Загальні закономірності горіння рідин

1. Розділ IІI. РОЗВИТОК ПРОЦЕСУ ГОРІННЯ

Тема 8. ГОРІННЯ РІДИН
Лекція 9
ЗАГАЛЬНІ ЗАКОНОМІРНОСТІ ГОРІННЯ
РІДИН.
ТЕМПЕРАТУРНІ МЕЖІ ПОШИРЕННЯ
ПОЛУМ'Я (ТМПП).
ЗАЙМАННЯ ТА ПОШИРЕННЯ ГОРІННЯ ПО
ПОВЕРХНІ РІДИНИ НА ВІДКРИТОМУ
ПРОСТОРІ

2.

22 серпня 2009 р. на перекачувальній нафтовій станції Канда в
Ханти-Мансійському АО загорівся резервуар з сирою нафтою
обємом 20 тис. м3 внаслідок прямого удару блискавки. Полумя
перекинулося на 4 сусідні резервуари з нафтою. Внаслідок пожежі
повністю зруйновано 3 резервуари, було проведено 3 пінні атаки
для гасіння 2 сусідніх палаючих резервуарів, загальна площа пожежі
склала більше 3 000 м2.
Під час гасіння відбувся вибух, внаслідок чого було знищено 2
пожежні машини, загинуло 2 співробітника МНС, 1 пропав без
відомості, 5 постраждало.
На гасіння пожежі було задіяно 355 чоловік, у тому числі 211
співробітників МНС та 68 одиниць техніки.

3. План лекції

1. Загальні закономірності горіння рідин
2. Температурні межі поширення полум'я
2.1. Поняття ТМПП і їх зв'язок з КМПП рідини
2.2. Визначення ТМПП
2.3. Практичне значення ТМПП
3. Займання рідин на відкритому просторі.
3.1. Умови займання рідини. Температура спалаху.
3.2. Визначення температури спалаху.
3.3. Розвиток горіння рідини.

4. 1. ЗАГАЛЬНІ ЗАКОНОМІРНОСТІ ГОРІННЯ РІДИН

1. Ткип. рід. < Тсс пари рід, отже, перше ніж виникне
горіння речовина перейде в газоподібний стан.
Горіння рідин є гомогенним.
2. Швидкість процесу вигоряння пари обумовлена
швидкістю процесу випаровування:
Wгор. рід. = Wвипар. рід.
3. Горіння може виникнути за умови:
пар ≥ н
4. Процес виникнення горіння рідини має
кінетичний режим, процес вигоряння рідини –
дифузійний характер.

5.

Випаровування - перехід речовини з рідкого
стану в газоподібний з вільної поверхні при
температурах нижче за температуру кипіння.
Випаровування відбувається за умови:
Екінет. мол. > Еміжмолек. взаємод.
Випаровування - ендотермічний процес, що
супроводжується поглинанням тепла, - теплоти
випаровування Нвип, кДж/моль.
Інтенсивність випаровування - кількість
рідини, що випарувалася з одиниці поверхні в
одиницю часу.
mвип
кг
Iвип
, 2
Sвип вип м с

6. Фактори, що впливають на інтенсивність випаровування :

вид рідини (теплота випаровування)
Нвип Iвип ,
температура рідини
Трід
Iвип ,
загальний тиск газової фази
Рзаг
Iвип ,
швидкість руху повітря
vпов
Iвип

7.

Під час випаровування рідини в закритий об'єм, в
системі встановлюється динамічна рівновага.
Динамічна рівновага - стан системи, при якому
кількість рідини, що випаровується, дорівнює
кількості сконденсованої пари.
Насичена пара - пара, що утворилася в системі у
разі встановлення динамічної рівноваги.
Зв’язок між тиском і концентрацією насиченої пари:
100 % парогазової суміші — Рзаг.
нп % пари рідини
— Рнп
Р нп
нп 100
,%
Р нп Р заг нп , кПа
Р заг
100

8.

Чим більша температура рідини, тим більша
інтенсивність процесу випаровування, а отже
більший тиск і концентрація насиченої пари.
Зв’язок між температурою рідини, тиском і
концентрацією її насиченої пари дає рівняння
Антуана:
B
lg Pнп A
tрід Ca
Р нп 10
B
A
t рід C а
B
lg 0,01Ðçàã íï A
t ð³ä Ca
де Р - тиск насиченої пари, кПа;
t - температура рідини , оС;
А, В, Ca - константи Антуана, що визначають
для кожної рідини.

9.

Тиск насиченої пари суміші нерозчинних рідин:
Pнп сум. = Рнп i
Тиск насиченої пари суміші взаєморозчинних
рідин:
Pнп.сум = Рнп.i ri
де Pнп.сум - тиск насиченої пари суміші рідин;
Рнп.i - тиск насиченої пари i-го компоненту;
ri – мольна частка i-го компоненту в суміші
рідин.

10. 2. ТЕМПЕРАТУРНІ МЕЖІ ПОШИРЕННЯ ПОЛУМ'Я (ТМПП)

2.1. Поняття ТМПП та їх зв'язок з КМПП пари
Температурні межі
поширення полум'я
(нижня або верхня) –
такі температури рідини,
за яких над її поверхнею
утворюється насичена
пара в концентрації,
рівній
відповідно
нижній
або
верхній
концентраційній межі поширення полум'я.

11. Фактори, що впливають на ТМПП:

1) вид горючої рідини
Нвип Iвип tн tв ;
2) склад горючого середовища
- вміст кисню
О2
tн tв ;
- домішки негорючих рідин
нр
tн tв ;
- домішки негорючих газів в газовому середовищі
нг
t н t в ;
3) умови, в яких знаходиться система
- загальний тиск
Рзаг
tн tв ;
- потужність джерела запалювання
ЕДЗ
tн tв

12.

Так само як і для газів, для горючих рідин існують
безпечні параметри експлуатації – безпечні
температурні межі.
0% нб
н
в
вб 100%
|---------|---------|-----------------|--------|--------------|
tпл
tнб
tн
tв
tвб
tкип
tнб = 0,9(tн -Кбез )
tвб = 1,1(tв + Кбез)
для індивідуальних речовин
нафтопродуктів,
Кбез =10,5оС
Кбез =14оС для сумішей.
і

13. 2.2. Визначення ТМПП. Експериментальний метод

14. Розрахункові методи визначення ТМПП

1) за допомогою рівняння Антуана
В
t н(в)
Са
А lg(0,01Pзаг н(в) )
2) залежно від структури горючої рідини
tн(в) = а0 + а1tкип + аjlj
Коефіцієнт
а0
a1
аj : С–С
С–Н
С–О
О–Н
НТМПП
- 62,46
0,655
-0,909
-0,009
0,110
19,8
ВТМПП
- 41,43
0,723
-1,158
0,570
1,267
17,80

15.

3) за методом лінійної інтерполяції
Рнп н(в) = н(в) Рзаг/100
Речовина
Формула
Акрілова кислота
Акролєін
Алліловий спирт
Амілбензол
Амілметілкетон
С3 Н4 О2
С3 Н4 О
С3 Н6 О
С11 Н16
С7 Н14 О
0,133
3.5
-64.5
-20.0
40.7
19.3
Температура о С, при тиску, кПа
1,333
5,333
13,33
53,33
39.0
66.2
86.1
122.0
-36.7
-15.0
2.5
34.5
10.5
33.4
50.0
80.2
80.6
140.0
149,9
199.6
55.5
81.2
100.0
133.2
Р1 t1
Рнпн(в )
t н(в )
Р2 t 2
t 2 t1 Ðíï
Ð1
í (â )
t í ( â ) t1
Ð2 Ð1
101,3
141.0
52.5
96.6
205.4
150.2

16. 4) за константами гомологічного ряду

tн(в) = ktкип - l
Гомологічний ряд
Формула
НТМПП
k
Нормальні алкани
2-Метилалкани
Нормальні алкени
1-Фенiлалкани
Нормальні жирні
спирти
СН3-(СН2)-СН3
l
ВТМПП
k
l
0.6957 73.8 0.7874 50.3
(СН3)2СН-(СН2)n-CH3 0.6885 74.9 0.7900 52.2
СН2=СН-(СН2)n-СН3 0.6867 74.5 0.7976 49.5
С6Н5-(СН2)n-CH3
СH3-(СН2)n-OH
0.6751 70.2
0.5746 33.7 0.6928 15.0

17. 2.3. Практичне значення ТМПП

1) для порівняльної оцінку пожежної небезпеки
двох рідин.
2) для визначення області вибухобезпечних
температур роботи технологічного обладнання:
tроб без. < tнб
tроб без. > tвб
3) для визначення ступеню пожежної небезпеки
пари в закритих ємностях за будь-якої
температури (треба фактичну температуру
порівняти з ТМПП).

18. 3. Займання рідин на відкритому просторі

3.1. Умови займання рідини. Температура
спалаху.
При випаровуванні рідин у відкритий простір
молекули пари дифундують у навколишнє
середовище, динамічна рівновага не встановлюється, а пара, що утворюється, є ненасиченою.
Інтенсивність випаровування рідини:
у приміщенні:
I вип 10
6
Pнп рід
, кг/м2·с
– коефіцієнт, що враховує температуру і швидкість руху повітря.
на відкритому просторі:
I вип 10 6 Pнп рід 0,734 1,637v пов , кг/м2·с

19.

Горіння пари виникне за умови:
факт н
Для того щоб досягти НКМПП для ненасиченої
пари, рідину необхідно нагріти більше, для того
щоб збільшити інтенсивність випаровування і
компенсувати втрати пари за рахунок дифузії.

20.

Температура
спалаху
–
це
найменша
температура конденсованої речовини (рідини), за
якої в умовах спеціальних випробувань над її
поверхнею утворюється пара, здатна спалахувати в
повітрі від короткочасної дії джерела запалювання
середньої потужності.
Стійке горіння при цьому не виникає, тому що
швидкість випаровування рідини при даній
температурі менша, ніж швидкість вигоряння пари.
Температура займання – найменша температура
рідини, при якій швидкість випаровування рідини
дорівнює швидкості вигоряння пари. Після
займання пари від джерела запалювання
встановлюється стійке горіння.

21.

Температура спалаху прийнята за основу
класифікації рідин за ступенем їх пожежної
небезпеки.
tсп > 61оC - горючі рідини (ГР)
tсп 61оC - легкозаймисті рідини (ЛЗР)
tсп 28оC - особливо небезпечні
легкозаймисті рідини (ОНЛЗР)
Рідина вважається пожежобезпечною,
якщо її температура не перебільшує:
tбез = tсп – 35 оC.

22. Фактори, що впливають на температуру спалаху (займання)

вид горючої рідини
Нвип Iвип tсп
склад середовища:
домішки негорючих рідин нр н tсп
домішки негорючих газів нг н tсп
вміст кисню в Ок
О2 н tсп
умови, в яких знаходиться рідина
загальний тиск
Рзаг Iвип tсп
швидкість руху ГС
vпов н tсп
потужність джерела запа- ЕДЗ н tсп
лювання

23. 3.2. Визначення температури спалаху

Експериментальні методи
Схема приладу для визначення температури
спалаху в закритому тиглі

24.

Схема приладу для визначення температури
спалаху у відкритому тиглі

25. Розрахункові методи

Для індивідуальних рідин
1. Формула Еллея: t ñï t êèï 18 Ê ã
де Кг - коефіцієнт горючості Еллея:
Кг = 4C + Н + 4S + N - 2O - 2Cl - 3F - 5Br
2. За константами гомологічного ряду:
tсп = а + b tкип
де а і b - константи гомологічного ряду.
3. За структурною формулою речовини:
tсп = а0 + а1tкип + аjlj
де а0 = - 73,14оС, a1 = 0,659
аj - коефіцієнт j-ої структурної групи.

26. Для сумішей рідин

t сп сум
Аt сп А Вtсп В f(t сп А t сп В )
100
де А і В - процентний вміст компонентів, %,
tсп.А, tсп.В - температура спалаху компонентів, оС;
А - речовина з більш високою температурою спалаху;
f - коефіцієнт, що залежить від складу суміші.

27. 3.3. Розвиток горіння рідини

Поширення полум'я по поверхні рідини
відбувається тільки після утворення пари в
концентрації більше, ніж НКМПП, тобто після
попереднього нагріву рідини до температури
спалаху внаслідок нагріву рідини за рахунок
теплопередачі випромінюванням.
Параметром,
що
характеризує
процес
поширення горіння по поверхні рідини, є
лінійна швидкість поширення полум'я –
відстань, пройдена полум’ям по поверхні
рідини за одиницю часу:
dl
Vl
d

28.

Під час поширення горіння по поверхні рідини
можна умовно виділити 4 зони:
зона стійкого горіння (tрід > tзайм пар = стм).
зона нестійкого горіння (tрід = tсп пар = н);
зона попереднього нагріву (tрід < tсп пар < н);
холодна рідина з температурою, рівною tпоч.

29. Завдання на самопідготовку:

1. Проробити літературу:
Демидов, Шандыба, Щеглов - стр. 85-104, 119128
Демидов, Саушев - стор. 204-220,
2. Підготуватися до практичного заняття
і лабораторної роботи.