какое значение нижнего и верхнего пределов воспламеняемости водорода в воздухе в по объему
8.5. Пределы воспламеняемости и взрываемости
8.5. Пределы воспламеняемости и взрываемости
Газовоздушные смеси могут воспламеняться (взрываться) только тогда, когда содержание газа в смеси находится в определенных (для каждого газа) пределах. В связи с этим различают нижний и верхний концентрационные пределы воспламеняемости. Нижний предел соответствует минимальному, а верхний — максимальному количеству газа в смеси, при котором происходят их воспламенение (при зажигании) и самопроизвольное (без притока тепла извне) распространение пламени (самовоспламенение). Эти же пределы соответствуют и условиям взрываемости газовоздушных смесей.
Если содержание газа в газовоздушной смеси меньше нижнего предела воспламеняемости, такая смесь гореть и взрываться не может, поскольку выделяющейся вблизи источника зажигания теплоты для подогрева смеси до температуры воспламенения недостаточно. Если содержание газа в смеси находится между нижним и верхним пределами воспламеняемости, подожженная смесь воспламеняется и горит как вблизи источника зажигания, так и при удалении его. Такая смесь является взрывоопасной. Чем шире будет диапазон пределов воспламеняемости (называемых также пределами взрываемости) и ниже нижний предел, тем более взрывоопасен газ. И наконец, если содержание газа в смеси превышает верхний предел воспламеняемости, то количества воздуха в смеси недостаточно для полного сгорания газа.
Существование пределов воспламеняемости вызывается тепловыми потерями при горении. При разбавлении горючей смеси воздухом, кислородом или газом тепловые потери возрастают, скорость распространения пламени уменьшается, и горение прекращается после удаления источника зажигания.
Пределы воспламеняемости для распространенных газов в смесях с воздухом и кислородом приведены в табл. 8.11–8.9. С увеличением температуры смеси пределы воспламеняемости расширяются, а при температуре, превышающей температуру самовоспламенения, смеси газа с воздухом или кислородом горят при любом объемном соотношении.
Пределы воспламеняемости зависят не только от видов горючих газов, но и от условий проведения экспериментов (вместимости сосуда, тепловой мощности источника зажигания, температуры смеси, распространения пламени вверх, вниз, горизонтально и др.). Этим объясняются несколько отличающиеся друг от друга значения этих пределов в различных литературных источниках. В табл. 8.11–8.12 приведены сравнительно достоверные данные, полученные при комнатной температуре и атмосферном давлении при распространении пламени снизу вверх в трубке диаметром 50 мм и более. При распространении пламени сверху вниз или горизонтально нижние пределы несколько возрастают, а верхние снижаются. Пределы воспламеняемости сложных горючих газов, не содержащих балластных примесей, определяются по правилу аддитивности:
где Lг — нижний или верхний предел воспламеняемости сложного газа в газовоздушной или газокислородной смеси, об. %; r1, r2, …, rn — содержание отдельных компонентов в сложном газе, об. %; r1 + r2 + … + rn = 100%; l1, l2, …, ln — нижние или верхние пределы воспламеняемости отдельных компонентов в газовоздушной или газокислородной смеси по данным табл. 8.11 или 8.12, об. %.
При наличии в газе балластных примесей пределы воспламеняемости могут быть определены по формуле:
где Lб — верхний и нижний пределы воспламеняемости смеси с балластными примесями, об. %; Lг — верхний и нижний пределы воспламеняемости горючей смеси, об. %; Б — количество балластных примесей, доли единицы.
