3.20. Максимальное давление взрыва и скорость нарастания давления при взрыве

Для определения максимального давления взрыва зажигают газо-, паро- или пылевоз-душную смесь заданной концентрации в объеме реакционного сосуда и фиксируют развивающееся при воспламенении горючей смеси давление взрыва. Изменяя концентрацию горючего в смеси, выявляют максимальное давление взрыва. Для определения скорости нарастания давления при взрыве находят максимальную скорость изменения давления, возникающего в объеме реакционного сосуда при взрыве газо-, паро- или пылевоздушных смесей заданного состава.

Определение максимального давления взрыва и скорости нарастания давления при взрыве газов и паров жидкостей выполняют на установке, схема которой показана на

рис. 3.28.

Реакционный сосуд вместимостью 4 дм3 представляет собой две соединенные фланцами полусферы. Нижняя полусфера имеет термостатируемый электронагреватель для проведения испытаний при повышенной температуре с легкоконденсируемыми парами жидкостей. Реакционный сосуд должен быть рассчитан на давление, которое не менее чем в два раза превышает максимальное давление взрыва испытуемых смесей. Датчик давления имеет верхний предел измерения до 1000 кПа. Показания датчика давления фиксируются электроннолучевым осциллографом. Термопара типа ТХА поверхностная, обыкновенная, среднеинерционная, с электродами диаметром 0,5 мм. Потенциометр типа КСП-4 с градуировкой ХА имеет диапазон измерения температур от 0 до 400 °С. В качестве источника зажигания используют электроды с разрядным промежутком 5 мм или электрическую спираль. Разрядный промежуток электродов приходится на центр реакционного сосуда. От источника питания на зажигающее устройство подается напряжение: 3 кВ на электроды, 36 В на спираль. Выделяемая энергия искр на электродах при длительности разряда 1-2с составляет 30 - 40 Дж; температура накаленной спирали 1100 °С. Смеситель для приготовления газо-, паровоздушной смеси снабжен встроенной мешалкой с электроприводом и штуцерами для подвода газов и крепления манометра. Смеситель че-

3 4 5 6

7 8 9 10

11 12

РИС. 3.28. Установка для определения максимального давления взрыва и скорости нарастания давления при взрыве газов и паров жидкостей:

I -термостатируемыйэлектронагреватель; 2-реакционныйсосуд; 3-осциллограф; 4-датчикдав-ления; 5 - потенциометр; 6 - термопара; 7 - источник зажигания; 8 - смеситель; 9, 10 - краны;

II - ртутный манометр; 12 - источник питания; 13 - вакуумный насос

рез кран сообщается с реакционным сосудом. Ртутный манометр с ценой деления 0,1 кПа соединен через трехходовой кран с реакционным сосудом. Вакуумный насос обеспечивает остаточное давление не более 0,6 кПа.

Передпроведениемиспытанийустановкупроверяютнагерметичность.Тарируютси-стему измерения давления подачей воздуха в реакционный сосуд до давления 1000 кПа с интервалом 50 кПа, а затем сбрасыванием давления до нуля через те же интервалы, фиксируя весь процесс осциллографом. По данным, снятым с осциллограммы, строят тариро-вочный график зависимости отклонения луча осциллографа от приращения давления, который должен представлять собой прямую линию.

Рассчитывают стехиометрическую концентрацию исследуемого вещества.

Для первого испытания количество исследуемого вещества принимают равным 70% от рассчитанной стехиометрической концентрации.

Для приготовления газо-, паровоздушной смеси требуемого состава смеситель вакуу-мируют до остаточного давления 0,5 кПа и затем поочередно подают в него компоненты смеси по парциальным давлениям. После впуска компонентов включают мешалку и перемешивают смесь в течение 6 мин. Реакционный сосуд вакуумируют до остаточного давле-ния0,5кПа,перепускаютвнегоизсмесителязаготовленнуюгазо-,паровоздушнуюсмесь, перекрывают краны и зажигают смесь искрой или спиралью. Результаты испытания регистрируют осциллографом. После взрыва сбрасывают избыточное давление в атмосферу, два - три раза вакуумируют реакционный сосуд для удаления газообразных продуктов горения. Определение максимального давления взрыва состоит из предварительных и основных испытаний. В серии предварительных испытаний находят зависимость давления взрыва от концентрации газа (пара) в смеси. Газо-, паровоздушную смесь, соответствующую максимуму этой зависимости, принимают за оптимальную.

