Расчёт температурных пределов распространения пламени

Температурные пределы распространения пламени служат для характеристики пожарной опасности горючих жидкостей.

Нижний температурный предел распространения пламени (НТПРП) – это наименьшая температура жидкости, при которой над её поверхностью создаётся концентрация насыщенного пара, равная НКПР пламени. При температуре жидкости ниже НТПРП смесь насыщенных паров с воздухом не способна воспламеняться от кратковременного воздействия источника пламени.

Верхний температурный предел распространения пламени (ВТПРП) – это наибольшая температура жидкости, при которой над её поверхностью создаётся концентрация насыщенного пара, равная ВКПР пламени. Выше этой температуры жидкость образует насыщенные пары, которые в смеси с воздухом в закрытом объёме воспламенять не могут, но могут гореть в диффузионной области при выходе из ёмкости в воздух.

Следовательно, если для горючего вещества известны концентрационные пределы распространения пламени, то по зависимости давления насыщенного пара от температуры могут быть найдены его температурные пределы.

Допустим, известен нижний концентрационный предел распространения пламени паров горючей жидкости. Необходимо найти HТПРП, т.е. температуру, при которой концентрация насыщенных паров над поверхностью этой жидкости будет равна НКПРП.

По концентрации паров j_н и j_в (значение НКПРП и ВКПРП) можно найти парциальное давление насыщенных паров Р _н, кПа

(65)

где Р ₀ - атмосферное давление (общее давление паровоздушной смеси).

По давлению насыщенного пара нетрудно установить соответствующую температуру жидкости, которая и будет значением НТПВ или ВТПВ.

Зависимость давления насыщенного пара от температуры для большинства жидкостей известна и приведена в справочной литературе в виде таблиц (см. таблицу приложения 12), графиков или задана уравнением lg P = f (T) (константы приведены в таблице приложения 16).

Температурные пределы распространения можно определить также по эмпирической формуле, связывающей их с температурой кипения индивидуальных жидкостей и константами К и l, характерными для данного гомологического ряда:

t _н(в) = К·Т _кип - l, (66)

где t _в(н) - нижний или верхний температурный предел распространения пламени, ^оС;

t _кип - температура кипения, ^оС.

Значения К и l приведены в приложении 17.

ПРИМЕР: Рассчитать НТПРП бутилового спирта по нижнему концентрационному пределу распространения пламени.

Решение:

1. По справочнику или расчетом находим, что НКПР этилового спирта равен 1,8 %.

2. Определяем, какому давлению насыщенного пара соответствует значение нижнего концентрационного предела:

.

3. Для нахождения соответствующей температуры можно воспользоваться таблицей приложения 12. По таблице находим, что при
Р ₁ = 1,33 кПа Т ₁ = 303,2 К, а при Р ₂ = 2,67 кПа Т ₂ = 314,5 К. Следовательно, искомая температура, отвечающая нижнему температурному пределу, находится между 303,2 и 314,5 К. Интерполяцией находим НТПРП:

.

Значение Т _н можно определить также по уравнению Антуана:

, (67)

где Р – давление, кПа;

Т – температура, К (см. таблицу приложения 16).

Решая уравнение относительно Т, получим:

.

Для бутилового спирта А =11,72, В =2665, С = -6,4. Подставляя численные значения, получим:

.

Ответ: нижний температурный предел бутилового спирта составил 308,6 К.

Температурные пределы распространения пламени можно также рассчитывать с использованием номограммы для определения упругости насыщенных паров при различных температурах (номограмма №1, рис. 3).

Нахождение температурных пределов является обратной задачей. Нахождение температурных пределов сводится к тому, что через точку, отвечающую заданному веществу, проводится прямая до пересечения её со шкалой температур при заданном значении давления насыщенного пара, значения которых находятся из формул (65) с использованием значений концентрационных пределов распространения пламени, взятых из справочной литературы. Для нахождения точных значений давления насыщенных паров или температурных пределов необходимо уметь находить цену деления в конкретных интервалах давлений насыщенных паров по формуле (60).