При расчетах часто необходимо знать коэффициент избытка воздуха α при разных пределах воспламеняемости (см. табл. 8.11), а также давление, возникающее при взрыве газовоздушной смеси. Коэффициент избытка воздуха, соответствующий верхнему или нижнему пределам воспламеняемости, можно определить по формуле
Давление, возникающее при взрыве газовоздушных смесей, можно определить с достаточным приближением по следующим формулам:
для стехиометрического соотношения простого газа с воздухом:
Рвз = Рн(1 + βtк) (m/n) (8.20)
для любого соотношения сложного газа с воздухом:
Рвз = Рн(1 + βtк) Vвлпс/(1 + αVm) (8.21)
Эта особенность — различие скоростей распространения пламени и импульсов давления (ударной волны) — широко используется на практике для защиты газовых устройств и помещений от разрушения при взрыве. Для этого в проемах стен и перекрытий устанавливаются легко открывающиеся или разрушающиеся фрамуги, рамы, панели, клапаны и т.д. Возникающее при взрыве давление зависит от особенностей конструкции устройств защиты и коэффициента сброса kсб, представляющего собой отношение площади защитных устройств к объему помещения.
Таблица 8.11. Пределы воспламеняемости газов в смеси с воздухом (при t = 20°C и p = 101,3 кПа)
| Газ | Содержание газа в газовоздушной смеси, об. % | Максимальное давление взрыва, МПа | Коэффициент избытка воздуха α при пределах воспламенения | ||||
| При пределах воспламеняемости | При стехиомет-рическом составе смеси | При составе смеси, дающем максимальное давление взрыва | |||||
| нижнем | верхнем | нижнем | верхнем | ||||
| Водород | 4,0 | 75,0 | 29,5 | 32,3 | 0,739 | 9,8 | 0,15 |
| Оксид углерода | 12,5 | 74,0 | 29,5 | – | – | 2,9 | 0,15 |
| Метан | 5,0 | 15,0 | 9,5 | 9,8 | 0,717 | 1,8 | 0,65 |
| Этан | 3,2 | 12,5 | 5,68 | 6,28 | 0,725 | 1,9 | 0,42 |
| Пропан | 2,3 | 9,5 | 4,04 | 4,60 | 0,858 | 1,7 | 0,40 |
| н-Бутан | 1,7 | 8,5 | 3,14 | 3,6 | 0,858 | 1,7 | 0,35 |
| Изобутан | 1,8 | 8,4 | 3,14 | – | – | 0,35 | |
| н-Пентан | 1,4 | 7,8 | 2,56 | 3,0 | 0,865 | 1,8 | 0,31 |
| Этилен | 3,0 | 16,0 | 6,5 | 8,0 | 0,886 | 2,2 | 0,17 |
| Пропилен | 2,4 | 10,0 | 4,5 | 1,9 | 0,37 | ||
| Бутилен | 1,7 | 9,0 | 3,4 | 1,7 | 0,35 | ||
| Ацетилен | 2,5 | 80,0 | 7,75 | 14,5 | 1,03 | 3,3 | 0,019 |
Таблица 8.12. Пределы воспламеняемости газов в смеси с кислородом (при t = 20°C и p = 101,3 кПа)
| Газ | Содержание газа в газокислородной смеси, об. %, при пределах воспламеняемости | Газ | Содержание газа в газокислородной смеси, об. %, при пределах воспламеняемости | ||
| нижнем | верхнем | нижнем | верхнем | ||
| Водород | 4,0 | 94,0 | Изобутан | 1,7 | 49,0 |
| Оксид углерода | 12,5 | 94,0 | Этилен | 3,0 | 80,0 |
| Метан | 5,0 | 6,0 | Пропилен | 2,0 | 53,0 |
| Этан | 3,0 | 56,0 | Бутилен | 1,47 | 50,0 |
| Пропан | 2,2 | 55,0 | Ацетилен | 2,5 | 89,0 |
| н-Бутан | 1,7 | 49,0 | |||
Таблица 8.13. Давление, возникающее при взрыве пропанововоздушной смеси*, в зависимости от коэффициента сброса kсб и вида защитного устройства
| Вид защитного устройства | Коэффициент сброса kсб, м 2 /м 3 | ||
| 0,063 | 0,033 | 0,019 | |
| Одинарное глухое остекление с наружным креплением стекла толщиной 3 мм | 0,005 | 0,009 | 0,019 |
| Двойное глухое остекление с наружным креплением стекла толщиной 3 мм | 0,007 | 0,015 | 0,029 |
| Поворотный одинарный оконный переплет с большим шарниром и пружинным замком на нагрузку 5 МПа/м 2 | 0,002 | – | – |
| Поворотный одинарный оконный переплет с верхним шарниром и пружинным замком на нагрузку 5 МПа/м 2 | 0,003 | – | – |
