2.1.3. Метод расчета концентрационных пределов распространения пламени для смесей горючих веществ при начальной температуре 25° С

Метод распространяется на вещества, не вступаюшде между собой в химическую реакцию при начальной температуре.

Нижний (верхний) концентрационный предел распространения пламени для смеси фп в объемных процентах рассчитывается по формуле

Фп =100/Х(ф,/ф„,),

где ~ концентрационный предел распространения пламени к-го горючего компонента, % (об.); ф - концентрация к-го компонента в смеси, % (об.); п - число горючих компонентов в смеси.

Если какие-либо из величин фпк неизвестны, они расчитываются по методам, приведенным в разделах 2.1.1 и 2.1.2.

Относительное среднеквадратическое отклонение расчета не превышает 30 %.

Пример. Рассчитать нижний предел распространения пламени смеси паров этанола и изопропанола, содержащей 50 % (об.) этанола и 50 % (об.) изопропанола. Для этанола Фн1 = 3,61 % (об.), для изопропанола фн2 = 2,23 % (об.).

Фн = 100 : (50 : 3,61 + 50 : 2,23) = 2,76 % (об.).

2.2. Метод расчета минимальной флегматизирующей концентрации флегматизатора и минимального взрывоопасного содержания кислорода

Минимальную флегматизирующую концентрацию газовых средств пожаротушения Сфк, % (об.), вычисляют по формуле

Г 100F

F+y(l +

loop,

где у ~ эмпирический безразмерный параметр, значения которого приведены в табл. Ъ\ Cq - концентрация кислорода в воздухе, % (об.); Рсо ~ стехиометрический коэффициент кислорода в реакции сгорания до СО и Н2О. Величину Рео вьиисляют по формуле

р со = 0,5пс + 0,25пн - 0,5по, (5)

где пс, пн, По - число атомов С, И, О в молекуле горючего; F - безразмерная функция, которую вычисляют по формуле

100Рм

где he, Ьн, ho, \щ hf - коэффициенты; их значения составляют: he = 2,373, hH = 2,757, ho = -0,522, \щ = -0,494, hf = 2,58 х x 10-2 кДж/моль; АН°- стандартная теплота образования горючего вещества, кДж/моль.

Таблица 3

F=-;(hcnc+hHnH+hono+hNnN+hfAH?)-l, (6)

Концентрация горючего в смеси, соответствующей по составу точке флегматизации, вычисляется по формуле

100-С фк

1 п 100

1 + Рсо 7;-

С.ф =

0,606 + 4,3-0+77;)

= 11 % (об.);

100-1,5

100-11

1 + 1,5

100 21

= 10,9 % (об.).

Отсюда МВСК = (100 - 11 - 10,9)- = 16,4 % (об.).

2.3. Метод расчета минимальной огнетушащей концентрации газовых средств пожаротушения

Метод расчета минимальных огнетушащих концентраций газовых средств пожаротушения распространяется на горючие вещества, состоящие из атомов С, Н, О, N.

Минимальную огнетушащую концентрацию газовых средств пожаротушения Смок> % (об.), вычисляют по формуле

-мок

= а-С

Минимальное взрывоопасное содержание кислорода (МВСК) в объемных процентах рассчитывается по формуле

МВСК=(100 - Смфк - С,ф) • . (8)

Относительная средняя квадратичная погрешность расчета по формулам (4) и (8) не превышает 10 %.

Пример. Рассчитать концентрацию флегматизатора в экстремальной точке области расп; остранения пламени и МВСК при флегматизации метана перфторбутаном. Стандартная теплота образования метана - минус 74,85 кДж/моль.

По формуле (5) вычисляем: Р со ~ 0,5 • 1 + 0,25 • 4 = 1,5. По формуле (6) находим:

F = (2,373 + 2,757 + 2,58 • 10- • (74,85)) -1 = 0,606.

Согласно табл. 3, для С4р]о у = 4,3. Подставляя значения р СО, F и у в (4), получаем:

100-0,606

где а = 0,47 - безразмерный коэффициент; Сфк ~" минимальная флегматизирующая концентрация, рассчитанная по формуле (4).

Относительная средняя квадратичная погрешность расчета по формуле (9) составляет 5 = 31%.

Пример. Рассчитать по формуле (9) значение минимальной огнетушащей концентрации перфторбутана для тушения факела метана.

Для перфторбутана значение Сфк составляет 11 % (об.). Подставляя его в формулу (9), получаем:

Смок =0,47 11 = 5,2 % (об.).

2.4. Методы расчета температуры вспышки и воспламенения

2.4.1. Методы расчета температуры вспышки индивидуальных жидких веществ в закрытом тигле

Температура вспышки (°С) веществ tg, имеющих нижеперечисленные структурные фуппы (табл. 4), рассчитывается по формуле

tBcn = ао + aitK„n + Zjb (10)

где ai - размерный коэффициент, равный минус 73,14 °С; а] -безразмерный коэффициент, равный 0,659; 1кип ~ температура кипения исследуемой жидкости, °С; Ij - число структурных групп j-ro вида в молекуле; а,- - эмпирические коэффициенты, приведенные в табл. 4.

Та блица 4

Значения эмпирических коэффициентов (для различных видов структурных групп)

Средняя квадратичная погрешность расчета по формуле (10) составляет 9-13 °С.

Для органических соединений, состоящих из атомов С, Н, О, N, а также галоидорганических и элементоорганических соединений, содержащих атомы S, Si, Р, С1, температура вспышки рассчитывается по формуле

tscn = Со + С] tjQjn + С21 АНсг I,

где АНсг ~ мольная теплота сгорания вещества, кДж/моль; Со, Cj, С2 - эмпирические константы, величины которых приведены в табл. 5.

Таблица 5

Значения эмпирических констант Сд, Cj, Cj (для разли<шых классов соединений)

Средняя квдцратическая погрешность расчета по формуле (11) составляет 9-13 С.

Более точную температуру вспышки перечисленных в табл. 6 классов веществ рассчитывают по формуле

tBcn = а + b 1и,п, (12)

где а и b - эмпирические коэффициенты, значения которых приведены в табл. 6.

Та блица 6

Значения эмпирических коэффициентов а и Ъ (для разных классов веществ)

Средняя квадратическая погрешность при расчете по

формуле (12) составляет 3-5 °С).

Если известна зависимость давления насыщенных паров вещества от температуры, то температура вспышки (°С) рассчитывается по формуле

всп - р

Bcn-Do-P

-273,

(13)

где Рвсп ~ парциальное давление паров горючего вещества при температуре вспышки, кПа; Do - коэффициент диффузии пара в воздух, cmVc; Р - стехиометрический коэф(ициент кислорода в реакции горения; Ag - константа, равная 280 кПаДсм • с • К).

Средняя квадратическая погрешность расчета температуры вспышки по формуле (13) составляет 10-13 "С.