В основных испытаниях проводят серию из десяти испытаний с оптимальной газо-, паровоздушной смесью и две серии из десяти испытаний со смесями, отличающимися от оптимальной на1-2%вбольшую и меньшую стороны.

Завеличинумаксимальногодавлениявзрываисследуемойгазо-,паровоздушнойсме-си принимают наибольшее значение давления взрыва, полученное в трех сериях основных испытаний.

Среднюю скорость нарастания давления (d,/d ) рассчитывают по формуле:

(d /d )c= (Pk-P0)/k, (2.45)

где pk - давление, возникающее в реакционном сосуде при сгорании газо-, паровоздушной смеси, определяемое по осциллограмме "давление - время", кПа; - первоначальное давление в реакционном сосуде, равное атмосферному, кПа; тк - время, в течение которого достигается давление pk ,с.

Максимальную скорость нарастания давления (d, /d )тах рассчитывают по формуле:

(d, /d, )тах= А, / Ат, (2.46)

где А» - приращение давления, определяемое по прямолинейному участку осциллограммы "давление - время" по тарировочному графику, кПа (рис. 3.29); Ат - время, в течение которого происходит приращение давления А,с.

За величину средней или максимальной скорости нарастания давления при взрыве исследуемой газо-, паровоздушной смеси принимают их наибольшее значение, рассчитанное по результатам основных испытаний.

500 h

300 h

100h

0,2 0,3 Время, с

РИС. 3.29. Осциллограмма изменения давления при сгорании смеси внутри замкнутого сосуда

Определение максимального давления взрыва и скорости нарастания давления при взрыве пылей выполняют на установке, схема которой представлена на рис. 3.11.

При испытании используют пыли с частицами размером менее 50 мкм для металлических веществ и менее 100 мкм для других веществ. Установку проверяют на герметичность. Тарируют систему измерения давления подачей воздуха в реакционный сосуд до давления 800 кПа с интервалом 50 кПа, а затем сбрасыванием давления до нуля через те же интервалы, фиксируя весь процесс осциллографом. По данным, снятым с осциллограммы, строят тарировочный график зависимости отклонения луча осциллографа от приращения давления, который должен представлять собой прямую линию.

Определяют давление "холостого" испытания установки р0, возникающее в реакционном сосуде от подачи распыляющего газа при включенном источнике зажигания.

Время распыления 1 с, давление распыляющего газа в ресивере 300 кПа. Определение максимального давления взрыва состоит из предварительных и основных испытаний. В серии предварительных испытаний находят оптимальную массу исследуемого образца, при которой возникает наибольшее давление взрыва.

Последовательность проведения испытания: образец помещают в распылитель, подают в ресивер воздух до требуемого давления, устанавливают на пуско-регулирующем блоке продолжительность распыления, включают источник зажигания и распыляют образец. За взрыв принимают увеличение давления в реакционном сосуде не менее чем на 10 кПа по сравнению с давлением "холостого" испытания.

После каждого испытания реакционный сосуд продувают воздухом для удаления газообразных продуктов сгорания.

Первое испытание начинают с образца массой 0,5 г, увеличивая ее в последующих испытаниях на 0,2 г. По результатам испытаний строят кривую зависимости давления взрыва от массы образца. Массу образца, соответствующую максимуму этой зависимости, принимают за оптимальную.

Затем проводят серию основных испытаний на десяти образцах оптимальной массы и по полученным осциллограммам определяют давление взрыва.

За величину максимального давления взрыва пыли исследуемого вещества принимают наибольшее из десяти значений давления взрыва, полученных в серии основных испытаний.

Среднюю скорость нарастания давления (dp/d) рассчитывают по формуле (3.50), гдеpk - давление, возникающее в реакционном сосуде при сгорании пылевоздушной смеси, определяемое по осциллограмме "давление - время", кПа; р0 - давление "холостого" испытания, кПа; Tk - время, в течение которого достигается давление pk ,с.

Максимальную скорость нарастания давления (dp /d )max рассчитывают по формуле (3.46). За величину средней или максимальной скорости нарастания давления при взрыве исследуемого вещества принимают их наибольшее значение, рассчитанное по результатам основных испытаний.