/
Текст
А. И. РО3ЛOflСКutl
Взрыво6езопасность
паро
rазовых
систем '
в технолоrичесних
процессах
А. и. Розловскuй
Взрывобезопасность
паро
rазовых
систем
в технолоrических
процессах
Доngще1IO Мш/UсrерС'l'БО.и бысшееQ
и средш:
о сnеци.a...шwzо обpasoвшшя СССР
в качестве учебхоео пособия
для с;тудеft7:08 хиМ;UКО
1еХНОЛО2ичеСlCих
сnецшl.1ыwcейй БУЗОВ
е
МОСКВА
ИЗДАТЕЛЬСТВО «Х И М И Я»
(973
УДК [661 7
911.З+662.76
911.зJ .614.83 (0,15.8 )
Р64
РО3ЛОВСкий А. Н.
Бэрывобезо.ПRСНОСТЬ oI1аро r
СIШ}( процесс
к. М, .,xHMJJJJ
a
x систем в теХIIОЛоrИ'lе
список литературы 21 ССылка' 130 С., I1 рис_, 2 табло,
В книrе UЗлаrаются DQlORИ
и ВОСПJlамевemur паро-<rазо8ыx ые положения теории r>oрения
ЦИИР{JпашfЯ и I'ВШе4!ИЯ !ЛJiВJllеиСИСН М и З8КОНQмеРIЮСЩ I!НИ-
раССМаТриваются 'принnн,пы без и. а оанове этих сведений
r,и'lеских процессоll при Q,П8ОНОro проведения техноло.
rаЗDl3. На ПрКМерах ()pra=
Acrвe и перерабtmee roрючих
Произ.БОДСТ8 Даются рeкuМtЩД и :некоторых 'ВЗРЫВоопасны=<
раuпоЖIJIЬных тenю.oorич ации по СОСТавлению 'Наиболее
ЧИВ3ЮЩИх ВЗРЫ:вобезопа
perJl8MeflToB, ,1fадеж'!lО обеспе
СТВeIlНЫЙ JIРОЦесс ИЭЛИШНИIf'
Ь
оне 'OCJiож.няющих nрОIfЗВОД
I(ииr I, "'. РВН!fчtшИЯЪJ,j$
. 3 предназначена в f(зчестве
студентов Хllмико-теХllолоrических )7ч Oro пособиЯ для
преспсдует цель раЗБИТИЯ об спеЦивпЬностей Вузов. Она
тельно разбираться в задач! учающихся УNеНIiЯ самостоя
и IJaXoДIITb IIХ ОПТJlМl!ЛЫlые х
беспе<Jения Взрывобе3'ОnаСJIОСТИ
терес для l!Jjжеllерпо.."еХIJи..еР с и
х ення; I(ииrа представляет IIH
...., pavOTHJlKOB.
ВВЕДЕНИЕ
@ Издательство «Х и м н Я., 1973 r.
ОрrаНИЗ8ЦИИ охраны труда в народном хозяйстве
придается orpoMHoe значение. Ее задачи широки и MHO
rообразны. Однако в каждой отрасли ПРОМЫV1ленности
имеется своя специфика и ШJ3ТQМУ свон наиболее aK
ту-альные проблемы. д.ля химической и нефтеперераба
тывающей ПРОМЫlIlJIенности можно указать иа два важ
нейших направления работ в области охраны труда: без
опасное обращение с токсичными вредными вещества
ми и их переработка и вопросы обеспечения взрыво
и
пожа робезоnасностн.
Химические предприятия в процеесе работы выбра
сывают в окружающую среду
в атмосферу и в BOk
ные бассейны
большое количество иеУТИЛИЗfфуемых
продуктов, которые часто содержат вредные для живых
орrанизмов компоненты- Очистке промышлениых выбро
СОВ от вредных примесей в проrраММ8Х хнмико
техноло
rических вузов посвящен специальный курс.
Обеспечение взрывобезопасности представляет дру-
roe важнейшее направлеНJtе, посколы<у именно в химиче.
ской и нефтеперерабатывающей промышленности мы
стзлкиваемся <: необходимостью обращаться с большими
количествами rорючих и взрывоопасных продуктов. До
настоящеro Бремени в промыщленности происходят aBa
рии, связанные с пожарами и взрывами. Эти аварии ЯВ-
ляются -следствием 1Iедостаточно cepbe3Horo и продуман-
lIoro ОТllошения производственников, а иноrда и проеI<-
тировщиков к вопросам обеспечеЮiЯ взрывобезопасно
сти и недостаточноrо знания ими законов rорения.
ОТ<:УТСТБие необходимых ЗН8ниfl в области теории
rорения приводит, с друrои стороны, к тому, чтО вводят
СЯ иенужные оrpаничення и проводятея дороrостоящие
а
р 3142.115
050(VI)
73 115.74
Редактор д. H
CeAfeHoBa
Технический Р едакто р В М С
.
китина
ХУДОЖliик А. я. МихаfiAО8
Корректор Н. Н. Попова
т 14991. Сдано в Jlаб. 23NIII 197
ФОР>lВТ БУМl!rн 84ХI08J/з:. Бумаrа 3 T
-n п. ПfJДЛ . 8 печ. 22}Х 1973 с.
Y'iI
JЦД ./1. 7.10. ТJlраж 7500 .9kЗ. Звк 21В6
2 Yc.
. 1J(!'l. JI. б.12_
. . ИЭА. H
240. Ueli:a 26 1{
ИЗдат ельстЩ) «XiIMH'I» 107076 .. .
. . "'ОСКВа. CTpONblllкa. 23.
МоСКОвская типоrрафllП 1J, 11
OM Iю ф митете Совета MI!IIIICTPOB сссрФпрома при rосудаРСтвея
ОЛНrра "11 JI КfIJlЖНОк торrnв.1И_ Москва 11 з 110" делам II;ЩВТе.1ЬСТ!I.
о 10". НаrаТИJlСI<ЗJl ун. 1.
предохранительные мероприятия, УСЛОЖняющие и YДo
ро ающие производство, без которых можно было бы
обоитись. Задачей наеТоЯщеrо пособия яВляется pac
C!l-fOтреffие таких методов обеспечения взрывобезопасно.
сти теХНолоrИ'1еских процессов, к-оторые дают наиболь
шую rарантию безопасности при наименьшем усложпе
нии и удорожании nроизводствепных операций. Для дo
стижеllИЯ эТоrо требуется IфаDИЛЬНЫЙ учет и использо-
вюше закономерностеЙ теории rореиия. На 1111: основе
должен де.1,;8ТЬСЯ рациональный, ПРОДуМанный выбор pe
ко\rендации ПО обеспсчению взрывобеЗОпасиости про
мыш..пенных объектов в Соответствии с ПРИIIЦИПОМ; «Все
неоБХОДJlмое, Ничеrо ИЗлишнеru»
В даНИФf lюсобии на ряде примеров будут показаны
ВОЗМОЖности осуществления УКc:lзанноrо принципc:l в J{OH
I<peTHblx ПРОИЗводствах.
Соде жаиием даНIIОЙ кнJtrи ЯВляется "'}'РС лекций,
читаDШИИСЯ студентам Т ХlIолоrических специальностей
КаЗс:!IСКОro ХIfМИI{Q технолоrиче-скоrо института в 1970/71
и 19/1/72 учебных rодах.
rЛАВА I
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ТЕОРИИ rОРЕНИЯ.
ВОСПЛАМЕНЕНИЯ И ДЕТОНАЦИИ rA30B
ОпределеflИе понятия «rорение». Понят.ие rорснИЯ не
может быть определено однозначно, так как 1Iе существу
ет точных rраниц для условий протекания процессов, HO
10рые МОЖНО характеризовать как rорение. Мы будем
пользоваться следующи.м определением: rорением назы
вается самоускоряющееся быстрое химическое превра
щение, сопровождающееся ннтеНСИБНЫМ тепловыделе
Iшеl'lI и испусКанием света.
Такое определение не вполне четко н универсально.
Существуют так называемые холодные пламен,а, в KOTO
рых химическая реакц.ия. хотя и <сопровождается свече
пием, НО протекает с умеренной ,с.к()ростью и без замет
Horo разоrpева*
Трудно также ТОЧНО указать, какая реакция являет
rя достаточно быстрой для Toro, чтобы ее можно было
считать rорением. Соответственно с этим пламенем, при
че\I rорячим, мы буде"'f называть rазообразную среду.
в которой интеIlСlfВllая химическая реакция ПрИБОДИТ
к свечению, тепловыделению и саморазоrреву
В rорючих системах обычно раз.'1ичают rорючее Н
Ш{lfCJIитель. Возможны также процессы rорения, в KOТO
рык участвует толь'Ко одно Щ:ХОДllое веще-ство, способное
к взрывному распаду, например озон, ацетилен, ВЗрЫБ4
Ilзтые вещества и пороха. Такое соединение всеrда 6ы
паст эндотермическим, rореllие происходит за счет теп
.'1ODoro эффеlпа реакции ero разложения или BHYTpeHHe
[О rамооки(:ления сложном молекулы (у взрывчатых ве-
ЩСств) .
.. Холодные пл.аменз в IleKoтopblX С. Уljаях существеllНЫ для 118
IUНХ целей, и мы будем их рассматривать Б дальнейшем.
-5
Хар актерной особенностью лроцессов rорения, Отли
чающем их от большинства 'Процессов химичеекой тeXHO
лотин, Является ИХ большая скорость. Если бы оКаза
лось ВОЗ ОЖ1tЫМ распространить УСЛОвия реакции, про.
те -ающеи в пламени, одновременно на всю массу rорю
чеи смеси, rорение заканчивалось бы за малую Долю ce
Кунды.
lLnя протекания процесса rорения требуется прежде
всето ВЫПолнение ДВУХ УСЛОВИЙ: чтобы реакция в пла
m-еНiИ была экзотермической 'и УСНiОрЯJIа<:ь ос 'П{J(вышением
температуры.
Чрезвычайно СИJJь1tая зависим9СТЬ СКОрОСТИ почти
всех праКТliче;ки важных реакций от температуры яв
ляется rла'Внои ос06енностью ХимнчеСIЮЙ кинетики. HH
же мы увидИМ, что для ПРотекания rорения в Экзотерr.lИ
чески реаrирующих СИстемах необходимо ВЫПолнение
еще ОДНоrо дополнительноrо УСJlОВИЯ.
Наиболее важным видом roрения является rорение
rазО'В. Большинство твердых 'И жидких КОМпонентов TO
рючей среды пре.дВарителыIO перед сrаранием либо
испаряется, либо разлаrается, с чаСТИЧ'lЫМ превра.
щеннем в летучие продукты. сrорающие в rазовой фазе.
Поэтому заl{QномерностоИ roрения I'азов представляют
наибольший практический интерес.
1. ОБЩИЕ 3АI<ОНОМЕРНОСТИ
РАСПРОСТРАНЕНИЯ ПЛАМЕНИ
Поджиrание roрючеА среды. Рассмотрим явления,
происходящие при ПОДЖнrании .холодной rорючей среды
ЛОкальным тепловым Импульсом. ПРИВодящим к СИЛЬНО
МУ разоrреву, таким, например. как электрическая
Jlскра. небольшое открытое пламя, накаленная проволо
ка и т. Д. При ДОСтаточной МОЩf!ОСти таиото и'мпульса
nроисходнт nОджиrание rорючей среды. Мощность им.
Пульса, точнее, lЮличество энерrnн, передаваемой под.
жиrаемому тазу, определяет объем и температуру разо.
сретосо rаза. ПОджиrанне имеет следующий меХа н-из м.
Разоrрев ПрИВОДoJ.fт к быстрому завершению экзотер.
Мической реакции (например, ОКисления roрючеrо кис
породам) в натретом До }lЫСОКОЙ температуры оrрани
ченном объеме rаза. Тепловыделение, сопровождающее
реакцию. приводи"l в реЗультате теплопроводности
1{ разоrреву саседнеео слоя rаза. }I Котором также начн
-8
нается интенсивная химическая р акция, так как ее ско,
ость сильно возрастает при повышении температур.ы.
trорание ЭТОI'О слоя влечет аа собой п. >джиrание cпe
дующеrо слоя и т. Д. до сroрания rорючен среды во :всем
заполненном ею простраНстве.
При поджиrаюlИ ПрOlIСХОДИТ 'послойное сrорание: зо
на roрения перемещается в пространстве, и пламя рас-
пространяется. Скорость этоrо перемещення определяет
интенсивность процес<:а rорения и является ero важней.
шей характерис'I'ИКОЙ.
Фронт пламени и eI'O перемещение. Узкая зона, в ко-
торой происходит подоrрев roрючей среды iИ протекает
хим<ичеокая реа,кц.ия. называется фронтом пламени.
Фронт пламени не 'ИМеет резко очерченных rраниц, они
фИJ<СИРУЮТСЯ условно. Однако это не вносит неопреде-
ленности. так как концентрации и температура в зоне
пламени измеияются очень резко. Т ОJlщина фронта пла
мени при 1. 105 Па*. как прзви.nо, не превышает He
скольких десятых МИ.IIJIиметра. Поэтому в ряде задач
.
фронт можно считать поверхностью. разделяющеи rорю
чую среду и наrретые продукты реаюш и .
Очевидно что все участки фронта пламени, незави
, ** Н
СИМО от ето формы. вполне равноценны . а каждом
квадратном саиrиметре поверхности фронта в единнцу
времени cropaeT одно и то же количество rорючеii cpe
ды. Из этоrо следует. что величина поверхности фронт
пламени (а значит. и ero форма) представляет собои
uдии из rла;вных факторов. определяющих интенсивность
суммзрноrо процесса roрения. Искривления, обусловли
Бающие увеличен.не поверхности fIЛамени, вызываются
Движением rаза в зоне rорен,ия,
При распространении пламеня по однородной среде
от точечноrо источника поджиrания в неоrpаниченном
пространстве (т. е. в середине достаточно большоrо co
суда) ero поверхность будет иметь форму сферы непре
РЫБНО увеличивающеrося радиуса, если все направления
для перемещения зоны rорения равнозначны.
Друrой .характерный режим распространения пламе.
ни может установиться при Ilоджиrании у открытото
КОНца 'в Д линной трубе. заполненной rорючей средой
.. I Па 1.1()--5 кrclcы 2 .
... Если радиус крИll1tзны пламенн больше ШИрИНЫ ero фронта.
т. е. во всех практически важных CJlучаИ1\:.
7
(рис. t) _ Вначале Б рамане ТОЧКИ заЖиrаНИя возникаеТ
сферическое пламя. После соприкосновеtIИЯ со стенками
трубы пламя будет иметь форму части сферической по -
верх!Ности, выр заем{)й постоянным сечением трубы. Так
как раДIJУС этан сферы неоrpаниченно возрастает. фронт
пламени станови'I'СЯ все более ПJЮСIШhl COB
.
падая в !fIределе с !Iюперечным сечением
трубы.
Рассмотрим поведение фронта пламени
ПРОИЗБОЛЬНОЙ формы, для чеrо условно BЫ
делим ero участок, достаточно малый, что
бы ero можно было считать плоским. Каж
дую точку поверхности этоrо участка мож
но считать пезависимым 'ЛОДЖИrаIOЩИМ ИМ
пульсом, создающим новый элементарный
фронт пламени. Новое ПОJlожени резуль
тирующеrо CYMMap oro фронта пламени.
СПУСТЯ определенныи промежуток -времени,
будет отвечать оrибающей ко всем элемен
тарным сфернческим фронтам. В результа
re их наложения плоский участок пламеии
пере Iестится по rорючей среде параллельно
своеи поверхности.
Эти соображения леrко распространить
на поведение любоrо (пе плоскоrо) участка
фронта. Из 3TOro очевидно, что распростра-
нение пла мени ПРОИЗБОЛЬНОЙ формы. не oc
ложненное внешними воздействиями (HeB03
мущенное), 'Происходит от каждоjJ точки
фронта по нормали -к ero поверхности так
же как и у сферическоrо пламени "р-и цeHT
фронт ПШl.Ме- ральном зажиrании. Такое неосложнеJ{ное
н" в дтшноn roреllие Называется нормальным (от слова
трубе. нормаль). а скорость перемещения пламе
нн по неподвижному rазу вдоль 1I0рМаЛ!1
J{ ero поверхности.. нормальноЙ скоростью пламени
и n (м/с); по обныи механизм rорения именуется также
дефлаl'Р!1Ц1Iеи. В личина и п Является ОСНОвной характе-
ристшюи rорючеи среды, она представляет собой МЮIИ
мальную возможную скорость пламени. с которой оно
распространяется при плоской форме фронта.
Расширение ..аза при Сl'орании.- Рассмотрим проц&с
невозМущенноrо rорения в трубе, открытой с двух кон-
В
ПО В , через оДtп'! из l{ОТОРЫХ вдувается исходный rаз,
через друrой отводятся продукты реакции. Плоское
пламЯ, совпадающее с поперечным сечением трубы, pac
ПО.'1аrается внутри трубы неподвижно блаrодаря тому.
v
'11'0 rаз вдувается со скоpvстью, равнои скорости nламе-
v
liII. Обозначим через po плотность исходнои среды
(J{r/ IЗ), рь ll.'юmосТЬ ПРОДУКТОВ rорения. их скорость
НО отношению к неПОДБИЖНОМУ фронту пламени paB
на иЬ- На каждый 1 м 2 поверхности фронта поток прино
сит ежесекундно иn м З исходной среды. масса которых
раВllа иnро. Соответственно от данноrо участка фронта
11.'1амени отводится в 1 с Щ, м 13 ПРОДУКТОВ реакции с Mac
COJI ИьР'" По закону сохранения вещества
ипРо щрь
(1 1)
Ве.1IИчина Иь во столько раз превосходит нормальную
CIшрость .пламени, во сколько плотность исходной среды
бо.Т"!Ьше ПЛОТНОСТ;И продуктов сrорания. Увеличение CKO
{юсти rазовоrо потока при crоранин является следст-
Шlе I расширения rаза. Величина g""'up называется Mac
совой скоростью rорения. Она представляет собой массу
вещества, сrорающую на 1 м 2 поверхности пламени
в 1 с; .в любой точке вдоль нормали к фронту она 'IlO
стояшш.
Расширение rаза в пламеllИ приводит к тому, что ro
рение всеrда сопровождается движением rаза. На рис. 2
изображена схема движения rаэа при адиабатическом
сrорании в плоском пламени. Если пламя неподвиЖНО,
rорючая смесь течет вправо (вдувается в трубу) со CKO
ростью и n , ПРОДУКТЫ реакции движутся Б том же направ
лении со скоростью иь- При неПОДБИЖНОЙ исходной среде
(например. находящейся Б закрытой с левоr-о конца тpy
бе, при поджиrанИИ у OTKpbIToro npaBoro конца) пламя
перемещается влево со сноростыо и n , а -продукты peaK
ции истекают Б противоположном направлении со CKO
ростью иb иn. При неподвижности продуктов реакции
(в случае поджиrания у закрытоrо npaBoro конца Tpy
бы) пламя движется плева (в сторону OTKpblToro к{)ица).
СО скоростью иь, расширяющиеся продукты сrорания тол
кают перед собой исходную среду. движущуюся со СКО-
р{)стью иb Un по отношению к стенкам трубы.
Значения и п сильно отличаются у раЗJlИ'ШЫХ rорючих
смесей: от 0,03 r.4c до 15 ",/с. Помимо химической специ
9
фЛКIJ реаrlJРУЮЩИХ веществ
знаЧlIтельное ВЛИЯНlIе COOTH На величину и n окаЗЬшаIOl
то и окислителя и со е ж Ulение одержаний roрюч,
меньшую РОЛЬ иrрают Д ание инертных компонеНТOIII
давление. НИЖе приведен:альнзя температура смеси
максимаJlыJеe знач ния и.
Фронт Т1ЛUне/fU
ив
1. Нr:лоuВц:нссн ил
фронт пламеНи f
Нс:соt7ная
среаа
Т;,Ро
....
ЛроjJуК177Ы
решщцц
JP8
,
I
2.lfело88ц:ж:н(! ,
щ:хоаноя cpeiJa lI п J 1I8 1J/} .....
,
3. lIenoiJ6ц:ж1lbl I
пpOUyxmbf ресuщцц
.
l/IJ '
-..: r
1( l/1J l/л J .
РИс 2 С I
. . хема Дjщжения I'аза и
ческом сrоранпи ени при ЦДИ8б8ТИ
некоторых rорючих смесей
и Комн атно при атмосфе р ном давлении
й темпера туре:
Смееь
HI+OJ! . . .
2Н! + 02 . . . .... : : : : . .. . .. . . . .
ПредeJlbl!ЬJe }Т + о' . . . . . .
+CI 2 ......
200 + (\ + 3,3% - н о.' . . . . " ..
40% Hz + 60% lюз" ха. . . . . . . . . .
10% r Н + 90 Clf AJ .........
51 '-11c6 70 .II0з..цуХа. . . .
+ 46% lJOэ.цухв + 2,5% O . :
yr.rIeвoдopoДbJ + Воздух . . . .
"11' II/t
15,4
13.8
..-....5
2,2
1,1
2,7
1,6
0,46
О,З2 О,40
· Вода каТIlm!ЗИрует ()ЮICJ[е
СУШенине CNeCQ со не roРЯТ. нне OJJ:llси yr.nepoдa. тщатeJlыIo вы.
Закон IJJfОЩадей. Вернемся к .
нарното пламени, IIмеющеrо ПРОlJз смотрению стацио.
ЛDжеНноrо Б Потоке rорюче" среды О Б НУЮ форму. распо
10 . ОЗlfаЧIJМ среднюю
скорость потока через w (м/с), поверхность пламени
F (м 2 ), поперечное сечение трубы s. Так как на каЖ
'.{ОМ квадратном метре поверхности {JJ:(амени ежесекунд
но .cropaeT ип 'М 3 Irорючей среды"', ТО .Бо .всей тру.бе в си
лу ЭIшивалентности всех учасТRОВ фронта порает и",Е мз
ИСХОДНОNJ rаза. С друroй стороны, объем сrоревшеro ra
за равен объемной скорости потока wS, т. е.
F
w::=u пs (1.2)
Таким образом. скорость распространения пламени
в трубе (Т. е. W, КОТД8 сroрающий rаз неподвижен) бу
дет во столько раз больше нормальной. во сколько по
верхность пламени превосходит поперечное сечение тру.
бы. СI<ОрОСТЬ распространения пламени (или скорость
потока при неподвижном пламени) может изменяться
в широком диапаЗ<lНе при соответствующем изменеН}fН
формы пламени.
Турбулизация rорящеrо таза, т. е. возникновение не-
упорядочеl!ноrо движения отдельных ero объемов, BЫ
зывающая значительное увеличение поверхности пламе
НИ, может ПРИВОДИТЪ к ускорению rорения, оrраничивае
мому лишь rазодинамичеСЕИМИ особенностями rорения
при перех()де К! детонационному режиму (см. ниже). При
сильно развитоii турбулентности фронт пламени может
переходить в размытую турбулентную область интенсив
v
нои ХИМИЧС<:RОН реакции.
Возможные режимы rорения (недетонационноrо) от.
личаются только скоростью распространения пламени.
Это различие оБУСЛОБлено неодинаковым развитием по
верхности фронта 'Ilламени. Достаточно быстрое CTopa
ННе, при котором скорость пламени равна неСКОЛЬКJfМ
СОТНЯМ м/с. протекающее при заметной турбулизации
rорения. часто называют взрывом. Следует подчеркнуть
УСловность и субъективность такой классификации:
«медленное> roрение отличается от «взрыва» только ве.
лич«ной поверхности пламени, а значит. и ero CKOpO
стью, rраница между обоими режимамn устанавливает
СЯ произвольно*>!I.
.. Величина и определяет не только пинеi\ную ClWpocтъ nереме-
щеlЩЯ плоскоrо пламени, но и объемную скорость сrораиия на eДH
ниц}' поверхности пламени; ее МОЖНО ВNразить Не ТOJIЬКО р м/с. но
и в lIt"i(m2-с}.
** Т() же относится к терминам «ХЛОПОК", СIIСПЫIllКЩ> И Т. п.
11
2. ХАРАКТЕРНЫЕ ТИПы ПЛАМЕНи
ТЕПЛОВОИ РЕЖИМ rОРЕНИ.я
Возмущение ПJlамени сипа
rорение даже непо Би и МИ трения м тяжеСТII!
осложнено Бнеш ни Д жнои перВОllзчаJJЬНО Смеси Beer.n_
МИ ВОЗмущаю щ им и 80 и
искажающими форму Ф и здеИСТВИЯМJII
тяжест-и и трения. Дейс =:а и ажнеишие из них силJl
ы тяжести может ПРIIВQI
r
t:! с1;: :(; D::
<::> Е;:
f; t!
ttJ 9.. !:!
с;) t}
""
1::::.: <.> "=' <u
c.,
;'i; It J
S<. !;з t;)
"=' 4;
q, 1::) Q.,
1J. 2- t!
LL
а tf 8
РИс. З. ВОЗМУЩf'lше пламеllИ сн.,18МИ тяжесТli
в перrШ'щлыюil rpyue. и 7рения
Тr :и б а а:иlO Конвективных ПОтоков. Так. при 110Д
(р ис 3 й } ) тяж Р ITOro J1Ижнеrо конца веРТiикальной 'Nl у бы
. , е.'1ая ИСХодная е Р . у
.1JСI'КИХ ПРОдуктов 1"0 епия П ' еда раСПШIarается выше
потOiШВ ( , р. од ВЛИЯllием конвективных
анаЛоrlfчНЫх возникаю
наrретыми твердыми те lIам'и щим в атмосфере над
фронт пла"'JСНИ расТЯп!В еТiCЯ'И р е ле интенсивных)
веКЦIlЯ может искажать та !С сКоряется. I<OJf
этом тем значптеrrьне е Ч юке и сферическое пламя, при
. . см меньше СКо р ость
Ш1Ияние конвекции станови rорения;
:;O.I O,2 м/с. 1'СЯ существенным при ип
При ПОДЖНrанин ! ззк р ы
(рис. 3 б ) :к J Toro BepXHero Конца трубы
, онвеКТИnНые ПОТОКИ Не ВОЗНИКа Ю О
т. п:нако
12
в этоМ с,'уча.е rорючая -среда движется по трубе Dслеk
В не Р а.сширения rаза при сrоранИи. Трение движуще
СТ V
rОСЯ rаз3 о стеНКII ПРИВО;ЩТ к различию скоростеи тече
н'ия rlO сечеНИЮ трубы, ВОЗНlIкновению ДОПО.тJlIJпе.fJЫIЫХ
движеlЩЙ rаза вблизн фронта 'И ero lIСl{РИБлению. При
поджиrан"и У OTl<pblTOl"O BepXHero OHцa трубы
(р"с- З,6) rорючая среда неподвижна, деиствие трения
1fепо с редственио сказывается лишь "На движении продук
тОВ реакциИ и возмущения минимальнЫ. В случае YMe
рен ныХ скоростей rорения в не очень ДJ'IIfННЫХ трубах
фОр \Iа п.lаменн б изка к П.l0СК-ОЙ.
При YI\Iep е 11110 и скорости rореlJИЯ Ш'IaМЯ, распростра
,няющееся в rорИЗОlIта.'1Ь'НОЙ трубе со стороны OTKpbIToro
конца, при обретает специфическую нак.ЧоннуЮ, вытяну
тую вперед фОР}IУ. На определенном протяжении пути
паамени так{)е rорсние остается стационарным. В дa.'{ь
неЁшем, так же как и 'IIри rорении в вертика.чьной трубе,
УСИ.'1инающееся трение о стенки при истечении продук
тон реакции из трубы приводит в движение и сrораю
щую среду. .поверхность пламени проrрессивно увеличи
вастся и I'орение ускоряется. Описанная форма мзменИ
ЯВ.'Iяется елеДСl'БИСМ воздействия на rорение обоих ис
кажающих фаКТОрОВ сил тяжести и трения. Форма
пламени определяется соотношением между нормальной
скоростью пламени и скоростью движения I"аза вблизи
к3.ждоrо участка фронта.
БунзеНО8СК8Я rорелка. РеЖИ:>.I стационарноrо пламе
ни обычно устанавливается при сrорании потока OДHO
родной среды не внутрИ трубы, а у ее устья. Пv'iаМЯ.
ФIII{сированное на выХОДНОМ конце трубы, имеет форму,
б.1И3КУЮ l{ кон и чес ной (бунзеПОБСКИЙ конус). Если сжи
rаемая смесь содержит избь1ТОК rорючеrо, продукты не.
ПО.'Iноro сrОрiНПlfl, смешиваясь с атмосферным воздухом.
доrорают с внешней стороны основпоrо, BHYTpeHHero lЮ
lIуса п.памени. образуя так называемый внешний бупзе
новский конус.
БУllзеновское П.1амя может бытЬ устойчивым при раз
.1ИЧl(ЫХ скоростях r330BOl"0 1I0TOI{a в достаточНО широ.
ком диапазоне, блаrодаря соответствующсму измеllеI-lИЮ
ero поверхности. cor .пасно 3aIЮНУ П.'lощадей (1.2). OCHO
ванне конуса прll этом остается неИЗ,\IСННЫМ, примерно
совпадая с выходным ееfJснием I"орелки. тоrда как IЮПУС
Бытяrивается в БЫСТРШ'1 потоке и УП.'10щастся в мсдлеll
JЗ
НОМ. При ДОС"l'аточно Малых ск
пространяется ПО трубе оростях пОТока пламя рас-
так называемый «проскок австречу потоку, ПРОИСХОдИт
ром течеНlJИ возможен С рыв ПлаМени. При очень быст
Ад . б rорения
На 3TJfljeCKoe СI"ОРзнне .
ПОСКОЛЬ1{У быстрое УСКО ени и температура I'орення.
температуры и Процесс T е реакции при Повышенин
МОЖНость распрострзнени ПJIопередачи СОздают саму ВОЗ
репия определяют nce я пламени, тепловой режим ("o
Hero. основные закономерlЮсТИ ПОслед-
При адиабатическом т е
.'ЮВыми потерями сrорВJ'rи . Не -солровождающемся Теп
тии rОРючей среды зсхо' весь запас ХНм'Ическоii Э'нер-
тов реа']{щш. Темпе а дуется Еа 'Наl'реваННе продук
батическоrо сro р апt я ту не Р" а равновесных ПРОДУКТОВ здиз-
., Е'ИСИТ от СК О -
щих Б Пламени реакций . Ростеи ПРОТекаю
JЮвоrо эффекта и тепл :мЛLJ1IUЬ от flX СУММарноrо теп
Эта веЛИЧина называется те тей _ КQoнеч'ных продуктов.
Я'Мяется важной ха раКТе еР!lТУРОй roреliИЯ ТЬ Она
ристикон ro р ю .
Пространенных rорючих 'СМе<:е Чем средЪ1. У pac
делах 1500 Зооо К и веЛИЧ'Ина ТI; лежит в пре-
Рассмотрим, 11 а сколько бл
сrорания rаза к ИДеальны ИЗКlJ реапЬНЫе у{'ловня
что при устаlювл ении Р м адиабатическим. Очев ид но
т авновесия в '
ь 'представляет макснмальну продуктах сroраllИЯ
MorYT ИМеть ПРОДУКты реакцн: втемпературу. которую
подоrpева. Температура про ОТСУТ{'твНе внешне-rо
MelfbUJe т 1; если 'ИМею ду.кТОВ '(торания МОЖет быт ь
· 1СЯ т€ПЛОnые
тепловых потерь обусловливает к потери. Механизм
ПРоце<:са rорения так И ак саму ВОЗМОЖность
раэрушаЮщеrо деЙствия характер ero ПОследсТвиii
П .
роцесс распространения
Ловыми потерями. Хотя и со пламени не СВязан степ.
теплопередачей. TelJJIOorno ПРОВОждается ИНтенсивной
С/ЮН при ПоджиrаНlIИ СОСе ид из каЖДоrо сrорающеrо
пенсироваи аJraJIQrИЧI/ЫМ o o. еще не HarpeToro. СКОМ.
дучеиным 'Б поджиrающем сл Ичеством тепла, 'pauee по
жпrанин. Допо.пнительное те: при ero собсТВ€'НН6м под
са не ИСН:ВЖает стаЦИOJlарио .'Ю ПQджиrающеrо 'ИМПУJIЬ
ero роль в тепловом баJIа,пс;О реЖима rорения, ['ак aK
мере увеличения -КОличеСтва все БОJIее уменьшается по
Велич'Ина т ь ОПределя сrореВшеrо тазз.
rии. ПрII ЭТОм важны с:: я УСЛQвием Сохранения знер.
иометрические СООТношени я
14 .
ХIlмическая энерrия I'орючей смеси определяется coдep
жаннем ее недостающеrо компонента. т. е. компонента.
расходующеrося lIРИ реакции нацело. Часть дpyroro KOJ',f
понента, избыточноrо. предстаВJlяюшая разность междv
начальНЫМ ето содержанием 'и J<оличеством. -необх()ди
МЫМ дЛЯ iJюлноrо связыВаНия недостающеrо компонента,
остается при взаимодейст.вии Jlепревращенной. Тепло
реакции раСХ<1ДУ'ется на наrревание осех компонентов
смеси: продуктов реакции, избыточноrо и 1Iнертных К1()M
1I0ненток
В ряде процессов roрения. прежде всею для смесей
уrлеродсодержащих веществ при большом 'Избып;е 1'0-
рючеrо, тем-перату.ра 'продуктов аднабати'lескоЙ реакции
может быть больше теРМОДИ-I1амически РЗВ'НQвесной. Это
обусловлено торможением ЭНДQтермических реакций
в пламени и 'в СВЯЗИ С этим дополнительным по cpaBHt'!
нию с состоянием раi!ИОВесия тепловыделением. Сверх-
равновесные температуры в мамени возможны тз'Кже
при rореюlИ некоторых бедных (по rорючему) смесей
водорода. При их 'ПОДЖиrа1IНИ ()браэуются небольшне
пламенные шарики и зона реакдии обоrащается недо-
стающим roрючим вследствие особенностей ero диффу
3ИJI. Соседние слои исхонноЙ смеси обедняются roрючим
н -вовсе Не I'орит.
Если теплоемкость с и число м{)лекул в единице ма<:.
сы в процессе реакции не изменяется.
c(Tb To)<==nlQ (1.3)
('Де n) содержание 'Недостающеrо Rомпонентэ смесН;
Q тепловой эффект ero сrорания; То температура
исходной смеси. Разбз-вление смеси инертным компоиен
том, уменьшающее суммарный тепловой эффект (пaQ),
привод'ИТ к 'понижению температуры roрення. Аналоrнч
110 вJiИЯН1Iе Уflеличения содержания избыточноrо КОМПО
Нента. Во мноrих случаях этот эффект еще СИЛьнее.
обычпо в отношении избытоЧ'ноro roрючеrо. Орrаl:lиче.
ские rорючие имеют .высокую теПJlоемкQCТЬ. а при доста.
точном НЭIревани'И в продуктах сторания подверrаются
эндотермическому рззл()жению.
Реальные расчеты равновесия в продуктах сrорания
MHOro CJ!ожнее, чем для оrrnсанной элементаР1ЮН схемы.
ПQМИМО измеНения тenлоемкостей, учитывается состоя.
ине равновесия в продуктах 'сroрания. При высоких TeM
15
пературах ПРОИсходит частичный распад не TOJIbRO избы
точното rОРючеrо, НО и МНОПfХ БО.'1ее СТОЙКИХ Конечных
пролуктов: СО 2 11а СО и , Н 2 0 На ПРОстые Be
ЩеСТ'Ва (Н 2 н ) II rидрокси.rJ ОН. Н:< II 02 'Нa атомы
If т. д. При атмосферном даВлении такая диссоциация
заметно IЮIIИжает веЛИЧиrl}' Ть, l1аЧИlJая при:о.lерно от
2200 к-
Т еп.rтовы{' потери от продуктов сrорания '1Ю3МОЖны
Б результате излучения и при СОПРИКосновеrши продук
тон сrОрания с твердой Iюнерхrюстью ПО меХЮlИзмам теп
ЛОПрОБОДНОСТIl 11 RонвеIЩНИ. Вс.'1еДствие большой разни
цы температур стенок и ПРОДУКТОВ rорения теплоотвод
в Стенки Очень велик При Остъшаrши продуктов CTopa
ния в замкнутом объеме они соприкасаются со стенками
по Всей поверхности сосуда. ОХ.'1аЖдение обычно Практи
Чески завершается Б течеНие времени, Не превышающеl'O
1 с. При ОXJ1аждении ПРОДУI<ТОВ rорения ВзаИМНое рас.
ПОЛОЖение пламени и стенон иrрает решающую роль.
В ЛУчае ПОдЖиrа'Ния 11 центре сфеРnчесRоrо сосуда ПЛа
II:!Я Не касается of:TeHOR до УJOЛноrо roрания Всей смеси.
lt ()х.чаждение Таза ВОзможно ТО"lЬКО путем Излучения.
Некоторые сведения о закономерностях излучения rазов
li3.'Jаrаю1'СЯ в ПРИJroжсюrи 1
За последние ТОды Бы.IIa устаrlOв.'1еиа ВОЗМОЖность
Достаточно инте-ПСИвноrо излучеНIlЯ* при сroрании HeKO
торых rорючих систем, одна-ко заКОномерности ЭТVI'O
Явлеrшя еще не ВО Всем Ясны. Поэтому мы будем СЧитать
ИЗJIучеН1iе ПЛамени незначите.'1ЬНЫI\f и ПРИНимать, что
при отсутсl'ВИИ непосредственноl'O СОПРикосновения rоря
чеrо Таза с более ХОЛОДноii внешней СРедой сrораlше
ЯБ.'Iяется адиабатическим. Далее мы рассмотрим. в }{a
ком случае излучение ПРОдуктов сrорания имеет наибо
.'lee \ВаЖное д.Ля задач теХJi1lIКи ВЗРывобезопасности 3Ha
Чение. ОI<азывается, что теПЛОВые потери излучением
необходимо прежде nсето учитыЕтьь при установлении
меХЗlШЗма НонцеНтрацнонных Пределов взрываемости,
а в ряде С.1Jучаев для TC'l'eporeHHblX сажеОбразующих
СИСТем.
Температура равновесных ПрОДУКТ<JВ реакЦlЩ при
адиаба'J1IIЧеском сroрзнии Может Бы1ъ ТОЧrю ВЫЧИСJIена.
Это ПОЗВоляет ОПределить отrюшеНие Ро/Рь в выраже
... в реЭУ.'lьт.ате .'(е1l!JlЛЮIIIИЕесценцин.
10
веJJИЧИl-l а п
а следовзтелы!О rt -соотношение
HIIII (J.l) , законам идеальных rазов (1.4)
U Соr.1асио т '7.
rl Ь. Ро/РЬ == YJ ь п и реаКЦIlIl Б Т!да
изменение ЧIlС.1JiJ МО,'IеКУБЛи о к едииипе Так,
r и 3наqение 1). как а И:О 7ехиометрической смеси
м еаКЦlJИ 2CO+02 :< СО +2Н 2 О 1)== 1 и T Д.
.'l ЛЯ 27з; l1ля реакции CH-4+20 :;HЫ; смесей нужно учи
1," нестехиометрн'lОС Х . oro н ннер1'11ЫХ НОМПOlleIl:
'ТЫВ37Ь сод.ержание и IТоказывается еще б.чиже к еди
П р и этом величии ..
700, ом cropa
юше. а 'при адиабатическ
АБСО!1Ю1'ная температур . <равнению сначальнои.
ИlI ПОВ lшается Б 5 lO раз П остоянном даВJIении, rаз
-с;ш сroрание uроисходит при ro плотность уменьшает
r'а Illиряется посЛе реаКЦИ:; е и по отношению к 'Непо
ся n Ро/рь раз. Скорость п. ии ,соответственно больше
.;IШIЖПЫМ ?родуктам t ние при :постоянном б е
НОР'-I альнои скорости. давления. Это и о ус
приводит К аН8.ттоrnЧНО!.I :;; быстроrо сrорания в за
.11fBaeT разрушаЮ:f р е :;шие методы Бычисле Б НИ:ч :
крытых сосудах. одуктов ал:и,а ат
ратуры неДИССОЩfИрова'llНЫХ riз-ны 'В Лри.10же1lИЯХ 2 .
сroраНl1Я и 'примеры расче: еме. Особенностью адиаба
rорение в замкнутом том сферическом сосуде пр
тическоrо сrорания в замкну ется 'Слабый рост давления В 4
ero центре явля На рис.
зажиrа11'ИИ в ространеНJlЯ пламени. 908-Х
lIачаЛЬНQЙ стадии расп Я давления ДЛЯ смеси ,{I
покззан характер oJfзменени Отноwение радиусов 'Пла
Н + 9201 02 при Т о ==290 К. уд а rlR 'Отложенное 110
2 · 10 Ф еричеокоro СОС 'D О О пла
:\'1eJII'!ЮЙ сферы и с ет часть пути. проиденн r
Cl1 абсцисс, характеРИЗУет 07l-10сительиый рОСТ дзвпе
менем' ордината определя 8HHoro !положения пламени.
· ( 1tавление для Д вление до.
IПIЛ Р/РО Р ;.. ) Максимальное да ,
РО начальное давле :':е шения 'crop а'ния. составляет
стиrаемое в М<Jмеит р
6,9 Po первые 30 40% своето
ИЗ rрафШ<8 следует, что Р аl{ТИЧески постоянно
() ит В УСЛОВИЯХ П D смеси
пути пламя прох i1 aJrJIИ последнеи части
[о давления, а при з О озрзстает. Лричина это о ,оч:
\, 'стенок давление ре а ПРОПОРUИ{Jнз.чен к б} р
Iшдна' объем cropeBrnero rаз ому относительно неведик
диуса.' пламенной сферы и ПО :х фронта пламени в нача
при знаqителЬ'ных перемещен f7
2 I lВб
Ле ето пути. Так. при rlR 1/3 б
рв'вен 1/27 объема сос уда Ъ M продуктов сrора'Ния
сrорала частично в этом об и Ы IfСХОДНая СМесь Не
периферию, рост да.вления :M: p ' а лишь ()ттесНЯJJ3ОСЬ .на
вый РОСТ еЩе м еНЬш е евышал бы 4%. истин
в -
Соотве твин СО специфик
сrорании в замкнутом объ ОИ ДВижения I'аза при
еМе изменяеreя и наБЛюдае
-o/Pg Мая скорость перемещения пламе
ни. В начальной СТадии I'орение
IIpoтeKaeT так. как если бы .'П 0-
ИСХОДИЛО свободное расшире ие
rаза В неОl'раНИченном простраи
СТВе. При ЭТОМ скорость ПJIамени
раВНа иь. в КОнце roрения она
Пp1lБЛИжается к Нормальной.
во MHOTnX практически важ
иых случаях Сl'ОР8НИе пронсходит
Внутри сосуда. сообщающеrося
с окружающим пространством
1,0 ТОлько узкими единичными К'Зна
лами Если 1'0 -
. реННе протекает дo
стаroчно интенсивно (при боль
шнх Значениях 1I71 и турБУJJиза
Ции rаза) , истечение Таза через
эти канал.bl ие поспевает За n 0-
rрессивно УСКОРяющимся ра и
в СОСУде возрастает трением lIРИ сrоранни, н да.в еНIf
наЗывать полузамк ну . Т:L.зкuе камеры сrораиня Пp1:lнято
П Р M
-н сroрании в ПОЛузамкн
'Ния определяется Утых камерах рост ДЗ'ВЛ е
н СООТНОllI6'Ннем с
истечения нз ка Меры_ В оп КОРостеА сrорания
да'Влення МОЖет П рнбл ределенныJ. условиях Р ост
тв IfЖаться к да'В
чеcrюro ПРОцесса в замкн лению для адИаба
;Н1fК1:1Овение ударных BOJl!Н УТDМ СОСуде, если ТОЛЬко 'ВОз.
ЧJ1тельному, ХОТя :и кратко: е ЛРl:Iведет к еще более ЗНа
ВОЗМОЖНОСТЬ роста давл ременному, e-ro ПОвышению
:Нутых аl1lпаратах Опасна е:ия при сroрании I! полузамк
в задачах техники IВЗ р bliво б с Нею ;неоБХОДИМО счита я
МетопLY езопа ности
б f-YOI измерения СКОрост .
аЛее раСПРОСТРilненlНЫХ Ме н пламени. Один ИЗ Наи
-.ны и n ззиЛючается СЖита' ТОДОВ I:fзмерения lIеличи
зеновоскоir тареЛке п on р НJlН :иоследуемоro rаза :в БУfl.
