного газа, нереакционноспособного газа, такого как азот или аргон, для разбавления взрывоопасного газа перед контактом с воздухом. Также распространено использование скрубберов или адсорбционных смол для удаления взрывоопасных газов перед выбросом. Газы также можно безопасно поддерживать при концентрациях выше UEL, хотя нарушение в контейнере для хранения может привести к взрывоопасным условиям или сильным пожарам .

Пыль

Пыль также имеет верхний и нижний пределы взрываемости, хотя верхние пределы трудно измерить и они не имеют большого практического значения. Нижние пределы воспламеняемости для многих органических материалов находятся в диапазоне 10–50 г/м 3 , что намного выше пределов, установленных по соображениям охраны здоровья, как в случае с LEL многих газов и паров. Облака пыли такой концентрации трудно увидеть насквозь более чем на коротком расстоянии, и обычно существуют только внутри технологического оборудования.

Пределы воспламеняемости также зависят от размера частиц пыли и не являются внутренними свойствами материала. Кроме того, концентрация выше LEL может быть создана внезапно из-за осевших скоплений пыли, поэтому управление с помощью обычного мониторинга, как это делается с газами и парами, не имеет значения. Предпочтительным методом управления горючей пылью является предотвращение скоплений осевшей пыли с помощью технологического ограждения, вентиляции и очистки поверхности. Однако более низкие пределы воспламеняемости могут иметь отношение к проектированию завода.

Летучие жидкости

Ситуации, вызванные испарением горючих жидкостей в заполненный воздухом пустотный объем контейнера, могут быть ограничены гибким объемом контейнера или использованием несмешивающейся жидкости для заполнения пустотного объема. Гидравлические танкеры используют вытеснение воды при заполнении резервуара нефтью. [3]

Примеры

Ниже приведены пределы воспламеняемости/взрывоопасности некоторых газов и паров. Концентрации указаны в процентах по объему воздуха.

