Концентрационные пределы
воспламенения
В условиях хранения или применения на производстве горючих газов и легковоспламеняющихся жидкостей концентрация газа или паров жидкости в помещении может меняться от долей до 100%. Однако способность образовавшихся смесей к воспламенению различна. Одни могут воспламениться от источника зажигания, другие не представляют опасности.
ххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххх
На рисунке представлена зависимость давления при горении газо- и паровоздушных смесей от концентрации в них горючего. На горизонтальной оси отложены возможные концентрации горючих газов или паров в смеси с воздухом, а на вертикальной оси – давление газов и паров в смеси с воздухом. Все смеси горючего с воздухом до точки А не способны воспламеняться даже от мощной электрической искры – это область безопасных концентраций. Только в точке А смесь горючего с воздухом способна воспламениться от источника зажигания и распространить горение на весь объем горючей смеси.
Минимальное содержание горючего в смеси (горючее вещество – окислительная среда), при котором возможно распространение пламени по смеси на любое расстояние от источника зажигания, называется нижним концентрационным пределом воспламенения (НКПВ).
Смесь, имеющая небольшое количество горючего и избыток воздуха, характеризуется минимальной скоростью распространения пламени, низкой температурой горения и небольшим давлением – около 0,3 МПа (3 кгс/см²). С увеличением концентрации паро- газовоздушной смеси давление при воспламенении будет расти, а при увеличении количества горючего и недостатке воздуха давление будет падать, и при определенной концентрации смесь перестанет воспламеняться.
Максимальное содержание горючего в смеси (горючее вещество – окислительная среда), при котором еще возможно распространение пламени по смеси на любое расстояние от источника зажигания называется верхним концентрационным пределом воспламенения (ВКПВ).
Диапазон концентраций газа или пара в воздухе между нижним и верхним концентрационными пределами воспламенения называется областью воспламенения, то есть все смеси горючего с воздухом способны воспламеняться от внешнего источника зажигания с распространением горения на весь объем смеси. Область воспламенения у различных паро- и газовоздушных смесей не одинакова. Наибольшая – у ацетилена, водорода, наименьшая – у бензина, керосина, пропана, бутана и других веществ. Чем ниже концентрационный предел воспламенения газов или паров жидкости, тем они представляют большую пожарную опасность.
Концентрация горючих газов и паров с воздухом выше ВКПВ (за точкой Б) называются пожароопасными, горение может быть только на выходе из закрытых объемов, а внутрь объемов пламя не проникает.
Знание областей безопасных и пожароопасных концентраций дает возможность в процессе применения и хранения газов и горючих жидкостей поддерживать такой режим, при котором концентрации горючего в воздухе были бы ниже нижнего или выше верхнего концентрационного пределов воспламенения. Это достигается установкой газоанализаторов, которые выдают сигнал при достижении минимально допустимой концентрации, и включением вентиляционных установок. Для жидкостей условием безопасности является поддержание такой температуры, когда над поверхностью жидкости не образуется НКПВ, то есть ниже температуры вспышки данной жидкости. Для закрытых аппаратов (резервуаров) – поддержание повышенного давления, при котором содержание горючих паров снижается, или введение инертных и негорючих газов с целью снизить концентрацию кислорода и сделать смесь негорючей.