Приложение 4 (обязательное). Методы расчета концентрационных пределов распространения пламени по газо- и паровоздушным смесям

Приложение 4

Обязательное

Методы расчета концентрационных пределов распространения пламени по газо- и паровоздушным смесям

Методы расчета применимы для индивидуальных органических веществ, состоящих из атомов С, H, О, N, Cl (не более одного атома хлора в молекуле) и их смесей. В случаях, оговоренных в пп.2 и 3, в состав смесей могут входить водород, диоксид углерода, азот, водяной пар. Относительная средняя квадратическая погрешность расчетных значений концентрационных пределов распространения пламени не превышает 20%.

1. Методы расчета концентрационных пределов распространения пламени индивидуальных веществ для начальной температуры 25°С

1.1. Нижний предел () в % об. вычисляют по формулам

, (43)

или

, (44)

где - эмпирический параметр теплоты образования вещества, ;

- стандартная теплота образования вещества в газообразном состоянии при 25°С, ;

, , - коэффициенты, характеризующие вклад j-х атомов (С, Н, О, N, Cl), r и s-x структурных групп, влияющих на нижний предел;

, , - число атомов j-го элемента, r и s-x структурных групп в молекуле вещества;

l, р, q - число химических элементов и типов структурных групп в молекуле вещества.

Значения коэффициентов , , , приведены в табл. 21.

Значения коэффициентов приведены в табл. 22.

1.2. Верхний предел распространения пламени () в % об. вычисляют в зависимости от величины стехиометрического коэффициента кислорода () по формулам:

при ; (45)

при , (46)

где , - коэффициенты, учитывающие химическое строение вещества;

- число связей j-го элемента;

, , , - число атомов соответственно углерода, водорода, хлора и кислорода в молекуле вещества.

Значения коэффициентов и приведены в табл. 23 и 24.

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

Метод предназначен для веществ, не вступающих между собой в химическую реакцию при начальной температуре. В число компонентов смеси может входить молекулярный водород, объемная концентрация которого не должна превышать 75% от суммы горючих компонентов смеси. Негорючими компонентами смеси являются диоксид углерода, азот и водяной пар. В число компонентов смеси не входит кислород.

Нижний (верхний ) предел распространения пламени для смеси горючих веществ в % об. вычисляют по формуле

, (47)

где - концентрация k-го горючего компонента смеси, % об.;

- нижний или верхний предел для бинарной смеси k-го горючего компонента с воздухом, % об.;

n - число горючих компонентов смеси.

Если предел () какого-либо компонента смеси неизвестен, его вычисляют, как указано в п.1.

3. Методы расчета пределов распространения пламени для смесей горючих веществ с негорючими при выпуске их в воздух для начальной температуры 25°С

Данные методы расчета применяются в том случае, если компоненты смеси не вступают между собой в химическую реакцию при начальной температуре, негорючими компонентами смеси являются диоксид углерода, азот и водяной пар. В число горючих компонентов смеси может входить молекулярный водород, объемная концентрация которого не должна превышать 75%. В число компонентов смеси не входит кислород.

3.1. Нижний концентрационный предел распространения пламени для смеси () в % об. вычисляют по формуле

, (48)

где - число молей воздуха, приходящееся на 1 моль исходной смеси, определяют по формуле

, (49)

где - нижний предел распространения пламени k-го горючего компонента, % об.;

- концентрация j-го негорючего компонента, % об.;

- коэффициент j-го негорючего компонента;

m - число негорючих компонентов смеси.

Значения коэффициента приведены в табл. 25.

Таблица 25

-------------------------------------------------------------------------

      Негорючий компонент смеси      |               С_j

-------------------------------------+-----------------------------------

 Азот                                |              0,988

                                     |

 Водяной пар                         |              1,247

                                     |

 Диоксид углерода                    |              1,590

                                     |

3.2. Верхний предел распространения пламени для смеси () в % об. вычисляют по формуле

, (50)

где - верхний предел распространения пламени для бинарной смеси k-го горючего компонента с воздухом, % об.;

- верхний условный предел распространения пламени j-го негорючего компонента, вычисляемый для каждого негорючего компонента по формуле

, (51)

где - минимальная флегматизирующая концентрация негорючего компонента, % об.;

- коэффициент флегматизации.

Минимальную флегматизирующую концентрацию () каждого негорючего компонента в % об. вычисляют по формуле

, (52)

где - коэффициент теплоты образования смеси горючих компонентов в газообразном состоянии, ;

, - свободные члены;

, - коэффициенты атомов и структурных групп горючих компонентов (их значения приведены в табл. 26);

- число атомов j-го вида в смеси горючих компонентов.

Таблица 26

-------------------------------------------------------------------------

   Коэффициенты  |     Значение коэффициента при разбавлении смеси

    h'_j, h''_j  |

                 |-------------------------------------------------------

                 |    азотом     | водяным паром |  диоксидом водорода

-----------------+---------------+---------------+-----------------------

       h'_f      |0,865 х 10(-2) |0,802 х 10(-2) |    0,736 х 10(-2)

                 |               |               |

       h'_ф      |     1,256     |     0,780     |        0,584

                 |               |               |

       h'_С      |     2,528     |     1,651     |        1,292

                 |               |               |

       h'_H      |     0,759     |     0,527     |        0,427

                 |               |               |

       h'_O      |     0,197     |     0,416     |        0,570

                 |               |               |

       h'_N      |    - 0,151    |    - 0,147    |       - 0,133

          _      |               |               |

      h'_C=C     |     1,500     |     1,500     |        1,500

                 |               |               |

      h''_ф      |     2,800     |     2,236     |        2,020

                 |               |               |

      h''_С      |     5,946     |     5,000     |        4,642

                 |               |               |

      h''_Н      |     1,486     |     1,250     |        1,160

                 |               |               |

      h''_О      |    - 2,973    |    - 2,500    |       - 2,321

                 |               |               |

      h''_N      |       0       |       0       |          0

                 |               |               |

      h''_C=C    |       0       |       0       |          0

                 |               |               |

Для смеси горючих компонентов величины в и вычисляют по формулам

, (53)

, (54)

где - стандартная теплота образования k-го горючего компонента в газообразном состоянии, ;

- число j-х атомов в молекуле k-го горючего компонента.

Если среди горючих компонентов смеси отсутствуют молекулярный водород, монооксид углерода и уксусная кислота, то значение коэффициента флегматизации берут из табл. 27. В противном случае вычисляют по формуле (55) с использованием данных табл. 27

, (55)

где - коэффициент флегматизации k-го горючего компонента данным флегматизатором.

Таблица 27

Флегматизатор	К_ф при флегматизации
	органических веществ	молекулярного водорода	монооксида углерода
Азот Диоксид углерода Водяной пар	0,100 0,190 0,160	0,003 0,018 0,003	0,020 0,096 -

4. Метод расчета пределов распространения пламени при повышенных температурах

При температурах (t) в диапазоне от 25 до 150°С нижний () и верхний) пределы распространения пламени в % об. вычисляют по формулам:

; (56)

. (57)