  • Жидкости класса IA ​​с температурой вспышки менее 73 °F (23 °C) и температурой кипения менее 100 °F (38 °C) имеют рейтинг воспламеняемости NFPA 704 4.
  • Жидкости класса IB с температурой вспышки менее 73 °F (23 °C) и температурой кипения, равной или выше 100 °F (38 °C), и жидкости класса IC с температурой вспышки, равной или выше 73 °F (23 °C), но менее 100 °F (38 °C), имеют рейтинг воспламеняемости NFPA 704 3.
  • Жидкости класса II с температурой вспышки, равной или выше 100 °F (38 °C), но менее 140 °F (60 °C), и жидкости класса IIIA с температурой вспышки, равной или выше 140 °F (60 °C), но менее 200 °F (93 °C), имеют рейтинг воспламеняемости NFPA 704 2.
  • Жидкости класса IIIB с температурой вспышки, равной или превышающей 200 °F (93 °C), имеют рейтинг воспламеняемости NFPA 704 1.
ВеществоПредел воспламеняемости (%об.)
класс NFPA
точка возгорания		Минимальная энергия воспламенения (мДж)
в пропорции в воздухе, при которой достигается [a] [4]
Температура самовоспламенения
НижеВерхний
Ацетальдегид4.057.0Я−39 °С0,37175 °С
Уксусная кислота (ледяная)419.9II39–43 °С463 °С
Уксусный ангидридII54 °С
Ацетон2.6–312.8–13ИБ−17 °С1,15 @ 4,5%465 °С, 485 °С [5]
АцетонитрилИБ2 °С524 °С
Ацетилхлорид7.319ИБ5 °С390 °С
Ацетилен2.5100 [6]ЯГорючий газ0,017 @ 8,5%; 0,0002 @ 40%, в чистом кислороде305 °С
Акролеин2.831ИБ−26 °С0,13
Акрилонитрил3.017.0ИБ0 °С0,16 @ 9,0%
Аллилхлорид2.911.1ИБ−32 °С0,77
Аммиак1528IIIБ11 °С680651 °С
Арсин4,5–5,1 [7]78ЯГорючий газ
Бензол1.27.8ИБ−11 °С0,2 @ 4,7%560 °С
1,3-бутадиен2.012Я−85 °С0,13 @ 5,2%
Бутан , н-бутан1.68.4Я−60 °С0,25 @ 4,7%420–500 °С
н-Бутилацетат , бутилацетат1–1,7 [5]8–15ИБ24 °С370 °С
2-бутанол1.79.829 °С405 °С
Изобутанол1.710.922–27 °С415 °С
н-бутанол1.4 [5]11.2IC35 °С340 °С
н-Бутилхлорид , 1-хлорбутан1.810.1ИБ−6 °С1.24
н-Бутилмеркаптан1.4 [8]10.2ИБ2 °С225 °С
Бутилметилкетон , 2-гексанон1 [9]8IC25 °С423 °С
Бутилен , 1-бутилен, 1-бутен1,98 [7]9.65Я−80 °С
Сероуглерод1.050.0ИБ−30 °С0,009 @ 7,8%90 °С
Окись углерода12 [7]75Я−191 °C Горючий газ609 °С
Окись хлораЯГорючий газ
1-Хлор-1,1-дифторэтан6.217.9Я−65 °C Горючий газ
Циан6,0–6,6 [10]32–42,6ЯГорючий газ
Циклобутан1.811.1Я−63,9 °С [11]426,7 °С
Циклогексан1.37.8–8ИБ−18 – −20 °С [12]0,22 @ 3,8%245 °С
Циклогексанол19IIIА68 °С300 °С
Циклогексанон1–1.19–9,4II43,9–44 °С420 °С [13]
Циклопентадиен [14]ИБ0 °С0,67640 °С
Циклопентан1,5–29.4ИБ−37 – −38,9 °С [15] [16]0,54361 °С
Циклопропан2.410.4Я−94,4 °С [17]0,17 @ 6,3%498 °С
Декан0.85.4II46,1 °С210 °С
Диборан0.888Я−90 °C Горючий газ [18]38 °С
о-Дихлорбензол , 1,2-дихлорбензол2 [19]9IIIА65 °С648 °С
1,1-Дихлорэтан611ИБ14 °С
1,2-Дихлорэтан616ИБ13 °С413 °С
1,1-Дихлорэтилен6.515.5Я−10 °C Горючий газ
Дихлорфторметан54,7Не горюч, [20] −36,1 °C [21]552 °С
Дихлорметан , метиленхлорид1666Не горючий
Дихлорсилан4–4,796Я−28 °С0,015
Дизельное топливо0,67.5IIIА>62 °С210 °С
Диэтаноламин213ИБ169 °С
Диэтиламин1.810.1ИБ−23 – −26 °С312 °С