| Свободно лежащие на перекрытии плиты массой, кг/ м 2 : | |||
| 50 | 0,023 | ||
| 100 | 0,005 | ||
| 200 | 0,018 | ||
Наша компания является представителем и сервисным центром компаний Фасэнергомаш, Corken, ReGo, Edur
на территории РФ
Пределы воспламеняемости и взрываемости
Газовоздушные смеси могут воспламеняться (взрываться) только тогда, когда содержание газа в смеси находится в определенных (для каждого газа) пределах. В связи с этим различаютнижний и верхний концентрационные пределы воспламеняемости. Нижний предел соответствует минимальному, а верхний — максимальному количеству газа в смеси, при котором происходят их воспламенение (при зажигании) и самопроизвольное (без притока тепла извне) распространение пламени (самовоспламенение). Эти же пределы соответствуют и условиям взрываемости газовоздушных смесей.
Таблица 8.8. Степень диссоциации водяного пара H2O и диоксида углерода CO2 в зависимости от парциального давления
Парциальное давление, МПа
Диоксид углерода CO2
Если содержание газа в газовоздушной смеси меньше нижнего предела воспламеняемости, такая смесь гореть и взрываться не может, поскольку выделяющейся вблизи источника зажигания теплоты для подогрева смеси до температуры воспламенения недостаточно. Если содержание газа в смеси находится между нижним и верхним пределами воспламеняемости, подожженная смесь воспламеняется и горит как вблизи источника зажигания, так и при удалении его. Такая смесь является взрывоопасной.
Чем шире будет диапазон пределов воспламеняемости (называемых также пределами взрываемости) и ниже нижний предел, тем более взрывоопасен газ. И наконец, если содержание газа в смеси превышает верхний предел воспламеняемости, то количества воздуха в смеси недостаточно для полного сгорания газа.
Существование пределов воспламеняемости вызывается тепловыми потерями при горении. При разбавлении горючей смеси воздухом, кислородом или газом тепловые потери возрастают, скорость распространения пламени уменьшается, и горение прекращается после удаления источника зажигания.
Пределы воспламеняемости для распространенных газов в смесях с воздухом и кислородом приведены в табл. 8.11-8.9. С увеличением температуры смеси пределы воспламеняемости расширяются, а при температуре, превышающей температуру самовоспламенения, смеси газа с воздухом или кислородом горят при любом объемном соотношении.
Пределы воспламеняемости зависят не только от видов горючих газов, но и от условий проведения экспериментов (вместимости сосуда, тепловой мощности источника зажигания, температуры смеси, распространения пламени вверх, вниз, горизонтально и др.). Этим объясняются отличающиеся друг от друга значения этих пределов в различных литературных источниках. В табл. 8.11-8.12 приведены сравнительно достоверные данные, полученные при комнатной температуре и атмосферном давлении при распространении пламени снизу вверх в трубке диаметром 50 мм и более. При распространении пламени сверху вниз или горизонтально нижние пределы несколько возрастают, а верхние снижаются. Пределы воспламеняемости сложных горючих газов, не содержащих балластных примесей, определяются по правилу аддитивности:
где Lг — нижний или верхний предел воспламеняемости сложного газа (8.17)
При наличии в газе балластных примесей пределы воспламеняемости могут быть определены по формуле:
где Lg — верхний и нижний пределы воспламеняемости смеси с балластными примесями, об. %; L 2 — верхний и нижний пределы воспламеняемости горючей смеси, об. %; Б — количество балластных примесей, доли единицы.