. еделеШII/ велнчннъr .пов ер
18 . . ХНости
/
/
./
0.0
5,0
F,..O
J.и
O
1,0
D 0.5
.
rjR
"D
РJI.с.. 4. Рюст ;Ц8-IlJlения
пря <:rОрании .в сфеРН-
чеСКОI\I СОсуде 1f цецТ-
раЛЬНQIf JЮДжнrаllflfИ_
впутреннеrо конуса. обычно путем фОТоrрафирования.
э для I'рубых оценок визуально. Используя известное
значеюrе расхода сжиrаемоrо rаза. можно вычислить
llп по формуле (1.2)_ rлаВllые недостатки метода rорел
юr заключаются в СЛОЖНОСти экспериментирования при
давлении. {)тличном от этмосферноrо. и '6 срз'ВНИтельно
большом расходе исследуемоl'О rаза.
Величину Щ ;иноrДа измеряют, изучая рас.простране
НJlе -сфернческоrо пламени. rорючую cp дy ltЮЖНО IIOMe
щать в Jпрозрачную оболочку, ра,сширяющуюся при cro-
ра'1IИИ. Ifа'пример. в оболочку нз тонкой резины_ В дpy
пrх случаях оболочкой служит пленка мыльноrо mузыря,
заполняемоrо ucrледуемой смесью. Наиболее просто ис
C.тIeДOBaTЬ распространение сферическоro пламени в
жес'11кой бомбе, используя тот факт. что на пер'Вых зо
40% пути пламени давлеНИе практически постоянно.
Процесс распространения сферическоl'О пламени ча
сто фотоrpафируют 'На вращающуюся 'llЛен,ку через
узкую щель в нenрозрач'llОЙ диафраrме, О1'Крывающую
диаметральное сечение пламенной сферы. Фотопленка
закрепляется по окружности вращающеrocя барабана.
пщ)(:кость вращения KoropOTQ перпендикулярна щели
в диафраrме. Применяется также метод скоростной !Ки
lJосъем'ки пламенн.
Для .перехода от u.ь к и п следует определить измене-
ние f1ЛОТJJОСТИ при rcroра'Нии. Эту 'ВеЛИЧИ1НУ 1v.lOЖ'lЮ ныис
.'IИТЬ С большой точностью методами термодинамики
(см. ПРИJlожения 2---...4). При сrорании в овободно рас.
шнряющейся оболочке отношение Ро/Рь определяют ЭI<С.
периментально, сопоставляя мак.сималыIйй радиус сфе-
ры в конце сroрзния. зафиксированный 1Iа Менке; с .'Нa
ЧЗ.IJЬ'НЫМ -радиусом оболочки.
Структура фронта пламени. При распространении
"1Ламени :в ero фронте протеКает Ком,nnекс взаимосвя
заН'!rЫХ сложных процессов: теплопередачи, диффузии
и химическоrо превращения. Они определяют величину
([п И структуру зоны rорения. т. е. характер простра"Нст
ВОПlНоrо изменения температуры. концентрации неДостаю.
щеrо компонента смеси пr и скорости реакции 'Вдоль
еДннственн {)й координаты х (по нормали к фронту)*.
'" Т_ е. для ПЛОCJ{оrо ПЛSNени ИЛИ пламени Произвольной фОРМЫ.
У KOToporo радиус КрIIВИ3НЫ велик ПО сравнению с ширинок фран.
Та пламени.
2"
19
Зависимости 1 ско ОСТ
мерной КОIllI,е траЕии р а цин в пЛамени Ф и безраз
цен1JJ ЩИЯ) ()Т KoopДHHaT пo (по! lНачаЛЬная КОН...
33,В ,{I СО+20,9% 02+4530/ N Для пламен,и смеси
НИИ., у которой и п ===31 4 1 2 11 РИ атмосферном ДаВЛе
1 ра'Ницами фр он та ' м с. показаны на рис 5
Р е пламени м .
де;IЯемые ШЮскости Д ы счиrаем УСЛОВно оп
Ка к Т ь и То cooтвe'1'CT eН- Кк ТОРЫХ температура близ
. ривая зависимости z ОТ х
т.к
2БОО
z
20 /0 2200
,
Jtj 0,0 1800
, .
t 1Z 0,6 l OO
""'-
........
..,
8 O. 1000
..,
'
'";' 0.2 600
О О
o. 02 О {}2
Р · I O. 06 08 10 Х
ис 53 11 I' MM
. , ависимость теr.п .
ре.акцин -ВО Ф "'ооrе leparypbl Концентрации 1I
О t' пламени Cl\lee 33 "Коросrи
2 + 45,3% N 2 при HOPMMbH X ,8% СО + 20,9%
УС. Овиях..
представляет собой з
iШСИМости Т ОТ Х (п e K b'!I{)e отображение кривой за
штабов ормшат) п} мереОТDетствующем подборе Mac
шается, !f наобор т; при Т === j,0C TB Т веЛИЧИна z YMeHЬ
Такои характс ас о, z 1, npJr Т == ТЬ. z o
центрации Обусло .тr ::: :=: Я температуры и OH
рить. подобием Продессов ф и или, как Принято rOIJO
ети. Несмотря па инте.нс Д фузии и теШЮIJРОIJОДИО
в пламе.!IИ, ре кция п от иш-rыи теПJ]О и маССообме
условиях. ДИФФУЗИОI{Еыйе т как бы Б адиабатических
нента смеси Нз ДаННоrо слояеff С недостающеrо КОМПО
:: :DУЮЩИМ переносом тепл: С : аК lПенсируется
энерrии в каждом сло Ф ПJJОВои И хн.
СТОлина, если молекулярные _ е РОIlта ЩIамени по
тельно Не ОТ.'!J!ЧЗЮТСя Д r о:еса КОМпонентов значи
20 ру друrа, т. е. ПраКТИЧески
liЛ Я всех roрючих сМесей, кроме бедных Сl\iесей БОДО
рода.
CJ<OpOCТb реакu.ии Ф имеет резко -выраженный MaKcи
мум при температуре ТШftх==ть е, rде e==RTt/E; Е
:1'1IсрrиЯ активации реакции Б 'пламени; R унИ'вер'саJ1Ь
ная rаЗОDая ПОСТОЯНJlая Величина е характер'иетиче
СКИЙ интервал температуры д.'rЯ пламени рЗ'вна 100
200 ос; изменению температуры среды на е rрадуоов
соответствует изменение скорости реакции 'в е раз (е
ochoba.l-l'Ие '.Натуральных лоrарифмов). ПолныЙ интервал
изменеН1IlЯ температуры в пламени Tb To»e. так что
v
скорость реакции достиrает максиымаa 'в зоне, :в 'Которои
состав близок J< оставу Iюнечных продуктов. В этой зо
НС концентрация n, мала, однако Блияние повышения
v
температуры на 'СкорОСТЬ реакции rораздо си.nы-tее, чеr.I
D.'1J!Яllие соответсrnующеrо уменьшения КОJiЦ,ентраЦИJI пJ-
Нед-остающий компонент переносится Б зону основной
реакции путем диффузии.
Нормаль'ная скорость ттамени и 1l определяется 3Ha
чением максимальной скорости реакции в пламени
Фmах === Ф (Т ша!J. установдено, что
( 1.5)
иp -,1 ФI11ЗХ
Ширина фрОJ--lта наиболее медленных пламен [ТРИ
атмосферном да,влении достиrает 1 2 мм. При увеличе
1JIШ скорости пламеН'И кривые Т. z. Ф (х) становятсЯ -кpy
че, ФРОIIТ ПJ1амсни сужается. Так. У a-яалurиЧ'ной lВыше
указанной, но бо.'Iее )-щл:ленно roрящей смеси 16% со+
+84% воздуха, у которой и п ==О,О83 М/С. изменение KOH
пеllтрации недостающеrо компонента смеси ОКИСИ
уr.'lерода в 2,1 раза приводит к измене1-:[ИЮ темпера
туры rорения оНа 865 ос, нормаЛЬilОЙ скороC'l1И пламени
в 3,8 раза, максимальной скорости реющии в J\ламени
в 11,8 раза и ШIФИНЫ фронта ,ПJIaмени в 1,8 раза.
Фронт пламе1lИ принято условно разделять на две
пр.остранствеНJlЫе зоны: реакции и .подоrрева. Ширина
зоны реакции сост вляет, как праВИЛiQ, около полОвины
общей ширины фронта 'П.тJ.амени, в остальной части ero
происходит ТОЛЬ1<О ПОДоrрев реаrирующеrо rаза. Зона
интенсивной реакции еще БО.ilее узка. В то же время
на зону подоrpеБа приходится большая часть перепада
температуры 'в П.'Iамен-и. Ширина зоны подоrрева прп
ближенно равна Ь=='А/сри, [де л теплопроводность;
21
с теллоеМkОС1'
»сеrда a l ь rОрячеlf среды ф....... ( t
Поэтому , а величины л и с ри) "'PQ, Причем
ТlfВается Р; р :НИЖeIШН давлен'Ия Ф Д р тения не зависят.
П T'pa-НСТве. пламенiИ растя
оскольку веЛJlЧШ, Ф
"ием темпер а сильно Возр
лераТура бл= Ы атс друroи стороны, C:: 'ПОВЫШе-
а с нею и ве ь, СКорость реа -и.. тах TeM
ЛПЧШlа и ."",ИИ в пл
ЛЯ будут тем болью 1'1 ДЛЯ даяных roрючеrо амени.
ет ПО Ме '. е, Чем ;ВЫШе т П ,И ОКJiСЛИТе
СКОМ Jf ре приБЛижения оста'Ва g ОСледняя возраста
Та П У умеНЪW8НИЯ соде р ж а Н И к стехиометt\иче
. ри ЭТОМ ия iIlНepтн r
величина и вэры'воопасность СМес 01'0 НОМпонен
СИЛ ЬR n ЯВЛЯется ее мерилом и увел'ИЧ'Ивается
ая завиCJ:Iм. '
к ЛQкализзци ОСТЬ Ф от темпер
аи ПЛОСКое и реакции 'Б УЗКой ЗОНе зтуры ПРИВОдит
еМа з Т'Н, соотвеТ<:'l'вующей Ф [JPOCTpatlC'J1Вa вбли
, аnолнеН'ното ro р я 'Че тах. В той част'" об
пламя бол н Смесью ..1 ъ
HepaB ec H.cТ'ВO реакций пол ь оторой -ПРОШЛО
в CIВ СОСТОЯНИе 'П р о завершается
язи с УпомннавlIfИМС :ДУКТОВ сrорания '!nозм .
процес.со'в. Равновесие я ТОРМожением эндотермич ()ЖНо
н'ии .некоторых см v .не ДОСТитается такж ecIfих
Низм, например CM . меющем мух>стад:и,Z CTopa
Ноторых реющия н ДВУОКИои аЗота и то и MeXa
раЗования окиси МОЖеТ останавливаться рючеrо, для
та реакции в . аЗОТа, В боЛЬШИНстве сл ша стадии ()б
Тухании Л;J продуктах сroрания СВИ учаев неПОЛНО4
.J аМени. . детеЛьствует о за
3. ВОСЛЛАМЕНЕНИЕ
Тt!ПJlОВое само
смаТр'Нlвали п о восплаМt!нение. До снх
Холодном ro р ec<: rорения!В СЛОВ' пор мы pac
до очень вы чеи среды Путем ее Ущжа;:Х поджиrания
СОздающеro {)Ч Й температуры (БОльшей H I'O ) разоrрева
режим Вози пламени. ВОЗможен {) ь. заведомо
реакции.. JfЫНове-ния быстрой ,мако. и друrой
темпера";'у И :Д1юв р еменном наrр: отемпературной
внутрп llекот ero объема rОРЮчей ос До умеренной
проц ОрОЮ реактора П редЫ. заКлючешюй
B Ы Носят совеем Jftюй ap РОИСходящие Прll этом
шуекая rорюч актер.
натретыЬ ую среду в эвакуи ь
даем з : :мере}{'ной температуры Р 1ЗаJШЫИ реактор,
ото ХИМИ 1 lеСIЮro о, мы Не наблю
22 пр евра щеlfИЯ. так Как
скорость реакции при Т о слишком мала. ПостеnеНfЮ по-
вышая начальную температуру. МЫ в определенном дПа
паЗ0 не температур по :прежнему ,не наблюдаем образова-
нИЯ продуктов реакиии. Внезапно, iJютда То достиrает
некоторото Кp:Rтнчес:кoro значения T i . возН'Икает быст
рая -реакция со зиачительным разоrревом IИ полным пре
v
вращеJfшем roрючеи среды.
Создается '.впечатленяе, что лри То_=: Т, скорость реак-
UlПJ СRзчкообраз'Н-о возрастает ()т нуля до бесконечности.
В n.ейcrвительности TaKoro скачка !не было. скорость
реакцИЯ ЗДесЬ, као!{ }! в друrих случаях. IПлавпо '1юзра
стала с 1110вышеНlIем температуры. При То=: T i начинал
ся быстрый неоrРaIJlИченный рост 'и CKOpOCТll реакD.ИИ
и температуры. не фиксируемый измеритеЛЬНЫМlI прибо-
ра;\ш.
При температуре, не -на MHOro превышающей T i .
в реакторе !НачинаетсЯ сравнительно медлешюе 'ВзаИМО
действие. Раэоrpев за счет тепловыделентия увеличивает
скорость реакUИИ, что в. свою очередь приводит к EpO
rресоИ1НЮМУ раэоrpеву rаза. Создаются условия, в KOТO
рых скорость реакции 111 разоrpе взаимно увеличивают
друТ' друта. 'Нарастая :подобно лавине. ПР01J<:ходит fleor
раниченное ускорени :реакц'ии до noтiQro выroран'Ия He
постающеro компонента (:меси, именуемое теnловыM
взрывом или самоВ'оС'Пламенением. Температура Tl Ha
зывается теМ'J1ературоЙ: саМОВOCТIламенеЮlЯ.
Цепные реакции. Специфическая особенность проте-
кания химической реа.кции при самовоспламенении за
КJlючается Б ее автоускорении. 'СвязанноМ с наJЮ11Лен'ием
fl системе тепла, выделяющеrося при реакции rорючей
среды. Существует и друrая 'Возможность автоускоре-
ния IIlроцессз, в принципе осуществимоro 'и при изотер.
мическом режиме. Она 'Связана С развитием цепной peaK
Ц'ИИ.
Как 'известно, химическое взаимодействие между
llВУМЯ 'Соударяющим-иея молекулами -становиТСЯ ВО3МОЖ 4
llbJM В ТОМ случае, если их суммарныЙ запас энерrии -не
меньще энерrии а'Ктнвации. Этот запас энерmи (I{OTO
рый 'ВО мяоrих случаях должен быть весьма значитеJJЬ
НЫМ) йlеобходим для разрыва 'Или ослабления сущест
Вующих связей между атомами молекул исход'Ных I{ОМ
ПОlIентов, без чеrо невозМОЖНО 'lIХ перераспределение
ХИмическая реющия.
23
Непосредственно 110c.'Ie химическоrо взаимодеЙствия
продукты еaJЩIIИ несут <}!а себе бо.1ЬШОЙ запас энерrnи.
nолученныи за счет теПЛОТЬ1 ЭI<зотермическоrо превраще
пия первоначалыю затрачещюй эперrии аКТИвации.
Эта ЭНерrия 'в ОДНИХ случаях .может рассеиваться в <жру
жающем пространстве при соударениях молеку.'! или
в резу ь ате излучения и расходуется на рззоrрев pea
rирующеи среды. Такой с.'1учай 11 был раССfoютрен при
описа!НJlи теплО'вOI'О ВОСП.lаменения.
Существует, однако. и друrая Возможность перерас
пределени Jlзбыточной энерпш. Запа-с энерrии, cocpe
Доточенныи -на молекуле ПРОДУI<та 'первичной реакции
вместо рассеив<l'НИЯ передаеl'СЯ ОДIlОЙ из реаrирующи;
М.QлеКУJI непосредственно, как rОБОрИТСЯ, элементарным
актом, UlрИ'БОДЯ к ее активированию. Подобные усло
Еия rораздо более блаrоприятны для протекания peaK
ции, eM УСЛQВИЯ, при кОТ'Орых химическая энерrnя взаи:
Модеиствия переходит В энерrnю теПЛОБоrо хаотическо
ro движения.
При таком мехаНИ3ме передачи активации реакция
ПРиВо-:;tиТ к образоваНJlЮ новой активной молекулы
(однои или неск{).тJЬКИХ), способной J( IНOB"OMY взаИмодей
ствню. Так возникает цепь реакций, в }{ОТОРОЙ аJ{тива
ция .nередается эстафетой от одной молекулы к друroй.
При ue RoM механизме реЗКЦИJl ВОзниК'но'вение одной
антивнои молекулы веДет к образованию более иди Me
нее длнlн!юй цепи реакций, вследствие чеrо скорость
взаlимодеиствия соответственно возрастает.
Передающаяся энерrия зкТlIВiНЫХ молекул обычно
принимает вид Х1ИМИЧескоЙ энерrlIИ неустоичивых, хи
мичесюи ненасыщенных 'Промежуточных продуктов. зто
МОВ Jfли 7З}{ 'назывемыыx свободных -радикал{)в. Таковы,
например, атоМар'ные водород, кислород. хлор. радикалы
rидроксил ОН, н,uТрОКСИJJ. HNO, метил СИз и т. д. Все
Эl'И вещества блаrодаря своей химической пенасыщенно
сти Отличаются высокой реа'КЦ1fОН'lЮЙ способностью
(именно .ПОЭТО.му 'О'Ни неустойчивы и неспособны к дли
Te.'IЬHoMY существованию) ;и MorYT реаrироваТL с IIСХОД
ными компонентами. образуя. в 'СВОЮ очередь. своБОk
'Ные радикалы и атомы*. Химически аКТИВные частицы
.
01< 3наЧllте. ьно реже процесс аКТI1вации протекает при coyдape
НI1ЯХ MO.1eKYJl реаruрующих lюмцонеlJТОВ с возбужденными П Р ОД У К
"i"ами реакlUШ.
13eдylЦlHe цепЬ реакций. называЮтсЯ аКТИJlНЫМИ центрами
uеп ОЙ реакции.
Харю<тер протекания ц,епнои реакдии существенно
Р<'lзличен '8 за13ИСИМОС'I1И ()т Toro. сколько вторичных aK
ТИНIIЫХ центров образуется при элемента,рноfl pea K 1UI H
вктивноro центра (iН3 одном звене цепи): один liЛ'JI
больше одн-оf'O. В первом случае общее число активных
центроJЗ остается неизменным, реакция протекает с .nо
СТОЯIIНОЙ (для Щ1'Нных температуры и к{)нцентрации) CKO
ростью, т. е. стационарно. Во втором случае число актив
ных центров непрерывно возрастает, и реакция caMO
уекоряется. Цепные реаКЩIIJJ перJЗОro типа Н8зываIO'l'CЯ
нервзветвлеНIIЫМ.И, Bтoporo разветвленными.
Типичным 'Примером нервзветвлеНIIОЙ цепной реакции
яв,lЯется взаимодеЙствие хлора с водородом. Прямая
реакдия при 'Ларных соударениях молеI<УЛ обоих эле,:-
ментов маловероятна она требует очень з'начителыюИ
энерrШll актмваЦlИИ. Однако хим'Ическсе превращение
окззЫ'вае1'СЯ БО3МОЖ'НЫМ с ;помощью друrorо механизма.
Молекулы хлора сравнительно леrко диссоцинруют
lIa атомы. например. под действием -света. Кроме тorO.
атомарный хлор может образовываться в заметных KO
.,lJtчествах и при умеренном ,наrpевании. в результате
равtlовесl:lОЙ терМIIЧес ой диссоциации:
Cl i 2Сl (1)
Атомарный хлор леl'КО взаимодеЙствует с БОДОрОДОМ
С. + Н 2 ............... НС. + н (11)
Образующийся при реакции (П) атомарный водород еще
.oIеrче реэrирует с молеку ярным хлором:
H+CL.z HCl +С. (Ш)
Если .просуммировать реакции (11) 1i (111). то OKa
жстся, что и'сходный активный центр атом хлора pe
rенеРПРОБ3ЛСЯ и образовались две молеку.чы конечноrо
продукта х.чори{:тоrо 'Водорода из элементов:
С. + Н 2 +C CI + 2HCI (IV)
Активные QeHTpbl цепной реакции атомы водорода
If хлора не расходуются, их к{)нцептраЦI1И здесь ос.
таl<YOCя lНеизменным-н.
Примером разветвленной цепной реакции служит
взаимодействие "Водорода с кислород()м. Радикалы ОН,
25
24
ЯlJЛЯIOЩll .ся активными цен
Баться при реакции трвмн цеrrи, MOryT обраэовЬf..
1iJ! + OJ! 20Н-
ВеРОЯ11НОСТЬ проте1<ЩIlИЯ такой (V)
СКОрость, о(}ень Ма.Ча 110 - реакции. в значит и ее
тие послеДУЮЩ'!IХ пp цecc '1И,(зк lle мияет лв ра3БИ
r-идроксил сраВНительно _ 6
д()родом: летко 'Взанмоде",ствует с во-
.
OH+IiJ! H20+H
Атомарный водород таКже (VI)
с МОJIекулярным Н1Ислородо: QCтв точно быстро реаrирует
.
Н+оВ...............6Н+о
а атомарный ЮfСJIОРОД (VII)
.. с молекулярным водородом:
О+На бн+н
СУММИРУЯ реакции (VI ) ( VII I) (VШ)
Н · находим, что
. +ЗНа+ОJ! 3Н. +2НО
Т. е. од,и,н /ИСХодный актив 6 J! (IX)
вступив в реаl{ЦИЮ !ВЫзвал ныи ЦElИ1lp атом IIЮДОРОДЗ.
лекул конеч'но ro про ' Д обр . азование, КРОМе двух MO
укта воды тр
цeН'IpoB. В реашmях (VH) 1:1 (Vlп } ех Новых активных
ветrвлeIl1ИЯ цепи. Количеств 'ПРОИСХОДили раз
КОМ мехаНизме Пpol'peccивн активных центров -при Ta
рость f!а'ЧаЛЫlOrо reHe ' возрастает. При этом CKQ.
реакции (V) рпрования ВК1ТИВНЫХ цен тро в по
' МоЖет 'Не ВЛИЯТЬ на
взаимодействия. суммарную снорость
Цепное саМОвослламенен Н
ускорение при n отека н не. еоrpВl!ичениое caMO
ции до JJОЛ'ноr() pacxo ии разветвленном цепной peaK
дования реаrи ру ю щ '
ТОВ также ВОСПРlfНiнмае1'С' их К()МПонен
Нllешне реакц:ия МОжет IiД т ка'к саМОВОСЛЛВмененме.
БОм саМОвоспламенении р ак Же, как и при тепло
тепловом мехаНизме IВ' е :иЧ!ие сосroит в том, ЧТО при
Вается Te.rJJIQ iПрн цепно Р РУющей Си-сте_ме iшкаплн
Оба фаJ(ТОР 'Еедут к :в:ханизме аК'JТИВНые центры.
ВОСnла-менен.не М()Жет Б п ускорению реакд,ии. Цепное
СТQЯННой теМператур 6 РИНЦJИпе Пронсходнть при iПо
СаМовocnламенен= е: амеТIi-Jоro разоrpева смеси.
лра'В'ило, имеет 'КОмбини:ова: ЫХ roрючих с'месей. iКaK
роду. Большинство rазовых' хи епоЧ'но-телло ую прн
кает ПО цепному мехаiН'ИЗМУ В кон есКИх реакции Проте.
ЦИIJ1 экзотеРмичес,кне и 'ПРИВ дЯт к еч.ном счете эrn peaH
разоrpеву сМеси В то
н -
я{е время цепные резнции Т8К же, 'К81< 'Н иецепные. уско-
яютс с повышением температуры. Разоrрев смеси и
аКQпление активных центров усиливают друт дру-
}';] н оба одновременно уокоряют реак ию.
При рассмотрении зак-ономерностеи 'Воспламенения
\:11>1 можем 'в определенных обстоятельствах 'Не касаться
особенностей цепноrо меха'НlИзма реакции, констатируя
лпШЬ тот 'несоМ'НеН'Ный факт, что реакция !в roрючеff cpe
де ПРИБОДИТ к разоrреву и самоускорению. Самовоспла
менение в tDбщих чертах рассматривается здесь :как теп
;ювое. Цепной меха1Ш3М вза:имодействия сказывается
лИШЬ на существOJ:ЩИИИ .некоторых особенностей.
n(JИ 'Рас,пространении f1ламени реакция танже. как
правило, протекает по цепному механизму. PaCCMaTpм
Бая OOHOВIНыe ЗВ'КОНомер1ЮСТИ этоro rnpouecca. МОЖJЮ не
учитывать цепноrо хара,кте-ра реакции, reпловые факто-
ры при rорении пвляюJX:Я определяющи-МIИ. Св'ма цеmзя
ре,пщия не может протекать без 'СОответсwующеro разо
rревз: при низкrих температурах развитие цеп-и реакций
прекращается и акт,ивные центры быстро преврашаются
в устойчивые конечные продукты.
ТеПJlООТВОД и критические условия воспламенения.
СаМl(l'Воспламенение roрючей среды 'Возмож'но только при
определенных условиях. Процесс тепловыделеН1ИЯ пр1t
реакцИи СОПРO'lюждает-ся теПJIООТВОДОМ от саморазоrре
вающейся реаrирующей среды в окружающее ПросТр8'Н
СТВО. В случае ,предварителbIНОro наrpеван.ия реактора до
определенной m-ин'И.мальной температуры самовоеlf1Ламе-
непия Ti, тепловыделенlИе lIрИ реакции становится бо.тJЬ
ше теплоотвода_ rаз рзз'Оrpевается, и- реакц'ия уокоряет
ся. В -результате разница -между скоростями теrmовыде--
.'Тения и renл-оотвода лроrpессивно увеличивается, и
происходит теПJJОВОЙ взрыв, практически с таким же разо-
rpeBQM, как 'и при аД1fаБЭ"J"ИЧеской реакции, т. е. без теп
.f[OBbJX :потерь, Если т пература. хотя бы немнoro мень.
ше температуры самовос.пламенеНlIЯ, теПЛDвыделенне
11 теплоотвод ура'В'llиваюreя уже IПрИ незначительном pa
зоrреве, IН ytТЗiнавл;и'Вается режим медленной реакции
-
с пра'Ктич к,и ПОСТОЯ'НlНои скоростью.
Температура самовоспламенения в отличие от таких
величин. как температура rорения. нормапliliая скорость
лламеllИ и концентрационны.е 'пределы взрываемости. не
является физи,ко химической константой среды (для З8-
1
да:ННоrо состояния этой среды). nоми:\ю состава и Дав.
JIен'ия. на I1ел'Ичину T i влияют таижс размеры реакцион
НОТО сосуда, материал и СОСТОЯНИе поверхности ero CTe
roк.
Последний эффект является слелствием цепноrо Mexa
I1изма реакции. Уничтожение и образование активных
центров может .лроисходить на твердой поверхности,
в том ЧНС.1е !на стенке реакциопнот{) сосуда, которая
участвует:в соответствующих 'реакциях в 'Качестве KaTa
лизаroра. По этой причине резутпаты измерения Т;. Ч8.
сто .nл-охо БОСПРOlИЗВОДЯТСЯ.
Механизм теп.'100ТВQДа при 'протекании самоускоряю
щейся реакции 'Имеет существснное зн.ачеIlие Д.'IЯ задач
те:!rn'ПКИ взрывобезопаености, так как он определяет Tpa
Нlицы -ВОзможности Иilициирования очаrа rорения. При
саМQразоrpеве реаl'ирующей rорючей среды внутри Ha
Третото сосуда тепло реакции может ОТВОДИТЬСЯ только
Б стенки сосуда. Если саморазоrрев rаза ;}lепостаl'ОЧен
Д.'1Я БОСП.'Iаменения и у.станавливается стационарное co
.сТОННlие 'медленной реаКЦШI, температура достиrает MaK
симума в цеНтре сосуда, в частности ДЛЯ цил'индрическо
1'0 реаКтора :нa ero оси.
Анал'из тепловоrо режимiJ. реакции при самовоспла
менении приводит К заключению, ЧТО перепад TeMnepa
туры в .стенках реаКТора пренебрежимо мал, IfIрактиче
еюи lJ:IезавиеiИМО от материала и толщины стенок Вся
разность температур приходится на реаrирующий rаз;
реаКция, протекающая Б rазовои фазе, на температуру
стен-ок праКl1l1Чески 'нс В.1:ияет и неЗ<:tвисимо от хода peaK
1\.I-f!И 'в rазе она ()стается равнои 'начальнои.
Пока реакция сохра'няет стационарный режим, рiJ.зо
трев rаза (в точках, rде температура максимальна,
например dJa осrи) 'Не превышает пре/l;ельноrо з-наче:пия
e RТZIE. У предела саМОDоспламенения (т. €. при
Т"", Ti) -величина е обычно не 'JIреВОСХОilИТ 1ес:кольких
Десятков траду-сО'в. Если rаз разоrревается сильнее, pe
жим реаКции переходпт во взрывной.
Холодные пламена. При наrревании rорlOЧИХ смесей
'J-JНоrда lюз'никают таи называемые ХОЛодные пламеНа.
В них 'кимич€C,кое 'Взаимодействие приводит к возникно
вению свечеш1Я, которое:не связано с разоrревом, а nрел
-ставляет собой хеМIfЛЮМИllесценцию (о видимой обла
СТИ, см. ПриложеНJ1е I ). Раз{)rрев roрючей среды Б
28
aflll Or.! случае Зllачителыю меньше, чем при полном
ДIfабатическом превращеllИИ Б rорячем лламени. при
,{отором всЯ химическая знерrnя -расходуется на раЗОI'рев
л О!l.УКТОБ рсакцtlи. Зона ХОЛОД;JIОIJ,lIaменноrо rорения
r.1 жет распростра'lIЯТЬСЯ в 1lространстве, кан и rорячее
n.l aMH .
ВоЗНIIкновение холодных 11ламеII связано с разви
I'иеМ реаКЦПil. имеющей чисто цепноЙ механизм. nодоб
Hl,1fl характер M{)rYT 'иметь реакции, 'при ноторых замеk
.:сеНЫ развств.-rIения цепей; тание развеТВ.lения азывают.
ся Dьтрожденными. Они ()бусловлепы образованпем
сравнительно маЛОЗК'I1IИИiЫХ и потому долrОЖlIВУЩИХ
промежуто'l'НЫ'к продуктов. Б широко распространенных
проu.есссах окисления ЮIСЛОрОДОМ уrлеродсодержащих ro
рючих вырожденные .разветвления обычно связаны с
обра30Dаhием перекисеи и альдеrИДОВ.
Специфика протекания цепной 'реакции с вырождеJI
пЫМII -разветвлен-иями заК.'1ючаетсл в том, что ее тепло
rюи режим может быть б.1:ИЗОК Н iизотермичеСКQМУ. Это
обусловлено сравнительно малои скоростью реакции,
цепное самоу,ск()реНlие становится ВОЗМОЖНЫ\l уже при
низких температурах. ,Б результате тепло реакции у-спе
Бает {)тводить'Ся через теIП<И, fl реаf1ирующая срела за
метно не разоrревается. При БО.'1ее Иilте -СИ'ВI-IОМ хиМ'иче
СКОМ пре-вращении разоrрев 'Перестает быть стационар
IIЫМ и возникает цеПОЧiю теплавой взрыв.
Скорость разветвления uепей определяет хара-ктер
В'(}зможноro воспламенения. Бели развитие реа-кции свя
З3'но С обраЗОВ3Шlем аКТИВlIЫХ короткоживущих атомов
и радикалов, реакция немедЛС'ННО лнбо затухает Jшбо
u
Происходит IIOЧТИ адиабатическим цспочно теnЛОБОИ
взрыв.
При преобладании вырож.денных разветвлении
ВОЗМОЖIIО образование .почти изотермических хоЛОДных
lIаамен_ Скорость сзмоускорепия определяет теllЛОDОЙ
режим реакции.
ХО.'ЮД1-юпламеНllое ropeHlle rJle связано со значитель
IIЫ" ростом давлеНIIЯ, создающим БО3МОЖ'Н-ОСТЬ разру
ШСНИЯ аппаратуры, м еамо по себе опасности не пред
стаВ.1яет. Однако в опреде.'JеНIIЫХ условиях такая peaK
ЦШJ, самоускоряясь, ВЫХОДИТ НЗ J-Jзотермическоro
РеЖII1'IIа, холодное 'п.чамя -llереХОДIlТ в rорячее. Таким об
разом, ХОЛодное П.'IЗМЯ, вознмнзя при низких температу-
29
рах. может иннц.И'Ировать тепловой взрыв, что имееу
сущecтвemюe з'на'ЧеНlИе для задач техники безопаенос1'И*
Период индукции. rорючая среда. оыстро наrpeтая
ДО температуры, большеIi T i . воспламеняется 'Не сразу,
а (;)ПУСТЯ lfIекоторый 'Промежуток времен'и "t', именуемы'
перыодом ИНДУКЦИИ саМовоопла'менения. За время 381
держюи воопламенения IПротекает ero подrотовка
on
ре деленное раЗВИтие реаКЦIНt: и .накопление в реаmрую-
щей систеМе тепла либо доетэ-
7/., ТОЧНОl'о количества активны"
1,0 центров.
О 8 Величина периода индук'l
I ции зависит от тех же фактOI
0,& ров. что и температура восплаi
О
менения. При тепловом меха"
I
ииэме ве.лнчина '(, как пра"ВИJJО
0,2 не 'Превосходит десятых доле
О секунды. При цепном {почти
4Е 0,'1 0,& ($8 {О tt, t изотермическом) механизме
она может быть намною боль-
шей, если активные центры
или промежуточные продукты,
из которых MorYT образовы
отличаклся сравнительной устойчи-
Р.ис. б. Изменение KOНЦeн
трацИИ 00 вреМени при oa
мовос.пламенеиии.
ваться эти центры.
востью.
При саМОВОСЛJIаменени,и ,rH)CJIe опреде.пеННQrо BpeMe
ИН резко уменьшается концентрация недостающеrо КОМ.
понента, э следовательно, возрастает скорость реакции.
I<ЗК это иллюстрирует рис. 6. По оси абсцисс отложено
время t от начала реакции. по оси ординат
KOHцeHTpa
ция недостающеrо компонента смеси nt.
В течение 'Времени т !Концентрации и
ходных Be
ществ остаются практич&юи неизменными. В момент
t==t, реакцию МОЖНО счи'Мть прз,К1'!Ичеоки законченной
и lНедостаЮЩ1fЙ компонент 'ПОJIНQoCТЬЮ выroревшим. Раз-
· Очевидио, ЧТО основные свойства большинства самопроизволь..
но протекающих ХИNическнх реакций
их 5КЗ0термичность и YCK
реlтие при повышении температуры
ПрИ80ДЯ'r К тенденции peaп
ных процесоов проходить 11 одном "3 двух ПОJ]ЯРНЫ]( режкмов: пО'(.
тн адиабiilтическоrо
бbJстроrо процесса иnи ПОЧТJI II:юrермическQ<I
ro
медлеnноrо. ПромеЖУТОЧНbJе состояния ИМеют обычно TeJ.lДeiJ'
цию t< переходу в один из по.лирно ПРОТИllOположных усrоfiЧllВыj
режимов.
80
мее1СЯ, <шределенноrо момента окончэния резкuии lIе
. ,ществует, так как в IКOHцe процесса при малых КОН-
ll
нтраi
иях недостающеrо компонента вЬИ'Оранне ero
остатка СИЛЬiН{) ЗдмедЛЯется.
Основное количество lIеДО<:ТCJющеrо компонента BbIro
::зет ЗCJ время t,
T, значительно меньшее, чем т. Полное
ремя превраЩe1-l1JЯ t r практически -(ОБладает с перио
ДОМ иидукци,и Т, подroтовка реакции занимает rораздо
больше времени. чем соБС11ВеНflО ее протекание. Соответ.
СТlJеННО этому преД:ВЗРЫ'ВlIОЙ разоrрев (при тепловом
взрыве) также lНевелнк, к моменту окончания периода
ИНДУI<ЦИН он не превосходит нескольких десятков rpa-
дусов.
Адиабатическое воспламенение. Помимо восппамене.
ния rорючей среды Б нз.третом сосуде, возм{)жен и дpy
roй вид 'воспламенения, уже fle са МОПрОИ3ВОJ1ЬНОro,
а БЫ нужденноrо. Если иаrреть roрючую среду, находя
щуюся !в сосуде с ХОЛОДНЫМИ nенками. путем сжатия
в адиабатических условнях, т. е. достаточно бы
троrо,
она может
Ламениться. Это произойдет в том слу
чае, если тем<пература, Достиrаемая 'при сжатwи, будет
настолько высока, 'Что тепловыделенне, ПРОIfсходящее
ВС,1едствие нэчавшейся реакции, превЫСИТ теплоотвод.
Воспламенение при натрепании адиабатическим сжа
7ием имеет тепЛОВУЮ .природу ввиду ;непродолжительно.
сти разоrрева. минlима.пыIеe температуры ВQCпламене
пия здесь MHOro выше !ВСЛедствие более ннтенсивноrо
теплоотвода ОТ разоrpетсro таза щ н
возмо}Юностп ини
циирования активиых центров на стенках, остающнхся
ХОЛодныr.ш. По этой же прlftrине критичесК'ие температу-
ры воспламенения лри (Измерениях лучше воспроиЗ'Во
дят{:я.
Явление адиабаrnческоrо .воспламенения имеет важ
ное значение для задач теXlНиIOl Бзрывобезопзсносru. та'К
ка}{ оно {)б
JJOвлИ'вает -возможность наиболее опасноl'О
реЖJlМЭ rорения
деТOIIlаЦИJl.
4. УДАРНОЕ СЖАТИЕ И ДЕТОНАЦИЯ
Ударные волны. При резком повышении давления
в rазе ЩJJИ ЖИДКОСТИ возникает BOJl1Нa сжаТiИЯ
ударная
ВОЛНа. Она раопрострз1tяется по сжимаемой среде, 71epe
31
водя ее в СОСТОЯНИе с большей .ПЛОТНОстью. Ударная вол
На представляет собой rраницу скачкообразноrо перехо
да СОСТОЯНИЯ :вещества .от ИСХQДНоrо к сжаroму В си.лъ
ных ударных ВШlНах это ИЗflrенение ПРОИСХОДИТ на
расстоянии порядка Длины своБОДllоrо пробеrа
молекул.
Возникновение ВОЛНЫ сжа"11ИЯ обусловлено тем. 'Что
локальные изменения ДаБ.'lения выравниваются не ltlrнo
ненно. а с конечной, хотя и Достаточно большой ско.
ростью, лорядка сКорости звука в данной cpeдe
Да:В.'Iение rаза "в ударной волне Отл'ичается от Давле
}шя в неПОДВИЖIЮМ rазе. Давление !На степки зависит от
ориентации ее :ловерХНОС1'lJ jПо отношению к направлеНlIЮ
ДВ'ИЖ€lНJJЯ ударной ВОШIЫ. Поэтому закон Паскаля здесь
не выполняется.
Значение заКОlюмерностей ударноro сжатия для Tex
ники безО'ла.сности обусловлено 'прежде всето силь"Ней
ШИМ разрушающим деИствием ударных волн. Особенно
CYIЦec eHHЫ заКОНQмерности поведен'ия ударной ВОЛНЫ
I1близи неПОДВИЖIIОЙ .nреrpады. В СИJIу ПрИНципа ОТIIОСИ
те.fJЬН ТИ Д8'ижения торможение r.аза. сжатоro ударной
ВОлнои. у препятстВ'Ия, HopMa.rrьHOTO направлению pac
nростраliения волны. Slквивалентно движению этоrо те-
ла в обратном щшравлел'ИJj по ненодвижиому J'азу. Пр}!
этом преrрада 'ЛОВТОрНО -СЖимает rаз, уже сжатый ИСХОk
ной, 'IIадаЮIЦей Волной. Поэтому встреча ударной волны
с преrрадой iI1РИВОДIlJТ к образО'ванию отраженной yдap
ной волны -и еще более сильному .сжатию rаза.
Таким образом. отраже'н:ие ударlЮЙ волны от преrра
ды может u вызвать чрезвычамто ВЫСОКИЙ. хотя и Kpaткo
Временныи рост давления. Роль преrpады. отражаЮIЦей
ударную 'ВОл.ну, MorYT ВЫполнять не только стенки сосу-
да ИЛ!И стены закрытоro ломещеН1fЯ. но н 'Всякое TBep
дo тело, ОК8зывающееся на пути распространения yдap
нои волны.
Поскольку ра пространение любых возмущениЙ Б та.
зе "ПрОисходит СО скоростью, lНe 'превосх{)дящей скорости
yдapHO БО lНЫ. [(оведение такой волны и ее разрушаю
щее деИСтвие П1е зависят от Toro. движетсSI ЛИ О'На в OT
НрЫ1'Ом иди закрытом сосуде: удар-ная ВОЛНа слепа. По
этой ПрИЧине различные разrрузоч'Ные устройства 'Лре
дохрапитеЛьные клапаны и разрывные мембраны 'Неэф-
32
фектнвны по отношению к росту да'В,lIения в ударных
нолнах* .
Разрушающее деЙСтвне ударной 'ВОЛlIЫ может быть
IB"'X типов, В зависимости от свойств объекта :ВО3Дей
ст';;ия. Если разрушение прои.сХОДIlТ неПОСРЕ'дствеюю
iJ(.::lед .а отраженпем ударноЙ DОЛllЫ, опредеЛЯЮ1Ц11М
)1В шется МaJ{СllмаЛЫlOе давление. Таково '1юложенне пр"
nО"А.рьше заряда ,взрывчатки lIа iтюверхности стальной
н.1I1ТЫ.
В дрyrих случаях разрушения происходят миоrо 7J03k
нее "Приложения максимальноrо давления оследствие
ннеРЦ'ИОlf\НОС"f'И объекта воздеисптя. Таков характер
:iействия ударных ВОЛ I на строеиия. 1(1lрпичная стена
высотой 1,5 и шириной 0.5 м будет опрокинута, если ее
центру тяжести сообщить скорость 0.5 M/c IВремя llepe
Jещения ее центра тяжести до КрИ ическоrо лоложен.иg
составляет 0,25 с. что 3НаЧИтель'но больше времени дей
СТЩШ ударной ВОЛНЫ, способной '1Iовалить стену; З8 pe.
u
)tЯ HOHTaf<Тa с БOJIНОИ стена ;наклоняется лишь lНе3JJачи
теЛliНО. Возможность разрушения та'Ких спеЦllфИЧески
инерционных сметем определяется не макоСИМальным
1:8ментием, а СУММ8РНЫМ ИМпульсом J !!pdt.
1\ разрушениям I[Jромышленных и жилых сооружений
'южет при:водить уже срз'внительно небольwой рост Дa'В
епля в ударной волне в случае воздействия волны на
БО.1ьшие 'площади. Волна с амплитудой 3,5.104 Па раз
р}шает зда'Ния, а при неск()ль"КIИХ тысячах Па выблвает
ОКНа. Человек может !Перенести действие ударноЙ ВОЛ'НЫ
ОКОJlО 5 10-i Па. если не будет брошен ею на землю, что
'Южет привесm к смертельному -удару о поверхность
зем.чи.
'" Предохранительные клапаны, рыqажные или пружиниые. яв--
.1ЯЮ!ся распроcrpанеllllЫМ и BН:ЫM (если исключено бhJСТ
Рое нарастание давления) средством обеспечения безопасности co
судов, работающих под давлением больше атмосфериоro. ОНИ co
"-IДают возможность стравливания содерЖимоrо сосуда при опасном
ВОзрастании давления. давая в аварийноя итуации выход сжатой
СРеде. В ряде C.l!учаев предохранительные клапаны заменяют MeM
браН1IМИ, как праJШЛО. из меТЗЛЛfIIJеской фолын, ЗЗКРЫВ8ЮЩljМИ BKOJl
" СБРОСНЫе трyбoпpvводы. Мембраны разрываются при соответC'rnУЮ
ЩС)! БозраСТ81111И давлеl:IJIЯ (оБЫЧIIO на 25% 'по сравнению с рабо
ЧИМ). Следует учесть, ЧТо применеuие раЗРЫВI:IЫХ 1.Iембран связано
с I1зБес11iыM pllCKOM нарушеНJJЯ rерметичности в C.l!учае наличия He
l.амечеНJjЫХ дефектов 11 N8терИ8J1е и вследствие коррозии.