Диэтилдисульфид1.2II38,9 °С [22]
Диэтиловый эфир1,9–236–48Я−45 °С0,19 @ 5,1%160–170 °С
ДиэтилсульфидИБ−10 °С [23]
1,1-Дифторэтан3.718Я−81,1 °С [24]
1,1-Дифторэтилен5.521.3−126,1 °С [25]
Дифторметан14.4 [26]
Диизобутилкетон1649 °С
Диизопропиловый эфир121ИБ−28 °С
Диметиламин2.814.4ЯГорючий газ
1,1-ДиметилгидразинИБ
ДиметилсульфидЯ−49 °С
Диметилсульфоксид2.6–342IIIБ88–95 °С215 °С
1,4-Диоксан222ИБ12 °С
Эпихлоргидрин42131 °С
Этан3 [7]12–12,4ЯГорючий газ, −135 °C515 °С
Этанол , этиловый спирт3–3.319ИБ12,8 °С365 °С
2-Этоксиэтанол31843 °С
2-Этоксиэтилацетат2856 °С
Этилацетат212Я−4 °С460 °С
Этиламин3.514Я−17 °С
Этилбензол1.07.115–20 °С
этилен2.736Я0,07490 °С
этиленгликоль322111 °С
Окись этилена3100Я−20 °С
Хлористый этил3.8 [7]15.4Я−50 °С
ЭтилмеркаптанЯ
Мазут №10,7 [7]5
Фуран214Я−36 °С
Бензин ( октановое число 100 )1.47.6ИБ< −40 °С246–280 °С
Глицерин319199 °С
Гептан , н-гептан1.056.7−4 °С0,24 @ 3,4%204–215 °С
Гексан , н-гексан1.27.5−22 °С0,24 @ 3,8%225 °С, 233 °С [5]
Водород4/18.3 [27]75/59ЯГорючий газ0,016 @ 28%; 0,0012, в чистом кислороде500–571 °С
Сероводород4.346ЯГорючий газ0,068
Изобутан1.8 [7]9.6ЯГорючий газ462 °С
Изобутиловый спирт21128 °С
Изофорон1484 °С
Изопропиловый спирт , изопропанол2 [7]12ИБ12 °С398–399 °С; 425 °С [5]
ИзопропилхлоридЯ
Керосиновый реактивный самолет А-10,6–0,74.9–5II>38 °C, как реактивное топливо210 °С
Гидрид литияЯ
2-меркаптоэтанолIIIА
Метан (природный газ)ISO101565.014.3ЯГорючий газ0,21 @ 8,5%580 °С
МЭК60079-20-14.417
Метилацетат316−10 °С
Метиловый спирт , метанол6–6,7 [7]36ИБ11 °С385 °С; 455 °С [5]
МетиламинЯ8 °С
Метилхлорид10.7 [7]17.4Я−46 °С
Метиловый эфирЯ−41 °С
Метилэтиловый эфирЯ
Метилэтилкетон1.8 [7]10ИБ−6 °С505–515 °С [5]
МетилформиатЯ
Метилмеркаптан3.921.8Я−53 °С
Минеральные спиртные напитки0,7 [5]6.538–43 °С258 °С
Морфолин1.810.8IC31–37,7 °С310 °С
Нафталин0,9 [7]5.9IIIА79–87 °С540 °С
Неогексан1.19 [7]7.58−29 °С425 °С
Тетракарбонил никеля2344 °С60 °С
Нитробензол29IIIА88 °С
Нитрометан7.322.235 °С379 °С
Октановое число1713 °С
изооктан0,795.94
Пентан1.57.8Я−40 – −49 °С0,18 @ 4,4%, как 2-пентан260 °С
н-пентан1.47.8Я0,28 @ 3,3%
изопентан1.32 [7]9.16Я420 °С
ФосфинЯ
Пропан2.19,5–10,1ЯГорючий газ0,25 @ 5,2%; 0,0021, в чистом кислороде480 °С
Пропилацетат2813 °С
Пропилен2.011.1Я−108 °С0,28458 °С
оксид пропилена2.936Я
Пиридин21220 °С
Силан1.5 [7]98Я<21 °С
Стирол1.16.1ИБ31–32,2 °С490 °С
ТетрафторэтиленЯ
Тетрагидрофуран212ИБ−14 °С321 °С
Толуол1,2–1,276,75–7,1ИБ4,4 °С0,24 @ 4,1%480 °С; 535 °С [5]
Триэтилборан−20 °С−20 °С
ТриметиламинЯГорючий газ
ТринитробензолЯ
скипидар0,8 [28]IC35 °С
Растительное маслоIIIБ327 °С
Винилацетат2.613.4−8 °С
Винилхлорид3.633
Ксилолы0,9–1,06,7–7,0IC27–32 °С0.2
м-ксилол1.1 [5]7IC25 °С525 °С
о-ксилолIC17 °С
п-ксилол1.06.0IC27,2 °С530 °С
  1. ^ Обратите внимание, что для многих химических веществ наименьшее количество энергии воспламенения требуется на полпути между НПВ и ВПВ.

ASTM E681

Изображение пламени R-32 ( дифторметана ) вблизи его LFL в 12-литровом аппарате ASTM E-681. [26]

В США наиболее распространенным методом измерения LFL и UFL является ASTM E681. [26] Этот стандартный тест требуется для газов HAZMAT Class 2 и для определения классификации воспламеняемости хладагентов . Этот стандарт использует визуальные наблюдения распространения пламени в 5-литровых или 12-литровых сферических стеклянных сосудах для измерения пределов воспламеняемости. Воспламеняющиеся условия определяются как те, при которых пламя распространяется за пределами угла конуса 90°.

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ «Газы — пределы концентрации взрываемости и воспламеняемости».
  2. ^ "Current Intelligence Bulletin #66: Derivation of immediately Dangerous to Life or Health (IDLH) Values" (PDF) . Национальный институт охраны труда и здоровья (NIOSH) . Ноябрь 2013 г. . Получено 11 февраля 2018 г. .
  3. ^ Моррелл, Роберт У. (1931). Нефтяные танкеры (второе изд.). Нью-Йорк: Simmons-Boardman Publishing Company. стр. 305 и 306.
  4. ^ Бриттон, Л. Г. «Использование данных о материалах при оценке статической опасности». См. NFPA 77 - 2007 Приложение B.
  5. ^ abcdefghij Работа с современными углеводородными и кислородсодержащими растворителями: руководство по воспламеняемости Архивировано 1 июня 2009 г. в Wayback Machine Американского химического совета Группа по производству растворителей, стр. 7, январь 2008 г.
  6. ^ Matheson Gas Products. Matheson Gas Data Book (PDF) . стр. 443. Архивировано из оригинала (PDF) 30 сентября 2019 г. Получено 30 октября 2013 г.
  7. ^ abcdefghijklmno "Газы - Пределы концентрации взрывоопасности и воспламеняемости" . Получено 9 сентября 2013 г.
  8. ^ "ICSC 0018 - n-БУТИЛМЕРКАПТАН". www.inchem.org . Получено 18 марта 2018 г. .
  9. ^ "2-ГЕКСАНОН ICSC:0489". oit.org . Получено 18 марта 2018 г. .
  10. ^ "IPCS INTOX Site Closed". www.intox.org . Получено 18 марта 2018 г. .
  11. ^ Йос, Карл Л.; Брейкер, Уильям; Книга данных по газу Матесона, изданная McGraw-Hill Professional, 2001 г., стр. 211
  12. ^ Йос, Карл Л.; Брейкер, Уильям; Книга данных по газу Матесона, изданная McGraw-Hill Professional, 2001 г., стр. 216
  13. ^ "ICSC 0425 - ЦИКЛОГЕКСАНОН". www.inchem.org . Получено 18 марта 2018 г. .
  14. ^ "MSDS Cyclopentadiene". ox.ac.uk . Архивировано из оригинала 7 декабря 2010 . Получено 18 марта 2018 .
  15. ^ Йос, Карл Л.; Брейкер, Уильям; Книга данных по газу Матесона, изданная McGraw-Hill Professional, 2001 г., стр. 221
  16. ^ "ICSC 0353 - ЦИКЛОПЕНТАН". www.inchem.org . Получено 18 марта 2018 г. .
  17. ^ Йос, Карл Л.; Брейкер, Уильям; Книга данных по газу Матесона, опубликованная McGraw-Hill Professional, 2001 г., стр. 226
  18. ^ Йос, Карл Л.; Брейкер, Уильям; Книга данных по газу Матесона, опубликованная McGraw-Hill Professional, 2001 г., стр. 244
  19. ^ Уолш (1989) Паспорта безопасности химических веществ, Королевское общество химии, Кембридж.
  20. ^ "Encyclopedia.airliquide.com" (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 26 мая 2020 г. . Получено 25 июня 2023 г. .
  21. ^ Йос, Карл Л.; Брейкер, Уильям; Книга данных по газу Матесона, опубликованная McGraw-Hill Professional, 2001 г., стр. 266
  22. ^ Йос, Карл Л.; Брейкер, Уильям; Книга данных по газу Матесона, опубликованная McGraw-Hill Professional, 2001 г., стр. 281
  23. ^ Йос, Карл Л.; Брейкер, Уильям; Книга данных по газу Матесона, опубликованная McGraw-Hill Professional, 2001 г., стр. 286
  24. ^ Йос, Карл Л.; Брейкер, Уильям; Книга данных по газу Матесона, изданная McGraw-Hill Professional, 2001 г., стр. 296
  25. ^ Йос, Карл Л.; Брейкер, Уильям; Книга данных по газу Матесона, изданная McGraw-Hill Professional, 2001 г., стр. 301
  26. ^ abc Ким, Деннис К.; Клигер, Александра Э.; Ломакс, Питер К.; Маккой, Конор Г.; Рейманн, Джонатан Ю.; Сандерленд, Питер Б. (14 сентября 2018 г.). «Улучшенный метод испытаний пределов воспламеняемости хладагента в сосуде объемом 12 л». Наука и технологии для антропогенной среды . 24 (8): 861–866. Bibcode : 2018STBE...24..861K. doi : 10.1080/23744731.2018.1434381. ISSN  2374-4731. S2CID  139489210.
  27. ^ "Периодическая таблица элементов: Водород - H (EnvironmentalChemistry.com)". environmentalchemistry.com . Получено 18 марта 2018 г. .
  28. ^ "Combustibles" (PDF) . afcintl.com . Архивировано из оригинала (PDF) 3 марта 2016 года . Получено 18 марта 2018 года .

Дальнейшее чтение

  • Дэвид Р. Лид, главный редактор; CRC Handbook of Chemistry and Physics, 72-е издание ; CRC Press; Бока-Ратон , Флорида; 1991; ISBN 0-8493-0565-9 
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Ограничение_воспламеняемости&oldid=1249893562"