Таблица 8.11. Пределы воспламеняемости газов в смеси с воздухом (при t = 20°C и p = 101,3 кПа)
Содержание газа в газовоздушной смеси, об. %
Максимальное давление взрыва, МПа
Коэффициент избытка воздуХа а при пределах воспламенения
При пределах воспламеняемости
При стехиометрическом составе смеси
При составе смеси, дающем максимальное давление взрыва
Ты мастер
Информационный ресурс мастеров и инженеров, нормативные документы, экзаменационные билеты (тесты), образцы документов, справочные материалы.
Г.2.1. Эксплуатация тепловых электрических станций. Вопросы с ответами 2021 год. 161-170
Для подготовки проверки знаний работников организаций по блоку «Требования к эксплуатации электрических станций и сетей», предлагаем ознакомится с обновленными вопросами с ответами (тестами) 2021 года, бесплатно и без регистрации, по дисциплине – Г.2.1. “Эксплуатация тепловых электрических станций”. Вопросы взяты с официального сайта Ростехнадзора. Правильные ответы выделены жирным шрифтом.
161. Какое значение нижнего и верхнего пределов воспламеняемости метана в воздухе (в % по объему)?
162. Какое значение нижнего и верхнего пределов воспламеняемости водорода в воздухе (в % по объему)?
163. Какие требования безопасности должны быть выполнены при работе с гидразингидратом?
164. Какие требования безопасности должны быть выполнены при подготовке и проведении химической очистки теплосилового оборудования?
165. Какие требования безопасности необходимо соблюдать при использовании в работе кислот и щелочей?
166. Что означает термин «напряжение шага»?
167. Какие изолирующие средства защиты для электроустановок напряжением выше 1000 В относятся к дополнительным?
168. Что должно быть указано на средствах защиты, используемых для работы в электроустановках?
169. Где фиксируется распределение инвентарных средств защиты между объектами (электроустановками) и оперативно-выездными бригадами?
170. Кто отвечает за правильную эксплуатацию и своевременный контроль за состоянием средств защиты, выданных в индивидуальное пользование?
Самая высокая концентрация газа или пара (в процентах от объема в воздухе), выше которой пламя не будет распространяться в присутствии источника воспламенения (дуги, пламени или тепла). Концентрации выше UEL «слишком богаты» для сжигания.
СОДЕРЖАНИЕ
Сила горения
Пределы
Нижний предел воспламеняемости
Верхний предел воспламеняемости
Верхний предел воспламеняемости (UFL): самая высокая концентрация (процент) газа или пара в воздухе, способная вызвать вспышку огня в присутствии источника возгорания (дуга, пламя, тепло). Концентрации выше, чем UFL или UEL, «слишком богаты» для сжигания. Работа выше UFL обычно избегается из соображений безопасности, потому что утечка воздуха может привести смесь в диапазон воспламеняемости.
Влияние температуры, давления и состава
Пределы воспламеняемости смесей нескольких горючих газов могут быть рассчитаны с использованием правила смешивания Ле Шателье для объемных долей горючих газов : Икс я <\ displaystyle x_ > 
L F L смешивание знак равно 1 ∑ я Икс я L F L я <\ displaystyle LFL _ <\ text
и аналогично для UFL.
Обычно атмосферный воздух поставляет кислород для горения, и пределы предполагают нормальную концентрацию кислорода в воздухе. Обогащенная кислородом атмосфера усиливает сгорание, снижая LFL и увеличивая UFL, и наоборот; Атмосфера, лишенная окислителя, не является ни горючей, ни взрывоопасной при любой концентрации топлива (за исключением газов, которые могут энергетически разлагаться даже в отсутствие окислителя, такого как ацетилен ). Значительное увеличение доли инертных газов в воздушной смеси за счет кислорода увеличивает LFL и снижает UFL.