3 2186
33
Воспламенение 8 ударной волне. Сжатие в ударной
волне ПрИВОДИТ J{ лраJ{тически мrновеиному изме,
непию состояния rаЗд, }тве.'lичению ero 'I!JJO'I1НОСТИ '1t TeM
пера туры_ Наrрева'Н'ие при :сжатии В ударной Волле ro
разно больше, чем Пр'lf ана.'Юll!1ЧНОi\1 сраВ1IИтелыlO Mek
.ченном ад-иабатичеСIЮМ сжаТИJl, описываемом адиаба
Той Пуассона. АБСШlютная температурв rаза, сжатоro
С'и.чытой ударной BO 1'Н()M, прибтfзите.'IЬ'НО .пропорциональ
t-Ia давлению в Бо.'IНе. При медден'Н-о:м адиабатическом
сжатаи КOIНе'Ч'lIаfI температура 'пропорщ-юнальна ДаБле
JIlИЮ в -степени, ра'Вной (,\, I )/,\" rде 'У""" Ср/С, отноше
нне теплоемкостей при 'ПОСтоянных Давленыи И темпера
туре; для 'воздуха при .кОМНЗ'l1н-ой TeMТIepaType (y
1)/V O,3. Поэтому ударное сжатие nреДСТЗоВJIяет co
бой :на'Иболее :мощный ра'Сlпространенный в природе
и теХНИКе импульс силыюr() 'наrpевmruя ('Кроме электри
ческоrо разряда).
Пр>и достаточном на;rревании rорючей среды ударной
ВОЛ'НQЙ стаIНОБJИ1'СЯ возможным ВОспламенение. Такую
возмоЖНость необходИМО УЧU'ТЫБать при оценке B3pЫBO
опасности установок, в которых ПРоизводится комприм'И
роваНlИе, а также при раз-рывах оболочек или быстром
Q
перепуске rаза из аппаратуры, содержащеи rорючую cpe
ду. Т (11<, при разби'Ва!нии ,ва,куумирова'Н1-Юro сосуда, иа
при мер I1еВ 1юченной электрической .1'JаМ1ПЫ, 'в камере,
.
заПШl'НеН!н-ои roрючеи смесью, становится ВОЗМОЖНЫМ
воспламеtlение этой смеси. Очевидно, это явление СБЯ3З
.
но rc наrревание-м в отраженнои ударнои волне IБзрЫв'Ча
той смеси, 1JтекаЮщей в разбитый 'Сосуд.
Воспламенение rаза при кратковременном СИJIЫЮМ
наrреваНИll ИlJоrда изучают в при боре, ПОЛучившем Ha
звание ударной трубы. Она состоит из двух камер BЫ
СО1юrо .н rnИЗIl.оrо давл('ш'ия, разделенных rерметичнои, но
u 11Io ""
тонкои :переrородкои, lIrрающеи роль разрывнои MeM
браны. I(амера низкоro давления, объем которой MHoro
больше, чем у камеры высокоrо давления, заполняется
исследуемым rазом. В камеру BbICOKOro Да'вления Meд
JI-8HHO впу.скае я инертный rаз; mри определенном дaB
лении !'IIембрана разры'вается. инеРl1НЫЙ rаз втеКает
в камеру ПIИЗКоrо Да'ВJIetJия. При этом ВОзникает 'Падзю
щая ударная воЛна, наrревающая исследуемую среду;
повторное '1lзrреШl'Нне !ЛРОИСХОДИТ в отраженной от за
крытою конца трубы уда'рной ВОЛtае. Температура и Bpe
84
пр ебывания таза В lJIarpeтOM состоянии MorYT быть
....,я
тоЧНО вычислеИЬJ. Их соотношение опредеПfIет возмож
.юСТЬ воспламенения с ма.'1ЫМ пер-иодом ИIIДУКЦИИ.
Детонационное I"орение. При н.arревании rорючеи
ре,ДЫ ОДИНОЧНЫМ, впоследствии затухающим и}..IПУЛЬСОМ
жатпя м{)жет возникнуть локалыlйй очаr rорения,
а вС.1ед за ним распространение дсфпаrрацнп, Mexa
нJlзм которой описываlIСЯ iВыше, по вce1\IY объему rорю
чеЙ среДЫ_
Однако расширение rаза, СОПРОВОЖQающее сrорание,
а '10 может приводить к сжатию и наrреI3а'lПlЮ новых,
ще ХО.'lодных слоев взрывчатой среды 'и ее BOCnJ!aMe)le
юrю. Расширяющиеся ПР.()ДУ1(ТЫ реакции иrрают рол
сжимающеrо ПорШНЯ. ВОЗНИlшет комп.ч кс из ударнои
ВО.-ШЫ 1f следующей за 'Нею зоны быстрои реакции в ['a
зе, lJIarpeTOM ударной 'Волной. Расширенпе rаза всле ст
вне теп.човыделения в ЭТ()Й зоне 'поддерживает устоичи
вое существование УДар'IЮЙ волны. Такой ко\ш."Iекс, HMe
нусмый деТОШЩIfОТШОЙ волной, стационарен, он расПрО
стра'няе1'СЯ без изменения структуры на пеоrРдJfИчеюfOМ
протяжении. Q
При дефлаrрационнш..1 roрснии происходит ШХ:ЛОИ1Jа
-передача подж'иrзющеrо им-пу.чьса путем мо."Iекулярнои
теплопроводности, давление !J10ВСЮДУ остается IЮСТОЯП
ным. При дет-онац'И'И от слоя к -слою передается лишь
импульс сжатия, теплопроводность Б этом проu.ессе не
Иrрает ро..'IИ. Деroнационная волна распростраllЯe1lCЯ
с оrpо:М'ной скоростью несколько километров в ceKYH
Ду. Давление в детонационной волне Iiримерно вдвое
больше ма-ксималь-ноrо давлеll'ИЯ адиабатическоro cropa
пия в замкнутом сосуде. При отражен!!и от !I1реrрады
Давлен'не Б детонационной волне доп()лните.1ЬНО возра
стает в два BOC€MЬ раз. Поэтому очеВИДIIО, что дeTO
нация может ПрИБОдить к БО:JЪШИ}f -разрушениям. Раз
рушающее действие детонадии 'Не зависит от TOro, воз
никает ли она в открытом II.ЧИ закрытом сосуде.
ОТJIИчительной особенностью детонации является ее
строrая .стаLlионарность. В достаточно шнро!шх ЛЛИЩIЫХ
трубах она распространяеп:я с пеизметшои коростью,
которая не завиCJИТ от аппаратурных усло ии 1I даБ.тJе
ния И лишь С.'1або зависит ОТ началыlOИ температу-
ры. Друrая особеН'lЮСТЬ детонационноrо rорения. заклю
чается в том, Ч-ТО при детонации продуК7Ы реакции
з5
З.
движутся в ту же СТОРOl'У, что JJ зона реакции,
Тоrда как при дефпаrрации эти направления Противопо
ложны.
В ОТДИЧИе 01' дефлаrрации. скорость л.еТОШЩИОН'Jтоrо
rорения Не зависит от "КинетИКИ реанции в I]Jlаменп. Oco
беlПЮС1'П кинеТИI<И существенны ТОЛЬКО для самой воз
МОЖIIОСТrН 'ВОЗПНКНОDения детонации. СКОрОСТЬ детона.
ЦИИ ЗЩШСИ7 ТОЛЬКО от калорийности rорючей среды
lJ р счетr на е:щнпuу массы и от отношения 7еПJJоеМRО
стен V д....1я прод..уктов реакции. Влилние J:сходноrо COCTa
ва 1Ш скорость детонации определяется ето влиянием на
указанные величины. ХОТЯ ширина зоны. 'в ноторой про
И'СХОДIIТ 'Изменение даВЛellИЯ. 'Имеет порядок длины СБО
бодноr ,пробеrа молекул. химич«кая реакция 'II ДeтOHa
ШЮНIIОИ волне требует М'I-Юrчrх столкновений; ЭТО оnреде
.Ilяет сравнительно большую ширину зоны реакции при
деТОlJации. Расчет и опыт 'Показывают. что она Мlюrо
болыпе. чем .при деф.ттаrрации, порядок ее величины
l см.
Возникновение детонации. Детонационный режим TD
рения возникает во 'взрывчатой среде 'IIри ее сжатии дo
стаТОЧIIО СIJЛЬНОЙ ударной БаЛ-НОЙ. Такая волна может
создаваться внешним ИНИЦ1шрующим Р.мпульсом сжа
тин. на'ПрИ'-1ер. от заряда тверд..ото или ЖИДRоrо '8зрЫвqа
тото вещества. Известны случаи 'ВозНикновения ДeTOHa
UlПI, O этому механизму на JIромышлеlllН Х объектах при
во3;t)'шных бомбаРДJJровках во время воины.
Однако Д.t[Я задач 'Техннки взрывобезопаспости ro
раздо ваЖнее_ саМОUРОИЗБОЛьное ВОЗНикновение дeTOHa
ци![ -в торящем rазе. ДОствточ.но быстрое сжатие rорю.
чеи среды ВОЗможно при расширении rаза в -лроцессе
сrораНI1Я. Наrревюrие в ударной 'волне до температуры
адиабатическоrо воспламенения .с малым периодом Ю:l
ДУIЩII'И требует очень выеоК'их скоростей л:вижения
rазз до 1 КМ/С. Рассмотрим, "в 'Каких УСЛОвиях возни
кает столь быстрое ДВ'ИЖение Пlза.
Норма.%ная скорость 'пламени не превосходит lle
СКольких l\!eTpOB в секунду, (j для IIШОПJХ rорючих си
стем. .способных детоннровать десЯТКОВ саНТIIМетров
в сек}'нду. НеоБХОД IМУЮ для Dозниюювепия детонации
бо.:IЬШУЮ СJЮрОСТЬ rазовоrо 'Потока 'СОЗДают расширение
нри рсшщии 11 турGУJШl,ЩШJ l'a3<1. При аднаба'ТичеСJЮМ
сrарании в :JёiКрЫТОИ ТР)lбе rорючан {"реда движ я по
а&
отношению к IIJIOСКОМУ JIJIамени со скоростью и n (po/pb
_________ J ) , котораЯ в 5 12 раз превосхоДиТ величину «n.
О;1.нако 'llри сrарании в трубе фронт пламени не остается
n.10СКИМ. Трение достаточно быстроrо ra30Boro потока
О стctlки 7Рубы ПрИIJОд'ИТ к возра тающей турбупизац:ии
зоНЫ 'fОре'Ния. Поверхность фfЮнта пламени увел-ичивает-
ся, и скорость rорения возрастает в соответствии с зако-
ноМ П.'10щадей (1.2).
При турбулизэции зоны rорения в 7рубе ускорение
n.18мени первоначалыю связано с увеличением раЗЛ'ИЧJlЯ
СRоростей течения rаза 'На ОШI трубы Jf У стенок. При
этОМ фронт пламени все больше вытяrивается. На по-
С;IСДУЮЩIИХ стадиях ускорения пламени возникают ви-
браЦИJI rаза и caMOro 'пламени, связанные с IIоявлением
п отражением звуковых ВОЛ.Н. На определенных участ
ках на'правление движения fl.1'Jамени может -изменять
знак на обр'атный. .Б(}ЗНfЛ{ают отбросы пламе'Н'И в сторону
тОчКИ зажиrания.
ВозрастаюIЦЗЯ турбулизац я зоны rорення в трубе
пр'нводит к тому. что «конус» сильно вытянутоrо nламе-
IIИ перестает быть ifЛ8ДКИМ. Он заменяется раЗJl.IЫТОЙ
турбулентной ЗОНОЙ, 'IJ которой малые объемы и.сходной
-
rорючеи среды и IIрОДУКТОВ сrора'Н1IЯ хаO'I"ИЧески пере
мешаны между собой. При такой возрастающей турбу-
.-шззц'ии зО'Ны rорения ВО3'Н'Ихает осе УСНЛlИвающаяся
ударная волна перед фронтом 'пламени. Воспламенение
Е ней I]рИ остижении критичесJЮЮ режима и переход
Е детонации 'Происходят скаЧl{ообраэно. В силу сизложен.
Horo детонация :в реальных технолоrичесlCJIХ объектах
обыч'И'О 1IOзникает -при сrораlНJШ в длинных трубах.
Преддетонационный 'раэrон пламени :в трубе xapa'Ктe
ризуется расстоянием от точКiИ зажиrания до места iЮ3
Ник,новения детонации. велпченне ;НОРМ2ЛЬНОЙ скорости
пламени и усиление турбулиззции rаза mрнВQДИТ к со.
J\.ращен:ию IПреддетонационноrо расстояния. А6солютн:ое
Значение этоrо расстояния 80зра<:та-ет с увеШlЧением
'шаметра трубы. {)Днаке «JIIИ ero -измерять диаметрами
трубы, детонация леr<че !Вознихает в широких трубах.
Для rладких труб 'преметонаЦИОННое расстоя,",ие. как
НравиЛо, равно нескольким десяткам Д'ШiМетров.
Детонация леrче возникает при I]оджиrании у закры-
IOro КО'нца трубы. но ВОЗМОЖiнз 'и для открытой трубы,
Хотя 'lIptИ этом IIреддетонаl1ионн()е расстояние больше.
87
После Toro как пламя д.остаточно ПрОДJшнется вrлубв
открытой трубы, сопротивление столба продуктов cropa.-
ния соответственно возрастает, .н происходит турбулиза.
цня ЗОНЫ rореНИН по тому же механиз у, что и для за
I<рЫ'I"'ОЙ трубы. При 'Переходе от rJШДКИХ труб к шерохо
I3зтым IJреддетонаЦИОНlное раССТОЯlше сокращаетсЯ!
в IO 20 раз, Т. е. ДО 2 4 диаметров трубы_ Прн rореН'И!1
в ТЗКIIХ трубах rорящий ДВ'Jfжущий-ся r<13 турбупизуется
rораздо быстрее.
в.ОЗМ{)ЖIIОСТЬ УСRореНIIЯ roрения в тр} бах и 'IЮЗIПIКНО-
вения детонаци'll делает rазопроводы и jТЛИlшые аппара
ты с неровной, шероховатой внутренней повеРJ{l}lОСТЬЮ
очень опз-сными объектами, &.ТI'И в 'них Mor}'T образовать
СЯ взрывчатые rззовые системы. Эта опасность особенно
возрз'Стает в случае. коrда такая труба 3lотенциаль-
ный очат детонации соединена с большой емкостью,
D .
ззключающеи тот же взрывчатыи rаз.
rЛА.ВА 2
ПРЕДЕЛЫ ВОЗНИКНОВЕНИЯ rОРЕНИЯ
и их ЗНАЧЕНИЕ ДЛЯ ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ
1. ПРЕДЕЛЫ УСТОRчивоrо rОРЕНИЯ:
Пределы распространения пламени. Опыт показывает.
что смеси I'орючеrо и окислителя MoryT быть подо же
ны пишь В определен-ном диапазоне КQнц.ентрзд.ии. за
пределами KOToporo неВQЗМОЖН() ста ЦИШI арное, т. е. lfIe
затухающее распространение пламени. Эm I'раничные
конц.ентраu. ии наиболее точно называют пределами pa-c
простраНe:IJ'I::I Я llламен:и; для их обозначения ИСП{).'1ьзуют
также более краткие -reрмины «пределы взрываемости»
I «пределы ЛQДЖ{:Irания»*. Различают верхнюю и ниж
нюю IПредельные ;концентрации rорючеrо в смеси, orpa..
IlИчиваюЩ'ие область взрывоопасных OCTaBOB.
Пределы "Взрываемости существенно зав сят от СОм
деРЖ81ШIЯ 'Инертных КОМJюнентов 11 в меньшеи степени
от да:влеllИЯ и температуры. Пределы взрываемости
явля я важнейшей характеристикой взрывоопасности
rорючих rазоВ и -паров. Для смесей rорючеrо 1i ОI<ислите.
.fJЯ -принято устанавливать Iнижнюю :n:ruln и верхнюю :n:та%
предельные IшнЦt l[Т'рац'Ии 'l'орючеrо, оба IПредела мы бу
дем таRже обозначать <жмволом :Пир_ Значения 1tm1n
И Лmш:: 'в :первую очередь определяют 'ВОзможности 'Взры
вобезопасноrо :варЬ1iрОВ8НИЯ состава в технолоrических
процессах.
Значения конц:ентрацжJННЫХ пределов Б известной
Мере зависят от формы и пространственнorо ра'сположе-
ПИя 1Jрllбора, в KQТOPOM они определяются. При 1ЮДЖif-
. Часто пользуются также терМИНОМ «преде,1JЫ ВОСЛ:l1вменения»-
Такая термннолоrия представляется неудоБJюll:. поскольку васМа-
менением обычно IIменую1' самоусКОрЯЮЩУЮСЯ реаКUию в нзrретом
сосуде (тепловое или цепное самовоспламенение). ОднаI{О fI прин-
Ц1lПе ДОПУСТИМО и такое наименование. если из этоrо Ile делать lIe
ВернЫХ ВЫВОДОВ о механизr.lе явлеНlIЯ.
39
НПllЩ У BepXHero конца веРТИkaJiЬНОИ трубbl распрос"'ра
нение пламени возмож'Но В более узком :интервале :КOH
центраций, чем шри поджиrанпи у llижнеro конца. Эта
обенностъ обусловлена воз иК'Новен ем онвеКТИВНЫХ
'П()ТОRОВ, поднимающих вверх IIзrретые продукты cropa
!ния. Появление так:их потоков в rнзвестной степени об
Jlеrчает распространеНИе пламени вверх у rраниц. потери
ИМ УСТОИЧИ'ВОСТИ В 'МедлеНiНоrорящих <,:месях подкритиче
CKoro "Состава. Приводящиеся в 'Справочниках значения
пределов 'Взрываемос11И обычно даются ДЛЯ более широ
Koro ДИЗiПазона 'ВЗРЫIЮOlпасных составов, т. е. для под
жиrания снизу_ Пределы взрываемости смесей HeKOТO
рых roрючих rазов ы !Паров с воздухом и кислородом
приведены в ПриложешПI 5.
Тепловые потери от фронта ппамени и их роль. Из
весТИО, что по мере .понижения содержIOШЯ iНедостающе
('О I{{)мпонента f'орючей смеси, а с НИМ и температуры ro
рения. умеНЬШается норма.'1ьная 'скорость пламени. Из
Jlоженные выше IJIредставления не lIакладывают никаких
оrР8'Ничен'иii .}Ia БОзможность уменьшения скорости ifIJIa
!Мени при обед'нении rорючей смеси. Значение и 71 может.
казалось бы. уменьшаться до f:lУЛЯ. а Т ь до н.ач.аль
ной температуры смеси.
Опыт показывает, что это Не так: скорость пламеIm
не ,может быть меньше определенноro КР'ИТJfческоrо зна
чения. Рядом точных измерений установлено, что ДЛЯ
бедных rорючпм воздушных смесей уrлеродсодержащих
веществ при атмосферном давлении 'Критическое значе
нне иn==Ulф==О.О3 О.О4 м/с. Такое оrpаничение обуслов
лено темовымJ.I :потерями от фронта I1J18МеН1И. Для lМeД
ленных .пламен в смесях тодкритическоro состава роль
этих тепловых потерь оказывается решающей. Они lJРИ
водят К проrрессирующему охлаждению зоны реакции
и nрекращенlIЮ распростра,нения .пламени.
Поскольку тenпooтвoд 'в исходную rорючую среду
здесь не связаlН с тепловыми 1JоreряМ!И. существуют два
фактора, СОЗДающие такие потери: теплоотвод 'в стенки
сосуда, в которо-м 'Происходит roрение. и теПJlоотдача
в ()есконечное 'Пространство излучением. Относительная
роль тепловых потерь в обоих случаях возрастает
с уменьшением с,корости roреН1IЯ, так Как лрм этом про
должительпость npоцесса теПЛООТДаЧИ от данноro эле
мента HarpeToro I'аза больше. При определен-ном 'КрИТИ
40
чес ком значении тепловых "потерь тепловой режим ('ope
ния перестает быть стационарным. реакция ТОРМОЗИ1'(:я
" п.'!амя затухает. Этот режим соответствует nреДeJIj
аспространеНlИЯ пламени.
r Изложен'ное 1l0ЯIC Яет, 'почему СRОрОСТЬ маменн !Не
ожет быть меньше определенноrо 'предель:ноI'О значе
\iЯ, отличноrо от НУJlЯ. На этом пределе тепловые .поте-
ри ДGCтиrают критическоrо для стационарноro торения
ЗJlзЧelНИЯ.
Уменьшение скорости пламени ,при Iнеадиабатнческом
сrораННИ обусловле о охпа ением зоны реакции nnа:
менИ. Однако .иепосреДСТБенная темопередача из этан
зОНЫ в окружающее пространство cpaBIrnTeJll>HO невми.
1\8. Более 'И1Нтен<сивны теПJlовые потери, связанные С ox
.'1 аждением слоев rаза. прилеrающих н эане реакции.
При этом температура остываюЩИХ :продуктов сroраНlIЯ
оказывается .нелостоянной. Она ,всюду f-Iеньше 'reм'Пера
туры зоны реакциlИ. в результате возникает температур
!lЫЙ rpадиент, 'Направленный 'в сторону <:roревшеrо rаза,
и зона реакции охлаждается в результате теnлопровод
насти. В тепловых потерях участвует также и з а подо
('рева пламени. oJlередающая в конечном счете ЧдСТЬ теп
....а реaIЩН'D в окружающее лространство.
Механизм ппдовых потерь у пределов распростране
JIИЯ пдамени. Анализируя тепловоil режим неадиабати
'lCoCKOrO roреlШЯ приходнм к заключению, что теПЛОВllе
потери от стационаРlНоrо ма'мени не MorYT быть 8НЗЧМ.
те.тJ.ыыыи.. На пределе распростра'Нения пламени. неза.
внсимо от механизма теПJlоотдачи. температура roрення
понижается на велН'1Ill'ну характеристическоrо иитервала
8, т. е. a-Ie более чем 'На IOO 2000C. Прll этом нормаль.
ная скорость шеаДlИа6а тич ескоrо пламени может YMeHЬ
шаться \Не более чем в ,е раз. а макеИМl!льная скорость
реаRЦИИ -в пламени в е раз. Е ли тепловые .потери '1lри
подят к большему охлаждению зоны реакции, -пропсхо
\НТ rашение 'ПЛаМeRН.
Прекращение раопростра'неНJtя пламени в результате
тепловых -потерь является основным фактором обоопе--
чения взрывобезопаонос"J1И ra30BblX систем Тепловые ию-
'replI делают !НеВОЗМОЖНЫМ раопространение мамени за
определе-НiНЫМlI rрнницаr.<I!И состава и аппаратурных у<:ло.
ПИЙ. Механизм тепловых потерь и 'Их кнтенсивность IITpa
U)T решающую роль для задач взрыщ)безопасности
41
ОчеВ'ИДllО. что -интенсивность тепловых потерь Иi .Т1у
чением днознач о определя€тся темпер турой и COCTa
БОМ rаза. на нее не MOryT влиять аппаратурные условия.
Напротив ТОСО, теПJЮОТДача в стенки теплопроводностью
существенно аависит 'От pa3MepOB сосуда, заR.'lючающеrо
охлаждаемую среду.
Прl1 rорении В узких каналах теП.'1'овые потери имеют
в основном механизм I{{ШДУК'I1ИВНОЙ теплопроводности
к стеакам канада. Здесь штаждае'JICЯ зона рещщии за
ведомо взрывчатых rазовых систем. В достаточно УЗКИХ
каналах возможпы rасящие тепловые потеры даже для
наиболее быстроrорящих -взрывчатых систеМ. Э1'О ЯБле
Iше ИСПОJIьзуется при примененши оrnепреrрадите.тIеlI
u
С узкими ка'налами. отдеЛЯЮЩИМИ ОШJСI'ЫИ аппарат от
защищаемоrо {)fнелреrpздителем окружающеrо 'про-
cTpa'r lcrna, 'потенциально за'ПО.'Iнепноrо взрывчатой cpe
дой. Друrоrо выхода "из опасноrо а-лпарата rаз и П.ча
мя 'не имеют.
С у.величением Д1иаметра К:fиа.'1а уменьшается интен
сивность тепловых потерь теплопроводностью к стенкам.
В достаточн'о широких трубах такие тепловые потери
преJ!ебреЖllflЮ малы. В mреде.:J:е тепловоЙ режим пламе
ни в д:остатО'Чно широких трубах х:оВ'падает с режимом
сфери'Ческоrо lЛЛам-ени, для KOТOpOro потери теплопро
ВОДНОСТЬЮ О'l'сутствуют. Рв'С'пространеН'1:Iе !ЛламенiИ Ta
к.ой ап'паратуре может 'Стать 'lIевозможным только при
условии .возрастания тепловых 1I10терь излучением до
определепноrо Зlначения.
Т еП"ювые потери :излучением 1/€'сущесrnенны для
быстрых :IIламен, ПОСКОЛЬКУ они лишь rнезначительно
СНИЖают температуру rорения*. Однако 110 мере yдa
леп'Ия состава смеси от стеХlIометричес-хоrо или увели
че"ия содержан'Ия инерТНоrо KO}ol, п()непта температура
rорения, а с нею и нормаль-ная ск{)рость плзмени }'MeHЬ
шаю'Т"Ся до критическоro значения. Так, потери излуче
нием, 'несущеСТJвенные для быстрых П1Ламен, <становятся
для :1vtедленlНЫХ 'l1.'IЗJ\fен 'ваЖiнейшим фактором. опреде
ляющпм предельные ус.'10ВИЯ -стационзрноro rорення
в бесконечном простра!Нстве. ОНИ ОПРедеЛяют значения
концентрационных пределов Бзрываемости наиболее
* Выше (стр. 16) оrОDарнвалось, что возможность 11IIтенснвной
хемилюминеСllеНЦIШ некоторых достаточно быстрых nлэМеll здесь не
УЧИ'lЪ!ваеТСJl.
.2
J3вЖJIOЙ для техники безопасности характеристики rope
нИЯ.
ИЗJIучеllие продуктов сrорания наиболее распростра-
НСl!lIЫХ roрючих систем определяется в первую очередь
прнсутствием в 'Них .ц.вуокиси уrлерода и -воды. Азот
JI кислород лабо излучают при температуре пламени.
Расчеты интенсивности излучения продуктов сrоран'Ия
ряда уrлеродсодержащих rорючих смесеЙ !ПодТ'вердили
теорию iIIредела, они дали критическое значение U1!P'
приблизн'Тельно СОВПаДающее с вышеуказанным эыспе
римеlIтальным.
Концентрац.ионные пределы Бзрываеl'lОСТИ не{)бходи
:.10 определять в таких аппаратурных условиях, при 'Кo
торых охлаждающим действием стенок можно заведомо
пренебречь и rореllИе происходит в таком же режиме.
как и в бесконечном IПростраlнстве. ОПЫТ показывает, что
прИ Jюрмальных условиях эти IИскзжения ма.чо СУЩест
вепНы уже для труб диаметром свыше 50 ММ. Этот МИНJ-I
\Iа;шный диаметр принят в качестве стандарта для опре
;rе:lения концентрационных преде,IIOВ взрывае){ости. Из
\lсрепия для более УЗКИХ труб MorYT давать зауженные
.шачения rpа;ниц взрываемости; 78Rая методическая ошиб
li:а одна из 'Причин зна'Чительных iЛОI'рсшностей в ряде
старых нсслед:ований.
В некоторых уqебник,ах имеются ;JIeBepHble указания
Щj зависимость :пределов взрываемости от 'МетодиК!И 'Их
IIзмерении, в IIервую очередь 'От -способа ПОДЖиrания
IIС'С.'Iедуемой смеси. В .действительности при фИК-СИрОБан
"O I давлеНlПl и начаЛЫIQИ температуре эти пределы
представляют собой физико химическую константу ro
рючей смеси. Кажущееся непостоянстВQ .пределов B3pЫ
ваемости может быть связано -с недост ткаьrn :методики
ИХ определения. В од:-них с.1'Jучаях это уrнетающее
В.1ИЯlше стенок, еc.rш !Измерения ,проводились в С.'IИШIШМ
узких сосудах, или следствие поджиrания сверху. В дpy
rпх сказывается недостаточность 'М-ощности (энерrЮI)
Поджиrающеro импульса. Эта мощность никак НС хзрак
теризует возможность стационарноro rорения в бесконеq
НО'1 пространстве. т. е. "На \достаточном удалении от точ
I,п зажиrания. а такая возможность является единствен
IblM критерием lJюложения rраниц взрываемостн.
Хотя в nршщнпе преде.тrы взрываемости од'Нозначно
определяются составом и состоянием смеои, методиqе
43
ские 1'РУДНОС1'И ИХ измерения, обусловлеll'ные i-!еобх()Jtи
мостыо вы-полиения указанных требований, бывают на.
столько знач-ительны, что результаты измерений Moryт
сильно отличаться друr от друrа. Иноrда такая трудно
устра'1:IИмая поrрешность ДОС1ТИrает 30 40% значения
пределов, причем бывает нелеП{Q указать lJ-Iа очевидную
методическую ошибку.
ры разоrретой зоны 'и окружающеro пространства BЫ
Рl:lВlIивают<:я. т. е. Т (r, 1==00) ==ТО.
,в rорючей среде наrреllаlIие рззрядом вызывает дo
I10ЛlIите.'1bJюе т .пловыделеll1-Iе при химической реакции,
3ТЗ Эllерrия добавляется к энерпш 11ачаЛЫlOrо iИмпульса.
По мере раСlllllрешПl -сферы \Iшrревя cyr-.'jМЯРПО IШJlПЧС
СТПО Ten'J1a и доля в нем эперrин ХИМllчеСli.оrо превраще
ния все БО.'lее возрастает. далыlйшееe понижение TeM
лсраryры за'мед.flЯе1'СЯ.
т т
2. IIРЕДЕЛЫ ""ИЦИНРОВАНИЯ rОРЕ"ИЯ
Механизм ПОДЖИl"аНИII электрическим разрядом. При
пропускании электрическоrо разряда через rаз поспе.д
иий ионизует<:я, 'Превращаясь 'в -ПЛазму. Это превраще
н'Не опровождается сильнейшим разоrрf:'БОМ, значитель
iНo большим, чем :при rарении. Тем 'Jle менее не всякий
электрический 'Разряд порождает Б заведомо 'ВЗРЫБ'lатоii
среде стационарное пламя. Опыт показывает, что очаr
rорения образуется только в том случае, еели энерFНЯ
разряда Е 'Не -меньше шекоroроrо минимальноrо значе
ния Еm1n В 'ПрОТИDНО'М случае 'Пламя не образуется. He
смотря на сильн()е наrревзние: -возникающий очаl' rope.
ния -оказывается неустойчlИВЫМ 'и .ззтухам.
Чтобы объяснить JlРИЧИНУ такосо оrра.ничения. сопо.
ставим особенносrn наrрева'ння электрическим разрядом
.
инеprnоro rаза и rорючеи rазовои среды с тождествеJl
пыми фИЗlическими свой-ствами. Для роеJOТbI будем при
lНимать. 'ЧТо энерrnя разряда Е, одинаковая в обоих слу
чаях, освобождается в ВИде одноrо MrHoBeHHoro импуль
са в :преде.'1ах Manoro объема -наrреваемоrо rаза. Сопо
ста-вим кривые прострзнственноrо распределения 7емпе
ратуры Т (r), {'де r ра стояние от центра 1:Iзrретой зо
НЫ. .для обеих систем в последовательные моменты Бре
мени 10"""'0./1>0, 12>t l И т. д. На ри-с. 7, а 'lюказано pac
пределеНI-Ю температуры в инертном rазе, а на рис. 7, б .
Б rорючеи среде.
В момент 10 малый объем 'rаза был разоrpет до TeM
пературы T#! Tb. ВС.'1ед за этим возникает тепловая
волна, распростра:пяющаяся iВ fI1poctpa-нстве. По мере
роста радиуса разоrретой -области 'в инертном rазе по.
нижается теr.шература lJ1a данном удалении от центра
разоrрева. в том ч\и-сле и максимальная температура Т
(r:::oO). На достаточном РОССТОЯН1fи ОТ центра разоrрева
или спустя достаточное время в любой точке температу
44
те
t",
t q
;
I
I
7; _.
r 6 r
а
t,
'т6
76
Рис 7. Распределение температуры в ПIЗС при iШ'lrре.
аllИlI ТОtlеЧНblМ IIмпу.1hСОМ.
а инертны!! ..аз, б rо,рЮ'I8Я среда.
Бели начзщ,ный 011 М пульс был дост точно мощным
для соответствующеro наrревания мИ'нима.ттыlO необхо
ХОд'имоro количества rорючей среды, структура зоны И3
менения температуры с ростом t стремится к определел
ной предельной, устанавливается стацщшарный режим.
Отводящееся n несrореnшую среду и ИЗ.'lучаемое тепло
полностью kom-пепсируC'I'CЯ 'Выделяющимея при реаКЦIJJИ,
температура не ;ПОШiжается ниже теl\шературы rо'рения,
ВО3'Никает устойчивый фронт дефлаrрац-ин К этому Bpe
мени 'все выдеЛiИlВшеося 'I1pll реакции тепло может су.
щественно превыс:ить Э1Iерrию разряда. При дальнеЙшем
распространении -пламени ;начальный импульс оказы
вается МЗ.Т]ЫМ, все более затухаЮЩliМ возмущением CTa
ПllюНарноrо rорения
Из изложенноrо очевидно, 'Что n''1амя возникает Б том
случае. если ЭllерnlЯ разряда ДОСПJТОЧIIЗ ДЛЯ COOTBeT
45
rm,n==b'&
(2.1)
пмеет 'приблизитеJIЫЮ одинаковое значеJJие, равное
треМ.
Поджиrание HarpeTblM тепом. На взрывоопасных про"
113 вод-ствах часто -создаетсЯ возможность контакта
взрывчатых па'ро rаЗ0ВЫХ смесей с Ulаrревающимся ;при
работе технолоrичеСJ{ИМ оборудованием, lIапрю..!ер J{Op
п\,сами э.'1еJ{ТРОДВlIrателей, колбаl\Ш электро.l"Jамп и Т. д.
С оздае1'СЯ уrроза ИП1ЩIШРОВЮНlЯ rорения Езрывчатых
о,щсей 'ПРИ их J<OHTaKTe с наrретыми теЛШ.ш, нерояТIЮСТЬ
I<OToporo 'необходимо объективно оценитЬ"
Ус,'ювия, при 'Которых возникает режим -caMOYCKope
u U U
IIПЯ реакЦJШ во взрывчатом среде у наI'pетои твердом '.по
перХIJОС ТИ . существенно ОТ.'1ичаются от условий, при KO
торых та же реакuия tначинает самоускоряться в режи
\te самовоспламенения в HarpeTOM 'Сосуде. При caMOBOC
пламенепии тепло реаКЦlrп может отводиться только
I3 HarpeTbJe стенки реактора, которые инициировали
реакцию во взрывчатой среде. Теплота же реакции, IIРО
теJ<ающей вБЛllЗИ ОДНОЙ наrретои стенки, может OTBO
il'НТЬСЯ- В ХOJюдную нереаrирующую взрывчатую среду.
паходящуюся за !fIределами .прпстеНОЧIIОЙ зоны. ИlIте,н
сивность теплоотдачи 'в этом случае оказываетсЯ rораз-
до большея.
Поэтому критическая- температура Harpeтoro тела,
u
при которои В соприкасающеися с ним хоЛОДНОИ взрыв
чатой среде может 'ВО3'НИК IУТЬ режим пр'оrрессивноrо
сзмоускорения, будет rораздо выше температуры самО.
воспламенения в аналоrячпЫХ У'словия'( Процесс ИflИ
ШfироваmJ:lЯ очаrа roрения натретым телом, вносимым
Б холо,д'Ную взрывчатую 'СРеду, мы будем 'Именовать
поджиrанием: в отлич'ие от самовоспламенения 'в Harpe
ТОМ реакторе. Во 'Избежание !Недоразумений не следует
путать эти термины. хотя в припципе можно IЮJJЬЗО
ваться любой терминолоrией. Критическое для перехода
от стационарноro к неста ионарному тепловому режиму
значение температуры Harpeтoro тела мы будем назы
вать температурои ;nоджнrапия Тв.
Опыт 1П0дтверждает, 'ЧТО значеНIIЯ T MHOro выше aHa
.'юrиЧИЫХ температур 'ВОЗЮiкновеНlШ -самоускоряющейся
реакциИ в нзrретых сосудах. При поджиrа'JJИИ -воздуш
НЫХ rорюч'Их -смесей летяЩИЮI I1аrретыми шариками или
при обдувании натретых стержней, проволок, сетоК
взрывчатыми смесями минимальные наблюдавшиеся TeM
47
С'l1вующеrо наrревания определенноrо !Ко.'lИчества [орlO
чеи среды. Д.1Я 3Toro необх-одимо создать элемент П.'Iа
мени, способноrо в дальпейше},! к самопроизвольному
распространению. E-СЛJl -велич'Ина Е СЛИШК-ОМ мала, CTa
ЦИOlllарный 'режим не устанавливается. ТеПJJООТВОД пре
Dышает теП.-1Овыделение. roрючая среда проrрессlПШО
охлаждаеТСfl, и начавшаяся реакция, .'I{)кализоваюн!Я
в .npe.:i.e,"I8X зоны lICKpOBOro разряда, n рекращается.
Критическая энерrИЯ поджиrающей искры. Н аrретый
до температуры rорепия объем rаза. окруженный rQРЮ
чей средоЙ, оПолучает .свойства незатухающеrо 'IlЛаМeJНIIО
со элемента в ТОМ случае. если есо размеры имеют по
ряд{)к ширины фронта деф.'1аrрациоююrо rорения. Вели
чина E m1n равна тепл-оте наrреnания от То да ТЬ ()бъе1lа
rаза. раднус KOToporo
{'де lj=='Л/СрU шири'На фронта пламени; Ь безразмер
ное IJIIСЛО порядка единицы.
Из уравнения (2.1) следует, что
Emin.....,r in......, llи
(2.2)
T е. МИiНима.l"Jьная энерrЧIЯ поджиrЗllИЯ СИJIЬ'НО зависит
ОТ норма.'1ЫЮИ СКf)РОСТИ П.'1амени. Величина и п бы-стро
(экспоненциально) возрастает с повышением температу
ры rорения, а значит, и с повышением содержания Heдo
стающеr{) компонента. Поэтому E m1n быстро возрастает
по мере 'приб.'ПlжеНШI состава к пределу взрываемости.
Это !JIОЛСНЯет. почему таК трудно .поджечь смеся .подкри
тнчесIшrо состава и поче у ВОЗМQЖiНЫ ошибки при опре
де,llеНИ11 пре)Делов взрываемос.'Ти. об)"словленные HeДOCTa
ТОЧ:IЮЙ энерrией 'ПОДЖIИI'ающеrо импульса. Из:менение
друrих. кроме норы.IJьнойй скорости IJ1ламеН'И, :napaMeT
pOD ЗiНачитеЛbJНО слабее влияет на Emln. Наиболее суще
ствеюlO 'ВЛИЯllие lIзменения ТБПЛОПРОВОДНОСТИ, есJIИ про
дукты реющии содержат J1еrкие компоненты. в 'Первую
очередь водород.
Величина E rТJ1n ,ЦЛЯ раЗЛНIЧПЫХ rорючих систем может
n соответствпи с уравнением (2.2) изменять{:я в очень
широком диапазоне: от тысячных МИЛЛИДЖОУ.'1я У 6ЫCT
роroРЯЩlIХ rазовых сред до сотен джоулей У 'наиболее
едлеllllOroрящих, т. е. ша 8 9 порядков. КЗ1< 110казыва
ет опыт, IlЛЯ различных rорючих систем множитель Ь
46
лературы 1I0джиrания Д.!JЯ стеХIюметрнчеСJ<ИХ смесей
водорода, ацети.тlена fИ сероуrлерода были равны
700 OCc. ДЛЯ лруrих roрючих значения Т8 были еще
выше (на uесколько СОТ rрадусон). для метана 011 и no-
СТИI'8ЛИ 1200 1500 ос.
з. I(ОНЦЕНТРАЦИОННЫЕ ПРЕДЕЛЫ 83РЫ8АЕМОСТИ
Общие положения. Решение вопроса о взрывобезо
ШIС'IIОСТИ 'Производств, СВЯ3а1П1ЫХ С 'лерерабоl'КОЙ rорю-
чих 1'8ЗОВ, БО :мноrих случаях своднтся к установлению
ионцентрационных пределов взрываемости._ Их оценка
бывает "СВязз'На с рядом трудностей. НеоБХОДИflЮСТЬ 'Ин-
теноиф}{к щИ'и технолоrическоro 'лроцес-са во М}{{Irих слу
чаях заставляет как м-ожпо ближе 'ПОдХодить к rраницаьr
опасной области составов, тоrда как положение этих
rраниц не всеrда известuо, в особенности ПРJf давлениях,
больших атмосферноJ'О, и Д.!JЯ сложных MHorOKoMnOHeHT
ных систем.
Значения Лр 1еЛQВ взрываемости в тройной системе
rорючее окислитель инертный компонент целесооб
разно предста'ilЛЯТЬ в виДе зависимости п1(Р ОТ содержа-
НШ! IIпертноrо компонента / (рис. 8). С увеличением J
уменьшается днапазон l'орюч'Нх составов между верх-
ним -Н 'НИЖНИ-М lюя-центрационными пределами. При опре
деленном содержании ипертноrо Компонента /нр обе Beт
ви кривой КРИ'I1-Jческих составов .тrШIn (/) и Птах (l)
смыкаются в точкс, называемой. мысом области взрывае
мости. Как правило, мысу соответствует приблизительно
сreхиометрическое соотношение содержаний rорючеro и
окислитсля: такую смесь труднее СДелать неrорючей,
Д.!JЯ этоrо требуется большее содержание ИНертноrо ком-
понента, делающеrо rорючую среду более пассивной.
ФJ1еrматизирующеrо ее.
Бели концентр;;щия инеРТJlоrо компонента больше.
поджиrание такой смеси невозможно при Jlюбом сооrnо
шении содержаний =торючеro 'и ОКИСЛИ'fеля. Область co
стз1юв. отвечающих rорючИМ смесям, оrраНIIчеНа крити
чесхой кривой If осью ординат. опы'f показывает. что
для смесей. в которых окислителем является юислороп.
а ищ"ртным IЮIIПЮIlентом азот. только 3'tm:J,x заметно
зависнт от 1, ВеТВЬ ,rшln (/) идет i!ОtlТИ пара.ТJЛеJ!ЫЮ ОСН
абсцисс.
48
Эмпирические закоиомерности д..я концt!нтрациониых
пределов взрываt!МОСТИ. По мере усложнения состава
'!"схполоrиЧ&КИ>i см&ей -определение предельных (для
l3.:1ры в аемости) составов все более затрудняется. Экспе
ilме'нтал:ы-lеe данные TaKoro рода дЛЯ :мноroкомпонеj{Т
irb 1X смесей СТaJ!ОБИТСЯ труднее систематизироват в ь IИ 011-
ределять -по Н:ИМ обобщающие закономерности. связи
с эТИМ целесообразно yc
Т3110БИТЬ закономерности.
хотя бы эмпирические, KO :тf",p
торыс позволили бы pe
llIатЬ слеДУЮJЦие задачи:
vстаиавлинзтъ пределы
пзрываемости Д.!JЯ MHoro
ко,шонентных смесей.
ВЮIЮЧЗЯ инертные KOM
ПОllенты;
давать расчетные oцen
ки концентрационных
uределов Бэрыnаемости
Д.'IЯ смесей, содержащих
неизученные номпоненты;
оценивать возможное
В.!Jияние давления на пр е-
,1e.'IbI взрываемости.
Частичное решение этих задач дают различные эr.ши
РllчеСRие !JIраВlи."'Iа. Среди Н-ИХ налболее известно правило
JIe Шателье, основанное на 1JJредпо ожешш, что roрю
чие свойства компонентов сложнои смеси адДИТИВНЫ.
Оно формулируется так: М1юrОКОМПО1!ент ая смесь, co
ставлеНlIая НЗ несКОЛЬКНХ бинарных смесеи предеЛЫЮfО
соста'Ва, взятых в произвольных соотношениях, также
ЛВJ1яет-ся Iпредельной. Эта ФОРМУЛИРОВR3 ЭКВlfнзленrnа
с.']( дующему выражению:
05Ласта
I неВзр/Ваемосп:и
I
I
IJ(p
1
Рис. 8. Пределы взрываемости в си
стеме rорючее ОКИСJiI1.тель ниертны"-
КОМПQlrеН7.
nJ
l
, ni
12.3)
1I.1Jf
1
L :I:@//п,;)
(2.4)
v
:.leCb пi со.nержание i [.o rорючеrо D предельнои СlIОЖ
llOй смеси; 1ti предельная конпептрация этоrо rорюче--
' 2186
49
1"0 В бинарной смеси с воздухом !ИJIИ соответственно кис
лородом; L предеЛЫЦIЯ :копцентраuия МlIоrокомпо
HeHrnoro roрючеrо; i мольная доля i ro ком!попента
в СЛОЖНОМ rорючем. Пример вычисления :предела Бзры
ваемости по праВИJlУ Ле Шателье ПрИВОДИТСЯ в Прило
жеНIИИ 6.