Контроль взрывоопасных сред
Газ и пар
У пыли также есть верхний и нижний пределы взрываемости, хотя верхние пределы трудно измерить и они не имеют большого практического значения. Нижние пределы воспламеняемости для многих органических материалов находятся в диапазоне 10–50 г / м³, что намного выше пределов, установленных для здоровья, как и в случае нижнего предела взрываемости многих газов и паров. Облака пыли такой концентрации плохо просматриваются на более чем коротком расстоянии и обычно существуют только внутри технологического оборудования.
Летучие жидкости
Ситуации, вызванные испарением легковоспламеняющихся жидкостей в заполненном воздухом пустом объеме контейнера, могут быть ограничены объемом гибкого контейнера или использованием несмешивающейся жидкости для заполнения пустого объема. Гидравлические танкеры используют вытеснение воды при заполнении цистерны нефтью.
Примеры
Пределы воспламеняемости / взрываемости некоторых газов и паров приведены ниже. Концентрации даны в процентах от объема воздуха.
Верхний и нижний предел для взрывоопасных газов (LEL и UEL)
LEL и UEL: Почему это важно?
Диапазон между нижним и верхним пределами взрываемости (LEL / UEL%) определяется как диапазон воспламеняемости конкретного взрывоопасного и горючего газа.
Примеры LEL для обычных газов:
Риск взрыва горючих газов должен тщательно регулироваться на любой производственной площадке, работающей с газами.
Соотношение топлива и кислорода, необходимых для взрыва, зависит от типа горючего газа. Газы воспламеняются только при смешивании с воздухом в определенном диапазоне концентраций. Если газ смешивается с кислородом в слишком низких или слишком высоких концентрациях, газ не будет воспламеняться и взрываться.
Нижние и верхние значения взрыва (LEL и UEL) определяют необходимый уровень концентрации по типу газа.
Взрывы будут иметь место при концентрациях газа в пределах LEL и значения UEL, не выше и не ниже, а максимальная мощность взрыва будет равна концентрации в средней точке диапазона воспламенения.
Таблица LEL UEL
(Примечание: значения LEL / UEL основаны на комнатной температуре и атмосферном давлении, зажигание запускается трубкой диаметром 2 дюйма).
Когда температура, давление и воспламенение увеличиваются, пределы взрываемости по газу изменяются.
Значения определяются опытным путем и могут изменяться в зависимости от источника информации. Нижний и верхний пределы взрываемости по газу:
| LEL Gas | LEL % | UEL % |
| Ацетон | 2,6 | 13,0 |
| Ацетилен | 2,5 | 100,0 |
| Акрилонитрил | 3,0 | 17 |
| Аллены | 1,5 | 11,5 |
| Аммиак | 15,0 | 28,0 |
| Бензол | 1,3 | 7,9 |
| 1,3-бутадиен | 2,0 | 12,0 |
| Бутан | 1,8 | 8,4 |
| Н-бутанол | 1,7 | 12,0 |
| 1-бутен | 1,6 | 10,0 |
| Цис-2-бутен | 1,7 | 9,7 |
| Транс-2-бутен | 1,7 | 9,7 |
| Бутилацетат | 1,4 | 8,0 |
| Угарный газ | 12,5 | 74,0 |
| Карбонил сульфид | 12,0 | 29,0 |
| Хлоротрифлуороэтилен | 8,4 | 38,7 |
| Кумол | 0,9 | 6,5 |
| Циан | 6,6 | 32,0 |
| Циклогексан | 1,3 | 7,8 |
| Циклопропан | 2,4 | 10,4 |
| Дейтерий | 4,9 | 75,0 |
| Диборан | 0,8 | 88,0 |
| Дихлорсилан | 4,1 | 98,8 |
| Диэтилбензол | 0,8 | — |
| 1,1-дифтор-1-хлорэтан | 9,0 | 14,8 |