Значения .нижних пределов 1JзрываемоеТII нензучеl-l
ных rорюч:их можно оценивать 'по друrому ЭМПIlрическо
му праВlfЛУ, Бард:жесса Уилера:
1C rn inQ ;;:::о- сопst (2.5)
rде Q Ten''10Ta сrорания. Бсл-и измерять nmln в мольных
долях, const == 10.
При определении опасности образования взрывчатых
смесей ,необходимо учитывать, 'Что во МJ[оrих Te HOJlO
rических процес-сах те шература этих смесей выше }{OM
наТIIОЙ. Поправку к 'известным значениям 'IIреде.'ЮВ при
комнатной те!'lшературе. достаточную Д.т1Я 'Практических
целей, дает сл ующее эмпирическое правило: повыше-
нпе температуры н а 100 се ПОНИЖ8ет 1tmln uриблизите.'IЬ
но па 8 10% ero значения и соответственно повышает
Птах на 12 16%.
Система унификацми пределов взрываемости. При
описанин заКОJlомерностей rореН'ия часто используется
характеристика состава, именуемая коэффициентом из-
()ЫТК8 окислите.'IЯ а. Она представляет собой отношение
"с.одеРЖ8'НИЯ ОI<ИС11ПIте,.'Ш в смеси к содержанию, необхо-
д.имому д.т1Я ;полноrо ОКllсления веета rорючеro, т. е,
в случае системы, состоящей из элементов Н, С, О, N!
дО 1i:ОНечных 'ЛродукТО'в Н 2 О, ео.2, N 2 1H из;БЫ'I'Oчноrо 'Кис.
лорода.
Д.'IЯ С'l".lеси, у которой концентрация rорючеrо paв
на Л) а концентрация окислителя I-t,
a п
тде 'V 8 стехиометрический коэффициент реакции полно.
ro окисде'Ния rорючеrо. ТаК, 'I1ри окислении метана -кис-
лородом 'V8 == 2, для окисления бутаН8 кислородом
'\.'8==6,5, для {)ЮlCЛения метана ОI<!ИСЬЮ азота 'V8==4 и т. Д.
Для смесей, содержащих несколько roрючих, 3HaMeHa
тель выраже'НИЯ (2.6) заменяется суммой 'V8i1ti; 'V8
И Лi стехиометрический коэффициент реакции 'Il0ЛRоrQ
окисления и концентрация i ro rорючеrо. Для смесей, со,
держащих несколько оwислителей. Rонцентрация окис.
60
JlтеЛЯ f..t заме1IЯется апаJюrичнОЙ суммой, в которой
чтенО различие стехиометрических коэффициентов_
смесей, содержащих избыток окислителя 0.>1, при из-
<.
бытеe rорюqеrо 0.<1, С1'ехиометричеСIШИ состав соответ-
ctb)'e-r 0.== 1.
Сопостав.чение пределов взрываемости у различных
rоРЮЧИХ систем IIОЗВОЛИ.ЧО установить следующую зави
сЛ\IОСТЬ, :КОТОРУЮ мы пока рассматриваем J<auK эмnириче
сЕ\ ю. Д.'IЯ большинства QДIIОТИПНЫХ смесеи, например
rорючеro, кислорода и азота, ве.'ШЧИН8 коэффициента
пзбытка "OIшслите.:IЯ на преде.'1ах Бзрываемости, cooтвeт
ственно верхнем или нижнем, Б первом прибл'ижетш
О.1110значно определяется содержанием инерtllоrо компо
нента. С удовлетвор.lfТeJIЬНОЙ для mраRТИЧеских целей
точностью можно считать, что пределы взрываемости
разлИчНЫХ rорючИХ смесей в КDорпина1'ЗХ a ! описыва
IOтся ОДНОЙ универсальной крИВОЙ. Данные, и:ллюстриру
ющие примерное постоянство преде.тюв взрываемости в
} IIифицированной системе, приведены в Пршюжении 5.
Чтобы уравнять масштабы изменения критических
параметров смесей с недостатком и избытком rорючеro,
т е. при изменении а от 00 до 1 и от 1 до О cOOTBeтcT
всвно, ЭТИ параметры целесообразно 'Представлять
D [ оорд:инатах 19a1\p J. В этом случае диапаз'оны H3Me
ненпя ОрДJшаты одинаковы: O'I +00 до о Jf от О до
oo. Верхний концентрационный предел (избыток rорю
чеrо) отвечает критическим значениям o.mln, нижний (из
быпж окислителя) значениям атах. С уве.чичением
СОJ.ержания инертноrо компонента обе ветви 19 u.mtn
И 19 «тах сближаются и смыкаются у мыса области
ПзрываемосТИ, для KOToporo 19 анр, как правило, близок
к нулю (o. 1).
в тз:кой системе выражения КРИТlIчееIШХ условии пре
.1(C.lbl Бзрывземости о:кззываются УНИФИЦИРОВ311НЫМИ
Д.1Я раЗЛ1IЧНЫХ rорючих rазов и паров. УстаIIОВ.'Iение
общности ДЛЯ .пределов Бзрываемост.и создает возмож
НОсть ях систематизации и нахождения пределов экспе
РШ.lента.'1ЫЮ не изученных систем, а также их зависИМо
CT[I от давления.
Сопоставим, 'Например, значения нижних пределов
Езрываемости .воздушных смесей мета'на н reкc2Ha. У 1Ю
<:'lедпеrо :JtrnlТ\ меньше Б 4,2 раза, одна.к.о это вовсе 'не оз
lJачает, что rорючие СБойства систем С +воздух
4"
51
и С Б Н 14 +воздух СfОЛЬ Не<:ходнЫ между собо". Так, М&
.
симальиые значения и п для этих смесеи отличаются _
более чем на 20%. Значительные разли ия предеЛЬНJJI
концентраций roрючих 06у.словлеllЫ тривиалb'llOЙ при'!'II
ноЙ различием их стехиометрнческих КDэффициеНТQI
для ;J10Л'Ноrо ШШС.llения ЮIСЛОрОДОМ, Т. е. разными чисJlи
ми атомов в 'молекуле rорючеrо и их валеНТlIостей. l-:6
полное ок'ислепие одноrо моля сеКса IЗ расходуеlU
в 4,75 раза больше кислорода, чем для QКIf{:ления мет!
lIа. Отношение пределов взрываемости для обоих rорю
чих приблизительно такое же, как и отношение KOJIJ,t
честв кислорода, необходимоrо для ПОЛНОf'о окисленИ)
одноrо моля каждоrо rорючеrо. Унифицированная сиет,
ма позволяет исключить нз расемотреНИJl несуществеq
НУЮ здесь характернстику строения молекул rорючщ
веществ.
УНИфИIUIроваllllая система {)Собенно полезна при опи!
сании пределов взрываемости мноrокомпонентных сме-
сей. Ее закономерности для данноrо случаJl сходив
с nравИJIОМ Ле Шателье, но -проще и удобнее. В оБЩИII
материаЛЬНЫЙ баланс nроцес-са ПОJIНОro окисления ВХи!
ДЯТ концентрации в-сех присутствующих roРЮЧlfХ и ОКИС1
лителей.
Принцип унификации пределов взрываемостн позво
ляет оценивать пределы для смесей, содержащих I1ещест.
на, экспериментально 'Не исследованные. Для этоrо слу
жит аналоrия с м одеЛЬНЫlt1'И, изученными смесями, ('o
держащиlttи соответствующий эта.'IОННЫЙ компонент, па
возможности родственный 1iзучаемому !IlO химическоiJ
природе, НО имеющий блаroприятные для экС'пеp1lменти-
рования физико- J{1Имические свойства. В основе таlшrQ
определ ния иах дится предположение о приблиз"тель
ном равенстве а.кр ДЛЯ обеих систем при одинаковы»
1, которое подтверждается мноrими примерзми (см..
П РИ.'lOжение 5).
Применение метода модельноrо компонента особенно
целесообразно для определения пределов взрывземости
систем, содержащих малолетучее rорючее, с которым
трудно экспериментировать (при комнатной температу
ре). Он весЬма эффективен ДJlЯ оценок влияния давле
ния 'На lI'реДелы ;Бзрываемости, tJ1оскольку с увеличением'
давления особенно возрастают трудности ЭRсперименти
рования с 'Недостаточно .'!етучими продуктами.
52
Примеры использования M ToДa модеJtьноrО ({OMrto
нента Jl"ЛЯ вычислен'ия пределов 'Взрьrllаемос1'Я сложных
с).lесей 11 -неИЗУ'lен.ных rорючих прJiБОДЯТ<:Я ;в Приложе
нии 6.
Измерение llредел()в взрываем()сти. Измерение KOH
[].С'[lтраЦ1ИОННЫХ пределов -распространения пламени иноr
.1а связано со значительными ме'IЮДИ'lескимИ трудностя
,т. Необходимо составить однородную смесь задаНllоrо
состз'Вз, ввести ее при определенном да-влении 11 темпе
ратуре во взрыв'Ной реактор, форма размеры которш'о
:J,О.'1ЖНbl "Исключать заметную теПJl'оотдачу в стенки при
ореНIfИ и rарантировать ero стационарность. Далее !Нe
обход!ИМО поджечь исследуемую смесь достаточно силь
НЫМ импульсом, энерmя KOToporo ззведомо больше Е mJn ;
ВОЗlIикшее ПJlа'Мя должно распространяться снизу вверх.
;\'1етодические трудности при 'выполнении эmх задач тем
больше, чем выше общее давление исследуемой смеси,
при -работе с пзро rаЗ{)IШМИ смеСЯМII -чем выше TeM
пература, при ,которой давление насыщенноro пара наи
leHee летучеrокомпонента достиrает ero парциальноrо
,J,l:!ВЛe1lIИЯ -в исследуемой оСмеси, т. 'С. чем -выше ero ТОЧКа
росы.
Ввиду указа ных трудностей пределы взрываемости
БО.'Iьшинства rорючих систем определены только для ат,
:.юсфер'lIоrо давления JI lюмнаТllQЙ температуры. При
атмосферном (или еще меньшем) давлении исследуемые
OleCH можно сжиrать в стеклянной аппаратуре. Давле
[rие нзсыщенноrо пара Мllоrих rорючих жидкостеи ока-
.
зывается достаТОЧНЬП"'1 ДЛЯ составления при комнатнои
v
температуре смесеи НУЖllоrо состава.
В ряде исследова'НиЙ пределы взрываемости опреде
ляли поджиrаllием изучаемых смесей в трубе длиной
1 1,5 м, диаметром 50 мм; подобную аппаратуру иноrда
рекомендуют в КЗ'iестве стандартной для таких !}Iзмере
пий. Смеси составлялlИ в самой взрывной трубе, пооче
редно впуская компоненты в эвакуированную рубу с
дозироВ!Кой 1По веЛИЧlИне их 'ла'рЦ'иальных давлении, 'Изме
рявшихся ртутным манометром. Компоненты смеси 'Пере
меШИВ8ЛИ вентилятором при Ц1ИРКУЛЯЦИИ через обводную
трубку, соеДИНЯЮЩУЮ верхний 1I нJ1ЖНИЙ КОНЦЫ трубы;
затем трубу у .иижнеro конца соединяЛи с атмосферой,
11 у этоro же конца смесь поджиrали разрядом высоко-
53
ВОЛЬТlIоrо индуктора. В rорючИХ месях пламя распрост
ра'Нялосъ вдоль всей трубы, что !Наблюдали визуально.
Опыт покззывает, что картина, наблюдаемая после
поджиrанИЯ, еЗI<О изменяется при .переходе через RQ'Н
цеlIТРЗЦИОНIIЫИ предел взрываемости. Это ПОЗВОJIяет во
миоrих С,1учаях упростить методику и заменить неудоб
пую для ЭRспериментировани}! длинную трубу колбой
объемом около 0,5 л. СравнитеЛl,lНО малые размеры кол
бы исключают необходимость в искусственпом переме
шива'1IИИ, таи как оно происходит в реЗУJ,ьтате ыoеку
.чярной диффузии, для которой достаточна выдержка
в 1 О 1fПН 'ПОС,Т"lе впуска кr>МПQНептов.
rорловинз колбы, обращенная вниз, rерметичн{) за
крывается ПРИШ.'Iифово.НIIОЙ 'Пл астин ой. При CFорани-и
смеси уже после небольшоro повышения Давления ПЛа
CTlfНa сбрасывается с rорловипы 'и колба соединяется
с атмосферой. В колбу впаяны поджиrающие элект-
роды, Точка зажиrапия сдвинута Б сторону rорЛОВИНЫ
колбы.
Для Toro, чтобы убедиться, что поджиrающий им
пульс достаточен и резу.'Jьтаты опытов действите.'IЫЮ
соответствуют пределу стационарНоrо распространения
п.памен и, практИчески можно оrраничиться рядом опре
деле!lИИ Rопцентра ЦИОННЫХ пределов при ИЗ).Jепении
в несКО,'1ько раз 1I<'!:пряжепия lIepeMeHHoro 'I'OKa 'на клем
мах 'Пер'виЧ'ной .обмотки индуитора с з.акороченным пре
рывателем Такое из'менеНJlе ,не должно влиять lIа pe
зультаты измерений. Опыт показывает, что напряжение
в 19 ЗО в всетда достаточ'llО для получен'ия «наСЫщаю
щеи» мощности поджиrания, т. е. 11айдеппые преде,Т'[ы
являю1'ся истинными и .ИХ величина 'Не заВIIСИТ от энер
rии поджиrающеrо разряда.
Методика опреде.."I6НИЯ пределов знаtJительно услож
няется д!lя давлений, больших зтмосферпоrо. Малость
скоростеи диффузии здесь заставляет предварительно co
ставлять Ilfсследуемые смеси в специзлыюм смесителе
СllабжеННО\1 мешаJIКQЙ. Исследуемую смесь впускаю:.
в прочлую стальную -бом.бу, выдерживающую 'Высокое
даВ,lение взрыва, и там поджиrают. Бомба, обычно ци
.тшндрическая, размещается верти к a.тIЬ'H о, в ее нижний
фланец ввинчивается авиационная свеЧа для 1l0джиrа
НIIЯ
IIa-иБОJ1ее целесообразно поджиrать 'смесь, переЛJJав
54
пflИ в ней токоМ l{ОРОТ,кото замыЮШИЯ от осветите.ТIьноiI
.
сеТИ проволоку, напаянную на кониах эпектродов под
}Кпrающей свечи. Набпюдение за распространением пла
\JСI IИ по 'Всей высоте бомбы после поджиrания OObl':lHO
I3C;\yT в'Изуз.чьно, через {)кна, рз.спо.Т"!оженные вдо.'!ь об
разующей бомбы, rерметично зэкрытыle прочными П.18
сТlшами из llлексиrJl8са. Иноrда распро-странение пла
'lеЮI фиксируют термопа рой, вводимой С помощьЮ свечи,
DвИllченной в rнездо верхнеro ф:Iaнца.
Смеситель Бысокоrо давлен'Ия, в нотором удобно при
[отовлять и :хранить любые взрывчатые rазовые смеси,
пrе ставляет собой толстостенный ста.'IЫЮЙ сосуд, спо
собный выдержать давnеIlIlе, раЗБивающееся при слу
v
tjШПЮ произошедшем взрыве ЗaI{,1юченнои в пеrо смеси.
С)Jеситель снабжен электромаrнитпой мепIалкой Ее cep
.1СЧНИК может совершать возвратно поступателЬ'l ые дви
}!\C!lия Б'нутри rоловки 'Из немаrниТНОЙ стзли (она не
препятствует проникновению силовых линий) при перио
!l.ичсском вКЛJ(щ:ении и ВЫRлючении тока Е соленоид, Ha
.;Lстый на rоловку_
Наиболее сложпые методические задачи возникают
в случае определения преде.чов -Бзрываемости flаро rазо
пых смесей, .содержащих .1'JerKO -конденснрующййся KOM
понент, при общем давлении, заметно большем aTMO
сферноrо. Парциаль'Ное даВ,'IеI-Jйе 'п.арообразпоro иомпо
пента здесь часто преЕышает давление ето насыщенноrо
Iшра при комнатной температуре. Для составления Ta
КОЙ смеси необходимо термостатировать в.сЮ без ИСКЛЮ
чения аппаратуру и коммунинзu.:ии при температуре,
Оilьшей точки росы длЯ данноrо компонеНТ(j. В против
нам случае :холоДНЫЙ участок установки, как бы мал ОН
нн был, будет иrрать' роль обратноro холодильника.
В нем :начнется И будет ,непрерывно 'протекать KOHдeHca
цпя парообразноrо компонента, и правильная дозировка
окажется невозмОЖНО». ТермостаТИРОВ8'Н'ие а паратуры
.lЛЯ lI{;СлеД{ШЗ'I-ШЯ napo rазовЫХ смесей часто применяют
u
IlрИ определении пределов взрываемости, 11 всяиии раз
ero осуществление с'вяза1l0 с различными ос.ТIожпе'Ниями,
II особенности в отношении :измерения давления паро
Пl30ВОЙ смеси. Исчерпывающеrо, 'практически приемле
u
Moro решения этои зздач'и нет до настоящеrо времени.
Трудности возрастают с повышением температуры 'Кипе
ния компонентов смеси.
55
4. МЕХАНИЗм РЕАI(ЦИИ В ПЛАМЕНИ
И ЗАI(ОНОМЕРНОСТИ ДЛЯ ПРЕДЕЛО8 83РЫ8АЕМОСТИ
Тепловом режим I'орения у иижнеrо предела. Систем.
унификации пре.делов взрываемости может быть частиЧl
но объя-снена На ооновании имеющихся данных о тепп,.
вом режиме реакции В пламени. Для бедных сме-сей. Сl'1
держащих уrлеродсодержащее rорючее и КИС.'Iоро.ll
обънС'нение унифицированной закономерности оказывае1l
сп дос}аточно полным. В ето основе лежит факт. 38М&
ченныи рядом исследователей: температура rорения бел.
ных предельных смесей различных уrлеродсодержаЩЩI
rорючих имеет примерно одинаковое значение Т Ь ""!JI
== 1600 К; отклоне.ния от Hero. I{ЗК 'Праьило не nреlЮ ()i
дят + 100 К ·
Составляя тепловой б анс сrорания бедной смеси
кислорода. азота 1I любоrо торючеrо содержащей эле"
менты Н, С. О. N. ПОЛУЧlIМ ·
1I: m !пQ ;:::: lJ.H N!! + ;JJminJJ (2.71
Здесь Q теплота сrорания, АН N a ра.зность энталь
I1ИЙ а::ота при Т=== Т Ь сжиrаемой смеси и температуре ИС.
ходнои смеси То; величиНа В зависит от энтальпин и co
держания СО 2 н Н 2 О В продуктах сrорэния. У.становле'
но. что для предельных -сме-сей любоrо указанноrо торю.
чею ьеЛИЧIIНЗ :rtmln В 'не .преВОСХ(1ПИТ 20% AHN z . а обыч.
110 она равна 0,1 lJ.H N ..
Н.;а основании изложоо'ноrо можно пренебречь вели
чинон 1(rulnB В правой части (2.7), после чеrо это ypaBHe"l
нне переходит в ПРИВО ИВJIlееся эмпирическое выражение
(2.5) _ Смысл ero тЗ!Кои: для бедных .смесей содержание.
CCh и Н 2 О В продуктах сrорания невелико. тепло реакции
в основном llДeT .на :наrревание азота н избыточном
I\ИСЛОРО}{З. Величина const в уравнении (2.5) совпадает
с AH N . ПР'И Т ь == 1600 К. она рав:на 41,9 жJмоль (ДЛЯ
То==298 К). &ли считать. ЧТО для всех бедных уrлерод-
содержащих смесей ТЬ IIР== 1600 К. то для любоrо неис
следОВ81l'Ноrо roрючеrо по уравнению (2.5) можно BЫ
числить "величину :nmln. Расчетные значения :rtmln для
любоrо rОРЮЧеrо отличаются от экспериментальных 'IIC
более чем на 40% :rtmln. а в большинстве случаев не
более чем на 15%.
56
СаМа теплота сrораttия rорючеrо Q. определяющая
vбlИЧИНУ :rtmln. может быть вычислена по ='t мпи рнчес1<иы
J1равилам на основании химической формулы rорючеrо.
Таково. например, правило Коновалова
Q ::= 'ioQo + Х
(2.8)
Здесь VD число атомов КИeJIОрО.дз, необходимое для
полноro окисления МOJIекулы rорючеro; универсаль'Нзя
постоянная qo==202.8 кДж/моль; х специфическая для
дзпноro roмолоrическоrо ряда 'Поправка. в большинстве
случаев малая по сравнению с voqo. Та-ким образом. ве.
.IИчнна Лm1п может быть вычислена с хорошей точностью
без ИСПОЛЬЗ0вания опытных данных для любых смесей.
включающих кислород и уrлеродсодержащее rорючее.
Условие постоянства Ть 'На нижнем пределе 'Взрывае
IOСТИ 'lJозволяет дать вывод и друrих эмпирических пра.
1311.1. в ТОМ числе правила Ле Шателье. Так. уеловне по.
стоянства крнтиче-ской температуры позволяет объяс-
нить неизменность Лm1п при частичной замене избыточ-
IlOro. кислорода а30ТОМ. наблюдаемую зависимостЬ :Jtmln
ОТ начальной теМ1пературы, закономерности изменения
величины Лm1п В roмолоrичес,кнх рядах.
Механизм реакции в п.памеНJI у иижнеrо предела_
fIриqина постоянства T1Hr.J.} у различных бедных уrлерод
содержащих .смесей заключается в общей для lIИХ оса.
бенностн механизма реакций в таких пламенах. YCTaHOB
Лена. что 'их окиеление протекает мноrосТЗДИННО. Перво.
начально. в зоне более .низких температур rорючее Haцe
.10 окисляется до окиси уrлерода. которая доropает 'в BЫ
сокотемпераТУРIНОЙ области_ К-онцентрация окиси уrлеро-
Да достнтает маRсимума там, rде заканчивается превра
ЩеJlие ocero jiсходноrо rорючеrо. Заметных I<ОЛИЧеств
..:хруrих :компонентов. кроме N 2 . СО. СО:. Н 2 О и избыточ
Поrо. ки-слорода. в смеси нет на значнтель-ной протяжен.
Ности шири'ны фронта.
Стадийное окисление таких rорючих обу-словлено спе
цификон окисления окиси уrлеродз. Оно протекает '110
механизму разветвленных цепей. в которых активными
центрами являются rидрокснл и атомарный В1>ДОрОД. ПО
С.1едний может активно pearнpOBaTЬ, например с уrлево
.1.0родамн:
H+HR
ц. + Н.
(Х)
67
[Де R. yr леВQДОрQДНЫЙ р аДиКЗJI. Реакция (Х) преJl
ставляет собрй обрыв ц..епи в процессе ОКИ .'Iения окиCl
уrлерода. Интенсивное nр,отеюшие этой реакции торма
311Т ОКИС.'1ение окиси уrлеРО:Iа. Последняя начинает на
!<апливаться, что ПРОДО.flЖается д.о тех пор, пока все fHI
ходное rорюч:ее в этой зоне не будет израсходовано
В результате завершающая, ВblсокотемлераТУРПдЯ рези
ции дли любых бедных уrлеродсодержащих смесей за
ключается в окислении RИС'nОрОДОМ про.межуточноro прCII
дукта окиси уrлерОДа.
В rл. 1, разд. 2, БЫ.'10 покаЭ8ПО, что нормальная СКО
рость пламени определяется максима.ТIЬНОЙ СНОрОСТЬН
реакции в пламени. Эта скорость соответствует 30IП
с температурой Т твх;;;::; т ь e. т. е. зоне ззвершающ .I
стаДИ'Н реакци.и процесса, которая здесь Dсеrда ЗЗ'клкl
чае11СЯ в доrорании оК'Иси уrлсрода. При сооmе1'С1\ВУЮ
щем уменьшениrи -онц..еJffраЦIШI 'f'орючеrо достиrаЮТ<:1
предель'ные условия протекания реакцни в пламени. HEr
обходимые для тoro. 'чтоБы было возможным стационар
.ное rорение. Они опредеЛflЮТСЯ едиными для любоп
исходноro roрючеrо кинетическими закономеРНОСТЯМ1
оокислеНJIЯ окиси уrлерода и веЛИЧIIНОЙ температуры rO
рения. Коrда 7емпературы rоренни равны. составы та
ких вторичных смесей обычно не очень сильно заБИ Я
от состава исходных смесей. их различия с.'1а60 влияю
'На скорость доrорания окиси уrлерода. Поэтому CKOpOC'f\.
завершающеrо проц..есса DзаJlмодействия СО+О,
а с нею и 'величина и п В ОСНОВНОМ определяЮ"l'CЯ темпо
ратурой зоны реакции, которая близка к Т Ь- В результS
те температура rорения оказывается практически единс1
венным фактором, определяющим скорость пламеН)
в смесях подкр.итическоrо состава.
В -свою 'OIJередь. величина Т ь линейно зависит от теп
.rюты crОра'НИЯ смеси. Поэтому для бедных смесей уrЛel
родсодержащих rорючих Ка1{ скорость rорения. так и ВОЗl
можность достижения предела распространения пламеНI
практически однозначно определяются ве.'lИЧИIIОЙ Т
и теплотой сrорания rорючей смеси. Эти соображениl
поясняют, почему RрИТИЧеское .з.начение температуры r<l
рения бедных смесей орrанических rорючих Т Ь пр имеell
посТОЯ'Н!НОе значение. Ка« следствие ,из этоrо, {)динаковlS..
и ттредельные значения коэффициента избытка ОКИСЛИТeI
ля при равных содержаниях инертнorо компонента.
58
На взрывоопасных ПРОИЗВОДСТDах нвходят шнроное
J1рименение ана.rшзаторы rорючнх rаЗОD типа пrф
iI crr. ИХ л.еиствие ОСНоваНО 'На эффекте Rата.,!итиqеско
ro окисления rорючеro, содержащеrося в атмосфере, на
i!оперхности чувствите.'1ьноrо элсмента, HarpeBaeMoro TO
КО\', при просасыва-нии через прибор анализируемоrо за
rрязнеНJ!оrо воздуха. Конn.ентрация rорючеrо rаза в aT
мосфсре определяет тепловой эффект ero каталитическоrо
ОhIlСiIеНlШ.
7CTaHOB.'1eHO. что Д.'1Я РЗЗ.ТIИчных rорючих rазов суще
('Твует единая линейная зависимость между показания
ЮI rаэоа'На.'1иззтора. которые пропорц..ионалыlы 'Разоrре
вУ ка7зл'изирующеro элемента, 'и безразмерной KOH
центрац..ией J10рючеro отношением ero збсолютнvй
iЮllцентрзц..lfИ к Iвеличине Rижнеro нонцеНJ1РЗц..ионното
пределз. Такое единообрзз.'ие очевидно, поскольку -.кало
РИЙНОСТЬ СllШСИ иrрает .определяющую роль; oJ'азоанализа
тор п-о существу ЯВЛЯC'I'eя !Калориметром и -'Измеряет
степень приБЛlижеНШI теплоты сrорания к I<р'ИТИЧеской,
критическая теПЛОТа сrорання не зависит от химической
спеЦИФИJ{lИ 'fорюче1rо. По этой 'Причине rазознзлизаторы
TaKoro 'J1ИiI1а УНПIВерсальпы Д.'1Я любых rорючих, !их шна.'!з
может быть 'Il'роrрадуирова'Нз .в едином масштабе :в дo
.чях от концентрации. соответствующей нижнему пре.де
.:'Iy взрывземости.
r ЛАВА 3
ВЗРЫВОБЕ30ПАСНЫЕ
ТЕхнолоrИЧЕСКНЕ СОСТАВЫ
1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Три ПрИИципа обеспеljения 8ЗРЫ80безопасности.
В технолоrи,?ески}; процессах, СБязанны}, с получением,
l1ереработкои н транспортированием rорючих rазов If
паров, Бсerдз имеется опаCllОСТЬ сущеСтвования взрывча ,
ты:;; паро rазовых систем. Так, 'ВЗрывоопасные емеси
Moryт образовываться при Уl'ечке rОрЮЧIIХ rазов в aTMO
сферу, при подеосе атмосферноrо воздуха lJ вакуумиро.
ванные аппараты либо при непраJЗИЛЫЮЙ работе TeXHO
ЛОfИЧес:ких аrpеrзтов. вследствие ноторой rазовые пото.
ки направляют<:я в линии, ДЛЯ них не предназначеННЫе.
М'Ноrие теХII,:лоrичесIillе процессы связаны с лроведе
нием реакции между компонентами, смеси которых
ВЗРЫJЗчаты в определенном днаIIазоне составов. В ряде
случаев реrламент процесса предусматривает обр зова.
Ине rорючей смеси, например 'IIри ОКИслительном пиро
лизе уrлеводородов. Наконец, ряд МIJоrОТоннаЖIIЫХ про
Изводетв связан с синтезированием и переработкой про.
llУКТОВ, способных .К взрывному распаду: ацеrnлена и ero
rомол-оroв, 'О'Киси этилена, закиси азота, o30lra, переки
си водорода и друrих.
Вся современная техника безопасности ОСНОВЫВается
на трех ПРИllципах предотвращения взрывов rззовых си.
стем. Первый, важнейшиii принцип, лежащий в основе
наиболее радикальных решений задачи, 'Предусматрива
ет исключение возможности образования roрюч:их си.
стем. Он Охватывает тзкие методы, как предотвращение
утечек rаза И ero движения В непредусмотреНJlОМ perJIa
ментом направлеииях, КОНТрОЛЬ за rазовым'и 1l0ТОl<ЗМН,
3 также правильное реrулирование состава в тех слу
ЧЗЯК, -Коrда смешение rорючеro и окислителя, способных
образовывать lJэрывчатую смесь, является частью теХ1ro.
лоmческоro процесса.
10
в рЯДе случаев взрывобезопасность пронзводства не
!ожет быть rараНТИрованз В рамках реализации перво
[О ПРИНЦИnЗ, например при невозможности полностью
;IСК.'1ЮЧИТЬ утечки и поrpешности дозировки либо в слу
qae необходимости перераб(!тывать заведомо взрывча
тыс rазовые среды. При эroм ИСП'О,llьзуется uюм.nленс
?>IСРОПРИЯТИЙ ДЛЯ обеспечения взрывобезопасности иа oc
иове BTOpOro nринципа: mредоТ'Вращения возниюювенl\I
II?>JПУЛЫ:ОВ, инициирующих тореиие, т. е. источников аю"w
ЖJlПIНИЯ безусловно Взрывчатых С'Истем. Такие, мпуль.
сы. помимо OTKpblToro пламени и самовоспламен(!ния
Б паrретых реакторах, создают электрические разряды,
flarpeTble 'Твердые тела, ударные вол'ны, различные caMO
БОЗfорающиеся пирофорные материалы.
В тех случаях, Котда 'аеВОЗМ()ЖlIО искпю':JИТЬ образо
ванне взрывчатоЙ системы и появление достаточною ДЛЯ
ее поджиrаиия импульса, реrла-мент обеспечения БЭрЫ-
130безопасности предусr.lаТРlшает ТЗJюе выпо.тrнение Tex
JlО.lОrическоro Процес<:а, при котором возможный очзr
rореllИЯ был бы локализован в ,преДf;лах аппарата или
ra 10ПрОБода, способных безопасно выдержать последст
Вl!и rорения. Этот, третий принцип ОТlюсится 11 первую
очередь к ИСПО.тIЬзова'НlfЮ оrнепреrpад'Иl'еJIей, через Ka
ШJ.1Ы которых пламя не может распространяться И3 опас
IЮИ зоны В защищаемое от ВзрЫВа пространство.
Фдerматизация взрывчатых систем. Если при ФИI{си
POB<JJlH()M СQотношетш содержаниii rорючеro и окисли
П'"IЯ В 1(Х сМеси -возрастает IЮJ-щентрация инертных KOM
п()неНТОБ, температура rорения ПОllижается и ymeI-Iьшает
01 пеличина и n , 7ах как па наrреван-ие допо.'шителы-lхx
I(ШШонентов смеси продуктов сroраНИfJ затрачнвает<:я
ЗН<:рrия ХИмнческоro превращенпя. Э'J'ItМ оБУСJlOвлена
3iJПИСJfМОСТЬ лреде.тюв взрывземости от содержания
IlНepTHЫX компонентов. Различные добавки к rорючей
HCTeMe мотут ее флеrматизировать, т. е. уменьшать CKO
Рость ПJlамеl1И до ТЗНОЙ 'Ве.'ШЧIШЫ. при котором смесь
IIРевращает,ся в неrорючую.
ВзрывобезопаСllые CMeoc'll, содержащие rорючее If
()Iщсдитель, можно разделить на 7рll катеrории:
бедные 'смеси, -л < ПшjТj (а > Uтаж);
боrа.rые сltlеси, л>л пUlх (a<Urnln);
смеСJl. флеrматизированные oCllepx предела инер'f'НЫМ
h.OMnOfleHTQM, J> J HJI'
8'
Соста-в -смеси можно ДОБОДИТЬ ДО ВЗрЫвобезопаСIIOI'i
относящеrося к ОДНОЙ из указанных катеrорий ДЛЯ КЗ1l
ДОЙ из них специфичны определенные преимущесТЕ
:и недостатки.
Метод обеспечения взрывобеЗОl1асности путем тан.
[о реrУ.lJирования состава. при которш.1 концентрация [4
рючеrо Beerдa 'Остается меньшей 'ннжнеrо лреде.ТIЗ БЗРI:i
ваемости, широко используется на пра-ктике. Однаы
как IЛрЭ'ВИJJO, он реа.'1изуется ТОЛЬКО в отношеннп дош
стимоrо содержания rо-рючеrо rn атмосфере йlрОИзвод:с1
веНиоrо помещения lНa случай утечек из аппаратов
rаЗОП:рОБОДОD. ЗlНа-чительно реже применяется та'Кая ptl
ламентация в отношении технолоrических смесей, 18
CKO.1JЬКY величина :JtlIll n для этоrо слишком мала. Поми.
процесса окисления этилена до окиси ЭТИ.'1еllа, бедн.
смеси перерабатываются в технолоrических процеС<"1
JlИШЬ при катаJ1итическом окислении аммиака воздухCJ
для которою Люl п == 15%. обычно перерабатываlOТСЯ см
си, содержащие 9,5 1l,5% Nlk.
Составление смесей, у которых I>J."P' обычно наип
лее Ilадежно обеспечивает взрывобезош!сность; анаJII
I1Ичны 1I -смеси взрывчатых эндотермических соединен,
(: инертнымм добавками. Однако такои .прием для тех"
Jюrических flроцессов нежелате.lен, так К(Н< связан
з ачительным разбавлением перерабатыIаемыыx проД
тов и расходованием инер1'НQrо флеrма11Iзатора: Д41
см ей уrлеродсодержащих rорIOЧ'Их, I<ислорода и аЗQJ
It1p обычно близко к 80%
Для обеспечения взрывобезопасноети тех'Нолоrи41
ских систем чаще Bcero используется метод перерабо1'l
боrатых смесей rорючеro и окислителя. Он создает BI!I
можности на'Иболее рациона.'Iьноrо управЛения теюю",
r.ическими операциями.
Теn.ловые ФJlеl'матиззторы I"орения. По XapaKT(;II
воздействия на реакцию в 'П.1амени флеrматизаторы .
рения можно в ПрИlЩИпе раздеJIИТЬ на два ОСНОВН8
Юlасеа. К фJI-еrматизаторам перво о Ю'Iасса, которые.
будем именовать тепловыми. относятся компоненты
.
принимающие прямоrо участия во вззимодеЙ<;ТБИИ топ-
чеro с окислит лем, но ПОНJ!жающие температуру ro.
иия. Избыточныц КОМПОIlеIlТ смеси также можно Р.
сматривать как тепловой ф.'Iеrматизатор. Ко ВТОРО,
кла-ссу фJ!еrNат:uзаroров, химичесIOl активных. ОТНОС-!8
12
ся "Инrибиторы отрицательные Ю3.таJ1иэаторы, способ
вые тор-мозить реакцию при неизменной температуре ro
рения, блаrодаря чисто химическому на нее В(Jздейст
лию.
Класс теП.10ВЫХ флеrматизаторов .lJедует в свою оче
редь разде.'l!ИТЬ на две rруппы: инертных ко;\шонентов,
"оторыми обычно явЛяются СО 2 , Н:iЮ и N 2 , и -сложных
rорючих, добавки которых Ф.'1еrмаТИЗIlРУЮТ rореНИе бо
[атых -смесей и эидотермичес,ких соединений. Инертные
:щбавки флеrматизируют rорение разбаlJJIяемых !ими
взрывчатых си-стем только вследствие увеличения при
rореiШИ их запаса фИ3'ическоrо теМа. Дей-с'ТВие rорючих
Ф.'Iеrматизаторов 'ИМеет БО.тIее сложную 'ПРИРОДУ. Как
11 инертные добавки, -они не оказьшают специфичеекото
химичесКОI'о ВЛИЯНИЯ на реакцию в лламени и только по
нижают температуру fорения. Однако такие флеrмати
JЭторы rораздо активнее тормозят rорение, что обуспов
.1ено не стольно их большой тешюемкостью, сколько
способностью к эндотермичесним реакциям при высоКих
температурах.
Наиболее удобным Jf во :мноrих случаях наиболее
активным флеI1\lатизатором оказывается Сд1l'IQ избыточ-
ное Торючее. При этом в -реакционную среду не вволят
ел ПОСторопние продукты. Поэтому целесообразно. по
!epe ВОзможности, перерабатывать боrатые CMeaI.
Для интенсификации М'IIоrих технолоrических 'Процес
сов оказывается желательным безопасное увеличение
концентрации КIIС.ТIорода ОКИСJIIите.тIЯ Б -основном про-
Цессе. ДЛЯ ЭТОI'O предлаrалось компенсировать прибли
>Кение состава к пределу взрываемоеrn путем увеличе
нин содержания инеРТНоrо флеrматизатора ВОДЯНОrо
пара, который в Дальнейшем можно .'1erKO удалить путем
hонденсацик Так()й пр:ием оказался неэффеКТИБНЫМ.
Предельная концентрация кислорода в но смесях с rQ
рючим и :водя'ным паром ДJIЯ БШ.lЬШИНства rорючих мо.
JlОТОННО уменьшается по мере увеличения содержания
oды. Избыточное rорючее почти всеrдз оказывается
OQ.1Jee активным флеrматизатором, чем водяной пар
Активность инертных флеrм атизаторов зависит от их
ТепЛоеМКостей. Она нееколько уменьшается в ряду
CO>H 2 0>N 2 в соответствии с аналоrИЧIIЫМ уменьше
Нием -средних теплоем:Костей и энтальпий ЭТИХ rазов
.1еж.ду комнатном температурой и температурой rорения.
63
nрн оценkаХ унифицированных пределов взрывзе ос'J!Ц
те:tПШIOrических, обычно мноrокомпонентных смесен ЭТО
небольwое рааличие учитывать нецелесообразно. Для Ta
НИХ смесей 5се три инертных компонента приравнивают
ся J{ ЗЗОТУ. чем HeMHoro увеJ!ИЧlfвается «за'Пас надеж
11 ости».
ИнrибllТОрЫ l'ореНIIII. Химически аКТИВt\ые добавки
в ряде случаев MorYT ВЛ1JЯ1Ъ на пределы ВЗрЫ:БаеМОСТJ1
Механизм ИХ воздействия на процес.с rорения заКJlЮ
чается в обрыве ретщионных цепей при окислении 1'0""
рючero; iИнr.и(jиторы JIеЛКiQ реаvируют с з'ктJiI!lны'нH цент-
рамы ЭТОЙ реакцИ!и, превращая .их в устоичивые про
дукты. _
Химически аКТИвные Флеrматизаторы применяются
в .основном В .nредехранитель'иых приспособлениях. При
аварий,ных режимах флеrматизаторы быстро В80дяТ'С5t
в больших келичествах 1IO взрывоопасную среду, 'Которая
при этом (:т,аловится пеrорючей. Для этан цели в ОСПОl.
нам предназначаются различные rалоидпроизводные,.
причем ИНf'ибирующая активность бром-пронзвоД'ны:х
MHoro ВЫше, чем XJIорпроизводных.
ОдНако спецнфическое ДеЙСТВне НI'Ибнрующих доба
вок оrраНtичено. Наиболее эффективны rалоидалканы,.
у которых большая часть атомов водорода заменен.
rалоидом. Способные OJШс.1JЯТЬСЯ rалеидопроизводныq
орrаническ'Их соединени по-'Видимому, затрудняют ['оре.,.
нне только боrатых roрючнм смесей. Добавление ТЗh"'ИJI
ПРОДУКТОВ к бедным смесям может дзже увеличива'fНI
скорость пламени вслеДСТВiИе -возрастания при ЭТОl\li
калорнйности смеси.
Пламеrасящие <составы часто ИСПОЛьзvются В так Ha
зы:ваемом Методе а!Ктивноrо rnодавления взрывов для
обеспечения безопасности резервуаров с жидким f'ОрЮ...
чим, например тОПЛивных 6аков, в тех с учаях, коrд",
пространство над зеркалом ЖИДКОСТИ содерж-нт взрывча.
тую паРО ]JО3ДУШНУЮ смесь. При возникновении очаrа
rоре}fИЯ датчик (обычно nневматический 'или фотоэлек,
трический) Подает сиrнал H так наэьrваемо автомати-
ческое подавательное устроиство. Это устроиство пред
ставляет собой емкость с JIJJамеraсящим веществом, .ко-
Торое выбрасывается в заlЦa{Щаемы:й резервуар npll;
сrорюши спеЦ'ИЗЛЪНОFО выwибноrо f18TpOHa, запал по
следнеl'О включается по СИl'нму лаТЧИка. БЫсТрое rвше-
64
ние пламени предотвращает опасный рост даВления.
В дальнейшем, однак{). был-о у<:тановлено, ЧТО Fаше
нне пламени с ПОмощью описанноrо приспособления ча
сто Не связано с инrибироваНlJем rорения Химически aK
тнвными продуктами. rашение при этом ИМеет чисто
тепловои характер, и для Hero можно с успехом исполь-
зовать воду или rорючую ЖИдкость.
Закономерности. наблюдаеJ.lые для пределев взры
в.аемDCТИ, ПОЗволяют зак.'lЮЧЫть, что для мноrих rорю
чих систем флеrматизирующее деЙСТIJlИе оказывается не
чисто тепловым, однн И3 Компонентов в известной стеПе
ни я-вляется 'и инrибиroром. В свою очередь добавки мно-
rих химичоски активных флеrматизаторов понижают и
температуру roреНJfЯ_
Сопоста'Вляя эффекТИЕlIОСТИ разл!Ичных .nламе и
пожаротушащнх areHТOB, используемых в ШИрОКО при
меняемых на ПрЗ'КТИКе приспособлен-иях, можно прийти
к эаключелию, ЧТО их влияние на 'пламя обычно !ИМеет
комбинированную природу. При ЭТОМ нелеrко YCTaH
вюь. в КЗ'КИХ случаях преобладает -опеl1ифическая ИНrИ
бирующая активность, а в каких чисто тепловое дей
ствне инертноrо (неrорючеrо) флеrматизатора, отличаю-
- v
щеrocя высокои теплоемкостью 11 связи со сложнои струК'.
ryрой ero больших молекул 11 ооособностью к эндотерми
ч€-акому раonаду. Мы Не ра,аполаrаем достаточными све-
дениями даже для ответа на I.ВOпрос о природе rашооия
древнейшим средством пожаротушения водоil: в каких.
случаях определяющую роль иrрает изменение co
става паро-rазовой среды до тзкоrо. прп котором l>llф.
а в 'Ка'КНх охлаждение зоны реакции путем налрева
ния. а затем IfCiПарения (I{3'Пельно жидкой БОДЫ.
Особенности мыса области Взрываемости. Опыт по
казывает, что ВО взрывчатых смесях f'орючеrо. кислорода
н пиертноro КОмпонента содержаные кислорода ДOCTH
('ает -минимума вблизи мыса области :Взрываемести. Лю-
бая смесь Э'J1ИХ трех Jю-мпонентов ,невзрывчата IJIрИ 'Лро-
извольном соотношении п и УТ, ecтl в такой смеси
f 0 2J<Y, rде у содержаНllе кислорода у МЫса.
Экспер'иментально устаяовлене, ЧТО веЛIlчина У пр'И
бл'Изительно одинакова для мноrих rорючих rззов 'и
паров. в том числе для алка'Нов, 'ПрОПИлена, бутилена,
бензола, ацеТОНа; если 'Инертный компонент азот,
У==11.0 lз,5%. Для этилена н бутадиена У"""IO,о
5.........2186
65
10,4 %, и лишь для :водорода. ОКИСИ уrлерода и аJ1е'i'И.
.чена У =::; 5 б %.
в rл. 2, разд. 3, указывалось, что Лrnln не изменяется
пр'И частичной замене избыточноrо кислорода азотом.
Это обусловлено равенством теплоемкостеи азота и КИ
сдорода, избыточный ЫПeJIОрОД не влияет на ХОД реакции
в пламени. Сопоста.вление показывает, что эта заКОJЮ
мерность сохраняет.ся .'Практиче.ски вплоть до мыса об.'lа.
СТИ 'Бзрываемости. При этом величина У приБЛiИЗ1fтельно
соответствует -содержанию кислорода, расходуемоI'О для
полпоro ОК1осления rорючеrо па нижнем предеЛе. Это
позволяет определять расчеТНЫе значения У для неизу
ченных roрюч'Их;
у >=: "$:rI:ml n
(З.l)
ремонта аппаратуры. Как правило, .стадии IlYCKa и OCTa
IIQВКИ представ;lЯЮТ наиболее взрывоопасные этапы
мноrих теХНОЛОПlчесних процес.сов, большинство аварий
происходит На этих стадиях. Продувку аппаратов .необ
ходиr.ю ПРОИЗВОДить в ус.тювиях, коrДа они заПОЛНelIЫ
rорючим ПIЗО I, но не Dзрывчатой -смесью. В результате
продувки концентрация rорючеrо rаза, остающеrося
в аппарате, не должна превосходить 20% от Лrnln.
Проду,вку аппаратов в производственных помещениях
полаrается выпJIнятьь с помощью инертноrо rаза. обыч-
но ДЛЯ э.юrо iJспользуется азот. Однако это не тольно
удорожает ПРОИЗВОДство, 110 и Не 'всетда выполнимо:
.
большие КОЛ1ичества азота имеются не на всяком произ
ВОДетое. Во 'мноrих случаях Для этон целл MOryT быть
Использованы хвостовые тазовые смеси, в основном co
стоящие нз инертных тазов, выбрасываемые в атмосфе
ру. Такие с],,,еси -по необхор:имости содержат н-екоторое
КОЛичество нислорода, DО3МОЖIЮСТЬ их использования
в целях 1iРОДУВЮИ определяется значением У д.'IЯ rорю.
чеro таза. нахОдящсrося в продуваемом аппарате.
Смеси, содержащие до 5 6% 02, вполне приrодны
дЛЯ ()ТДУБКИ большинства rорючих fЗЗОВ, у иоторых
Y=::;1l -13%. Однако их нельзя рекомендовать для про
ДУВКИ аппаратов, заполненных ацетиленом или водоро-
дом. В этом С,lучае содержание кислорода в образую
ЩIIХСЯ смесях будет примерно равно величине У. При
случайных отклонениях содержания кислорода в XBOCTO
вых rазах от -среднеrо з'начения. а также в том С.тJучае.
котда температура продуваемоrо аппарата ВЫШе ком-
натной. образующиеся смеси MOryT оказаться roрючими.
При зтом возникает необходимость в сложной и
дороrой операции очистки ХЕОСТОВЫЖ rазов от КИС
.чорода.
Хвостовые rазы укаЗ8нноrо выше состава мотут быть
Использованы Д.1Я отдув а 130дорода '11 ацетилена, если
операцию продувки проводить в две стадии. На первой
стадии активное rорючее удаляется из аппарата с по
мощью лриродноrо rаза, который имеекя практичесК!И
1-Iа любом современном предприятии Jf в ОСПОВJIOI\I co
СТОИТ из метана. Для Отдувки мета'па 'MorYT быть IIСЛОЛЬ
З0вапы хвостовые rазы, указанное содержание кислоро.
да здесь будет безопасным. Особой ТЩат€.fJЬНОСТИ OTДYB
юi не требуется на обеих стадиях
r
Уравнение (3.1) Дает значеиия У, отл'ичающиеся от ЭКС
перименталъных не более чем на 15%. Возможность
расчетиото нахождения У Имеет 'существенное значение,
так как эксперимента.ЧЬНЫе еro QпредеЛения BbInO.1HeHbJ
lИШЬ для 'немноrих rорючrих. а сведенпя об этой xapaK
тер'истике ча'сто необходимы для решения задач обеспе
чения взрывобезопаснос'i'И.
На Мllоrих производствах КИС.'10рОД оказывается He
I1збе:жн-ой примесью iВ различиых технических смесях.
содержащих roрюч'Ие rазы. На.'10жение ОI'pаНИчеIiИЙ на
содержание КIJIС.тIорода n тан,их смесях <приводит к COOT
ветствующему усложнению и удорожанию ПРОИ3БОдства.
Между тем в вопросе о допустимом содержаНИЕ кисло
рода =нет единодушия, травила различных ведомств YCTa
IIaВМfБают неод'инаh"()вые. !Немотивироваиные нормы*.
Поскольку образование rорючих смесей действитель
НОСти стаНОDИТСЯ ВОЗМОЖНЫМ лишь при значите.тптом co
держании WJl.с.л-орода. эти оrраIlичения можно ослаб'Ить.
Правила rосrортехнадзора остаВЛЯЮТ решение Вопроса
о допустимом содержании кислорода на усмотрение py
КОБОДства данным ЛРОИЗDОДСТ80М.
Большое значение имеет распространенная операция
оС'воБОЖД Н'JlЯ аппаратов 'и rазопроводов от заПОЛIlЯЮ
ЩIIХ их rорюЧiИХ rазов лутем продувки. Такая операция
неоБХОДllма при остановках для -смены режима и для
'" Так, НЕкоторые правила оrраНl(чнвают эту величину Il)Iv; такое
требование, например в отношении техническоrо азота, KO'l'OpIolfi ЛрlJ
Ходится смешивать с rорючнмн rазами, практически невыполнимо
66
Хвостовые 'Инертные rазовые смеси MorYT быть ис.
ПО Ъзованы для о()е<:лечения взрывобезопасносl'И И дру.
rих важных производств. За последние тоды участились
спучаи внутри<:кважинных взрывов на нефтепромыслюс
Это обусловлено распространением приема, Прl1меняе
мото для интенсификации добыч'и нефти. При заначке
воздуха в скважины, Производительность которых перед
этим nрОl'рессивно снижалась. 'Их дебит снова резко B03
растает.
Такой прием. разрешенный дей(;твующими праВИЛа
ми. Пр1ИВОДИТ к образованию в -скваЖинах взрывчатых
смесей ifефтяных rаЗ<JВ с воздухом при давлениях по
рядка 107 Па. Существует 1\шоrо лучаНIIЫХ возможно
стей поджиrания таК'IfХ -смесей, прежде ocero разрядами
статическоrо электричества 11 искрами трения. Замену
закачИ'ваеМQrо 'в скважины воздуха азотом было бы не.
леrко осу ествить, поскольку скважины разбросамы
-Б отК'рытои месТНОСТИ на больших площадях.
Наиболее рациональное решение задачи обеспечения
безопасности в данном -случае заКJlючается в том, чтобы
вместо воздуха закачивать в скважины продукты пора
ния Д'ВJ1rателя, Прll'ВQдЯщеrо в движение компрессор.
ТаКiИе продукты MOryT содержать известное количества
кислорода. Однако эту 'концентрацию без труда можно
поддерживать меньшей У, если даже учесть, что при BЫ
соком давлении в скваЖине веЛичина У может быть He
СКОЛЬКО меньше известноrо для 1I0рмальных условий
значения.
Обеспечение взрывобезопа<:НQСТИ методом оrрсшиче-
-ния содержания кислорода в смесях -с rорючим lIеполь
зуется 11 в друrих теХНолоrическпх операциях, paCCMaT
риваемых НИЖе.
2. В3РЫ80БЕ30ПДСНОСТЬ ПРИ РАЕiOТЕ
С ЛЕТУЧИМИ rОРЮIJИМIt ЖИДКОСТЯМи
Особенности napo ra30BblX систем. Если паро.rазовая
СМе<ъ J<онтактирует е жиДl\ИМ rорючим, то при Доста.
ТОЧtю 'Интенсивном перемешивании ОНа 'находится Б co
Стоянии термодинаМlIческоrо равновесия с ЖИДкостью.
ПРИ этом ее с{)Став определяется температурой и общим
давлением.
При достаточно ИИЗЮИХ температурах давлеНИе насы.
щенноro пара rорючеrо слишком мало для образоваllllЯ
6R
взрывчато» смеси. При ЛQвышеlIИИ температуры KOHneIIT
рация rОрЮЧеrо возра<:тает и наконец ДОСтиrает нижнеro
предела взрываемости, после чеro ее IповышеНJiе увеличи
вает ВЗРЫ1юопасность rазовой фазы ДО ДQС1'Ижепия сте-
хи{)метрическоro COCTaBa Дальнейшее наrревание при
водит в 'КОПI.t.е концов к достижеНlIЮ BepxHero ЧIределз
взрываеМОСТIf. равновесная смесь снова перестает быть
взрывчатой_ Таким образом, смеси. образованные насы-
щеJlНЫМ паром, !взрывчаты 'в определенном диапазоНе
температур между температурными пределами 'Взры
ваемости нижним Тпнп:И верХJIИМ Т та:х. При фиксиро
вамном общем дзвлеНИJ1 J1 составе атмосферы темпера-
турные пределы также представляют собой фИЗИJш хи
мические жонстанты roрючеrо 3НЗI.Jепия Т тln для пеко.
торых rорючnх прпведены в Приложени,н 5.
Как правило, температурные пределы определяют
при атмосфеРН<JМ даВ.'1ении в rерметичной термостати
руемой камере, нижняя часть которой являеТ(':я резер
вуаром Жидкоrо roрючеrо. Попытки поджечь паро 'Воз-
душную смесь -при различных температурах ПО3'воляю'l
установить температурные пределы. Аналоrичные изме
ре ия минимальнон температуры резер'вуара, при KOТO
рои паро.воздушная смесь 'Над поверхностью Жидкости
rЮджиrается небольшим стандартным открытым пламе
нем, дают значения температуры, которую называют
температурой вспышки. Она обычно на несколько ('paдy
сов ()ТЛНчается от температурноro предела 'Взрываемости
в результате lIепотюй rерметичности и неДостаточной
мощности ПОДЖ'Иrаl-iНЯ.
Температура вспышки Т:niп является важным техни
ческим параметром roрючих ЖИДКсх:тей, так как харак-
теризует степень опасности образования взрывчатой 'па-
ро воздушной 'Смеси 'в атмосфере производетвенноrо по
мещепия в аварийных ситуац.иях. Катеrорирование про
ffЗБОДСтВ по их пожароопасности, ПрИнятое в деiiствую
щих .nра илах, ОСновывается в первую очередь на раз-
.:JИчиях Т mln перерабатываемых ПрОДуктов.
В этих nра'вилах 1в ряду снижения степени пожаро-
Опасности соответСТВУЮlЦие ПРОИЗБодства Относят R Ra.
теroриям А. Б. В, r и д 1( катеrории А, наибо.!JЬшей
опаСНОС11И, относят производствз, в которых Применяют
I"орючие rазы и ЖИДIЮСТИ, имеЮlЦне Т :1I'n <28 ()с. В ка.
теrорию Б 8КЛючеtJЫ пронзводства, в которых обращают
89
ся rорю'ше rазы и ЖИДКОСТИ с температурой вспышки
от 28 до 61 ОС, СЮДа же ВК.'lючают 11 процессы, при ко-
торых ВОЗМоЖНо образование взрывоопасных пылевоз
душных смесеЙ. Д.'IЯ помеще1IИЙ катеl"Ор'ИИ Вперераба.
тывае11ые rорючие продукты характеризуются Т m!n >
>61 ос .чибо здесь присутетвуют T epдыc rорючие MaTe
риалы. Сюда же относят менее опаСllые пылевоздушные
системы. К катеrОРИII r ,относят производства, в которых
применяется интенсивный Hiirpen.
Заметим, что в катеrорию А ВКЛючают TO.fJbKO произ-
водства с такими rОрЮЧlIМII rаза IИ, для которых
пlHln< 10%, ОДllaКО эта оroВорКа песущеС'rnенна, так 'Как
такое условие ВЫПОЩlяе1'СЯ Д.тrя всех практически важ
ных объектов, кроме аммиака. ВеJIичина l1mln вообще
не ЯВiJяеl'СЯ критерием БзрывоопаСНОСТII rорючеro rаза
И lИ пара, а .flИШЬ определяет, как c.'IeAyeT составлять
теХНОЛОrический рет.'1амент, чтобы избежать обраЗ0ва
нпя взрывчатых смесей. Взрывоопасность rорючеrо xa
ра"ктеризуется максима.1ЬНЫМ значением И п erO смесей
и те"", как .'lerKO инициировать Б нем rорение, т. е. пре-
дельн-ой величи.ной Е тln -
Отнесение nрОItЗ'ВОДСТВ к той I!.'IИ шюй катеroрии по
жароопасности 'имеет существенное зна'Jение, так JШК
с пим связано введение или сНятие различных дорОrО
СТОЯЩИХ оrраничений н требований к устройству nOMe
щений.
С возможностью обеопечения взрывобезопасности
Паро riiЗ{)'ВЫХ ОIесеЙ путем соотвеТСТВУlOщеrо TepMOCTa
тирования мы стаЛЫПВiiе!l'СЯ на примерах ряда TeXHO,10
rич-сских проuессов. Во мноrих случаях заДiiча ОСJIОЖ
пяется проведением этих процессов ПрlJ дав.ттении. 3Ha
Ч[fте,:]Ь'но превосходящем апюсферное.
Окисление ИJJ..ких уr.певодородов воздухом. В про
МЫШ.'IеIlJlОСТИ орrаНИ"JеоСкоrо СlIнтеза ШИрОI{Q ПРИ!l,еняют
жидкофазное Оh."''1]{'.чение уrnеводоролов возд..ухом, I(OTO
рое каталлзируется растворенными СО lЯМИ тяжелых Me
таЛ 10В. Эти процессы часто 'проводятся под давлением
в нескопько десятков аТl\юсфер. В опре..'l.еJlенных ус.чо
ЕИЯХ ВОЗНИКiiет опасность образования взрывчатых воз-
душных с!w,есеЙ, однако Прll {'ООТБСТСТВУЮЩС!lI выборе
реr.тта:'\Iснта на всем протяжении теХIIО,l{)rИ'JесКоrо UlJкла
rазовая фаза может оста.ваться НСБзрывчатои.
При жидкофааном ОК'ИСJlении }ТЩ 1IOД-ородов друrие
70
(пШIl! ro nсхОДноrо продукта) .fJетучие компоненты не об
разуЮТ Я в заметных количес!вах. Интенсивный барбо
-rаЖ воздуха через окисляемыи уrлеводород rарантирует
cro насыщение паром rорючеrо. Можно полаrать, что
СО..н:ржания в rазовой фазе уr;;lевол.орода и 'Волы (там,
О,е OHii образуется) соответствуют ДiiВ.rIеilИЯ'W их Ha ы
щенных паро-в и потому однозначно определяются темпе
u
ратурои реактора.
До нача.ча реаКЦlJ1J окисnеilНЯ -содержание КИС.'I{)рода
u
В паро rазовои смеси маl<СИ!lШJIhНО, т. е. равно начально
'\fY, бразующаflСЯ при этом смесь наиболее ВЗрЫвоопас
па. ЧаСТИ'Jное расходование кис.'юрода при жидкофаз
ной реакции уменьшает взрывоопасн{)сть rазовой фазы.
Однако динамику расходования Rпслорода трудио
учесть, 'и конuеНтрацию кислорода 'в реаКТоре сдедует
рассчитывать ДЛЯ нача.'lыюrо состава азотокислородной
сыеси, получая 'I-Iекоторый «запас надежности».
При достаточно высокой температуре реактора, KOH
U u
центрация rорючеro в равновеснои паро rаЗ0ВОИ смеси
будет БО,'1ьше верхнето преДСJlа взрываемости, поэтому
соответствующее термостатирование реаКтора rаранти
рует 'Взрывобезопасность процесса окислеilИЯ. Однако
теХНО.'lоrический "процесс на этом не закаJlчивается. ra
зова я смесь, ВЫХОДЯЩая из реаКтора, должна быть ox
."lаЖдена, сконденсировавшиися непрореаrировавший
уrлеводород возвращен в теХНО,10rический цикл. При оп
ределенном уменьшении концентрации избыточноrо ro
рюче1rо, которое ф.чеrматнзирует паро rазовую смесь, она
МОЖеТ стать взрывчатой.
Равновесная концентрация roрючеrо в паро rазOlЮЙ
смеси при достаточном охлаждении ста'Новится мень
Ше :rtml!l. Однако зто не rаран'I'ИРУет взрывобез'опасно
сти. При БЫСТрО 1 охлаждеНlIИ насыщенноrо пара часто
образуется устойчивый туМан ЖИДкоrо rорючеrо. TYMa
по "Воздушные смеси при достаточной концентрации
в них rорючеrо также мотут !взрываться, их взрывоопас
ИОсть В пр-инципе не от.'шчается от взрывоопасности то-
\юrенных rазовых смесеи с равным содержанием rорю
'Iero.
Смесь, ВЫХОДЯЩая из peiiKTopa, становится взрыво
безопасной ВС lеДСТDие 'расходования КИСJюрода при жид
lюфаЗII{)М процессе, если концентраЦИ I кислорода при
3TO'1 снижается др l{РИТlJческой величины У. Задача
71
обеспечения безопаености второй стадии технолоrllческо.
ro процесса сводится к непрерывному контролlO coдep
жаЮiЯ }(ислорода на ;выходе из реактора. Для этою MO
rYT быть использованы автоматические маrнитные rазо
аштизаторы кислорода типа Mrl(, выпуск а er.flJI е i1ашеи
ПРОМЫШJIенностью. С учетом необходимоrо за'паса Ha
дежности и зависимости У от давления и температуры,
}.отя н слабой, следует считать, что концентрация IШСЛО
рода иа выходе из реактора 'Не ДОЛжна nревышать 7%.
Опыт показывает, что это условие выполнимо для суще-
ствующих процессов.
Наибольшая трудность при решении описанной зада
чи связана с отсyrствием данных о пределах взрываемо-
с11И смесей, которые MorYT возникать в таких 'процессах.
даже для аТlv!осферноro давления, а тем более для дав.
лений, значительно ero "ревоеходящих. 'Виду сложно
сти И ненадеж'Ности 'измерений этих пределов задачу це-
лесообразнее Bcero решать методом lv!одельноl'О rорюче
ro. Эталоном MOryT. например, служить данные о преде
лах Бзрываем{)сти смесей С Б Н Б +О 2 +N 2 и СБНI4+ +N2.
которые были изучены -более подробно.
Сопоставление известных зиачений пределов ЗрЫ-
ваемости воздушных смесей рассматриваемых и модель
ных а-орючих при атмосферном даВЛении в унифиц.иро-
ванной системе подтверждает их примерное СОВПадение.
На ЭТОМ основании МОЖно принять. что 'и для друmх со.
держа!Ний инертноrо 'IЮМilIонента три более высоких дaB
лениях унифицированные :Пределы также будут прибли.
зительно одинаковы.
Опыт >IIоказывает. что за'ви<:имость пределов взрыв.ае.
мости от давления можнс описывать выражением
аIф == const р8
(3.2)
пределах абсолютная величина 1€1* имеет значения 01
0,20 до -0,35. В силу сравнительной маЛОСТII I е I даже дo
статочно далекая экстраполяция alljJ по давлению не
может привести к заметной ошиб1<е. В ряде случаев Be
.чичину Е Jl.южно определять для модельных смесеА 'ilаи
более Летучеro и потому лучше .нзучеН'lЮЮ roрючеro
метана.
На OCHOBCIH'I-Ш изложенных ПРИНЦIшов MOryT быть оп.
ределены Лреде.1JЫ Бзрываемости трехкеlv!понентных CMe
сей перерабатываемоl'O rорю
чеro, кислорода и азета для 1!jcl
произвольноro содержания
инертноro компонента и давле
ния. Такие расчеты были BЫ
полнены. например, для про
цессов жидкофазнсro Оl{исле.
ния цИ'Клсreксана lf толуола.
Далее ВЫЧИСЛЯЮТСЯ paвHOBec
оНые составы паро--rазовей фа
зы для условия, ЧТО кислород
.'Не расходуе'1'СЯ при жидкофаз-
ной реакции. Составы ТClКИ}[
наиоолее опасных ра'Вповесных
смесей 'Сопоставляются с пре
делыlмии для распростра:не
ния пл-амени.
Каждой фиксированной TeM
пературе Т" Т 2 . ... C<>OТBeТCT
В у ют оп р еделенные значения а 1 соСтав равновесных "..p() ra
30DblJ1 cмecell. 2 npeдeпы JlЗрЫ
И 1 равновесной смеси. лед 1 ваемостн
здесь -lIонимается суммарное
содержанпе а:юта t-I водяноrо пара. На рис. 9 кривая 1
описьrвает соста,вы рапнО'весных паро-rазощ{х смесей
Б IЮOpдинатах Ig а /lJ1рИ температурах Т,. Т 2, ..., обоз-
:наче1П/ЫХ f1осле каждой Т{)ЧIШ для КРИВОЙ состава (п,/).
КРИlвая 2 опиеывает пред-елы 'Бзрываемости рассматрп
ваемей системы для фик<:ированноro давления, при ко-
ropoM ведется жидкофаЗН8Я решщия.
Точка перееечения обеих J<РИБЫХ (для Uтln) описыва
ет состояние. при котором равновесная .паро rазовая
смесь ста'неви1lCЯ взрывчатой. Соответствующая nредель
7(.
7j
1
I
Рис. 9. Выбор DЗРЫБОбез
опасных УСЛ<Jвиft жндкофаз
lJIoro ОКИСJ1еJIНЯ:
rде е постоянная величина (барический коэффициент
пределов взрываемости). Лоrарифмирование и диффе
ренцирование (3.2) дает
E
d Ig акр
dJgp
(3.з)
Из имеющихся 9кспеРllментальных данных следует.
что для взрывчатых смесей различных rорючих на обоих
72
· е<О для боrатых Смесеи и >0 для бедных.
73
ная температура Т 1Ф опредеш/ется интерполяцией т ДJ!Я
д'вух значений а: >amln и <aml n . ВЫПОЛНЯЯ аllалоf'ИЧ
ныс расчеты Д:J:Я ряда значений ()бшеrо давления, мож
но опредедить зависимость Т HP (р).
ПередаВJlивание rорючих летучих жидкостеи. Во
r,IНоrих теХНD.''1Оrических проц.ессах nОЗН'l;кает необхо.J:И.
ь
I'IЮСТЬ -в передаВЩfВаНIIИ летучих rорючих ЖНДКостеи, Ha
пример, при их пневмотра-нспорте И на ДРУК фИ.'IЬтрах.
Во IJIЗбежание образования взрЬ!Вчатых паРО DОЗДУШНЫХ
смесей эту операцию 'ПQ,r_larается ВЫПОлнять С помощью
сжатоrо изота, что приводит к удорожанию ПрОI1ЗВОД
ства. в особеннос.ти 'В тех rC.'Iучаях, КоrДа ДJlЯ этоrо при
ходится доста'ВJIЯТЬ значительные ко.тшчества азота
в баЛ.'Iонах с друrих 'предприятий.
Операция переда'ВJlивания может быть значителыlO
удешеВ.1Jена, ес.'ПI уче<:ть, что Д.1JЯ ее безопасносТ'И нет
нужды J3 прнменении чпетоrо азота; необходимо TO.1JbKO.
чтобы содержание кислорода БЫJЮ меньше У. Это об.
стоятельс1'НО создает две возможности: экономии азота.
IIСПО.'Iьзуемоrо ДЛЯ передавливания, путем ero разбав
Jlения ВОЗЛУХО'" в таких соотношениях, чтобы содержа
н'ие К'ис_юрода остава.чось меньшим у (в бо.1JЬШИlJстве
спучаев расход азота ЗД&ь может быть сокращен при
мерно 'Вдвое); передаВЛIlвания rорючих ЖИДКостей с .по-.
мощью XBOC'IOBblX rазов с умеренным содержанием IJillС
порода Их IIСПО.'IЬзование в опер щиях продувки pac
СJl.f8три:валось Быше.
При определенных УСЛОВИЯХ безопаСllое передаВЛива
ние некоторых летучих ЖЧIДк<>стеи и их хра.нение в pe
зер-вуарах ДОПУСТИМО без применения добавочноrо авота.
Таюзя 'Возможность возникает в тех случаях, коrда дaB
Jlение пара rорючей жидкости достаточно Dе.'IИКО Д.1J9
образова'ния певзрывчатых смесей с содержанием rорю
чеrо, большим .птах. УЖе при температурах близких
к КQмнатной. Этот метод может быть применен в теплое
врсмя [ода 'II.'I-и в жарком КJ1И:'\lате либо в обоrреnаемых
ПО lеЩ-епиях. Он цедссообразен в тех с.flучаях, Jюrдз
сжатый азот вообще недоступен, наприыер при роз.чиве
из l1истерп На нестаЦIIОllарных п.Чощадках.
Для осуществления takor-о процесс а воздух, пода
BaeMblI! n резервуар, должен насыщаТhСЯ парами rорю
чеrо, IIрОХОЛЯ, иаПрИI\Iер, через Нзсздочную НОЛОНИУ,
орошаемую ЖИДкостью из резервуара. Предельная без
74
опасная темпер-атура Т F.p определяется значением 3tmax..
.1аВ.lениеJlI насыщенпоrо пара и бJI!И I давлением в pe
зсрвуаре. Привсдем значения Т"р С Д.'IЯ некоторых ro
рlOЧИХ при общем дав.'1СНИИ, paBHO 1 1.10' и 2.105 Па:
I }оБ Па 2 10" Па
Бензол. 19 з3
AUCroH 8 22
ЭтиловыЙ эфир . . . 15 32
ДJIЯ об&печения «запаса надежности» температуру
передавливаемой жидкости flеобходи 1O поддерживать
БО.'1ьшей TF.p на несколько rрадусов.
3. ОДНОФАЗНЫЕ I<ИСЛОРОДСОДЕРЖАШИ[ СИСТЕМЫ
r.азофазное окисление уrnеводородов. Эти процессы.
распространенные в технолоrии ОрI'аНlIческоrо с,интеза.
С.lужат Д.1JЯ получеНIIЯ спиртов, альдеrидов, карбоновых
IШСЛОТ. Как правил-о, конвертИруются невзрывчатые бо
[атые смеси yr.'leBoJlopoДOOB с кис-юродом: переход за
предел ;взрываемос'l'И здесь особенно опасен, ос ольку
окисление ПрОDОДИ1'СЯ при температурах 300 oOO С, co
IIзмеримых С Т, дЛЯ взрывчатых смесей. РеrупИРОВ lН'ие
состава rазовой среды здесь не связано с каки!\ш-либо
осложнениями, ОДНaIШ для интенсификации процесса же
.flзтелыю максима.1Jьное уnе.'1ичение КOIщентрации кисло
рода. Для фракций C3 C4 при норма.'1ЬНЫХ ус овиях
предельная концентрация кислорода раБна 4б 52 Уо, для
обеспечения запаса 'Надежности допустимое с::одержание
3 ,"0'
кислорода приходится orpa IJJJчивать до ,...,., u;;,'o.
Специфическая особенность rаЗОфазнои конверсии
За!{люча-ется в том. что перерабатывае fые смеси -coд p
жат неКоторое количество окиси уr.'lерода, обрззующеися
при основной реакции в качестве поБОЧНоrо продукта.
Поскольку nлажные смеси окиси уrлерода взрывчаты
13 широком дпапазоНе составов, возникли опасения. не
i'lюжет JШ ее ПРИСУТСТDие сущестпеllllO расширить преде
.1Ы взрываемости перерабатывае\lЫХ смесеи.
Опыты показа.'iИ. что добавки окиси УПlерода к CMe
СЯм уrJlеЕО1l.0родов и КIн:лорода не только нс расширя
ют их области взрываемости 110, наоборот, ф.lеrматизи
руют такие смеСII. Для опр делеlllJЫХ соот,пошении СО
и уr.flеводорода КрПl'ическая концентрация кислорода
возрастает До 63%, а ве.'IИ"lИна Qrпin дo 0.75 т, е.
U('р'\:ний концентрац.ионный предел опускается до c01l.ep
75
жания rорючеrо. близкоrо к стехиометрическому. Для
сравнения укажем, что у смесей с уrлеводородами фрак
ини Сз С4 aJ11in==O.16 OJ20. В смесях. содержащих добав
IШ окиси уrлеРОД8. Пеличина пmJn Dозрастает до 4,5 раз.
Сужение области взрываемости при частичной заме.
не в боrатых смесях уrлеВОдорода окисью уrлерода сви.
детельствует о ТОМ, что оба I'орючих ВЗдИМН{) инrибиру.
ют окисление друr друса. Замена уrленодородз окисью
уrлеродз связана С oJIовышеН!'IIем Т ь, тем l{е менее CKO
роеть реакц'Ии в ,пламени замедляется. Этот эффеl<Т спе-
цифичен для боrатых смесей -в бедных смесях добав
Юf уrлеводородов катализируют окисление окиси уrле.
рода.
Инrибирующее деЙствие добавок окиси уrлерода
Можно И<:ПОЛЬЗ0вать ДЛЯ безопасной интенсификации
процесса Rонверсии. cmись уrлерода образуется в самом
процессе окисления уrлеводородов И при конверсии не
расходуе1'СЯ, ее можно сохранять в реакц.ионном ЦИК
ле. Поддерживая 'Концентрацию СО в перераба.ываемой
смеси !IJОСТОЯННОЙ, можно безопасно увеличить допусти
мую концентрацию кислорода. Целевые продукты мож
'Но ВЫВОДИТЬ путем конденсации !или абсорбции из сферы
реакции, а уrлеводород и кислород добавлять по мере их
расходования.
Низкотемпературцое окисление этилеНа. За послеk
нне rоды бы.'} разработан перспективный процесс KaTa
литическоro окисления этилена кислородом до aцeTa.lIЬ
деrИДа. РеакlUJЯ проводит<:я при давлении порядка
1. IОб Па и температуре около 100 ос пут€м барботиро
вани я смеси C 2 I---4+02 через водНЫе растворы солей пла
типовых мета.1IЛОВ IИ меди или железа.
.
Эффективное осуществление этоro процесс а ослож.
няе1'СЯ взрывоопасностью смесей С 2 Н 4 +О 2 . При зтмо.
сферllОМ Давлении бинарные смеси 'Взрьшчаты в Диапа
зоне от 3 до 80% С 2 Н 4 , ашln == 0,083, т. е. существе.нно
меньше, чем ДЛЯ алканов н высших о.тrефинов. Это обус
ловлен{) звачнтельной эндотермичностью этилен а. спо
собноrа в определенных условиях к взрывному распаду.
Таная особенность л-илена ВЫНУЖдает жестко orpa
ничивать допусТ'Имую концентрацию кислорода -В перера-
батываемых сМесях. Учитывая необходимость определен.
Horo запаса 'Надежности, следует считать предельно Дo
пустимую концентрацию кислорода в бинарных смесях
78
с Н 4 +О2 (в дальнейшем насыщаемых водяным паром)
р ВJ-ЮЙ 9% при 5.105 Па и 6.5% при (.(()6 Па. Столь
(llIзкие лределЬ'ные содержаНIlЯ существенно сказывают-
ся на ИНтеНСИВНОСТИ ехнолоrнч€Cкоrа проЦе<:<:а.
n RОЛЬКУ ДЛЯ смесей 9тилена с кислородом нельзя
осуществить эффективную флеrматизацию, создавая Дo
статочный избыток rорючеro, желательноrо эфф€кта
:\lOжно достичь с помощью посторон еrо l'орючеп) KOM
понента. Опыт показывает, что в тронных смесях кисло.
рода, .ЭПiJIена и друrоrо флеrмати3!Ирующеrо уrлеводо-
рода, НЗ 1 пример парафпновоrо, величина U-шln близка
к таКовой для пзрафиновых уrле:водородов (O,15 O.20)
уже ДЛЯ соизмеримых содержаний обоих уrлеводородов.
Посторонний rорючиЙ компонент будет и['рать роль флеr-
матизатора rореНiИЯ. По ОТlюшению к основному про-
цессу каталитическоrо окисления этилена разбав
о'lЯЮЩИЙ yrпeBoдcpoд ЯВJIяется инертным флеrМ8тизато.
ром в CIfJI)' низкой .eМlIepaтypы реа'Кционной ЗОНЫ.
liаиболее целесообразно использовать в качестве
флеrматизатора этидена бутан. оптимальное соотноше.
ние обоих у.rле-водородов эквимольное (1 : 1). Расчеты
II опыт показывают, что в этом случае допустимое содер-
жание кислорода;в трехкомпонентной с)[есн :может быть
безопасно удвоено. Флеl'матизирующий бутэ.н при peaK
ции не расходуется. и 'в качестве ПОСТОjI!lНО прису1'СТВую
щей доба'БКИ не выходит 'ИЗ реакц:ионноrо цикла, этилен
н .кислород добавляюТ(:я .no мере расходования.
Паро кислородная конверсия метана. Основное КОЛИ.
чество водородз для синтеза аММl!акз I1РОИЗВОДИТ<:Я
в 'Настоящее -время паро кислор.однои иЛи lJIapo-воздуш
НОИ конверсией уrлеводородов. обычно природноrо rаза,
rлз-вным компоНеНтом KOToporo ЯБЛЯет<:я метан. Конвер-
тируемая смесь roрючеro. Rислорода и -Бодяноrо пара
пропускает<:я через контактный аппарат с насаДКОй из
rра'Нул ннкелевоrо катаЛJ[затора. Реактор диаметром
1,5 З 'М. .ПрОИ3ВОД,JIтель'Ностью в Jlеоколык iДОСЯТ,JЮ,В T .
сяч кубометров в час 'Снабжен оrнеунорнои фут€ровкои.
Во мноrих случаях процес<: -ведется под давлением
2.lOб З.lOб Па. Реакционная см-есь перед контакт.ной
зоной предварительно подоrpевается до 400 500 .
В оп редел еtlНЬПi условиях Iюрмалыlеe течение про
цесса нарушается. Над слоем катализатора возникает
стационарное 'lJламя, вследствие че['о разрушаются rpa
77
lIУ.ЧЫ -катализатора и футеровка конвертора. в ряде слу
чаев nporopaeT металлическая арматура.
ПредеJIЫ взрываемос'l'И смесей СН 4 +О 2 + Н 2 О при
высоких давлениях, температурах .н .содерЖаниях водя
Horo лара экс'перимеНТ8ЛЬНО 'Не опредеЛЯJIИСЬ; сомпи
телыю. чтобы такие Измерения моrJ1И быть выполнены
сколько-нибудь точно. Пределы бы.'IИ опредеЛены MeTO
дом моде.'шрования. Расчеты 'покзза.1И. ЧТО при одном из
rЛа'вных режимов конвертирования при 2.106 Па
и 60% H в смеси .с 02 И СН 4 Iпреде,ilЬНЗЯ KOHцeHTpa
ция Недоетающеrо в смеси R'ислорода равна Bcero 6%.
Фактическое -содержание КИСJIOрода в перерабатыва-е
мых смесях в 2,5 раза больше. т. е. перерзбаТЫI; ается
взрывчатая смесь. д,наЛ{)rl{ЧНО ПО.'IOжение и для друrих
рабочих режиьюв. Для условий данноrо техноЛоrиче
CKoro процесса невозможно -сделать перерабатываемые
смеси .невзрывчатыми и обеспечить безопасность на ос-
нове ервоJ'О Прllнципа*.
ВОЗJliИкновение стационарноrо лла!llепи здесь следует
предотвращать в пределах использования BToporo ;прип
цила взрывобезола.сности. Поскольку процесс конверсии
пров(щится D быстром -потоке, а конвертнруемьте смеси
оrnося1'СЯ к медленноюрящим и lЮТОМУ трудно ПОДЖИrзе
мым, устранение застойных зон D реакторе будет преltят
ствовать возникновению очаrов rорения. ТаК'Ис зоны сЛе
дует обдувать водяным паром.
Плохое перемешиваНliе компонентов будет также
способствовать появлению пламепи. Локальные откло
llеНИfl состава от срсднето nрИВОДflТ к образованию бо
лее взрывчатых и .'1erKO ПОДжиrаемых смесей. Эффектив
1I0е смешение возможно, например, при подаче КОМПО
нентов через смесительное устройство, С<J'Стоящее из
трубной решетки, ШЮНТИР<JDанноii внутри основНой Ш'I
рокой трубы, так, что трубы решетки оказываются Iпер
пендикулярными потоку rаза, 'проходящеrо по основной
трубе. Один из Компонентов поступает в поток через от-
верстия в боковых !Повер.mюстях труб решетки, друrой
пепосредствен.но в широкую трубу. При Т31Кой 'IЮ'дilче
возннкае'i множество небольUlИХ струй rаза, и потон
сильн{) турбулизуется. D результате чеro достиrается xo
рошее перемешивание на МЗ.'IOм пути
'" См. стр. 60
Особенности смесей сероуrлерода. СероуrJIерод яв-
ляется ОДНИМ из наиболее сложных в отношении БЗры
поопасности объектов химической технолоrии. Пределы
взрываемоети есо смесей с воздухом считаЮ1'СЯ Р3ВНЫМИ
1.25 50%, т. е. aI\P"",5,7 O,070; такой диапазон :мносо
шире. чем для друrих rорlOЧИХ. В определенных у<:ло
виях -оказываются rорючИми смеси. содержзщие сотые
11 дзжQ тысячные доли процента CS 2 . самовосплаын
вне смесей CS 2 возможно при крайне 'Низких температу-
рах до 80 ос; наблюда.чось и низКоте lПературНое ини-
циирование rорепия в режиме поджиrания смесей CS.2.
I1асретым теЛом. Эти особенности обу.СЛ-Qвлены склонно
стью смесей сеРО}'rлерода к образованию холодных пла
мен, однако такне пламена. ДЗJтеко не в еrда имеют воз
можность ПОРОЖДать опасные rорячие пламена.
В неноторых 1Jроцес ах возникает опасность подсоса
воздуха в зппараты, содержащие rорючий rаз с доба.в-
ками ерОУf.'Iерода. Установлено, что добавки сероуrле-
ь
рода не в.1Jияют '1НI пределы -взрываеьюсти смесеи с из
бытком друrоro roрючеro. Примеси сероуrлерода в таких
смесях, вопреки ожиданиям, Не оказывают какоrо либо
специфическоrо влияния па пределы взрываемDCТИ.
8зрывобезопасность воздухоразделнте.льных устано-
вок. Про.ц.ессы J'Jlубокоrо охлаждения, являющиеся эф-
фективным средством разделения rа30БЫХ .см ей, ()ТНО-
сятся к числу наиболее взрывоопасных. На первый
взr.чяд ТЗI<ая особенность парадоксальна, поскольку
здесь перерабатываются неВЗРЫБчатые смеси. Причина
взрывов заключаe1lCЯ в накоплении в ХОЛОДИJJЬПЫХ бло
ках Q'па'сных К<lмпонентов, ЯВЛЯЮЩИХ<:Я малыми приме
сями в ИСХОДНЫХ rазовых смесях. 'В бл-оках образуются
конденсированные взрывчатые системы, реакция в них
ОТJIИчается большой разрушите.IJЬНОЙ силой.
1( числу описанных опасных 'лроцессов относится раз-
деление воздуха .на компоненты. При этом в жидком кис-
.rrороде накапливаются rорючие rазы, следы котарых
имеются в -воздухе> из Jlих наиболее опасен ацетилен.
ВОЗМОЖНО также накопление машинных масел, ИСПО.'lь
ч'емых для смазки компрес-соров и .детаl1деров, .и про-
дуктов их разложения.
Взрывоопасность :воздухоразделительных установок
усуryбляется тем <lбстоятельством. что они обычно функ
ционируют на химических и ыеталлурrпческих пред
79
78
приятиях В промышленных районах, тде заrрязнение воз.
духа торючими. тазами особенно вели.ко. В связи с ЭТИМ
70ЧНИ забора возду.ха выносятся на несколыш километ
РОБ от территории произвоД(:тва, но .и такое решение за
дачи Не и-счеРЛЫ!lающее 'ВВИДУ изменчивости MeTeopo
лоrических условии и 'ПОБсеМеСТНоrо заrрязпения ВОЗДУ-
ха :в /ПРОМЫШЛенных районах.
Образующиеся 'Взрывчатые системы Бесьма чувстви-
тел ны к !lНИЦИИРУЮЩИМ импульсам и отличаю1'СЯ боль
ШОИ СИJI{)И взрыва. ВЗРЫВЫ обыч'но возникают в среде 'Из
Rристаллов твердоrо уrлеводорода. lIаходящихся в жид-
ком J<ислороде. ,Взрывы чаще Bcero инициируются yдap
ными волнами, 003НlIкающнми при работе установок
а таКЖе при трении между собой взвешенных кристал
ЛОВ твердоrо ацетилеJlа. Пр.иСУТСТБlJе в Жидком кислоро
де rазов х пузырьков увеЛ1fЧИllает 'ЧУНC1'ВJjТeJ1ЬНОСТЬ
Взрывчатои среды к импульсному сжатию; она здесь
выше, чем для жидкоro нитроrлицерина.
Для предствращения нак{)пления опа ных примесе
прнбеrают к сливам жидкоrо КИ<:Jюрода. УДорожвющИ!
производ.СТБО. но и этот прием ие исключае.т возможно
сти взрывов. Наиболее эффективным методом- является
71Цательная очистка разделяемоrо воздуха от вредных
примесей, для чеrо иноrда 'Используют адсорбцию на
СИЛllкаreле. При этом эффективно извлекается только
ацетилен, но ле алканы. B ЬMa эффективной очисткой
является ОКИCJIение ацетилена :на катализаторах из ОКИс
пав металлов при неБОJIЬШОМ подоrреве (150 180°C).
4. 8ЗРЫВОБЕЗОПАС"ОСТЬ СИСТЕМ
С ОI(ИСЛАМи АЗОТА
rорючие СRойt:тва t:месей с окислами азота. За по
следН'Ие rоды в nромышленных .процессах IfЭХОДliТ ши
роксе примеНеНlIе азотная кислота в качестве ()КИСЛliте
.ля и 'Нитрующеro атеНта, Б -основном 13 приме.нении к yr
леводородам. Реакция может проводитhCЯ как в жидкой
так и в тазовой фазах при температурах до 250 0 С дл
жидкофазноrо проце<:са и до 450 ос дЛЯ rазофазноro
ДаВЛен'Ие может достиrать 1.f07 Па. Обычно прнменяет:
C$L разбавленная кислота, содержащая 20 40()} HN O
В ru
этих Проц са" наряду с це:rевыми продуктами
образуются инертные кш,rпоненты 8ЗОТ, дeYOKIJCb yrJJe
86
рода и вода, окись уrлерода п большие колич тва OKl1C
.'10В азота. "в основн{)м ОЮIСН. некоторое RОЛИЧество заК'д
сII, реже днуокись. Окислы азота представляют собой
r.1аБНУЮ часть rазообразных 'Продуктов реакции. иноrда
to 90 % их количества_
nаро rаЗQвые смеси окислов азота с избыточными
\. UIеводородами и окисью уrлерода при определеННЫ1<
\ с.'ювиях MorYT быть взрывчатыми. Решение вопроса о
j'раmщах ВЗРЫВО01I8СНОСТИ образующихся смесей 1103-
\10ЖНО толыш JIa основе метода унификации пределов
пзрываеМQСТИ. ПОСJ<ОЛЬКУ эти смеси содержат не менее
; ком'Понеll70В. При этом .нужно учитыва7Ь. что в тех-
но;:юrическ-о:м лроц се состав не остается постоянным.
После реактора I-Iнтрова'Ния (окисления) паро-rазовая
C\IeCh охлаждается и .лары уrлеводорода КОIJденсируют
ся. затеы для частичной реrенераnии азотной кислоты
.
окислением окиси азота до двуокиси к rазшюи смеси до--
б,шляется воздух. образовавшаяся ДВ}'ОКИСЬ аtkорби.
руется слабой азотной кислотой. ь
nсдрооные ис<:ледования см еи rорючих rазов
окисью азота показали. что такие смеси отличэкrrcя
сравнительной флеrматичностью. Их темпер.атуры ["ope
пия счень высоки до 3400 К при ,J-юрма.ТIЬJlЫХ УСЛОВИЯХ.
что обусловлено эндотеРМlIЧеской природой окиси азота,
Т. е. сра'Бнительно большим запасом энерrи'И Fорючей
снстемы (чем для смесей с I<ИСЛОРОДОМ). НесМОТРЯ на
ТO, скорости пламени в смесях с окисьЮ азота не 'Лре
восходят O,3 O,5 м/с, что в несКОЛЬКО десятков раз MeHЬ
Ше, чем для анаJIоrичных смесей с кисл()родом. COOTBeT
ственно малым значениям и n очень велики минимальные
Е щ1п для таких смесей, веЛ'ики предел ные значения диа
метра каналов, в которых -возможно rашение пламени.
Температура самовоспламенения на iНесколько СОТ Tpa
е
лусов 'ВЫШе, чем у анаJlоrичных смесеи с кислородом.
Описанные особен,ности обусловлены механизмОм
реакций, в которых окись азота является окислителем.
Реакционная спос-обность окиси азота TaRoвa, что в ее
С\Iесях затруднено ВО3Н'ИКlJJовение быстро раЗ'ветвляю
ЩIIХСЯ цеnей_ Поэтому скорость взаимодеиствия с rорЮ
ЧИ'lИ rазами здесь мноro меньше, "Чем в аналоrичных
СМесях кислорода при рав'ной температуре.
Слеnификоli реакции {)I<исления roрЮЧ!!,Х веще<:тв
i(в}окисыQ азота является их двухстаДИИllЫИ механизм.
6 2186
81
Двуокись азота леrк{) распадается на оки,сь азота и кис
,':юрод. Более активный окислитель кислород расха
дуется в первую очередь. окись азота ЩIкаПJшваетCJ
в продуктах первой стадии реакции, к-оторая в некота
рых С.'1учаях на этом заканчивает я. Да,ТIьнейшее теченщ
процесса таКОе Же. как 'Н в CMeCflx ОКИСИ азота.
ВЗРЫ80безопасность продуктов нитрования и окисл
ния азотной кислотой. Методы безопасноrо npOBeAeHJlt
ь
процес'С'ов нитроваиия и окнс.'1-сния аЗОТIIОИ Iшслотоl
и кисле!JИЯ тех же ПРОДУКТОВ кислородом ВО MJlOroq
аналоrичны. Система обеспечения взрывобезопасности
первую очередь определяется arperaTlIbIM состоянием ком
понентов в технолоrичеСIШХ операциях и полнотой расхО!
Дования в них перерабатываемых rорючих KOMnOlleHTo1t
В распространенных случаях. котда ЖИДКИЙ уr.Тfевси
Дород расходуется .не .полностью и образуется равновecI
ная паро rаЗОБая смесь, Бзрывобезопасность peaKTOpt
нитрования (оюосления) обеспечивается еro TepMOCT8:I
J'ированием. Пределы Iвзры:Бемостии смесей, образуI01
щихся в технолоrических роцеС'С8Х, изучены эксперимеН1
тально в основном для нормальных условий. Пределы
соответствующие более высоким давлениям, MOryT быт,
вычисл-ены по 'величине барическоro коэффициента ,
[-см. уравнение (3.3)], который м()жно определить ДЛ1i
модель'Ноrо компонента. 3начения Е дЛЯ СМ& Й С окис]
лами азота примерно такие же. как для смесеи с иислd
родом.
Задачи обеспечения взрьпюбезопасности паро rазо!
вой смеси на последующих стадиях 'лроцесса после е4
охлаждения и конденсации части избыточноrо rорюч
ТО 'Н 8'налоrичных iCм&ей с J<ИСЛОРОДОМ решаются cy
щественно различно. Окислитель 'ВО взрывчатой .tмеси
окислы азота здесь не расх{)дуется военовной реак..
ции теХlНол{)rическоrо процесса. При ()хлаждении "аро-
ь
rазовои системы, следующем за стадием нитровзпиЯJ
смесь неизбежно становится взрывчатой, ес.Т'lИ содержа,
ние ОКис.rЮll азота 'В ней достаточно велико. ПОСКО.1ЬК)1
перерабатываемая смесь J1e только ОХЛаждается, Htr-
Jf дросселируется, следует учесть, что преДСJIьная темпе
ратура, при \Которой -станови я ВОЗМQЖIlЫМ образовапиь
взрывчатой смеси, тем ниже, чем меньше общее давле.l
нне. Сопоставдение пределов взрываемости и составоц
продуктов 'Нитрования (окис.'1ения) приводит к заКJlюче"
БZ
что такие вз р ыDзтыыe смеси деi:lствительно обрззу
IfllЮ,
. тся во мноrих pea.'IbIIblX проц.ессах. о
JO Образование взрывчатых лзро rазовых смесеи мож
предотвратить разбавляя продукты реакц.1Ш значи
110 1. ЬН Ы"\' Н:ОJlичест 'ом I1HepTIIOro rаза так, чтобы ero 1(OH
1l'. прация стала большей /НТ' Такой прием -оказывается
БХОДИМЫМ дЛЯ HeKoтopblX Iлроцессов окисления a30T
11011 кислотой, пlк как в НIIХ жидкий УПlеводород может
всходоваться нацело, при этом образуется взрывчатая
'IeCb уже в самоМ реакторе. !В процессах 'Нитрования
>h.п.1.КИЙ уrле130ДОРОД сохраlIяет я всеrда.
Разбавление инертным комп'Онентом (азотом) e :
,1С' КНО rарантирует взрывобсзопзсность, одна1<О ж
Т/IЫЮ не .прибеrать к нему без ираiiней необходиМосТИ.
;к как э1'О снижает эк-ономические показатели проц.ес
'I С ОП,IIОЙ стороны, приходится расходовать большие
1 "jI1че:тва инертноrо rаза, с друrой разбавление rа ф
'о браЗIIЫХ продуктов .перед абсорбционными операция
III (извлечения уr.чеводородов и ()кислоп 83'О1'а) затрУk
няет их теЧС]lие. 3.з.есь оказывается целесообразным от:
I;азатЬ'СЯ {)т обязате;1ьноrо превращения паро rаЗ0НОИ
С\IесИ в :неroрючую и обес.печеНliЯ взрывобезопасности
IIсключите.ТJЬНО 1:Iа основе первоrо nринципа.
- Вместо разбавления инертным rазоМ, ц.елесообразно
прОВОДИТЬ окончательнуЮ стадию охлаждения па о rазо
поЙ CMecli на которой она становитСЯ взрывчаroи. в Ha
СаJ.ОЧНОЙ олонне иrрающей одновременно роль и XO.10
;щль'Ника и абсорбера пара уr.ТIеводорода. НаС8Д}{Э KO
.10ННЫ орошается охлаждаемой жидкость , потлощаю
щей уrлеводород. Образование взрывчатои паро (тумао
lIо) rазовой -СИ ТС IЫ возможно толЫШ В преде.чах этоr
абсорбера ХОЛОДИ.lьника. EI'O безопасность обеспечивает
ся в llределах реализации BToporo и TpeTbero принци
пов* В насадке -невозмоЖНО образование поджиrающих
lН,ш у 'льсов большоЙ мощности"''''; с друrой стороны, pac
апах О б р азованных r p a
прострапение пламепи в кан. ,
1. :Iам'и н асадк 11, в перерабатьшземых здесь смесях He
0З :ЮЖНО. батывае
При rазофаЗНО:\'1 НИТРОВЗiIИИ состав перера
rl1bIx смесей можно изменятЬ произвольно, не допуская
образован ия взрывчатых систеМ. Сопоставление преде
.. См стр.61.
".. Ет;п l!еЛlIка ДЛЯ cMeceil ОRIIСЛОВ азота
б*
83
лов ВЗрЫваеМОС't1f н 'tехнолоrических ретпаментов из
вестных процессов rазофазноrо нитрования ПоказываеТJI
что со<::авляемые в них смеси неВЗРЫБчаты. При после
ДУющеli .перерзбcrrке IJIрОДУI{ТоВ реаК1!.ИlI также необхо
ДIi;.М0 учитывать ВОЗМО>J)НОСть образования опасных CMe
сен.
Взрывобезопасность разделения I'ОРЮЧIIХ rазов MeT(ho
дом I'лубокоrо ОХЛаждения. Эти процессы ШНРOJ{о лриме...
НЯЮТСЯ при лереработке КОКСОВОТО rаза. ПРОДУК'I'оn БЫСО-
котемяературното пиролизз и конверсии 'НзсыщеННЫJl
уrлеводородов. За ЧlOследние тоды ПОЛУЧИЛ значитеЛЫlOвI
ра'Спростра.нение 'Высокоэффективный метод ПРОМЫВКJI
ЖИдким азотом теХНическоrо водорода, иСпользуемоI'(l
для производ'Ствз аммиака. При этом удаляются остаТКа
окиси уr.черода - катаЛИТIfЧескоro ЯДа этото Процесса.
Разделение rазов методом rлубокоrо охлаждеН:И1
оказалось весьма эффективным. <>ДНЮ<о ero nрименени.,
повлекло за собой случаи :взрывов На Х{)ЛОДНЛь'Ных бл(.а
ках. Казалось нелонятным, как может {)бразовыватьс..
здесь взрывчатая среда. ИсследоваllИЯ -показали чтр
а .
причинои взрывов являются следы окислов азота в лере,
рабатываемых rазах. }(онденсируясь при охЛаЖдениWl
они накаПЛJIвают я в раздеЛ'Ительной установке; при efI
размораживании {)ни "ВзаимодеЙствуют с содержащими..
ся в КОнденсате непределъными yrлеводородами, пако...
ПИВШимися З'НЭЛотичным образом. Это взаимодействшl
Может 'пр'Иводить к взрывам большой силы.
Взрывоопа,сп-ость замороженных смесей с ОКисламНi
азота. казалось бы. противоречит Бышесказа.ююму о пас...
СИвности торючих систем с ОКислами аЗО'l'а. Объяснение,
ЭТОrо заКЛючается fj ДВОйственности реакционньн с'ПО а
собности окисЛов азота. Будучи крайне пассивными_
в реакциях окисления. опи Отличаются высокой актив
Ностью в процессах IJIрисоеДJlnения к непредельным со.
единениям. Это обусловлено тем, что OJшслы азота обла
Дают некоторыми ('ВОйства ми >свободных радикалов и
поэ ом леl'КО ПРИсоеДИIIЯЮ'Т'Ся по месту двойной или
троннои связи. Эта реакция почти не требует аКтиващш.
Как показаJIJI опыты, заМороженные см€си дВуокиси
азота с олефинами при размораживании до 60 ос ca
МОПРОИЗБQЛЬНС Зрывались. В КОllДенсированной фазе
реакция ИДет MHOro быстрее чем в rазовой. ПРИЧJmы это
ro раЗЛliЧИЯ не вполне 'ПОнятны. Для нас существенно
84
то, что замороженные см и О/Шел.ов азота с непасыщеJl
ными уrлеводородами ЯВЛЯЮ1'Ся 'Наиболее опаснон взрыв
LJЗТОЙ -средой, способной к быстрому преврзщению без
LJlI J-Iциирующеrо Jlм'пульса.
ПОЯ1вление ОКИСЛОВ азота в перерабатывземых CMec5IX
в первую очередь обусловлено побочной реа щией обра
зования окиси азота М3 азота н кислорода при высоких
температурах, сопровождающеи rорение различных топ
.1ИВ. Характер инициирующеro эту реакцию' процесса TO
рения и природа -сrорающето топлива несущественны.
роль roрения сводится lК наr.реВЗllИЮ аЗОТОJ{ИСЛОРОД'НОЙ
С lе{:и. В топочных -процессах обычно образуется HeMHO
,-О окиси азота, однако этоrо вполне достаточно для
опасиоrо накопления окислов азота в ХОЛОДильных
блоках.
Для обеспечения взрывобезопасности разделитель
v
пых операции !Вводятся жесткие оrрЗНИчення допустимо
ro содержания окислов азота. в сжижаемых rазах: от
0,01 до 0.05 миллион ых долей Ino объему, что достиrает
ся с помощью специальных методов О'ПIС'I"КИ. После про
\ОЖДепия через блок определеНllоrо количества О'КИ-СЛОВ
азота блок размораживают и освобождают от накопив
шеrося к()нденсата.
Наиболее эффективная очистка таза от малых ПРИ а
\Jесей ОКИ<:.'lов а30та. ДОВОДЯЩая их концентрацию до
IIеобходимой нормы, достиrается путем восстановления
водородом .на катал'изаторах щштиновой труппы. OДBO
пременно 'БоостапаВЛlIвают<:я и :следы lIепредельных уrле.
u
водородов Bтoporo ком'понента опаснои смеси.
Однако метод rпдрирован-ия окислов азота неприем
.'1ем В тех случаях. 'Котда в разделяемых raзовых сМесях
О.'lефнны оказываются одним из целеRЫХ продуктов. Для
очистки от окисл-ов в этом случае можно использовать
большое раЗЛичие температур кипения окиси и двуокиси
азота: 152 ос и +21 ос COO1'BeтcтвeН'HO Если разделяе
а u
IblИ таз подверrнуть щелОЧНОИ промывк . '0(( практиче
ски освобождается -от летка конденсирующейся N0 2 .
В дальнейшем она снова образуется при взаимодейст
ВИи NO .J[ ИСJlOрода, имеющетОС5I здесь в }{ебо.rJЬШИХ
количествах. Однако для окисления окиси азота нужно.
время, большое '110 сравнению со временем лрохождеlJ ия
Холодильноro блока. Окись азота пройдет ero не окис
.'lившись и не кондеJlСИРУЯСЬ.
8s
5. В3РЫВНОЯ РАСПАД ЭНДОТЕРМИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИИ
Взрывчатые эндотеРМИЧecJ<Ие соединения ВО MHorOM
аналоrичны rорючим смесям. Взрывоопасность Т8К'ИХ
соединений определяется степенью их непасыщепности,
т. е. теПЛОDЫ 1 эффеl{ТОМ распада И кинетикоЙ реакции
раз.'южения. Методы обеспечения взрьшобезопаспости
эндотермичеСIШХ продуктов во MHorOM сходны с Meтoдa
ми, щ)'имеНRеМЫI\Ш ДЛЯ roрючих смесей.
Взрывной распад возможен -только при даiВлении,
большем критическоrо Рl;,р. Критическое значение пар
циаJ1ьноrо давления взрывчатоrо эндотермич коrо веще
ства в см:е.си с инертныМ флеrматизатором зависит от co
держаНlIЯ ПОС.'1ед.пеrо.
Взрывобезопасность ацетилена. Важнейшим из lIрИ
меняемых в химической промышленности эндот,ермиче
ских соединений является ацетилен. Он нах<JДИТ все
возрастающее -применепие не ТОЛЬКО в процессах резки
и -сварки, но и в качестве .исходно,о :продукта орrаlllIче
CKoro СИ'JIтеза в ряде r,IНоrотоннаЖJIЬ1Х [JрОJlЗБОДС'ТВ.
Теплота распада ацетилена :велика (230 кДж/моль),
температура roрения в П.1'Jамени прОДУКТОВ ero распада
достиr.ает 3000 К. При относительно низких давлениях
реакция в П.'Iамени не доходит ДО I<онца, одна'Ко уже при
4.100 Па ПОЛIюта превращеllИЯ в конечные 'Продукты
yrлерод и водород \П.остиrает 90%. Нормальная C1{O
рость п.'1 амеии возрастает при росте давления, стремясь
к ПОСТОЯIlНО IУ пределу; и п здесь "евели'ка, она не пре
восходнт 0,15 м/с.
Хара'ктерную особенность взрьшноro распада ацети-
.1ена 'Предста'вля-ет чрезвычайно высокая МlIни.мальная
энерrия поджиrания Етin, которая -сильно зависит от дав-
.'1ениЯ. В силу трудности ИНИЦИИРОВalНия 'пламени распа
да ацеТШIellа ранее ошибочно сч:ита.'10СЬ, что для tlcro
p p== 1,4.10.') Па. В действительности, 0110 равно
6,5. 104 Па, НО уже при УКдза'Нном даВЛ6IIИИ лоджечь
ацеТИJlен можно только с по};ющью особо мощпоrо
устрой'Ства; в теХНО.'10rических .процессах 'ПОДЖl1rание
при р< 1,4.I(}5 Па практиq ки неосуществнм-о.
Опасность взрывноrо распада ацетилена усуryб.тJяет
ся тем, что ЭТОТ rпроцесс может протекать в 'ВИДе дeroHa
ЦИН. Установлено, что способность к детонации у MeД
JIещюrорящих систем создает особые трудности при pa
86
боте с ilИМИ. У концентрационных 'пределов распростра
нения детонации в определенных условиях рост давле-
ния значительно превосходит теоретическое значение;
:.Lля распада ацетилена наблюда.'IСЯ рост даВЛeJJИЯ до
700 раз
Очевидно, что JЗзрывобезопасность rшдивидуалыюrо
вцетИJ1ена можно обеспеч"Ивать только на основе BToporo
It TpeTbero nринципов*. Взрывоопасность ацетилена зна
чите.'1ЫIO 'Возрастает по мере повышениЯ давления. Наи
более {)ШJСНЬ! процессы 1{омпримирова IИЯ ацетилена и
заполнения и 11-1 баллонов. В некоторЫХ случаях оборудо-
вание, предназначенное для работы с ацетиJ1еном nыco
KorO давления, изrотовляется особо ПРОЧНЫМ, рассчитан
IIЫМ на давление недетонационноrо сrорания. Ввиду ВОЗ
можпости возникновения детонации, а также роста дав-
ления сверх адиабатическоro и при 'НеаетонаЦИОIIНОМ TO
рении такая система IIС rарантирует сохранности обору
:tования. Ero безопасность следует обеспечивать тща
тельнЫМ контролем за невозмОЖНОСТЬЮ 11ОЗЛl1КНОllения
поджиrающИХ импу.'1ьсов.
Особенно опасны даже незначитеЛЬПЬ1е утечки aцe
тилена в атмосферу. Вб.'1ИЗИ мест нарушения rермеТIIЧ
ности образуется ацетилено 'Воздушная смесь, которую
:\lOryT поджечь самые слабые ИМПУ.1JЬСЫ. Так возникает
небольшое ма.'юзамет.ное стационарное П.1амя. Само по
себе сна не представляет {юаспостИ, однако Д.'Iительное
ropeHHe может 1JрИВ&'ТИ к ильному разоrpеБУ rазопрово
да, 'и в нем произоflдет самовоспламенение ацетИ.'1енз.
Для 'Предотвращения возниюн:шени я l'аних стаuио
I'IЗрНЫХ n''1aMeH, 'Помимо {)собо тщательной проверки rep
метичности з'ппараtуры, можно реномендовать примене
Q .
lIие ЗКТИВПОИ веll7ИJIЯЦИИ взрывоопасных 'lIомещении
в сочета'JJИ'И с непрерывным нонтро.1ем содержания aцe
ТИ.ТJена В атмосфере. Целесообразно обllувЗ,ние азотоМ
tI.'IИ орошение водой особо опасных стыков аппаратурЬ1.
Орошение предотвращает }je то.чько Еозможное HarpeBa
ние rззопроводов, но н возникновение значительных
электростатических потенциалов.
В ТСХ случаях, коrда аце-rилен находитсЯ в смеси
с друrими компонентами, et.o флеrматизирующими,
взрывобезопасность может быть ДОСТИПI)'та и 'в рамках
.. См. стр. 61
87
nepBoro ,nРlIнц.'ипа*. Так, в процессах получения ацетиле.
!На м дами термоокисл'Ителыюrр ШlРОЛИЗ3 и электро,
креКИllrа образуются взрывобезопасные смеси аllетилеНё:Ii
с водородом. окисью уrлерода и друrими 'ПРОДУКТ8мq
реакции. Для безопасноrо транспортирования ац.етилена
возможно примепеIlие ero растворов. например, в диме
тилформамиле или жидком аммиаке.
В ряде процессов, Б '1<оторых ацетJIлен является ОДНИ!il
из к()мпонентов системы для последующеro синтеза, B03t
МоЖНО соста'вление неВЗРЫБчатых смесей непосредствеi Н
но за стадией ,получения ацетилена. ТЮ<ОВ, напримеpl
синтез биц.иклопентадиена из циклопеН7адиена и aцeT'IМ
лена, процессы випилировання предельных С'пиртotI
11 КИСЛОТ IВ их реющиях с ацетиленом. Необходимое даВI
ление Il-Jасыщенноrо пара Бтороrо, флеrматизирующеr<l
компонента можно обес'печить путем термостатированиftl
анзл()r'ИЧНОro lIышеописа.НIIОМУ.
Лример важнейшей для праКТИI<И флеrматизироваН!
ной системы, содержащей ацетилен, IIредставляКn'
ero растворы в ацетоне, содержащиеся в техническЩ
баллонах. Кшщентрация ацетилена в таких pacтвop
не превышает 57% (мольных), такие смеси являются ш
взрывчатыми при рабочем давлении (до 3.5-106 Пзt
Взрывобезооасность башюнов 'Обеспечивается также ПЛi
меrасящим действием за-полняющей баллон пори-сто
u
массы. пропитаннои раостворителем ацетоном.
В ряде синтезов На основе ацетилена, например б",
тиндиола или хлористоro ВИНИЛа, ;не -всеrда можно пол'VII
чить безопасную реаrирующую -среду. Безопасность прr.
цесса можно сбеспечить на основе третьеro nринциnа'!
Реактор iIJОЛНОСТЬЮ засыпается rpанулзми каталнзатоpJ
или JfHep7Horo материала, образующими пламеrаСЯЩУ!l
насаДЕУ.
fомолоrи ацетилена. При производстве ацетилен
в качестве побочных продуктов образуют<:я rомолоr-...
ацетилена, ИЗ которых 118иболее существенную роль и.....
рают диац.еТИJlен (CH == C C == CH) и винилацетиле'l
(CH2==CH C == CH). Некоторые из этих продуктов бо
лее опасны. чем ацетилен. Ввиду неизученности свойсl'l
'Их присутствие в :продуктах производства 'Внушалс бол.,.
шне спасения и ослсжпяло техн{)лоrию. По этой же np ;
* СМ. стр. 60.
88
чине ОНИ .пока .JIe используются. Фракuия так пазывае
мых :высших ацетилеJIOВ разбавлялась для безопасностИ
30 -краТНI:!IМ количеством природноrо rаЗ8 .11 сжиrалась
Б факеле. 1 .qaBHblM компонентом ЭТОЙ фракции являет.
ся диац.етилен. [орючие свойства 'Винилацетилена при
мерно такие же, нзк у ац.ети.чена.
Дизц.етилен леrко полимеризуется уже при KOl'\fНaT
ной температуре. Вознwкли опасеifИЯ, что ето полимеры
взрывоопасны; .предпола'rалось, что оии MorYT иницииро
вать взрыв и caMoro ацетилена. Исследования l}1<JКаЗ8ЛИ.
что продукты 110лимериззцни rазообразнorо диацеТIIленз
I lевзрывчаты. Опасны 70'лЬКО ,полимеры, [10лучаемы.е из
ЖИДI<ОТО дизцетилена, ПО-IВИДИМОМУ, -в силу неполноrо
ero преврзщения в lюлимер.
Температура самовоспламенения диац.етилена при
1 . 105 Па около 200 ос, т. е. существенно ниже, чем для
ацетилена; нормальная скорость пламеllJl у иеrо пример-
но ВдВое больш взрывной распад возмо)Кен У1Ке при
--.:.O-IQ3 Па. ЭТО [lОСЛУЖ:ИЛО 'Ловод-ом для предположения,
(ITO небольwие примеси диацетилена к ацетилену tiудут
существен.но увеЛИЧ.И1В8ТЬ взрывоопасность. Такие опасе.
,I'ия QК8зали-сь нео6основанными: 'Взрывной распад диа
цетилена леrко флеrмаТИЗИ'Руется не тольк{) инертными,
110 'и менее активными энд(пеРМИЧe€КИМИ сое..п.мнеНИЯМ11.
в ТОМ числе ацетиленом.
Д()бавки флеrмзтизаroро'В повышают I<ритическое
llаРЦИaJJЬНое давление взрывноrо распада диацетилена
н ero смесях. Особенно опо начинает возрастать при co
J,ержании флеrматизатора порядка 60 70%, а для наи
более эффективных флеrматизаторов, какими являlO'f.cЯ
высшие алианы, начиная ОТ Сз С4, при 25 5% флеr
:\-lатизатора. Дальнейшее увеличение -содержания флеr-
\Iaтнзатора на 5 10% делает такую смесь неroрючей
пря любом давлении. В связи с этим tpexkpa-rНоro раз.
ба'вления диац.етилена при родным rазом достаточНо для
обеспечения взры:вобезапасности.
J{обавки до 40 воздуха g rомолоrам ацетилена не
увелllчннают 'Взрывоопасности такой системы. ..Это обус.
.lовлено тем. 'Что увеличение суммарпоro теплmюrо эф
фекта при распаде эндотеРМllческих продуктов за счет
взаимодействиЯ rорючих компонентов с кислородом KOM
пенсируется флеrматизацией смеси азотом воздуха. Та-
I<им образом, подсос даже значительных количеств 'Воз.
89
духа Не создает для теХНОЛОrlJческих объеКТQЙ сущест-
венной опасности.
Взрывобезопасность ПрОИЗИОДсТва заииск азота. За
последние [ОДы закись азота находит все возрастающее
применение в медицине и животноводстве -в ка чеСТВ6
эффеJ(ТИВllоrо 8пестеЗ!fрующеrо препарата. Большие
:масштабы промышленноr-о llроизводства N 2 0 потребu...
вали известных мероприятий по обеспечению безопасно"!!
Сl'И nOCJIe тОро, как была обнаружена способиость N 2 U1.
к взрывному рас;паду при лоджиrании.
ПредеЛЬ1fое давление ВЗРЫВJюrо распада закиси азо""
та равно 1.6.105 Па при JЛОДЖиrании у нижнею конца
вертика.лыюй трубы и I,O.l()6 Па у BepXHero. Взрывноq
распад леrко преДQТвратить флеrматизирующей добааt
КОЙ уже добавление 15% N 2 J{ закиси азота делае1l
взрыв невозможным. Установлено. что ВЗрЫВНОЙ распаll
N 2 0 при давлении ее насыщеНIЮro пара при комнаТJЮ.
те-мпературе (около 6.106 Па) может приоодить 1{ значИl!
тельным разрушениям, 1J длинных rазопров{)дах раЗБffiI
вается давление до (2.....4) _108 Па.
Минималь'ная энерrия 1I'0джиrания за-киси азота. !ПdI
ВЩДИJ\l!ОМУ, высоКа, Зilзем.ление пр{)мышленных arpera.
ТОВ Jlля ее произ'водства делает маловероятным накоПl
ление здесь заметных зарядов статическоrо электрич
ствз. Пока !Не было ззреrИСТРИРОВ8НО ни одноrо случа.
взрыва заКИСIl азота на :nРQМbIшленных установках.
Наиболее опасным является узел RОМIJIримированиЯl
При резких Ifзменениях Да.вления 'возможно образоваНИ8
удар'ных вOJПI; известны опыты, rв 'Коroрых закись азQТ8
поджиrалась таким И1ошульсом. Возможно также образot
ванне ЕСКР трения при задире поршня в компреССОРei
ЧТО создает ОШ\CIность -ПОДжиrания сжатоrо ПРQДУКТaJ
Целесообразно отде.тrять компрессор от остальНой часТ1l
аппаратуры Ciпециально подобранными оrнепреrрадитеt
лями. Склад fОТОВОЙ продук.ции следует размещать н"'
Достаroчном удалении от отделения J<ОМПрессии.
ПОС.'1е тoro, как была обнаружена способность за1<И...
си азота к взрывному распаду, на одном из предприятий!
было введено оrраничение: обязательное lIСПОЛЬЗОВaIШС
электрооборудования во Бзрывозащищенном исполненищ
Такое оrраничение неэффективно II lIЗJIIIшне, поскольку
любые смеси атмосфеРllоrо воздуха с закисью азота при
lIормальных условиях не MoryT быть взрывчаты.
90
rЛАВА 4
ПРЕДОТВРАЩЕНИЕ поджиrАНИЯ
и ЛОКАЛИЗАЦИЯ rОРЕНИЯ
1. ПРЕДОТВРАЩЕНИЕ поджиrАНИЯ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ РДЗРЯ-ДАМИ
Существование предельной энерrии поджиrающеrо
разр а используется для решения ряда задач техники
взрывобезопасности; среди Jшх отметим:
обеспечение безопасности включения и выключения
С.1шботочноrо электрооборудования во взрывоопасных
помещениях;
предотвращение поджиrания rорючих систем разря
:J.ам'И статнческоro электричества.
ТОТ факт, что для поджиrания roрючеи системы необ
ходим определенный !\ШНИМУ!l1 энерrии, имеет также cy
щественное значение llрИ измерении пределов БЗрЫБае
мости. неправилыIйй выбор аппаратуры может приво
дить К значительной поrреwности.
Разряды, образующиеся при работе СИJIьноточноrо
электрооборудования и при ero неисправностях, ДOCTa
ТОЧ}lЫ для 'Iюджиrания практически .1Iюбых взрывчатых
воздушных смесей. ЭнерFИЯ разряда здесь BcertlJ,a боль
ше Emlfl' [lOэтому В случае возможности JЗозникновения
таКИХ разрядов 'Бзрывобезопасность не может обеспечи
ваться в 'пределах реализаuии BToporo принципа*
Слаботочное оборудовз"ме и искро6езопасные цепи.
При работе даже СJIаботочноrо элентрооборудования
в связи с существованием ИНДУКТИВНОСТИ цепи оозмож
но b-озииmювеЮfе искровоro разряда. Эllерrия TaKoro
разряда оnрелеляется силой тока, напряжением, саМОИII
лукцией и емкостьЮ uепи. Закономерности uподжиrапия
ЭnIМИ разрядаМII лежат в OCIIQBe безопаснои эк-r:п.qуата
ПИИ слаботочных цепей. разрыв цеlltl и ее замыкание
не ДОЛЖIIЫ -создавать искр, достаточных ДПЯ nоджнr 84
· СМ. стр. 61.
11
ния .наиболее опасных 'Воздушных .смесей, которые может
образо'Вывать rорючий rаз, содержащийся в атмосфере
данноrо nрОИ3Бодства.
ВJIияП'ие всех действующих факторов на энерrию раз,
ряда. IПроисходящеrо при разрыве 'ИНДУК'Мiвнон цепИl
трудно учесть аналитически. Поэтому и<:кробезопаСНОС11l
электрическоrо оборудовзн'Uя обычно устанавливаеТС8'
эм,пирическим ;nодбором Результаты измерений предВt
лов ЛОДЖ1lrания разрядом ИНДУКТИВНОЙ цепи плохо B()l1I
лроизводятся. По тому взрывобезопасные реrпзм€нтlJ
здесь обычно уста:навливают стаТИСТllчесIrn. 110 данны..
серии опьrrов. не менее чем для 3.104 I1скрений.
1{ля установления rраниц 'Искробезопасности слаба
точной цепи, Б которую в'ключен ИСПЫтуемый прибо,а
Б .нее вводят взрывную камеру. внутри которой помещеl
прерыватель тока. Он состоит из неподвижноrо н поЛ
внжноrо электродов. ПОСJlедним СЛУЖИ1 вращающийС1
барабан с рядом радиальных rибких метзллнческ
I<OHTaK'f!НblX Macт1FН. Лри вращении барабана, вкпючеq
Horo в цепь с ,помощью щеточпоrо устроЙства, ПЛЗСТ1IНII
ПОДвижноrо электрода поочередНО 1J{30саются .нелодвmи
Horo электрода и тут же соскальзывают с Hero, замыкщ
н разМЫКая цепь.
Камеру заполняют 'Исследуемой взрывчатой БОЗДУ_
ной смесью наиболее 'Взрывоопаеноro (для даtlНоrо л-
рючеrо) состава. Цепь со включенным в Jlee приборо.
считает Я ис'Кробезопасной, если при Шlе тока., Б 2 5 р.
за больше рабочей, вероятность ПОДЖlIrания не npeBOQI
ходит 1(r!. На основании ЭМШlрической ЛрОJlерки уст-
JIовлены -ориеНТИровочные значения IJ1редеЛЬ1lЫХ параМe1I
ров. Так, для метано "Воздушпых смесей безопасным.
считаются цепи переменноrо тока частотой 50 rц 11Р.
ИНДУКТИВ'ности 0,1 r, для которых 'при напряжеНИll 10 .
сила тока Не превосходит 65 мА. Однако для официал..
HOro разрешения на использuвание новой сер1JИ искроб
зопцсных приборов ИХ предварительно подверrают кон,"
РОJiЬНОЙ О1рО'Верке по пж:ашlOЙ меТОДИКе.
Особым видом взрывоззщищеlПюrо слаботочноrо 0601
рудования являю'I'cя /Низковольтные лампы lНаК8JIива'tl
ния, используемые для снrналнзаlПIИ и связи. Их ()пас..
ность обусловле.на возможностью разрушения Rолбlil
включенной ла).!Пы в rорючей среде. Даже если цеп..
питания -пампы искробезопасна, здесь в определенны2l'
92
условиях БО3М{)Ж'НО поджиr8tние -взрывчатых смесей. Пр1J
ЭТОМ rзз поджиrаетсЯ не разрядом \IIрИ l1ереroраЩfИ нити
'1 ампы, .а самой :наrретой JIИТЬЮ, дО ее рэзрушении и раз
)Iыкания цепи, за счет запасеНJlОЙ в ней тепловой эпер
I'ии. Измерения lfIоназали, -по минимаЛl>Н3Я температу
ра нити, ;lЮДжиrающей ,любые смеси, даже сероуrлерода.
не ннже 800 "с. Для ряда rорючих эмпирически YCTaHOB
лены предельные взрывобезопасные значения напряже
ния 'и силы тока, при которых ПОДЖ'ИrаНИе нитью разру
.
шеннои лампы невозможно.
Разряды статиqескоrо электричества и НХ лредотвра
цепне. Разряды статнческоro или KOHTaKTHoro электри
,ества представляют собой распространенный. трудно
)еrламентируемый 11 lПотому наиболее опасный "ВОЗМОЖ
rый импульс поджиrа'Ния взрывчатых rазо'Вых систем.
:таТИЧ€СК1Iе заряды возникают на rраНlщах pa3HOpoд
IЫХ .сред вследствие различия их элеКТрO'll'Ноrо сродсТ'Ва,
IрИВQдящеrо к перераспределению электронов. При раз
1елении разноименно заряжающихся тел зарядЫ сохр.аня
отся и MorYT. на'КаПJIиваться. Этому -способствует трение,
rзмельчение и быстрое движение, заряжающихся тел.
При мнorократном размыка'НИИ контактов возника
ют разности потенциалов во MHOro ты;:яч вольт. Такие
поля Moryт станОВ'Итl>CЯ .JIрнчиной и кровоro разряда,
энерrия ROТOpOro иноrда оКазывается достаточной для
поджиrания воздушных смесей БOnЬШIlНства rорючих
rазов и паров.
Заряды статическоrо элеК1ричества MOryт :возникать
,1 на диэлектриках, и на проводникзх, ес."!и последние
нзолирова'Ны и заряды с них не стекают. Наиболее б.'Iа
.
rиприятнои средои для возтшкновения н накоплеllИЯ за
рядов являются диэлектрические жидкости 1t сыпучие
"fзтериалы. В rазах заряды обычн'о Не возникают, OДHa
КО туманы н дымы, Т. е. жидкие и твердые дисперсные
частицы, содержащиеся 'в rаззх 'во -взвешенном состоя
IПШ, представляют собой среду, б.rrаrоприятную для 'lIo.
flвления значительных зарядов. ПоЯ'вление электриче-
ских зарядов возможно и на человеческом теле, чему
в значительной 'степени сшк:обствует одеЖда из синтети
чесюих материалов.
В химичесКОЙ [1ромышлеНIIОСТН деЙСТJlУЮТ правила
по предотвращению 110/{Житания взрывчатых смесей за
рядами статическоrо 9лектричества, которые. однаКо, не
03
дают исчерпывающих рекомендаций. Защитные мера..
приЯТИЯ проводятся В двух направлениstх: преДотвраще
пие образовClНИst зарядов и их нейтрализация.
Для уменьшения электриззltИИ 1J'ВОд.ят оrраничеНlIS1
допустимых СКQростей течения диэлектрических жидко..
стей в трубопроводах. Поскольку распыление блаrо..
ПРИЯТСТDует электризацпи, rорючпе ЖИДI<ОСПI, КОНТЗКТИI
рующие е воздухом, п{)лаrастся разливать без разБРЫ3f
rиванИЯ, по трубам, доходящим до дна З8ПО.'Iняемоrо рЕ.1
зервуа'рз. Взрывоопасный rазовый поток не до,'!жен CCJt
держать распыляемых ка"пе,'iЬ и твердых частиц, которы,
MorYT -образовываться таJ<же и -при кондеJlсаltИИ поел.
снлЬ'ноro охлажден-ия ОСJ1еДС"f'вие J1.росселирования. И<I
вестеl-l случай 'взрыва образовавшеИся в резервуаре ВО31
душной roрючей смеси в момент !fIРОДУВКИ двуокись..
уrлерода. Взрыв был инициирован разрядами, обусло.
.;Jепными кристал.тшзацией быстро ох,'!адпвшейся двуок.
си уrлерода
Заряды леrко возникают при распространеПIIO l в C1I
временной 'i'ехнолоrии проведснии нроцессо в в псевд,
ожиженном слое, чему способспует разнородность ер.
ды и большаst скорость потока.
Уrnелиqение эле,КТРООРОВОДНОСllИ среды, заключаЮЩtl
заряженные тела, является оановным способом пред()t
nращения наКОП.'Iения контактных зарядо'в. Сюда ОТН'
си7'СЯ U:I на'Иболее раслространснный :nриеl'lI зззеМ.'Iе-Н8
электропроводящей аппаратуры. Во lНоrих с.чучаях 31
дает желаемый эффект. однако заземление нел.еЙСТ:В1
тельно, "на;JIри.мер, при образовании на внутренпеil сп
роне заземленных nр'и-боров li rзЗОПРОВОДОВ пленок I
изолирующих материалов Далее заряды MorYT возИl
кать ВНУТРИ заземленНDrО rазопровода lНa диспеРСНII
частицах, витающих в rазовом потоке, или в -потоке ДI
электрической ЖИДКОСТ1i.
ДЛЯ уменьшения заряжения диэлектрических жидКl
стей иноrда вводят различные элеКТРОПРО'Бодящие 111
6а'Вки. Испо.тIЬЗyIOТ такие добавки и к различным ТБeI
дым материалам, например к п.'Iастмассам. реЗЮlе, ма,.
риалам дЛЯ ПРИ'ВОд'1-1ЫХ ремней, строительным матерю
.лам дЛЯ []0J10B Установлено, что для эффеКТИВ'I-Iоrо сю
'J'ия заряДОВ достаточно, чтобы упелыюе СОПрО'I'Ивле Н 1It
среды не преВОСХОДII.чо 104 ОМ' M Стеканию зарядов СП
тнческоro lJIектр'ИчесТБа IЮ MHOJ'OM спot:оБСТБует увлав
-94
пение атмосферы взрывоопасных помещенИй. ОдиаRО
возможности TaKoro приема оrраничены опр еделен НЫ..1
классом ИЗOJIИрующих материалов, отличающихся 'f'Иk
рофиш>'Ностью, так 1{ак электропроnодностью об адает
не влажный БОЗДУХ. а тонкая пленка сорбированнон в.'-'18-
ПI на поверХНОС'I'И Дllэлектрических ТЫ!.
За rЮС.'1еДllие rоды для снятия зарядов статическоrо
электричества получил известное раслрос!ранение метоД
IIOН'Изац-ии атмосферноrо воздуха, котvрыи при этом CTa
новится электропроводным. И ноrда ИШlИзацию ocy
ществляют с помощью электрических разрядав, хотя
этот лрие)-I и достаточно сложен. Эффек-тиннаst i}{ониза
ц-ия воздуха возможна с поьющью радноа,ктивных пре
па ратов. Однако их IICпо.лЬЗ0ваlfие требует особых Me
предосторожнос'I'И против опасности облучения людеН
и допустимо лишь 'В пределах оrpаничеllноil зоны для -от-
дельных теХ1ЮЛОСШЧеских операlt ИЙ .
Мноrooбразне реальных производственных условий
не позволяет rарантирО'ваНIJО 'пред{)твращать возlПrкн()
вение разрядов статическоro электричества 11 любом про-
ц-ессе Поэтому вз р ывобезопаСIIОСТЬ следует по возмож
. *
JlОСТИ -обеспечивать 'в uределах flepBoro nринциnа , :nри-
беrая ко 'ВТОРОМУ лишь IIрrи решении частных rnецrифи,:-
ческих зада\]. Это определяет особую рОЛЬ интенсивнои
nЫТЯЖ'НОЙ 'ВентИЛЯЦИИ во 'Взрывоопасных 1l0МещенИЯХ
и друrих мер борьбы с образованием взрывчатых rазо
БЫХ смесей.
2. ПРЕДОТВРАЩЕНИЕ поджиrлния ндrРЕТЫМИ ТЕЛАМИ
На-rревающееся IIРИ эксплуатации оБОРУДОJЗание, HC
пользуемое во взрьшоопаоеных помещениях, в nринципе
способно стать объектом инициирования roреIlИЯ ВЗрЫБ
чатых iЮЗДУШНЫХ смесей, образующихся в аварийных
ситуац-иях. Для предотвращения такой опасности BBO
ЦЯТ оrраничения допустимых температур оборудования.
Реrламентация использовання наrревзющеroся обо
рудования. Для распространенных в промышленностн
rорючих rазов и паров установлены следующие rруппы,
I3 KO'i'OpblX единственным Qбъеднняющим i11РИЗJIаком яв:
ляется допустимая температура I!аружных поверхностеи
электрооБОРУДОВ(!IНiИЯ ВО JJзрывоопасных 'ПомещенияХ
· СМ. стр. 60.
95
rруппа Тl: аммиак. метан. дихлорэтаn. этан. пропан.
толуол. бензин Б 100. этилен. ацетон. коксовый rаз. BO
ДОРОД, БОДЯНОЙ rаз 450 ос;
rруппа Т2: ацетилен, ВИНИ.'1зцетилен. уксусный анrИk
рИД, метан{)л. эта-нол. меТlилметаКрШlат, бута,н. пентан,
ПрОПlИлен. фурфурол, ОКИСЬ зтилена, окись пропилепа.
нитроц-иклоrексан. метиламин 300 ос;
rpyrma тз: ЦИJ<л-orекса'Н, скипидар. уайт--сmрит. (eK
сан, ряд моторных топлив 11 бензинов (Б 70, A 72 'и Ap.)t
сероводород. ряд ХЛОРСИЛ81IОВ. триметиламил 200 ос;
rРУЛJJЗ Т4: ДНЭТИJIОВЫЙ эфир. этиленrликоль. ацетмь"-
деrид 130 ос;
-rруппа T5 сероуrлерод 100 ос.
Н&lБХОДiИМО оrооорИТЬ, что описанная реr.'1зментациЯ'
'Не свободна от lIрОl1ИВОречиЙ 11 "Hecootbet-с'fВИЯ снекоТа....
рыми безусловно установленными положениями теорив
roрения. Здесь оказываются объединенными 'в oДtНy Труп....
пу roрючие rазы :и пары, 'не (:хожие между собой -по зна'"'-
чениям нормальной скорости мамени rлавной xapaK
теристики взрывоопасности. а также по температура..
lIоджиrа'Н}fЯ llаl'ретой повеРХflОСТЬЮ. температура.
Бе.nышки н пределам БзрываемDCТИ.
С'Истема К8теroрирования 'по дonустимым температу
рам оборудования основана на значениях температу,.
самовоспла'Менения воздушных смесеЙ соответСТВУЮЩШII
roрючих. Эти вел'Ичи'Ны были получены в каких то изме...
рениях, условно принятых стандартными. ОднакО' нзв&
но, ЧТО температура са мовоспламенения не являетеЯl
фИ3-'ИКО Х}fмической констант'ой rорючей -среды и зависи.,.
от методики определения ,и -от свойств испопЬЗ0ванноА!
аппаратуры.
Температура самовоспламенения HarpeToM СDCудq
вообll1е e характеризует условий инициирован'Ня ('аре-
ния HarpeTblM оборудоваl-l1Ием. наХОДЯll1ИNСЯ ВО' B3pЫBO
опа НО'Й атмосфере. Как {)ыло абъяснено в ['п.2. разд. 2s
JП-IDIцинрование очзrа rорения натретым ,ел'ом происхо...
дит по меха!Низму поджиrа.ния. а .не самовоcnламенеJiИЯ а
При ЭТОМ вел'Ичины Т'" существенна отличаются О'т Т4
тех же смесей, но всеl'да значительна ыше.
Следует указать на особенности процесс а 'llоджиrз...
ния. Для некоторых mрючих смесей !fIОДЖ'НrаНИе проис-
ходило уже при очень Iнизких температурах. чТО' обус
поплено вазникновением и развитием Халод'Ноппаменно
96
1'0 процесса. Такое, низкотемпературное ПОДжиrание Ha
б.lюда 10СЬ Д}lЯ воздушных С lесей сероуrлеродз и эти
.'IOBOro эфира; в обоих случаях МИIIИМЗ.'1ьная темпера
тура rnоджиrания Тв достиrада 180 ос
, В 'ВО3ДУШ lЫх -смесях сероуrлерО;t:8 и ЭТ'ИЛ-Оlюrо эфира
.шrко обрзз}'ются ХОЛОД'lJые плвмена. Пр'И nоджиrвнии
Эl'их же смесей ,D потоке, омывающем H8rpeToe тело xo
.lюдные 'П.'1амена .не наб.'iюда.llИСЬ 'и значения ТВ бы.'1И' так
же ВЫСОl<И, как 11 ДШJ смесей Д ру rих rо р ючих' 770
1060 ос. .
Низкотемпературное .nоджиrание nр'оисхОДИ.'10 толь
ко в отсутствие орrаНИЗ0ваппоrо потока поджиrаемой
среды. коrда Д'вижение rаза оrраничив8.'IОСЬ J1'ИШЬ тем
минимальным. которое нензбеЖlНО в реЖlIме сооБОЛ1Юй
конвекции Возникновение орrанизованноrо потока co
кращает продолжительность rенерирования активных
продуктов в реаrирующем rазе, препятствуя тем самым
накоплению }lКТИВНЫХ центров и развитию вырожденных
развеТВJ1ении. Паджиrание в режиме свободной KOHBel{
ции. наиболее б.'1аrОПРИЯТСТIIующее наКОП.'Jению актив
пых центров. в то же время наиболее близко к реальным
условиям применеlJИЯ наrpевающеrося оборудования.
т. е. моде.щ-рует эш условия. Было бы l-} УЧНО обосно
BaН' ЫM определять допустимые температуры по pe3Yilb
татам таких измерений. Установлено, что. кроме CS:<
И (C.2H )20, при НИЗI<ИХ температурах (.ао 380 400 ос)
возможно поджиrание боrатых смесей ацетилена Для
остальных rорючих значения Ts в режиме свободной I{OH
векции примерно такие Же. что и в случае орrаНИ30В8Н
иоrо потока.
В наСТОЯщее время некоторые .пра'В1-I.llа. касающиеся
3Tom вопроса, flересматриваются пла'Не их соrласова
ния как между собой, так и с известными зак-оном€рно
стями 'Иlшциирования 1-1 распрос-rране'НlIIЯ rорения.
Поджиrание фрикционными искрами. При истира
пии стальных -предметов ИJШ ударах по пим образуются
яркие искры. которые мы будем именовать ФРИlЩИонны
mJ, Опи представляют собой кусочки leTaJJ.lla разме
р'ом O,I 0.5 :\IM, оторванные прн меха1iичеСIЮМ 'Воздейст
ВИ'И, частично окисленНые li СН.'1ЬНО HarpeTble Оптические
измерения ПОRаза.llИ, чт-о температура фрикционных
IlС Р о ТIl' ма.'юуr.Т]еродистых ста.'1ей в воздухе равпа
16:JO С. Tr зJнач'ителыJo препосходит Ts любых Бзрывча
7 218б
97
тых смесей; Э1'О л.елает искры 'поте1-щиаЛЫ-lЫМ 'Поджиrаю
щим импульсом 80 'Вз,рывооnа.сных помещеIlИЯХ.
Установлено, что высокая температура ФРИКЦИОННЫХ
искр в оенсвном обусловлена разоrревvм при окислении
Ii:ИСJЮРОДОМ воздуха. В =восстановительной или и'неРl'tЮЙ
атм-осфере частИЦЫ, образующиеся при истиранИ1[, не
светятся. Обоrащение кнсл.ородом ВОЗ..1.уха, в R-QТОрОМ
ПРОИСХОДИТ фрикционное 1Искрообразование, уnелиqНDа
ет Т r. Способность тореть в кислороде является. "l[звест
НОЙ CJпеu.ифичсской особенностью железа. Миш'ие широ
ко раСПрОСТрЗJlенные метаЛ.1IЫ не ()бразуют при I}{стира
ИНИ :искр.
Несм()тря на высоиие значения Т,., фрикционные
искры поджиrают далеко не все 'ВЗРЫВЧ<lтые смеси. П()д
жиrающая способность ис.кр оrраниченз и может быть
количественно определена. Опыты !Показали, что И3 pac
пространвп'Ных в теХПlfКе I'орючик rазов и паров только
ш["rь образуют воздушные смеси, безус.лоооо flодж}[rае
мые фрикц:ионными искра'Ми: водород, аЦе7илен, 9ТИл€н,
окись уrлерода и сероуrлерод.
Ми НИ М a.'lы1 Щ] концентрац}[я поджиrания фрнкЦ'ион
ными искрами прнмерно совпадает с 1twtn, ОДlJзко макси-
ма.'1Ь'ная Зlнач'Ительно ниже Лтах. ДЛЯ С2Н4 И СО поджи
{'анне прекращается уже при a>l, т. е. наиболее вэры.
воопа{Шые стеХоиометРИlJеские 'Смеси фрикцио-нными
ис.крами не 1l0джиrаютсЯ. Это обус.ТЮВ.'Iено недостатком
к'пс.тюродiJ. в таких системах. Б результате чеrо ТТ здесь
слишком низка.
Обоrащенне 'взрывчатой смеси ИС.тIОрОд'ОМ делает
возможным ее фрикционное 'ПОДЖ'IJ;rание вследствие .:110-
вышения 13МИЧИНЫ ТТ -cTMыыыx ча'Стиц. Лределыная KOH
центрацня добавочноro кислорода количественно харак-
теризует 'Подж!иrающую способность фрикционных искр.
Такая добавка К'Н'СЛорода невелика и для разл'ичных ro
рЮ1fИХ равна 0'1 I ДQ 5%, что эквивалентно увепиче.
нию ТТ не более чем на 100 ос.
Результаты измереIlИЙ iIIредеЛlfflЫХ КО1щентраций !f1pII
Фрикц.ИQННОМ .поджиrапии ХОрО1110 воспрOlIЗ'ВОДЯ Я. Оче
видно. ЧТО тем'пература ФРИКЦИОННЫХ искр ОБ воздухе
J1ИWЬ незначительно ниже необходимой для 'Поджиrа'ния.
110 и 9Та небольшая разница rарантирует взрыво()ез.
опасность. Тот факт, что наrревание стальных частиц
обус.rювлено в первую очередь Х}[МИЧf;СКОИ реакцией.
118
а не механическим 'Воздействием, является важнеА1ПеА
особенностью фрикц.ионных нсК'р. В результате этоro их
поджиrающая способность приблизнтельно lfIocтomrнa,
независимо ОТ механичесК'Их факторов.
Более высокие температуры, -необходимые ДЛЯ «юд.
жиrания ФРНI<Цпониыми и-скрами. чем указанные 'ВЫ
юе Ts, -обусловлены быстрым движением Harpemx ча
стиц при малых 'Их размерах. УслоВ'Ия тепЛоотдачи от
наrретой ча.стицы к взрывчатой среде здесь не блз['о-
прнятствуют долЖ!н{)му разоrреву rаза. поэтому ДЛЯ П10)l
жиrз'Ния требуется высокая температура ПОДЖJИrающеro
теЛа.
Вопрос {) том, ВОЗМОЖНО ЛИ 'ПОДЖllrанне фрикци()н-
ным'И 'Искрами воздушных смесей друrnх торюЧ'Ик, кроме
пяти наиболее опасных, окончзтель'Но не решен. HeKO
торые 'И'Сследователи утверждают, что 'ПрН очень СИЛЬНЫХ
ударах для ряда марок стали тз'кое поджиrзние иисrда
оказывается :возм()жным. Не ИСJ{лючено, что ЭТО так 'и
Достаточ'Но СИЛьное механическое воздеЙствие !в опреде
ленных условиях оказывается 'Источником нооольшоro
неДОСТ2ющеrо количества энерI'И'И окисляющейся сталь
ной частицы, доводящеrо температуру до критическо-
ro значения. Однако :не вызывает сомнения. что поджи
('ание взрывчатых воздушных смесей (без добавок кис-
порода) если 'н осуществимо. то только при очень силь.
нык ударах. Достиrаемых лишь ос :помощью специальных
прнспособлений.
Искробезопасные материалы. Правила ПО техннке
бе3Ql1асности мноrих 'Производств вводят <lrpа1JlИЧения
на применение во 'Взрывоопасных IIомещениях материа
nОВ, способных nорождать фрикционные искры; в 'Лер
вую очередь это 'Касается стали. Предп()лаrается, что Ta
кие оrраниченвя предотвращают возм()жность взрыва,
однако оии не всеrда оказываются целесообразными.
Та]{. до 'Недв:внero времени 'D шахтах, опаoClНЫХ по
rазу. 11спольЗ{)вались деревянные креп.nения, вместо
сталblНЫХ, ХУДШИе по качеству и более дороrnе. В даль
нейurем ЭТо оrpаничение было отменено. По той же при.
чине IIIра ила ряда ведомств запрещают 'НСПОЛЬЗОlщние
На взрывоопасных производствах СТ8льноrо слесарпоro
инструмента 11 предписывают заменять ero бронзовым.
более дорorим и значительно ХУДШИМ ПО механическим
своЙствам. Примененне TaKoro инструмента сиижает
7"
.
'"' как. например, вруб(JВЫ:Х машИl. НО именно в [ериеЙ про-
МЫШ.'JеflНОСТН. тде I1СП<J;IЬЗУЮТСЯ такие механизмы, не вводят orpa.
ничеНIIЯ на стальное оБОРУДОJ!зние.
.. Встре'lаЮl!lЗЯСЯ реко !еllдаutIИ иеПОЛЬЗОБ ПЬ омедненным Иlt
СТРУЖ J1Т является ttеудаqным пал.'JиативоМ тонкая пленка )щди СТИ-
рается ПОС.1JС неПРОДОЛЖlf1'еЛЫЮЙ КCn;Iуаташш. Пр.аКТИJ{\"емое иноr.
. <
да указание смазt>lвать стадьпон инструмент cO;IMO'nOM лишено вся-
КОТО смысла, поскольку ТaIЮН прием никак не может n.,lИЯТЬ на об
разование искр
."* Е
еЛ11 ТОЛЬкО повеРХНllсrь алlOмИ!шя не подверrа;Jась специа.,ь.
нон. актшшрующей обрабоrnе.
JIюбые взрывчатые смеси. Это -обусловлено реакцией.
протекающеи в -смесях алюминия ,н Olшслов железа
(именуемых термитаJ>IИ); реа'кuия иниuиируется трением
и приводит к разоrpеву дО ЗООО<'С. Поскольку ржаБле
иие стани ле lЬ3Я rарзнтированно .преДОТВР<lТИТЬ. lIе.допу
стимо -совместное nрпменение этих метаЛJl08. Аиа.ТIОI'ИЧ
ное иск'рообразование возможно прп соистирании алю
миния с СИЛЬНЫМИ ОКИС.ТlИтелями, поэтому во взрывоопас
IiЫХ 'помещениях недопусТ'Имо использование алю:миние
вых кра-сок на базе нитролаков. Во избежание 'Iюлада
ния ржавчины1 в вентилятор из труб воздуховоды C;Ie.:tyeT
изrотов.ЧЯТЬ из листовоro алЮМИНИЯ. КО:\Iбинированные
аЛЮI\ю стальные вентилятОРЫ ввиду возможности ржав
ления l\юrУт оказаться "Взрывоопасны;о.ш-
Мноrие 1Io\едные orт авы. так же как и алю)шпий,
практически 'не дают опасных искр при истрани:и. OДHa
КО. помимо неудовлетоорите.1ЬНЫХ механических качеств,
их ИСПО.lьзовапию !JJреIlЯl'СТВУСТ дороrовизна и ;IефИЦIlТ-
насть. Известен также ряд .'IеI'ИРОВдННЫХ ст а.'1 еЙ, ОТJIИ
чающихся оrpаничепной искробезопаСНQСТЬЮ. При их ис
тиранип 'поджиrаютсЯ ТO.'IbKO особо оrпасныс смеси aUe
тилепа Сюда ОТНOOlП'СЯ нержавеющая CT<iJlb марки
X18H9T, а также траllсформаторные стали, содержащие
2 4 % кремния Они MorYT нахоДИТЬ применение '('.a::\I,
rде недоп\"стим алюминий.
Из Toro факта. что оrраничения в отношении искро-
образующих матер1И<:lЛОВ в ряде С.:J:учаев нецелесообраз
ны, вовсе не С.1едует. Что :можно считать безопа-сными
произ'Водства. на которых деЙствуют эти оrраничения
РаБОТ<I в атмосфере взрывчат-ой rаЗ0 ВОЗДУШНОЙ смеси
вообще крайне опасна. Соблюдение оrраничепий на "Ис
крообразующее оборудование ИnИ отказ от ;них ни в Ka
К'Ой мере не :влияет па эту постоянно СУЩ€CТ'Бующую
уrрозу. Взрывчатая смесь может быть подожжена дpy
rими. I<pOMe фрикционных искр, IIНIJциаторами, lIanри
ырp разря.л:ами статичеокоrо электричества. rарантиро
ваюю устранить любые импульсы здесь невозможно.
ВзрывобеЗОП<lСНОСТЬ следует обеспечивать удалеН'Ilе'\l
вз.рЫБоопа-сной cpellы с помощью интенсивной вытяж
ной вентиляции. -
о взрывобезопасностJt производственной атмосферы.
Сопоставпение Dcero изложенноrо пршюдli'Т 1< заключе
нию. что К обеспеченпю взрывобезОП<lСПОСТИ П-О второму.
IlРОИЗВОl1ите,lЫЮ-СТЬ труда и увеличивает травматизм.
Вопрос о реr..1аменпщИ'и изrОТОВ.Т'!ения cnecapHoro ин.
струмента для опасных ПРОИЗЕОДСТВ остается актуаль
ным. Единоrо ero решения 'Нет до настоящеrо времени.
Использование C.'lecapHoro инструмента не связаво с
мощными ударами М<lШИННОro о борудова-ния* , которые
возможно 11 дают опасные искры. Слабые удары ручноrо
ин-струмеита, беЗУ-С.fЮВП'О. не MorYT приводить к поджи
rанию (в ()тсутствпе ПЯТИ наиболее опа-С!ных rорючих)**.
Аналоrично положение с запрещениями на обычнуЮ
обувь со стальныМИ rвозДЯМИ, стальные П;Iощадки и
'Iестничные пролеты д.ля ВЗРЫБоопаСIШХ помещений.
..Важнейшим оборудованиеJvI взрЫВООfiасных 'Помеще
пии. к которому преДЪЯD.'1ЯЮТСЯ требования искробез
ОJIаспосТИ, являются вытяжные вентиляторЫ. Для их из
r-ОТОБлеiJия с ПOJ1НЫ){ 'Основанием не рекомендуется 1!C
пользование стали. При неИCiправности вентилятора 1Ю3
можны опасные соударения большой силы, а та]{же зна
чителыный разоrpев ДJlИтельно соистирающихся маС<:JlВ
ных дета.чей.
Для изrОТОБ:Iения БзрЫБобезопаСiIЫJ{ вентиляторов
оказа.'10СЬ наиболее uе.'1есообразным I1спользование а.I1Ю
ьшния и ero сплавов. Установлено. что 'ПрI1 истирании
алюминия бе3УСЛОВIЮ 'ИСJ<лючепа возможность поджи.
rзния 'lюбых Dзрьшчатых смесей***. Сп.чавы алю)IИНИЯ
дешевы и удобны Д;IЯ обработки. ,Вентиляторы 'Из алю.
МИ1нисвых сп.чанов в БО.1ЬШИХ количествах выпускаются
JIромышленностью.
Использование алю'\ШННЯ для изrотовления JЗзрывоф
безопасноrо оборудования имеет некоторые оrраничения.
Недопустимо СО1\стирание алю:.шПия со ржавым желе.
зом, так KaI{ при этом образ)'ю1'СЯ искры. поджиrающ-ие
101
10О
а отчасти и третьему принuипу* наllбоnее uепесооtiразltО
прибеrать в отношении особых, TPYДIНO ПОДЖl:1rаемых
технолоrических систем. В распростране IЫХ .случаях
оБРЗ30'ВЭШfЯ взрывчатых ВОЗДУШНЫХ смесеи в атм<'Сфере
произвадственных помещениfI при YTe1tK8X 'в нее rорючих
.азав и -паров опасность поджиrапия электрическими
разрядами и открытым пламенем оказывается трудно
пр едотвр атн мой. Только быстрая ликвидация 'Последст
BJIiI аварии может исключить взрыв с тяжеЛЫМИ ЛОС-J1ед.
ствиями.
Для уменьшения опасности оБРЭЗ1JВ8НИЯ IIзрыматых
воздушных смесей в атмосфере часто прибеrают к пыле.
сеиию опасных атретатов на открытые площадf{И 'и эта
жерки (мноroэтажные ПРОJlз'водственные с..тенды без
стен). Б::тественная венТИJ[ЯUИЯ на открытои дyвae
мой ветром площадке с'пособетвует быстрейшен ликвн-
даnии опа-сных ЗОН зрывчатых смесей, если же и про-
изойдет их сroрание, сне не будет сопровождаться эна.
чительнЫМ ростом давления и разрушением 'Ilроиз'водст.
венных помещений.
Однако nрименение метода открытых мощ8ДОК
И зтажеРОR оrрзничено JЮзможностью З8мерззIНИЯ пере.
раба'fываемых проlI.УКТОВ в ашпаратах и трубоПрОВОД81t
В зимнее время, возникают также трудности ф кциоии.
ровзния контрольно измерительных пряборов и реrули
рующих устройств. Далее, при больших выбросах rорю-
чето в аварийных ситуациях и образавании 1Jзрывчатых
смесей в наружной атмосфере предприятия создается
опасность попадания Ta HX смесей в соседние помеuце-
Нrtя. При ЭТОМ возникают особенно опаС'ные ситуаuи и
в случае, если это -невзрывоопасные помещения. Их 060.
рудоваНlIе имеет не взрывозащищенное исполнение н
nепю может инициировать взрыв. Все эти обстоятельст.
ва не всеrда должным образом учитывают при проекти-
рова НИ1i соответСТВУЮЩИХ у>стз'Новок.
Помимо наружноrо размещения взрывоопаСRЫХ уста-
новок взрывоопасные помещения '1 зсто оБОРУllУЮТ леrко-
сбрасываемыми или nеrкоподнимаемымн покрытиями
(паf-lе.'lЯМИ) крыш и проемов. иrрающими роль предохра
нитеЛЫiblХ клапаl-10В при авариях. Открывающиеся при
взрыве проемы создают возможность быстроrо сбрасы
JШЮ:JЯ Д3J:lJlеНия в С;1учае ero особо ОШ!С1юrо роста, чтu
ДОЛЖНО уменьшить разрушительные ПОСJIедствия взрыва
в о:мещеН}IИ. Ту же цель преследует СХОдНЫЙ метод обя
D
зательноrо остекления определеннои части стен и потол-
к-ов опасных помещений.
3. ПРИМЕНЕНИЕ оrНЕЛРЕrРд'д11ТЕЛЕЯ
Основные закономерности rашения. Действие orнe
преrpадитеJ1ей основывается на явлении rашения пламе.
ни -в достаТОЧllО узких каналах, оБУС. l ювлешюм теПJlООТ
дачей из зоны реаlП.\.ИИ в стенки канала путем теппопро.
водности. Рассмотрим количественные закономерности
9Toro явления, возможности практическоro ИСПО.lJ.Ьзопа
ния оrнепреrрадптелей и наиболее рациона.ЛьнОе их YC1'
.
роиство.
Тепловая теор'ия приводит к заключению, что на пре-
деле rашения пламени
und
const
(4.1)
rде d диаметр rасящеro канала, 'Хо=='Ао/Соир темпе-
ратурапроводность; индексы О указывают. что л и с взя
ты для исходной rорючей среды. Величина udf';l. из-
веС"J1Ный В теории теплопередачи кр'итерий Пекле Ре.
Уравнению (4.1) :можно дать более удобную форму
unpdC o
Ре==: R T)"
о о
(4.2)
· См. стр. 61.
тде СО мольная тепЛоеМЕОСТЬ. Предельное для rаше-
ния пламени значение Ре практически не зависит ат фи-
ЭН1fо'х'Имических свайств rорючей среды. Это условие
. v D
основнои унивеРСдJIЬНЫИ закон, определяющим lЮ3МОЖ
ности использования оrнепреrpаДflтелей Из уравнения
(4.2) очев'ндно, что для rашеш!Я боnее быстрых пламен
и при более высоком давлении потребуется оrнепреrра.
ДИТе;'IЬ с более узкими каналамн.
Д.1Я ориентировочных ouel'OK ниже прпво:!ятся еле.
дующие прпмерiIые 3Н ачения l<рнтическоrо диаметра ra
шения d. ,P ВОЗДУШНЫХ И КИСЛОРОДНЫХ смесей метана, во.
1
103
на.'1е, разруша.ется уже в таких условиях, в которых еще
UОЗМОЖIlа устойчивая дефлаrрация_ Ее разрушение
оБУС.'lовлено потерями тепла в стенки от фронта дeTO
нзциовной волны. При наличии потерь ударное сжатие
детонирующей среды ос..1абевает, температура во фронте
волны понижается, прекращается саМOlюсппаменение
сжатоrо rаза, детонационная волна разрушается. Это
происходит при сrорании Б трубах уже такото диаметра.
Д.'1Я KOToporo потери от дефлаrрапионноrо пламени еще
не достиrают критичеСl\оrо значения. Такое различие
обусловлено болloШОИ шириноя зоны реакции и интеll-
СИВI'ОСТLЮ пропессов переl'оса в детонаu.ИОIfНОЙ ВOJше.
При П1шении в уЗI\Юi каналах пламени, в процессе
распространения которото торенне приняло xapa'RTep де-
тонации. набпюдается следующая закономерность. Пре-
дельная величина критерия Пекле. ПОСТрQеНIIЭЯ из пара
ь
метров rорючеи системы д.'1я исходноI'О, до воз'Никнове
мня детонацпи состояниЯ, Т. е. начальных давлениЯ.
и температуры и нормзльно скорости пламени. имеет..
обычное для дефпаrрапии значение OJюло 65. 3на-чи.
те.'!ы"ое возрастание давления и скорости rорения в дето"l
национ ой волне никак не сказывается на процессе ra.
шения. Причина заключае1'СЯ в том, что процесс начи..
нается с разрушения деroнационноi\ вОЛНЫ, rашение
пламени происхо ит в среде, состояние иоторон совпа
дает с исхОДНЫМ.
Дпя задач техники взрывобезоласности наиболее cy
щеСТ'I3енен вопрос о давлении в детонационной iВолне..
Как поI<азаJJИ щIыты. это давление :можно снизить в не...
СКО.'lЬКО раз уже в том случае. если детонациониая вол.,.
на проходит через каналы, диаметр которых эначитеЛЬЯ(II
превосходит критический Д.'Iя ее rашения. Ана.лоrичны1l.
эффеI{Т наблюдается и при распространенни быстроrQl
сиJJыIo турБУЛИЗ0ванноrо дефлаrрационнo.I1О пламени
Для предотвращения разрушения аппаратуры, Д.'1я НОТО....
рой невозможнО rараитировз'Нно и-сключить распростра
не-ние в неи пламеl!И. эффектив-ны насадки из крупных
rранул, З3'l10Jfня:ющие защищаемый а'ппарат. Т ЗJюе при'"
способление во миоrо раз снижает рост давления прИI
Cf'Орэнии.
Роль возмущений при использовании оrнепреrрадите-
леи. Результаты некоторых исследований пределов таше-
ния, КаЗ8.'10СЬ бы, резко противоречат тепловой теорМII.
106
елпчниа PCJ(P, соответствующая начальному, до cropa
ния, состоянию roрючей среды, оказывается :в несколько
раз меньше 65 CM. стр. 105). Она существенно за
ВИСИТ от аппаратурных УСЛО5ИЙ: оТ объеМа и формы Ка-
меры сrорания, от длины ПJlамеrасящнх наналов и поло
ження точки зэжиrания.
Причина -отклонении от требований теории. в деист.
вительности .чишь кажущихся, заключается в росте дaB
ления в процессе сrорания, которое происходило при
таких измерениях. Используемые при ИЗМерениях KaMe
ры -сroрания следует отнести к классу полузамкнутых
(СМ. rJI. 1, разд. 2). Камеры сообщались с окружающим
пространством только единнчными каналами оrнепреrpа
.пителей, имеющими малое общее сечеН1iе и потому ока-
зывающими значительное сопротивление потоку BCTe
кающеrо rаЗ8. К моменту, кш'да пламя достиrало orнe.
nреrрадителя. давление значительно преВОСХОДJlЛО
начальное.
Строя критерий Ре при сroрании в полузамкнутой ка-
мере для ИСХОДНоrо состояния crорающеrо rаза. можно
допустить значительную ошибку. Возрастание истинно-
ro давления при crорании в оолузамкнутоя камере ВОС-
прннимается как снижение критическоrо значения кри-
терия Пекле. Если учесть истинное мансималыroе дав-
пение, разв'Ивающееся при сrорэнии, ТО критерий РеIф,
построенный из соответствующих этому Давлению пара
метров, будет иметь обычное значение.
fIеобходимо также учестЬ, KaI< будет влиять движе-
ние roрящerо rаза на условия rашення пламенк В тех-
НОJIоrических процессах возможно возникнов-епие очаrа
оренин в !IforoKe roрючей смеси. Независимо от этоrо,
орение в<:еrда сопровождается ДJlliжением rаза ввиду
er Ten'ТfoBoro расширения. Возникновение потока rорю-
чен смеси, направленноrо в сторону orhe-преrрадитеЛЛ,
рэссматривзлось некоторыми исследователями кэи фак
тор. способствующии прохождению пламени по каналам
оrнепреrpадителя. т. е. СНИЖающий эффективность orнe-
преrpадителя.
Исследования показали. что это не так. Возникнове
"не IQрrаНJlзовэ'Н'Ноrо потока rаза в сторону orHenperpa
дителя либо не влияло на преде.чы rаwения. либо
облerчало rашение; критическое значение Реlф для дви
жущеrося rаза БЫJIО равно или больше Ре"р для нело"
107
ДIН1жноrо rаза*. Такой результат соr.'Iасуется с тепловОЙ
теориеЙ rашения. Ускорение истечения через оrнепре
rрадитель и турбулизация l'орящеrо rаза усиливают
теп.'ЮОТВОД от rаза к твердой поверхности.
ПрОМЫШJlенные оrнепреrрадители. Оrнепреrрадители
раз.fJП ЧНЫХ IЮIIСТРУКЦИЙ наХОДЯТ ЗШJ.чит('льное 'I1римене
ние в технике. прежде Bcero для ИЗfQтовления оБО:lOчек
искрящеrо Э:IектрооБОРУllования. Приборы. снабженные
защитНЫМИ обо.тючка},!И. способными выдерживать дав-
леlIJiе взрыва, 'принято называть взрывонеПРО'1IИцаемыми.
у большинства таких .приборов оrпепреrрадителем сЛУ
ЖИТ зазор между фланцами ИJШ друrюш дета.'1ЯМИ. CTpO
10 нормируемом ширины.
В ряде С.'Iучаев использование оrнепреrpа.!lите.- ей для
техно:юrиЧССКJIХ оБЪ К'fOD носит случайный характер
и не обосновано llзмерением [1ределов rашения. Остает,
ся неизвеСТJlЫМ. какую защиТУ способны обеспечить эти
С.'IучзЙные оrпеlIреrрздпте..--ш. Ниш'да испытания ОI'непре
rрадите;IЯ оrР8'ничивают установле.IlИем факта rашениЯ
ПJJамеIlИ опреде.'IеН1ЮЙ roрючей оСмесН. Проверка без M3
мерения пределов rашения 11 liмеющеrося «запаса Ha
дежноетИ». ничеrо не roворит о последствиЯХ возможных
отклонениИ от HopMa.'1bHOrO режима теХНО.'IоrlIческоrо
процесса и потому недостаточна для обеспечения взры
вобезопасности.
ШирОКО используемые для изrотОВЛСНИЯ оболочек
DЗРJ>lВонепроницаемоrо Э.'IектрооБОРУ;Iования ще..,евые
оrнепреrра;nlте.- и имеют существениый недостаток
БО.т1ьшое rидраВ:lИческое СОПРОТИI .'1ение. Сrор&"Ние ВНУТ.
ри обо. точки. снабжеНIIОЙ подобным оrнепреrРЭ,J,итепем,
сопровождается значительныМ ростом дэвле1JIИЯ. Это
IlРИВОДИТ к повыlеl1иIo требований Б отношении 'I1роч
ности оболочки, т. е. ее утяже,rrению, а с друrой СТОрОI1Ы,
К уменьшению предепьноrо диаметра ташеl1ИЯ в соответ,
ствии с уравнением (4.2). т. е. к еще большему ужесто
чеНИЮ требований, предъявляемых .х саМоМУ ()1'непреrрз
дите.fJЮ. Детали, -образующпе rасящий зазор. в случае
МЭ.1JЫХ зазоров требуют высокоЙ точности изrатовления.
Для ИЗfОl'ов.чеп'Ия оrнепреl'Рздите.rrей, в особеНIIОСТИ
прIlrодных ;!}1Я тшболее быстроrорящих с:месеЙ. жела
те,lЬНО ПрИ Iенение матерИаJЮВ с достаточНО Ма.ЧЫМ диа-
метром пламеrасящих КЮНl.'ЮВ и в то же время отли
чающихся высокой 1'азопроницаемостью. Добиться соче
та'Ния таких СВОНСТВ на основе ИСПОЛЬЗ0ван'Ия щелевых
оrн преrрадитеllей невозм{)ж lO.
n реди мат:риа.'IОD. ПрНrоДНЫХ для изrОТО'ВJlения OI'He
реrрадителеи. наиболее ПОДХОДящими ЯВ.Т1яются пори
стые пластины и трубы из метаЛ.'1Окерамики и металло
волокна, а тз-кже стеклоткань. Для производсТ'Ва метал
.'IQкерамики используют мета.IJЛИЧеский 'lюрошок с rpa-
нулами размером от 0,03 до 3 мм, который спресоовы
вают и затем спекают. Метал.lическое ВО.'ЮКНО изrотов
.'1яют из ПрОВQлочных спира.'1ек путе 1 прессоваиия. Оба
т па материалов отличаются ВЫСОКОИ прочностью и 1'a.
3 прощщаемостыо, мапым диа lетром кана.1l0В. они cpaB
t1ительно дешевы и имеют достаточную техническую ба
зу. Их примепение для изrотОВ.llения ВЗрЫВОllепроницае
Moro оборудования создает возможность ero существен-
Horo усовершенствования и удешевления.
При изrОТОВ:Iении -оrнепреrрадителей из пористых Ma
териалов .fJe1'Ko обеспечить .'1юбой размер пла\lеrасящнх
каналов, достаточный д.fJЯ vташения П.lамепи iIаибопее
опасных ВЗр (БчатЫх смесеи. Сroрание в обо.'Iочках с Ta
кими оrнепреrpадите.1IЯМИ не сопровождается замеТIIЫМ
ростом давлен'Ия, происходит. каи принято rО80рИТЬ раз
rpузка давления. При этом сам необходимый' без
о асныи диаметр каналов оказывается значитепьно
ОЛЬШJIМ, чем при }.оIЗДОЙ rаЗОПРОНИЦаемости. Это; эф.
KT ! особенно существен, есди --взрывонелроницземое
о Ор)ДQваНИе предназначено для 'l:!аибопее опасных TO
рючих. Между деталями ТВИQТО оборvдования имеются
неустранимые зазоры, например зазор между Ваrюм и
"ОДШlfllНИК{)М эдектродвиrателя. Если сrорание o po
вождается Р'ОСТОМ давления. этот зазор праКТИчески He
возможно довести до необхо;щмой малой величины
В случае разrРУЗI<И даВ.'1епия зазоры остаются вз р ыв()
непроницаемыми.
.. Ес. и не BO'-IНИI\ ет стаuионаРlll>lil потОК, а с НИМ и CTaЦHO
нарное (Т:lаМfI у КрОМКIl ()rнепреrpадите;rЯ, 1\О'fОрЫЙ начинает при
этом Э8метнО проrреВ8ТI:.СЯ.
108
ПРНЛОЖЕНИЕ 1
ПРИЛОЖЕНИЕ 2
ОСНОВНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ТЕПЛООТВОДД
ОТ ПЛАМЕНИ ИЗЛУЧЕНИЕМ
РАСЧЕТ РАВНОВЕсПоrо состояния продуК,тов
АДИАБАТИЧЕскоrо сrОРАНИЯ
СпосоБНОСТh К теплоооноду излучением яв яется УН"БерС 1
HыM CBoi!cTBOJ,l всеХ lIarp blx те.л Интенсивность "з.lучення эаВR
CltT or температуры тела н ero фИ llко химичесКОЙ прщюды.
Излучение. возни)(sюще(' в ОТСУТСТlIие химическоil реакции
(или рв.дноактшшоrо распада), Ilазывается i'еПJIОВЫМ. В этом слу
чае наиболее "lIтеНСJlВНое при данной температуре i1ЗJJучеНlIе имеет
так называемое абсолюТJ!О черное TeJlO, кОТорое по;шостью поrло-
щает J:юбьtе падающие на lit'ro лучи, T {'. отличается Н}оJlевой J;1РОЗ-
рачнос.тью и отражательноii способностью. Интенсивн()сТЬ 'fеЛJ:О
lюrо IIЗЛVЧСНlIЯ абсолютно черноrо Tl'Jta не ависиТ ОТ ero iШЫХ фJj.
:'I1Jko--хнмичес)(их свойств и однозначно опреjtеляется величиной
абсолютной 1'емпсра11'РЫ: она ПРОПОРЦIIОН8льна Т\ т. е. быстро
возрВС1'lJеТ С повышеИJlем TeMnepaTY Ы.
ОnЮШf'ние ИНiенсивности те-пловоrо Ilз.'1У>Jе}!ия данноrо тела
к излучеJ{ИЮ абсолютно черflоrо теД8 npH той же Т("-1dлературе Ha
зываеТСJ! степенью сто чернотЫ е; ()чещrдио, что Е < 1. Для мноrих
твердых ТeJI BeMt r alJ13 Е близка к иНiЩ{', однако l!ОrЛ{)Щ8тсльная
ИЛII COOТBeiCТBeHHO нзлучате.льная способносТь rазов MJjoro Nепьше.
Она сущестпеJlИО заRI!СIIТ от ТQЛЩИНЫ слоя .аза и ero COCT8Ba
УСТ8НОв.лсно, что при темп(>ратурах мамени, как праВИ.llO r замРТ
110 IIЗлучают Tpex и мнотоатомные rазы, сrеДИ ниХ Д"l.я нас ваЖ
неЙШllе двуокись уrлеРО)lа и БОДЯНОЙ пар. ИЗlJученпе таких
r.взОIl. как NJ!' 02 J: . незначите.1ЬНО. С повышением температуры
веЛlIчина I! Д. Я шшучвющпх rазов уменьшается ПРllБЛИ3IJтс.1ЬНО
обратно пропорцltонально ТIi" 'f'2. 0 . По тому зависимость l!ЗЛУ-
чательgоil: способности rНЗ8 от теllлературы слабее. чем дп абсо-
.'JЮТIЮ червоrо тела: Оllа пропорционаJIЬН8 Т!, Т!,О.
Протекаине химической реакции в ряде (' '1учаев СВ)1зано с по-
явлением специфическоro излучения, lJJ\теНСIiВНОС1:Ь KOТOpOI'O r.lo
жет не зависеть от TeMnepllTYpu. При 9ТОМ ХИМIIЧf'ская знерrllЯ
рракцион!шспосо15ноlt средЫ непосредственно прео1)раЗУFrСЯ в эиер-
rию IIЗllучеьш'l, минуя сrадшо IIarреrJ8ЮJЯ И3ЛУ'Jающеrо тела. Ta
КОР. ИЗЛУo,lенне Нl'!'зывается хеМtlЛЮМllпесценцией. ИнТенсиВНОСТЬ
хеМИ'nЮ!'.lИнесцеНЦИit в принципе ничем не оrраничена и l.Iожет
быть сущесТflРННО больше, чем у теnловоrо нзлучевия.
ВRжнсil:ШШdl1 для Sllдач теХJ\ИIlI1 рзрывобезопаСJlОСТII ЯllЛЯЮТСИ
простеiшше rорючие системы, образованные элементами Н, С, О. N.
Рассмотрим прнБЛllженные методы ВЫЧIJСJlеНI1Я равновесной TeN
пературы rорения т ких Сl1стем дJlЯ двух упрощ юЩИХ условиli:
ОТСУТСТВИЯ сажеобраsованш, и 3l1t.rе1'НОЙ ДllССОЦllацни КОМПОНСВТОJJ
смеси продуктов реакUlНI. Последнее упрощение ДОПУСТИNО при
8'tмосферном давлении до теМПl'ратур 2200 2300 1<. что соответ-
ствует rорюЧИМ смесям с ма.ЧЫМН и умеренными СJ;ОРОСТf1МИ пла
",еНII. ОпредеJlение равновесноro состава re1'eporeHHblX, т. е. co
держащих сажу систем 11 смесей с ;щссО.t[ШРО8;\IIНЫМИ компонен
там". представ.'iЯет col'Jol!: более сложную задачу ! здесь не рас-
смаТРllllзется.
Будем I!ЫПОJ!НЯ'fЬ расчет для 100 IIfО:!Ь ИСХQДНОЙ смеси, содер-
жаннЯ KOMnOHeHTOfl R 1I10.'1ЯХ vбозначаем ХИf>!ичеСКIIМII СИМВОJJ8МИ
в I1рЯI\!ЫХ скобках, СОДl'ржания элементов Б rpa IM'8'fOM8X П-I}(I,
1010 I! т. Д.; Н8чальное содержание инертноrо компонента Z(I.
Еслtl rорючим в I1СХОДНОЙ смеси является yrJ1ellOJtOpOJI, KOHneHTpa
ЩIЯ 1\0TOpOI'O равна n (IIЮЛЬНЫХ %), О'lеВ[IДНЫ следующие СООТlIO'
wеНИJl:
{Н](I == '\IнП
[qo == vc" (5.1)
(01(1 == 2 (100 п l(l)
rде '\ОН и VC соответственно число атомов водорода и уr.nерода в
t,lолеКУJlС rорючеrо.
Состав продуктов Сl'Орания мы будем раССЧl1тывать (1 предnо-
ложеНИD, что IIМСЮЩИЙСЯ Ю!СJ10РОД р8СХОЛУСТСЯ В 1'2КОЙ Jlослмова
телыети:: 1) на окис ение Bcero уrлер()да до OKIICJ! уrJiерода. 2) на
окнслеllие всей ОК IСП yr.'1epVJI<l до ДВУОКНСJI, 3) на ОНllслеппе во-
дорода. Вычисляя таким путеМ СОСТ8В продуктов сrорания, мы тем
сэмым дсл е]lf, KpOMt' YK83i1HHNX. еще o,Дt10 допущение: пренебре-
raeM СУЩССТБОВ8ннем так I!a3blB8CMOI'O раВНОRесия водяноrо rаэа
по реакцин
CO:l + на со + 1\0 (XI)
Vспоuия 2 и 3 эквивалентны предположению о ТОМ, ЧТО раnпо-
врсне реаКЦИil (XI) полностью сдвинуТО BJ1eBO. Такое Прl!дположе
HI; . 38Me'I'l,0 упрощающее ВЫЧIIСJltШИЯ, не свизано со энаЧlП'ельной
11'
(Н 2 О]:::::0
P"i2J == [Н]о/2
(СО] + (СО.:.:! == (qo
[СО:!] ::::: [OJo (CJo (5.2)
(СО) == 2[CJo (0)0
!3 c.,/Y<Jae IЮtда 2 [с)о < [0)0' (lбразуртсSJ. см('сь
{СО] == О
(СО 2 ] == (CJo
[Н2OJ + 2(CO z J == [OJo
(Н 2 О] == [OJo 2(CJo (5.3)
( ) == [Н]0/2 + 2(CJo (0]0
f'('.1II (OJ o > 2 [С[" т [HI.-/2, IlрОДУhТtJ сrОj)f\lI1lЯ ('о;tерЖf\Т
спобо;щыfl: hи":юрО)L
[О2} == ([OJo 2[CJo [H]o)J2
[СО) == [нz] == о
[COzJ '""'" (С](I (5.3)
[Н20] """ [Hlo/2
При опредс.'lСliИlJ сост<ша равnовссlI.ОН CML'CII продукто!> cropa..
lIJlЯ не()БJ(()j ИМ{J ,'читывать IJЗ 1СШ'lItjf' 'шс,;та "ю.;tекул "()С.1е cropa
ЩIЯ 1). Очсвидно, что
... HHJ + [Н:Р] + (СО) +- [СО 2 ) +Z..)/ЮО (5.4)
МО.lьные до:Н1 ЮiЖ,ll,ОТО иd КОМПОIlСНТОВ СJ\1есИ продукТоВ стора-
НШ!, которые мы будем Qбo:Jна'lаТь Ю\ ХИ IIJ.,ескими СИМIюла"ш в
фlJrурных скобках. а Д, n IIJlсрТfюrо l<ОМflОнсита СИIIШО.'l.ОМ Zf(.
очевидно равны:
{Н 2 } == {R2JI"r.;:; {Н 2 О};;:::; IНzО)/'I)...Zи:= Zо/Ч (5.5)
Р::з.вповссная температура rореИИSI иахо;щтся из }'С.:J.овия coxpa
ненил энерl"ИlI lIpl1 рсаКIlИИ, которое в зависимостИ от режима Tope
ния I!<J.'Iучает одну 113 ДВУХ фОР:\1у.'1ИРОВОК, fс;J.И crop<lНl'e происхо-
дит IIрИ постоянном Д<JВ.'Jении, ЗНТ,I.1hJ[l(И исходной о;еси 11 I1pO
дукт{)в сrораl!lIЯ. uзяТьте Л:IЯ С.оответСТR}'ЮЩИХ КО.lllчеСПI всщестt>.а
(зд{'('ь 10() М(ЫЬ исходной смеси), р"шны.
ЭН1'В:lЬЩIII КОМllоиентов IlС.'1есоuбра:1II0 отсчитывать ОТ ollpCAe
<lеиноrо стандартноrо состояния, f(OTOpOt' I1Рllюrмастся 38 нулеfюli
уровень. При 3ТОМ В величии)' ЭНТВ.1ЬЛИИ включается запас ХИМН-
Ч('СI\ОЙ ЗIlf'рrI1И, опреДf'ляе1>IЬ1Й Т{'П'lовыми эффскта:\111 реэК1IJ.Ш пе
реХОД<l 1{ ИУ_1СВОМУ уровню При соотве,"СТВУIOЩf'J\:! f!ыборе CTaH
дартнurо Hy.,/eBor(l СОСТОЯНИЯ значения Эlпалышй всех KOJ\lllOHeHT06
о;tнозиа'шы. Будем Прlll11lМ::з.ть за иу:JЬ оЭиТа.'!I>ПlIИ rазообразных
водорО.;Iа, IЮ,\Ы и инертны" Пl30В ( , Дr и т д.) и твердor'о уrJlерода
при U K начеНJlЯ эита ..ышй ряда KOMIIOIICIITOB продvктов cropa.
ния rорlO'lИХ r"a30B Прll ! КCJ.З(lНllоtl сист{'ме отсчета привеДСНЫ В
П РИ.'1{)жеlIlJ It з. .. .
ОБОЗН8<JЮ1 через "; 'IIIС.Ю I\IО.lt:и , ro компонента Il f O il)'KTOH
сrор:ншя в расчете на 100 моль IJСХ(lДНОЙ смес_н ([Н 2 [, (H.lO 1I т. д.).
"('рез "/ то же ;I.1Я исходной смеси. чере1 Н, и HJ МОЛЫlые
ЗIIТ81lЫНШ соответствующих КОМlюиеНТОЕ. УС.ЮJiИС адиабаТИ'lе.
CKOI о превращенИi! исходной СМССИ 9 лродук,ы сrораllИЯ Il!>ieeT
ВИД
IпjH j (ТО} == 'l:.пiH i (ТЬ) (5.6)
ОпреДNlеИllе темлсратуры roрения начинается с ВЫЧИС.'1сния
cocTat!8 про::::уктоп сrораllllЯ. Дадее ;!.;jS! неСЮ>:JЬКIIХ ПрОl1зво.qьных
значеиии TeMnepaTY[JbI, выбираеJ\1ЫХ с таким расчетом. 'rтобы онИ
охватыва,1И диапазон. в котором преДло.'10жительио нахоДИТСЯ
знаЧС'lШf> температуры rорепия, по даllliЫМ ПРII:южеlIИЯ 3 БЫ'ШС
ЛЯlQl'СЯ ветl'll1llЫ Е 'чН,(Т) I(aK прапи:ю. ДОСl'аТо'lНО ВU"ИС.;jItТЬ
эту сумму д,,"iЯ трех ПОС:.Jедонате:JЬИЫХ ша'lСНИЙ Те!llllсратуры, взи'
тых с ШiтерВ<l"lCl"IИ н 200 СС. Теэ.теuатур<'l rорснlJЯ npll 1) con,_t
TIJ1J оrrре'1. lIяется (: IIО!>ЮЩЫО rрафшш '1аВиСIIМОСТИ I/liH, от TeM
пературЬJ: в точке, СООТВ':ТС"-IJУЮЩСЙ выпо,щеlНl10 )'с.lОJJl!Я (5.б).
Т"'" ТЬР'
В спу'lае сrораНI.я IIрИ постоянном (lб:,смс УС.lовие C O Xp8lJel\BfI
liерrilИ для аДИl'\баТlIчсскоrо прОllесса выражается равенством
БНУТрСIiНJJХ знсрrllЙ Е r.аза до и ПОС."'i{' сrораlJИЯ. ПОСКО.IЬ!{У Il
Е + RT, уравнение (') б) для v COllst э.аменЯСТСЯ выраЖСНllе1\l
'l:.пj[H j (Т n) RToJ === I Щ [Н[ (ТЬи) RTbto] (5.1)
[де ТЬи ЗНВ<JеннС' ТЬ при [! """ солst. Ве.'ШЧllна TЬrJ Па1ШДИТСЯ
rрафИ'lеСIШ а Ha,10r' и '1 110 выltlеИЗ:JОЖСННОМУ дЛЯ ТЬр" с тем отди'
ЧIIСМ, ЧТО 110 ()РДllнате ()ТIЩ11;Iывастся сумма Е nЛН,(Т) RT).
которая IIРИ Т ТЬо ЦО,"iЖИ11 ()ыть равна IпjfHJ(T o ) RTvJ.
Зная Ре.'IНЧиНУ ТЬи. МОЖнU ОПрРде.1ИТЬ ..lВliовесиое*. ЗНi!чеШlе
даВ. еНИJ! IIРОДУIПQВ аДИ<luаТИ<jескоrо сrораНlJЯ РЬ
РЬ == PoYjTbv/T o
Прнмеr ы расчета СОСТОЯНИЯ flРОДУКТОВ сrоранпя даны
жеПИI1 ч.
(5.8)
в ПРИ.10-
11{)rреШIIOСТЬ'{', T<I t{ rШI{ теп:юоои эфф('нт реа КUlIJI (Х i) СрaIJIIите.1ЫЮ
иеее.l}JК око,:ю 41,9 КДж, I l>10.;JЬ. Ошибка 6ЫЧIIС,lения темпераТу-
ры .-ореl1l1Я", (lБУС:ЮВ.'IСlшая пренсбр{'жеНllеJo.I раВ1IОВССИ{, ' ВОДЯН(lrо
r<lза, ре rрt'IЮСХО,11IТ "СС IЮ.l hЮI Х ;\ССЯТКОIi '-РijАУСОВ
ПорядuК ныIIc'It'нш11 COCT1J.Ca IIР{J.{УIПОD РРijl,ЩШ ЗalШСIП ОТ
С('Q"ПЮIIl НIIЯ вt'.lllЧIIН IC]v И (010' т. е ОТ БО:П.lOжноспr оtШС:IСНIJЯ
всей О!{[IСИ у r."J{'p ода. OTCY1CTlillC сажп н rlрод) КП1Х сrораНIIЯ Н03
"ЮЖI({) Д<lЖР В C'J;t'!I<lI'[IbIX ПРl'111ШЮЖСНI(ЯХ TO,lbKO при УС-Юl>1111,
Уто [С[С < (OJ". F.с.1И 2 (CJo > (0]0> [C({I, 113 100 :\Ю.'Iь IIСХОдlЮЙ
смf'СИ ()fiразустся С."l('l}"ЮЩI'С ЧИС.'l() I\Ю'J.сfI конечиых КОМПШlеJПОБ
(}{PO 1(, неИЗМ('Н!lоrо Zv 1II0.1l> ИrlLртноrо KOMllOliCHTa a'!Ol1J., 11prOlI<\
11 1'. д),
. При температурах. для которых диссоциаЦlJЛ продуКТОII HeBe
лика теплоемкости во NHorHX случаях ИЗJllеияютея Ilезна<JитеЛЬНО,
зави нмость IпiH i ОТ температуры близка к ЛlIнейной и ВЫ'lИС.'Iеl!ие
т Ьр ВОЗмОЖНО I] по двум точкам.
.. При возниюювеИllJI ударных води (СМ. С.'1. 1. раэд. 4) возмо
жен кратковременныЙ рост давлеНИЯ, БолыlJии чем при состоянии
равновесия в продуктах адиабатическоrо сrорания.
8 218б
118
Н2
ЛРИЛОЖЕНИЕ 3
ЛРИЛО)l(ЕНИЕ 4
ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРОДУКТОВ
сrОРАНИЯ
ПРИМЕРЫ ВЫЧИСЛЕНИЯ PABHOBECHOrO СОСТОЯНИЯ
НЕДИССОЦНИРОВАННЫХ ПРQДУКТОВ сrОРАНИЯ
А. Зависимость мольных 9птaJlыDI'i КOI\IIJDнeН1OВ If (кДж/МОJlЬ)
ОТ температуры в CT8H)l,apтHOi\ сш:теме Отсче'f8
А. СмесЬ 6.0% СН. + 94,0% воздуха, Ро =;: I.I0r> па, То ==
=;: 293 ({.
тк I Н2 1 Н2 0 со C I о:.! N2 I At
293 8,300 9,739 133,569 93.831 486,497 8,668 6.091
1000 29,103 35.939 155.397 127.402 ::Ю9.2О8 30,128 20,7
1200 35 ,261 44.473 162,136 138.467 516.265 36,775 24,941
1400 41,544 53.538 169,047 149.891 523.465 43.603 29,09
1600 48.003 62,963 176,088 161.576 530.177 50 ,572 33,25
lВOO 54.626 72,815 183,229 173.427 538.186 57,646 У,411
2000 61.411 83,013 190,445 185,442 545.695 64.804 41 ,565
2200 68,334 93,488 197.719 197,565 553.300 72.032 45.72
2400 75.383 104,223 205.044 209,788 560.993 79.307 49,88
5
3
(НJo == 4.6,0 == 24,0
{С]О == 6.0
(0]0 == 2.0.210.94.0== 39.5
Z. == 94.0 39,6/2 74.3
Поскольку 2 [Сl 11 + IHJJ2 :::: 24.0 < 1010
[CO t 1 == 6.0
[НР] == 12.0
10.d == (З9.5 2.6,О 24.oJ2)/2==7.75
'1)==1
Опрс.де.пJ1М залас ::шерПJlI IIС}lОДНОЙ смеси. испо.'1МУЯ данные
Приложеш!я" 2. Дт! сrорания при Р =.::. const
10--.1 Е l1JHJ(TCI) == ( б.О.56.964 + 94,0.109.(13).10' == 99,1 КДЖ/МОЛЬ
дЛЯ сrораllИЯ при (1 == conc;t
I(JJ Е п/ [Н I (Т CI ) RTo1 99.1 8.308 .293 ,10""8 =' 96,7 жДжJItIOЛЬ
ВЫЧИСЛИ\ll ЭllТальлРЮ продуктов сrораНШl при 1600 ({:
10':Еп"Н,== 10' (6,(}.161.57б + 12.0.62.963 +
+ 7.75.530. 777 + 74.3.50.572) == 96.0 кДж/моль.
СОl1(1ставлеtШР величин I.njlfi,T о) 11 1: щlf,(1600 IQ ЛОК8ЗЫВЗt'Т,
что следующие БычислеНШI uелссообраZciНО ВЬШОЛНJlТЬ для Т == 1800
и 2000 К
Определяем ДЛЯ Т """ 1600 К ВeJ!ИIJИНУ
Е""" 1(f4I.ЛI(Н, RT) == 96,0 13.3 82.1 КДЖ!МQЛЬ.
СcrЮСТ3НJ1енис с еличиной Е(Т n} показывает. чrо ДШi Н8КОЖ-
дения TbfJ следуеl' вычислить ве.'1И'llltIУ 'I.n,(H, RT) также и Д:JЯ
Т""" .220U ({. Результаты вычислеНllii. Зllалоrичных IlриведеиныМ.
npeдcтa .leHЫ на рис. 10, с помощью IЮТорОI'О опредеJ1ЯЮТСЯ тем-
пературы rорення. На rрафике lюказ8НЫ обе зависимости дли
Ещlfl и I.tJlfДI «.т) от температуры. СравнеНIIе с соотве'IСТIlУЮ.
ЩИМИ Н (ТО) II Е (Т,,) дЛЯ исходной смеси дает "скомые значениЯ
температуры l'орениЯ:
ТЬр == 1685 I{
TfIlI::::::C 20631(
д..,я flзобарlllJССRоrо сrораtlllЯ
РО!РЬ::::::С иы1пп == 5.74
равновесный рОСТ даЕ.,ения Прl! адиабатическом сrорании
кнутом объеl\lе
в зам-
83
3
2
Б. мoJlbHыc 8НТальпин JIIIМJJOНrН"l'Oll tlсхо»ы.х I'OplOЧltx <:месеА
при комНатнОЙ температуре (203 1\) в стаНАартнои системе отсчета
J<;окпоfl"нты I сн.,. I чIf6 СЗН8 ЧНI0
Н (293 1\) ------56.954 ------57.374 7 ,108 79,981
I(омпопенты СаН!! СаН, CJl.H2 CJ/,H, Воздух
Н (293 I<) б6 564 114.125 237.114 71 ,124 109,013
.
рь/ро::7,О4
114
8
115
Б СМ"'С!> 14 11 о СН. + 86,ООо lIo. ;tyxa, tJlI 1.j(J;; I1a,
т 8 == 29З1<
(нJg:с:: 56,0
[qo == L4,O
[0)0 == 36,1
Ze-.::::;67,9
зоне Te,.!licpaTYI) 1BOO 2400 1(. Результаты вычислений преДС12В.
Jleны f[1SфИЧt'СКИ на рис 11, из KOТOpOI О c,;Je)lyer
ТЬр 19271<
т Ьр == 2ЗО7I<
т. е ДJIЯ 5ТОЙ CI\lt'Cli (также б,тlИЗКОЙ к l1реде, у раСПрОСТр<'lнеНIJЯ П1l8-
,,'ени, "Ы( и Сl\lеси пример,а А) ЭН8IJеlllfЯ обеих температур I-орения
заМетно выше, чем у Cl\leCJ! с избытком ОКIIСШIТеМI.
100,Ii
2*,0
2810
rпiIJ. Я'с) ,
..i-\\
\'f-"
'i- "
Xп i ir.ni{Hi If т)
кДжjНtJ.Jff; /(Ifал/иоль
10(), 21;,0
23,0
8Z J O 22,0
21,0
1: n i H j; Eni (Hi яТ)
нДЖ/}/dJfb J{наЛ/МОЛIJ
117/ 28, О
27,0
108,1
и,О
25.0
83,1
20,0
19,0
-'8,0
1'1, О
18,0
Хп. { Н. ят. }
I J о
,v.,1:I.
. ....
{I>'"
75,J
92/0
22,0
21,0
'ву =20&31(
6 9
16у=2301К
83/7
20,0
1600
1800 2000
2100 r,!(
1800
2000
2200
2/;00 н
Pllf 1 О. ВычислеНие температур TOpeIIНJ! (Т ь l' И Т bv)
для смеси 6,0% СН 4 + 94.0% IJОЭДУХЗ.
Рис. 1С Вычнсление температур rорения смеси 14,0%
СН& + 36,0% ВОЗДУХа.
посколы<y 2 [С]О < Юl о
[COJ ;;= [qo;;= 14,0
(lit0J == [0]0 2[С]ю == 8.12
[НJ == [H]l)f2 + 2 [С](I + [0]0== 19,9
== (14,0 + 28,0 + 67,9)/100 == 1,099
10' 1: n;HJ (ТО) == ( 14,0.56,964 + В6,О.109,0l3).1O 2 ==
== 85,8 ЕДж.}моль
10' .Е Щ (Щ (То) RT о] ::= 85,8 В,308, 29З.1O == 83,4 кДж/моль
Степень р.зсширеНlISl "P[I изобарическом сrоrзшНl
Ро!Рь 1,099.1927/293 == 7,23
Вычисления знтальпии и BIIYTpellHeA ';iиерПfl! продуктов cro
раЮIЯ Вl>ЩОJIIIЯЮТС fI т<JM же порядке, чТо И Дo'l11 ПрНl\lерэ А в ;l,ШIШI
Дли сrорюНlЯ в ззмкну r о:\\ о()ъеr.lе
РЬ/ Ро 1,099.2307/293 == 8.89
В. СМРС" 4.0°11 СН 4 + 4,0"1) С з Н в + 92.0110 flОЗДУХ8,
Pr;::= 1 .1О ;;ПаТ u "'" 2931<.
[Clo 4,0 + 3.4,0"", 16,0
[н]о:==- 4.4,0 + 8.4,0 '==: 480
[010 == 2,0.210.92,0 == 38,64
Zo::= 0,790.92,0 == 72,7
118
117
Лvско,l ЬК}' 2[С}о", 32.0 < [0'11
IOO} ... о
ICOJ ==:= 16,0
(1\01 == 38,64 2.16,0 """ 6.64
[На1 == 24,Q + 32,0 38.64 "'='" 17..
'7J z:z (24.0 + 16.0 + 72,7.)/100.. 1,127
1O I nJHl == IO I (92.0 -109,013 4.0 -56.964 4,Q- 61,108) ...
== 95,3 J(Jl)кjмoт.
1O "1: nj (HI Ю'.) """ 95.з 8,308.293.10.... == 92,9 кДжjмол:ь
Остальные ElЫЧИСJlеНJIЯ не О1'лнчвlO'I'СЯ 01' ВН8лоrllЧНЫХ jUJЯ сме.
CDA О,'lеОКОМПОНiИТНЫ14 rорlQЧИМ.
u
g
.М
t-'
U
с
ё
!!
Е
t!
:11
ос
о>
% Е
о;; t!
u
..
-=
... ...
11: ..
е
ё! 1:
<
о:
J
.
J
! w
.. ""
i J
...
.
м
..
.
l'
111
..
!
лрНЛQЖЕ1f1I1l 6
ХА.РАI(tЕРИСТИК,Н взРыВООПАСНОСТИ Hцoтopых
rоРIOЧИХ rдзов И ПАРОВ
в 'l'.аблuце ЛрИJlожевня б при водятся значеAliЯ преде.1JOВ
взрываемостн смесей ряда rОРЮ<;JИХ rазо'R и П8роВ С ВО ЩУХОМ 11
J(}I ЛОрОllОМ В мольпых ПРОllентах и в )'ПИ 'И()lfрованной CPoCT Me.
nРИIIО.Il ЯТСЯ такж(' NlIнимальиые значеНИ#f НIi:!fшеrо Темпераryрllоrо
предела вэрыsаемосТJI ВОЗДУШНЫХ см<,сеА некоторых rОрЮЧII х Т mln
Н минимальные зареrllсТрИрОВВНlILlе 1eMnepaТYi:"bl С8МОВСС[1Л8Nе/iе'
Н5IЯ Т, во nушных смесей.
Сопоставление веШJ1Ji!Н (1XJ! rозволЯет устаI!ОВИТЬ. Д.1Я кв;-.их
систем OJЩ суЩе<:ТRенно VТ;Jичаются ОТ срс.дШiХ ЗНlI1JеНhЙ ", боrа
1'ыx СNесей (Um1111 3ТН ОТI\JЮНеиия н шБО;lее знаЧllте,'1ЫtЫ Д:iЯ rорю'
ЧИХ, Ю,tеющнх >iBtiO f!ыраженн)'Ю зн.з.U'rеРМIJIIL J(УЮ nРИРUД\'. .!l..1Я
неТ8на н некоторых ero '!РОН3БОjI.liЫХ. QТКoiJOНСЮ I Я В".1И'lНН ....IQU
ОТ среДНИХ мены.пе. чем для QmJD' QТf.JlоненНЯ оооих знаЧt:НИЙ 11и.р
от средниХ наБЛЮдаются у смесей rорlOЧИХ. склонных к обраЗ0ва
IIIIЮ холодных пламен. например ПрОСТЫХ эфиров н сероуrJlерЦД 8 i
31'01' эффект заметнее в случае боrаТЫХ CMecen. QТКЛОНСнlIЯ от
CPt.)lHfIX пр('.дt'.J!ОВ flзрываеМQСТН значительны т;акж,= .. с."учае бром
8ЛкапOl'.
g 8
.,r,)Ш"""" cNC>I...r;J:М""aQ"" IO
t-. О C'I
З I I I I I I I I I I
111111+
о t-."O!' О
C'I"""фф I
М...............
.. .. ..
ссоо
Mt-.....
I QOC/'J"" I
о........
.
соо
ц)
ILI':! I
Q
ОМОО (
с':) C'I 00"<1'
... ... ..
а.о>QOц)
, M. , IIII .I
000> ц)
....
;:ё Ш I I t $ I I J I 1 g I
:JS
11(
g, "'"':.qM I
r? '"
С
10(
С
I!I
со>
IC
:..
8.с
I I :: I I I I I I
Ш 8 g 8
$""" MM C'I r? M
сссссооссоосоОООС
S Ш 8 SS ёS
IOШaQt-. О
w ф t-. оt-.
""""".... ...... ......
ОО О """t-.СМ "О!'М
C
. . -
. .
.
.
. . -
. .. .. ..
. -
. . .. ..:r:::I:
<11<11
. . .. .... ........... а::: ...
.. .. .. = 0""'-
_' _ .. ii:<: .'
:z: - :!: :C:!: ii!
ti Ш 8.e. Е 8.1;.L: st.s!
:tfI"Jl:l'1t:L..O t: r,CIW """",,,'"
. . .
. -
ffi
МС':)"О!'
I I f
I I I
I I I
I I I
:11 I I I
...
с::..
=
r: gI; &о
u C'I
.
С>СО
S
.
....C'I
Фо>od'
М........
t-.M
. . .
ФМC'I
. .
. . .
са
'2 ca il!
I!I:!!
J :II:
Е &
t::
смеси с воздухом Смеси с кис.породо",
rорючее n'nin I n'n"x I п.n"х °mln Лmin 'nmа °max I "mil1 Тm[л"С т "с
l
п родОАЖе ие
Простые эфиры
МетИJIОВЫЙ 3.4 27 1,98 0,189 3,9 бl 8,21 0,213 :iБO
ЭтliJ10выl!: . 1,9 36 1,81 0,062 2,0 82 4,12 0,107 160
-
Пролиловыl!: 1,4 21- 1,69 О,087В" 69 0,0500
ЭrиJIлponипot3ы 1,7 24". 1,62 00886.. 2,0 78 6,53 0,0376
,
I< и с л о т ы, <ll1rидриды
'КСУСНдJl кислота. I 5,4 1,84 I f 40 I 465
УКСУСНЫЙ illirидрид 2,7 10 1,89 0,473 47 390
Сложные эфиры
Метилфoplllиaт 5,0 23 2,00 0,352 465
Этилформиат 2,8 16 2,08 0.315 456
Мemлaцетат 3.2 16 1,82 0,315
Эти.пацетат . 2,2 11 1,91 0.340
· [10 N'yr"M ДIIШWм '\nax... 1 ,9; amin .!!12.
.. ПО gpyrяк АЗIUIЫМ ax",,9; a min ...o,282.
АJlьдеrиды, кетоны
Ацетапь.деrцд . 4,0 60 2,02 0,056 4 93 9,60 О,ОЗОI 175
Ацетон. .. .. .. .. . 2,6 IЗ 1,97 0.350 465
Метll.ll91llЛКE'roll . 1,9 10 1,97 0.344 465
Амины
Метиламин . . 4,2 20,7 2.12 0,357 430
H.. 2,8 14,4 1,95 0,333 400
TP H 2,0 1'2 1,87 0,280
эти.ламин . , 3.5 14.0 1.54 0,344 385
АННJШIi .. .. iIII .. 1,2 8,3 2,23 0,410 615
rВJlоидуrлеводороды
МетилхлDpИД . . . 7 J7,4 J ,86 0,665 8,0 66 7.67 0,343
Метилfромид . , . 10 J5 ) ,26 0,795 14 J9 4,09 2,84
Мerнленхлорцд . 15,5 66 5,45 0,515 615
ЭтИJIXлорнд 3.В 15,4 1,77 0,389 4,0 67 8,0 0,164
Эrил6ромид . . 6,7 11,3 0.974 0,550 6,7 44 4,64 Q.424
Хлорбензол , . 1.4 7,1 2,22 0.392 21 640
Рзэные
ДИЦИIIН . , . . 6 32 1.65 0,223
ОКИСЬ yrJlерода
(ВЛ<lжная) , . 12,5 74 10,9 0,128 J5,Б 94 10,9 0,128
Qpoooдород - 4.0 44 3.46 0,178
Сероуr,IJерод . . 1.25 50 5.Б3 0,070
ДимеТIfJIСУЛЬФИД 2.2 20 2,07 0,187 205
сера........,. 2.0 10,5 247
1. 8wqKColleHKe преде.10В В3рЪ1ваемОСТII
по праВИllу Ле Шате.lн.е
WСПО""ЬЗУfI 3118чеlШИ u&JI' .II.8ННЫl! 11 таблице Прм.nожения 5. нахо-
ДИМ слеДУЮIЦllе среД}\l! аjф
Смеси с nоздухоы:
« тах """ 0,296-2,00 + 0.222.2.39 + 0.481.1,76== I.m
а mln==о.29б.0.б95 +'0.222-0.130 + 0.481-0.348==0.373
Смес.!!.. с кислородом;
аmn == 0.296.9,30 + 0.222-10.8 + 0.481-8,40 00Ie 9.20
amln;::: 0,296 .0.320 + 0.222.0.083 + 0.481.0.160 =: 0.190
Из ОЛ{lеделеllИЯ коэффициента избытка оКИCJIИТe./Iя [см. ypaB
пение (2-6}J СЛe;J,ует. что д.л-и смесеА rорючеrо с ВОЗДУХОМ
L 21.0/(0.210 + ..... . ахр) (5.11)
ПРtlЛОJl(EНН. 6
ПРИМЕРЫ вЫчиСЛЕНИЯ ПРЕДЕЛОВ В3РЫВАЕ.МОСТИ
сложнЫх И НЕ.и3УЧЕННЫХ СМЕСЕЯ
Оl1редеЛЩ4 nред€лЫ взрываемости Сlllссей с воздухом и ими-
IшдvальныM Ю!С.i10DОДОМ. образуемых СЛОЖIj:ЫМ f'ОРЮ1JИМ. имею-
щим с"едvющиJ'! состав (в 1\IСЛЬНЫХ %); СН. 50; С-,Н. 25.
С.Н и 2-5_ ИСIIОЛМУЯ даlJlJыt' Тii:J.б,'I1ЩЫ При:южеlШЯ 5. ВЫЧIIСЛЯ('М
С ПОМОЩЬЮ уравиеflИИ (2-4) предельные Зl1ачеНIiЯ общей KOHцellТ
рэцtш сложиоrо rОрlOчеrо.
Смсся с вОЗДУХО N :
1
L min """" 0.50/5 ,0 + 0 J2,1 +0,25/1.8 --=3.02
1 z:: 14 3
Lmax 0,50/15 + 0.25/35 + 0,2518,5 ·
Смесн с кислородом;
rJte ", средннА стехиометрнческиА коэффнциент ДJIЯ СJiОЖиоrо
rорючеrо. L выражено в мольных %.. Пля смес п с Кисnородом
L -= loof( 1 + . акр)
СтехирметричеСJ(ие коэффициенты усредняюТ в соответствии С KOH
uентраUIfЯ"'И компонентов в rорючем:
..61
...
..... .. %v..,п:l/IOO... 3.38
Вt>lllieУКНЗllНtlые критические значения коэффициен1'а изt\ыт1tR
ОКИСJlIfТе."fЯ соответСТВУЮТ СJlWЮЩИМ содержаниям сложноrо [о-
рючеro.
CMecl1 с воздухом:
Lml a == 21.0/(0.210 + 3.38' t .97) == 3.06
LIDЦ;;;;: 21.0/(0.210 + 3,38.0.313) == 14.8
Смеси с кис.'10РОJl:ОМ:
L.m1n == 100/(1 + 3.38-9.20);::: 3.12
L max "= 100/(1 + 3.38.0.190) а:::: 60.9
1
Lml n -= 0.50/5.1 + 0.25/3.0 + 0.2511.8
1
LJI\8X'" 0,50/61 + 0.25)49 + 0.25/80
о:=< 3,12
2. Вы.ЧНСJletlие предеЛОВ взрываeJI ОС 'fИ
по MeTO унпфвкauнв
Поскольку "инфицированные зн8'lе,ШЯ пределоВ взрываеМОС1'11
ДЛЯ J{ОМ:lOиеитов Сl10жиоrо rорючеrо здесЬ заме'lНО отличаютсЯ
дру, 01 друrа (в СИЛУ зна'IИТeJ\ЫIЩ'О разлll ЧИЯ }!Х химической при
роды), С.1едует УСДОВI ться о принципе усреднения этих величин.
Пр И ни,,!3.см, что }'cpe leHHO<' критическое 31l2.чеНJ-!е КОЭффИUJIепта
избьrrка ОКИСJJИ1',"ЛJ! Uttp оnределяМ'СЯ значениями O'tq) соответсТ-
вующих смесей каждоrо И::! l(омлонеНТQВ СJlожноrо I.орючеrо и IIХ
УСЛОВНЫХ NОЛЬНЫХ \lOJlcA (J) в ('меСJI rорюЧ Х. Т. е_
акр=:: ЮРкрt (5.9)
В{'JIНЧШlа fiJ, определяется а6со.1ЮПЮЙ концеtlТРЗШlеА (-ro rорю.
чеrо и ero стехио.метрическим коэФФtЩl1еiJТОМ v. в реЗI\ЦИИ полноrо
окислеllИЯ rорючеrо
Ш' == " i/ ""tiпj
Д;ш СМСС," JOI)1{1<j1!)( VI\<J"ШНI'( r,> СОСПIJ18
1:" tl OO =:: 2-0.50 ---1. 3-0.25 + 6.5.0,25 == 3.38
rocн. == 2.0,,50/3.38 == 0,296; ""'" 3.0,25/3,38 == 0,222;
ffiQИlo <=: 6.5.0,25/3,38 == 0.481
(5.10)
СОПОСТ3В:lенш> ПОКlIзывает. что резулыаты выч.ИСJlеlllIЙ. полу.
чеИНt>lеvБЙIIМИ NетоДIINН. не отличаются Apyr от друrа_
Нахождение криТИЧеских составов 110 методу уиификаuни "ре-
.цrлов взрываеМОСТfI обычно выполняЮТ rрафJl'lески. 110 днаrрэмме
...
завнсимости Ig С!Ф от CYMмaplioro содерЖallllЯ Шlертных КОМIIОИСН
тое (СМ. рис_ 9). При изменении СОСТОННJlЯ 11 состава взрыпооnэсной
среДbl 5 техt/олоrнчеСКJlХ процессэх. как IЮ8ВИЛО. v,эмрняf'ТСЯ И со--
J!.еrЖlllIJ! миерТ1iЫХ компонентов. ПО rрафику JlerKO учптыt!ЭТЬ из-
менен ш' UJ<P для СООТВетствующ х режимов fI IIЫЧJj" Jrять предель-
но ДОПУСТИМЫР составы (.'шбо 'се.мпературы) с необходимым запасом
НJ\)\еЖflОСТli. Использовать УЩ18нение Ле Шателы' для перемевноrо
содержании Иl\еp'IIIЫХ компонентов было бы неудобно-
· Э..IЩ l\OfЩetrrpaUНR окислителя .....0.210(100......1) (МОЛЬ,
рых %).
121
22
З. IILlЧНС.!ение npе..це.llОВ взрываемости смесей с нензучеННLlМ
rорючим по мeтo МОJ!.еollt.иоro компонента
PaCC1JHTaeM пределы взрываеМQСТН смесей пара нафТдЮlliа с
ВОЗДУХО\\! И С КИС,lОродом, 1JСПО.'IЬ3УЯ меТод МО,llельноrо компонента.
Избираем в качестве моде.чьноrо компоиента дш! смесей с воз.духом
сексан 11 БСflЗО.1J, Д.'1Я смесеп с кислородом (ВВIJДУ ОТСУТСТВИЯ друrих
данных) бутан п цнююпрошш.
А. Смеси с воэ..цуХОМ
Соr.часно данным таб.rшцы ЛРllложеlllIЯ 5, iI;.lЯ 1.ЮД ЛЬJlЫХ CMe
сей с шах 1,82 IJ 2,12; amln 0,277 11 0,326. Для ре.аЮ(ИlI нафтв:
Jlина С КИС.1JОРОД()М "!; "'" 12. ИСПОЛЬЗУЯ уравнение (5.11) (с заменон
L на f[JqI IJ '\'5 на \8)' ШIХОДII1.I ::tmin ;:;; 0,95 и O,82 o, rnax == 5,9
н 11 С!О 11 хорошем соrласИ1! 1.lеЖ.ду обеИМl1 ве..'1ичинами с AallHblM11
пря'мых IJзмерений: п Jпm ::=;;;; 0,88%, П Jпах ::::;; 5,9 0 {).
Б, Смеск с юк:.оородом
Д'lЯ модельных С"Iессй Il max == 8,40 11 8,66; (!min 0,160 и
0,148. Уравненне (5.12) дает пшtп 0,90 и 0,88; nтa "'" 34,3 D
36,0%. ЕС.1И конuенТрашlЯ нафталина в -смеси равна 35"0, ес() пар'
uиа.'1Ыlое даВ.fСЛlJе npll общем ДсIВлеНИll, равном атмосферному,
составляет 3 55.10 Па Давление IlасыщеННОI"О пара нафталина
достиrае1 7а 0I.О знаЧСНlIЯ при 125 "С, т. е. предсдьную боrатую
смесь liафта.'1ина с 1< IСЛОрОДО1.1 можно составить при атм()сфеРН ОIll
давлении JШШЬ в случае подщ.реБа не меньшсrо, чсм до 125 С.
НеоБХОДlilllQ У'l сть расширение nредсжJВ взрывас},юсти при H.arpe.
вашш (см. [.'1. 2, ра'lД З), по:пому здесь Птах, rЮ.ВIIДIIМОr.lУ, Д(lСТlI
rам- 40%.
Рассчитаем nр(' ел ВзрЫВЗf'I\ЮСТlI для CMeCl1 JIафта."!'.па C КИСJI()О-
родом "рн общем даВДСl1lJИ 2,0. ]O Па IJ температуре 220 С ПРIJ
1!имзем, <ПО при 1,0.105 Па aml n 0,154, барlНlеский КОЭффlJШiеllТ
f, в УрClIШСtllJl1 (3.3) раБС" 0,30. Пр" ;jTOM Д-1Я КОJ.lнатнсй 7еlllпера
7}'РЫ Ig {!min (р:=: 1,0.105 Па) "'" ,812; Ij:( arnll'l (2.0.105 Па) "'"
:; ,812 0,30. Jg 2О ;;= 11,202; «тIn (2,0.106 Па) == 0,0628.
:lt:m8x "'" 100/(1 + 12.0,0628) ===' 57 o. УЧl17ывая ВЫСОК)'IO П'l\lI1ера
туру IЮДЖllrClемой среды, c,le.д)'eT IЮJI<trать, ЧТО :i1 max здесь врЯД
JlII меl1ЬШ{' 6590.
РЕКОМЕНД ЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА
з е JI ь Д О В И Ч Я. В. Теория rореНИJl и детонации rаЗ()8. Изд. АН
СССР, 1944. 72 С.
3еЛЬДОВИ1J я. Б., Воеводский В. В. Теп.'IOВОЙ взрыв JI рзс
простраllеlше [f.'1амени в rазах. Изд. Моск. мехам ИН Та. 1947.
294 с.
3 е л ь Д Q В И Ч я. Б., К о 1.1 !I а н е е Il А. С. Теория деroнацик ror
тектеорerиздат, 1955. 268 с.
3 е л ь Д О В I! Ч я. В, Рай з ерЮ. П. Физика ударных i\()ЛН и BЫ
сокотемператуРIJЫХ rидродина'мических явлений М., «Наука»,
19бfi. 632 с.
Лью и с Б., Э., ь б е r. ropeHHe. пламя и взрывы в rазах.
ИЗД 2-е. Лер с aHrJ1. М., «Мир». 19б8. 592 с
фра н K K а м еоН ец Е.Н ft: Д. А. ДИффузия и теП,10nере.дача в хнми
чеrксй кlIllетике. Иад .-Наука», 1967.
И v с т В ВЗрЫIJЫ И соренне IJ rазах. М., Изд. иностр. ЛlJТ, 1952.
688 с.
С е м е он -D В Н Н. О d!fКОТОрЫХ проблемах ХJj Ш'lескоii кннетики и
ревкционной способности Изд. АН СССР, 1958., 686 с.
Х И7 Р И Н Л Н Физика rорения и взрыва. Изд. Mnr, 1957. 442 с.
С 01< Ь Л и м А. С. Самовоспламенение, пламя и детонация в rазах.
Изд АН СССР, 19БО. 428 оС.
Щ е., к и н К И., Т Р о ш IJ Н я". К rазодинаМИК8 rореllИЯ. Изд. АН
СССР, 1963. Q56 с.
Щ е т и н к () 'в Е. С. Физи rореllИЯ l'аЗОll. М., «Нзука», 1965. 739 с.
Бдинов В. И.. Худяхо.в r. н Диффузионное rорение ЖiЦдко
стей, Изд АН СССР, 1961. 208 с.
Б а р CI Т О В А Н, r о д ж е л л о М r. OuellKCI пожарной Оl1аСН(JСПI
nРОИЗnOДСТ-Б, ВЯЗ ИНlЫХ с риМCJне1lием rОрЮЧiJХ тазов и Жпдко
стей. Изд. Мни КО!\!l\I}'IНальноro хозяiiств.а РСФСР, 196]. 84 с.
Б а р а т о В А. Н, И в -а н о в Е. Н. Пожаротушенне нв предприя
тиях химической, 'нефтеХIJмическоi1: n lНефтеперерабатывающеll.
qJромышлеIIНОС И. М., «ХИМИЯ», 1971. 414 с.
Пожарная опаоность -веществ и материалов, Прl1l\1еняемых в химнче-
-скан JТрОМЫШiЮНIIости. Под ред И. В Рябова. М., ХИМИЯ»
нпо. 336 с.
Справочник 110 охране труда н теХ/нике бe.3Qпапюсти -Б химической
I1роМЫШ.'Iенноетli. Общие ПО.'lожеиия, устройство и с.одержаJJие
ПрОМЬ1Ш.'lеНных l1редпрlIЯТИЙ. Под .ред. В И. ПРЯIНИКОВ8. М,
.ХИМИЯ». 1971. 512 с.
Справочник .по охране труда и теХНlше безопасности в химическон
I1ромышлеиности. Новые и ереемоrреН'Нblе праВИЛа и инструк
ЦИИ fl() устройству и эк пдуатаuии оборудования и O рОМbПll
денной санитарии. м., <ХИМИЯ», 1972 582 с.
Б рей :\! а:н М. И.. r р а ж л а н о в Д Е. Техника безопас.ности при
npOeKTlJpOBaHlJlI и освоении lJефтеХИМИ'lеских преДПРИЯ7НИ М,
«Химия», 1972. 296 с.
М. о 31 а х о в В. Т. Методы ИСС'1сдования пожарной опасности ве
щесfв. М., «Химия:.. 1972 414 с
Роз .', О В С К И fi А И Науч,пые основы техники DзрывобезОflёlСНО
сти Ilpll работе с rОрЮЧИl\lИ rазаМИ и парамИ. М., «Химия:.,
1972. 366 с, .
111
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕЩение ·
r п 8 в а 1. Основные попожения теории rорения. BOCnJlaMeKI'
НИЯ н детонации rазов
Олредме.н.ие rорения . .
1. Общие закономерности расnpостранения mлвмеюi
По,ДЖиrанне rо.рючеli среды .
Фронт пламени и ero перемещение .
Расширен"е I'зза при сroрвнии .
Звкон площадей. . . . . . . . .
2. Характер.иые типы nламеltИ. Тепловой режим rорения
Возмy:ПI.ение пламени силаl\1.ll трения и тяжести
Бунзеновс.кая ropMKa . .
Адиабатическое сrорание и TeMnepa'J}'pa rоренllЯ .
rорение в звмкнутом объеме.
Методы -измерения скорости пламени .
Структура фр.онта ILII8мени .
3. Воспламенение . . . . .
Тепловое 'Самовоспламенеиие
llелные реакции. . . .
Цепное самовоспламенение . ...
Теппоотвод и критические условня воспламенооия .
Холодные ПJlамена .
Период ШШyJЩШi . . .
Адиабатическое воспламенение
4. Ударное сжатие и детонация.
Ударные .вопны . . . .
Воспламенение в ударной олие
Детонацио.нное rорение .
Возникновение ДетонаЦflИ
.
.
.
.
.
.
.
.
.
r .11 а в а 2. Предеды возникиовеиия rорения н их значеНИе
ДJlЯ техники бeзonaaюc:тн
1 Пределы УСТОЙЧИIIОro roрени". .
Преде.лы раСЛрОС1'раНeiНИЯ п.nзмени ,.
Тепловые потери от фронта ПЛамени и .их роль .
МеХ3НП3N тепловых потерь у пределов распространения
плаМени......... .1. ..
.
m
2. Пределы ИШЩlIироваНIJЯ roрении .
J\o\еХВJШ3М НQджиrания злектрическим рЗ;jрJlДОМ.
КРИТllческ:ая эиерrия !юджиrающеи искры .
Поджиrание изrретым тедом. .
3. 1(00щеllтраЦИl:шltые npeAeJIbl !lзрываемостн
Общие ilОJlожения
Эмпирические закономерности дпя кщщентраЦilОКНЫх
ПРЕ-.депов .fIзрываемо<:ти
СI!С'Jеыз у,нифика.u.ни пределов взрываемости .
Измерение пределов взрываеыости. . . .
4. МехаИИЗN 'jJеаJЩИ-Н в .пламени и заКDНомерностtI ДJJЯ npe-
дедов взрымемости .
ТelЫОВОn' реЖJlМ ruрения у нижнеrо предела. .
Механизм реакции :в пламени у нижнerо .предела .
.
3
(' JI а в а 3. ВарывобезОl1асные теХН().JIоrические составы
1. Основные положения. ......
Три ПРИlщипа ()бес.печения взрывобезопасности
Флеrматиззция: взрывчатых си{:тем .
Т пловые флerмзтизаторы rорения
Ииrибиторы roрення . . . . . .
Особен,ности ыca области взрываемо.стн.
2. Взрыообезопас!tQСТЬ при раооте с Jlеt'УЧИМИ rорЮЧНМИ
жцдкос1"ями . . _ . . . . .
Особенности :I1apO ra30BblX систем . . .
Окисление жидких ушеводородав ВОЗДУХОN
Передавливание J"Орючих Jlетучих жидкостей
3. ОД1l0фвзНЫе кислородсодержащие системы.
r.азDфамюе ()l{иоСЛеllне уrлеводородов . .
Низкотемпературное окисление зтмеtJа.
ПарО КItCЛОрОДН!1Я конверсия метаиа . .
Оообешюсти смесей cepoyrnepoAa _ . .
ВзрьuюбеЗОП<JСIlОСТЬ воздухоразделитeJJьныx установок .
4. ВзрывобезопасtJос1Ъ систем ос окислами а:ЮТа . _ .
r-орючие свойства смесей с окислами .азота _ . . .
ВзрывобезOJIВСНОСТЬ продуктов lIИТрОllаfJИЯ н окщ:ления
азОТ.liой кислотой . . _ . . _ . . . . _
Взрывобезоnасно<:ть .разделения rорючих rаЗО8 методом
rлубокоrо охлаждения. . . . _ . .
5. Взрывн-оfr распад эндотермических -с ииениn .
Взрывобезоnас.ность ацеиlJIена . .
fомолorи .ацеТИЛllliа .
ВЗРЫlI:обеаопасность ПРО ]З8 .лс а .закиси азота .
r J] а 11 а 4. ПреДотвращен е ПОджиrаnия И JlОIlaJ!ИЭВIlИЯ I"O
рения _
1. Пр.е.п.отвращение ло.дЖиrаllИЯ :мектрическими рвзрядами
Слаботочное ()БОР)'ДOJ!.ание н искробезопасные цепи .
разрядыl статиче.скоrо электричества и их предоrnращение
2. Пре)lотпр щенне поджиr",ния наrретыми теJ1ВI\Ш ..
РеrлзмеПТ8ЦНЯ IJСПОЛЬЗОDания наrревающerОСfl оборудо
вани я . _ . . .
Поджиrание ФрmЩИОНItЫJ\lИ искрам
.
5
5
6
6
1
В
10
12
12
13
14
11
18
19
22
22
23
26
<д
26
30
31
31
31
34
з5
36
.
.
39
39
39
40
41
.
44
44
45
47
48
48
49
60
53
56
56
57
60
БО
60
61
б-2
64
б5
68
68
70
74
75
75
75
71
79
79
60
80
82
84
в6
в6
88
90
.
91
91
91
93
95
95
97
127
ИскробеЗОl1асные r.l8терИ<l.:IbJ. . .
О IJЗрЬ1lюос.юпаl:l\ОСПJ nрОI!зводсrnенной а1'МОСфСРЫ
З. Прнменеиие Оi"непреrрадитепей
.
основные 38J<ономерности rашеtшя
Детонация в узких каналах. .
Роль IJозмущеJШЙ I1pJJ ИСnО:J.hЗОВ81IИИ Оl'непреrрадше.:iей
промышJlеllныe оrнепреrрадите;ш .
П Р И.1 О Ж е н и е 1. OCIIOI.\Hble :iаКОlIомерllОt:rи теlJ.10{)ТБода
от маме.ни И3ЛУ'lением.
При JI О Ж е н и е 2. Расчет раБНОБ
НOl'О l:осroЯJJИЯ npOДYK
тон а,аиабатическоrо сrораflИЯ
При л о ж е н и е 3. ТермодииаМlJч
кие характеристики []ро-
дуктов сroрания
Пр 11 .'1 О Ж е н и е 4. Примеры вычис.аения раВlювесноrо co
стОЯНИЯ -иедиссощшрованных продуктов
сrОраНИя
При л о ж е l\ и е 5. Характеристики J\зрывоопаспости HeKO
торЫХ rорю'!ИХ rазов и паров .
При л о ж е l\ и е 6, При меры ВЫЧlJСШ,НIIЯ .лределов '.IIзры
ваеМDСТИ С,'10ЖIINХ и .IJеИ3У<1еIШь/Х cмe
сей
Рекомеll.дуемаn литература
99
ЮI
Ю3
шз
105
106
108
110
111
114
115
118
122
125
розловСКИААДАМ ИОАХИМОВИЧ
Взрывобезопасность nаро-rазовых С1ктем
в те
нолоrических процессах