| 1,1-Difluoroethane | 5,1 | 17,1 |
| 1,1-дифторэтилен | 5,5 | 21,3 |
| Диметиламин | 2,8 | 14,4 |
| Диметиловый эфир | 3,4 | 27,0 |
| 2,2-диметилпропан | 1,4 | 7,5 |
| Этан | 3,0 | 12,4 |
| Этанол | 3,3 | 19,0 |
| Этилацетат | 2,2 | 11,0 |
| Этилбензол | 1,0 | 6,7 |
| Этилхлорид | 3,8 | 15,4 |
| Этилен | 2,7 | 36,0 |
| Окись этилена | 3,6 | 100,0 |
| Бензин | 1,2 | 7,1 |
| Гептан | 1,1 | 6,7 |
| Гексан | 1,2 | 7,4 |
| Водород | 4,0 | 75,0 |
| Цианистый водород | 5,6 | 40,0 |
| Сероводород | 4,0 | 44,0 |
| Изобутан | 1,8 | 8,4 |
| Изобутилен | 1,8 | 9,6 |
| Изопропиловый спирт | 2,2 | — |
| Метан | 5,0 | 15,0 |
| Метанол | 6,7 | 36,0 |
| Метилацетилен | 1,7 | 11,7 |
| Метилбромид | 10,0 | 15,0 |
| 3-метил-1-бутен | 1,5 | 9,1 |
| Метилцеллозольв | 2,5 | 20,0 |
| Метилхлорид | 7,0 | 17,4 |
| Метилэтилкетон | 1,9 | 10,0 |
| Метантиол | 3,9 | 21,8 |
| Метилвиниловый эфир | 2,6 | 39,0 |
| Моноэтиламин | 3,5 | 14,0 |
| Монометиламин | 4,9 | 20,7 |
| Никель карбонил | 2,0 | — |
| Пентан | 1,4 | 7,8 |
| Пиколин | 1,4 | — |
| Пропан | 2,1 | 9,5 |
| Пропилен | 2,4 | 11,0 |
| Оксид пропилена | 2,8 | 37,0 |
| Стирол | 1,1 | — |
| Тетрафторэтилен | 4,0 | 43,0 |
| Тетрагидрофуран | 2,0 | — |
| Толуол | 1,2 | 7,1 |
| Трихлорэтилен | 12,0 | 40,0 |
| Триметиламин | 2,0 | 12,0 |
| Скипидар | 0,7 | — |
| Винилацетат | 2,6 | — |
| Винилбромид | 9,0 | 14,0 |
| Винилхлорид | 4,0 | 22,0 |
| Винилфторид | 2,6 | 21,7 |
| Ксилол | 1,1 | 6,6 |
Прибор для измерения LEL/UEL
Для безопасной работы в опасных средах, то есть в закрытых помещениях с присутствием горючих газов, следует тщательно контролировать концентрацию газа.
Поскольку концентрация газа превышает 20% газа, LEL считается небезопасным.
Для контроля значения концентрации газа в закрытых и опасных средах операторы могут использовать счетчики LEL (также называемые счетчиками / детекторами LEL), которые оснащены каталитическими шариковыми и инфракрасными чувствительными элементами для измерения нижнего предела взрываемости газов.
Эти детекторы газа предупреждают операторов всякий раз, когда горючий газ присутствует в окружающей среде на уровне около 10%.
Измерители LEL являются довольно сложными устройствами, которые имеют микропроцессорную модульную конструкцию с самокалибровкой и цифровым отображением информации.
Наиболее используемым измерителем LEL является тип моста Уитстона, который эффективен для большинства применений и сред.
Однако детектор LEL моста Уитстона может быть неэффективен для определенных условий или газов, для которых требуются датчики с более высокой чувствительностью. ПИД-детекторы («фотоионизационные детекторы») являются опцией, когда в опасных условиях требуется более точное измерение LEL..
PID может измерять концентрацию легковоспламеняющихся газов и других токсичных газов даже на очень низких уровнях (от ppb, т.е. частей на миллиард, до 10 тыс. частей на миллион, то есть 1%).
PID являются гораздо более чувствительными инструментами, чем обычные LEL-метры, и, как правило, стоят дороже. PID подходят для измерения следующих органических соединений:
Неорганические соединения, которые могут быть измерены фотоионизационными детекторами: