Приложение 2 (рекомендуемое). Метод экспериментального определения показателей взрыва стационарных аэровзвесей в укрупненной взрывной камере

Приложение 2
(рекомендуемое)

Метод экспериментального определения показателей взрыва стационарных аэровзвесей в укрупненной взрывной камере

П.2.1 Основные положения

П.2.1.1 Настоящий метод предназначен для экспериментального определения показателей пожаровзрывоопасности стационарных аэровзвесей - нижнего концентрационного предела распространения пламени (НКПР), максимального давления взрыва (P_max), максимальной скорости нарастания давления взрыва (dP/d)_max, индекса взрывопожароопасности пылей (К_st), минимального взрывоопасного содержания кислорода при разбавлении пылевоздушной смеси газом-флегматизатором (МВСК), минимальной флегматизирующей концентрации флегматизатора () и нормальной скорости распространения пламени (U_n).

П.2.1.2 Данный метод не распространяется на взрывчатые и радиоактивные вещества и материалы.

П.2.2 Объект испытаний

П.2.2.1 Объектами испытаний являются стационарные аэровзвеси, представляющие покоящиеся распушенные горючие волокнистые материалы малой плотности (менее 2 кг/м³).

П.2.2.2 Сопроводительная документация должна содержать данные технического контроля объекта испытаний и меры безопасности при работе с ним.

П.2.3 Метод испытаний

П.2.3.1 При определении U_n, НКПР, P_max, (dP/d)_max и К_st образец исследуемого волокнистого вещества (далее - образец) фиксированной массы помещается непосредственно в объем реакционной камеры. Минимальная масса образца отвечает условию полного заполнения реакционной камеры без уплотнения. По мере увеличения массы образца заполнение реакционной камеры сопровождается его соответствующим уплотнением. Концентрация исследуемого вещества в реакционной камере определяется делением общей массы образца на объем реакционной камеры. По команде с пульта управления срабатывает пиротехнический источник зажигания, инициирующий воспламенение образца. Сигнал с датчика давления, установленного на реакционной камере, поступает в систему регистрации пульта управления. Повторяют опыты с образцами разной массы для получения зависимостей давления продуктов горения и скорости нарастания давления от концентрации исследуемого вещества в реакционной камере.

Если образец минимальной массы воспламеняется и горит, под термином НКПР понимают минимально возможную концентрацию образца.

Для определения U_n в каждом испытании с аэровзвесями выбранных концентраций фиксируют график зависимости давления продуктов горения аэровзвеси от времени.

П.2.3.2 При определении МВСК и в камере после ее заполнения образцом оптимального состава по парциальным давлениям готовится газовая смесь путем разбавления воздуха газом-флегматизатором. Приготовленная в реакционной камере газовая смесь контролируется анализатором кислорода. Оптимальная навеска исследуемого вещества определяется условием достижения наибольшего значения давления взрыва при исследовании этого показателя для смеси волокнистого вещества с воздухом. По команде с пульта управления срабатывает пиротехнический источник зажигания, инициирующий воспламенение стационарной аэровзвеси, разбавленной газом-флегматизатором. Сигнал с датчика давления, установленного на реакционной камере, поступает в систему регистрации пульта управления. Повторяют опыты при различной концентрации кислорода в газовоздушной среде для получения зависимости давления продуктов горения от концентрации кислорода в реакционной камере.

П.2.4 Испытательное оборудование

П.2.4.1 Экспериментальное определение показателей пожаровзрывоопасности стационарных аэровзвесей проводится на установке, схема которой приводится на рисунке П.1.1.

П.2.4.2 Описание испытательного оборудования приводится в разделе П.1.4.

П.2.4.3 При исследовании горения стационарных аэровзвесей момент инициирования источника зажигания является началом отсчета времени регистрации сигнала с датчика давления, установленного на взрывной камере.

П.2.5 Отбор образцов

Требования к образцам для испытаний приводятся в П.1.5.

П.2.6 Подготовка к испытаниям

П.2.6.1 Устанавливают соответствие исследуемого вещества паспортным данным.

П.2.6.2 Проверяют реакционную камеру на герметичность путем подачи сжатого воздуха до давления не менее 900 кПа. Камера считается герметичной, если в течение 60 с давление упало менее чем на 50 кПа.

П.2.6.3 Калибруют каналы регистрации давления в камере.

П.2.6.4 Калибруют канал регистрации концентрации кислорода.

П.2.6.5 Пригодность установки к работе проверяют по тополиному пуху, показатели взрыва которого должны быть равны: НКПР как минимально возможная концентрация образца (240  30) г/м³, максимальное давление взрыва (550  50) кПа, индекс взрывоопасности (2,6  0,6) /с, минимальное взрывоопасное содержание кислорода (10  1) % об., минимальная флегматизирующая концентрация флегматизатора-азота (55  5) % об.

П.2.7 Проведение испытаний и обработка результатов

П.2.7.1 Определение НКПР, P_max, (dP/d)_max и К_st.

П.2.7.2 Закрепляют на электродах источника зажигания пиротехнический заряд с запасом энергии 2,5 кДж.

П.2.7.3 Заполняют камеру исследуемым веществом без уплотнения, фиксируя его массу с погрешностью не более 0,01 г. В этом случае стационарная аэровзвесь будет иметь минимальную концентрацию C_min.

П.2.7.4 Герметизируют реакционную камеру.

П.2.7.5 Включают источник зажигания, фиксируя изменение давления в реакционной камере. Полученная в результате данного опыта информация будет относиться к стационарной аэровзвеси минимальной концентрации C_min.

П.2.7.6 Стравливают избыточное давление, открывают крышку камеры и проводят чистку камеры с помощью пылесоса.

П.2.7.7 Проводят серию экспериментов с разной (путем уплотнения) массой исследуемого вещества для получения зависимостей давления в реакционной камере и скорости его нарастания от концентрации пыли. Масса каждой последующей навески отличается от предыдущей не более чем на 50 % в относительных единицах измерения и не более чем на 5 г в абсолютных единицах измерения. Для полученных зависимостей определяют максимальные значения давления взрыва и скорости его нарастания.

П.2.7.8 Определение МВСК.

П.2.7.9 При определении минимального взрывоопасного содержания кислорода огневые испытания проводят с образцом постоянной массы. Первоначально используется масса образца, при которой было достигнуто максимальное значение давления взрыва.

П.2.7.10 После чистки и продувки взрывной камеры в нее помещают образец нужной массы. Затем камеру герметизируют. Готовят в реакционной камере газовую смесь заданного состава по парциальным давлениям компонентов (Р_к), вычисляемым по формуле

,

(П.2.1)

где - общее давление газовой смеси, кПа;

- концентрация задаваемого компонента смеси, % об.

Для этого добавляют в камеру газ-флегматизатор и конвективно перемешивают его в течение 5 мин с имеющимся в камере воздухом путем локального подогрева феном днища камеры на температуру от 10 до 15 °С.

Проводят контроль правильности приготовления смеси в реакционной камере путем стравливания избыточного давления смеси через приемный патрубок газоанализатора.

П.2.7.11 Проводят серию экспериментов при постоянной концентрации взвеси с₁, отвечающей максимальному значению давления взрыва аэровзвеси при содержании кислорода 21 % об., для получения зависимости давления взрыва от концентрации кислорода С_К. Рекомендуемая первоначальная концентрация кислорода в газовой смеси составляет 10 % об. Шаг изменения концентраций в области давлений взрыва около 50 кПа не должен превышать 1 % об. После каждого опыта проводится продувка системы газоприготовления воздухом.

Определяют значение концентрации кислорода С_К1, соответствующее давлению 50 кПа на упомянутой выше зависимости методом, аналогичным изложенному в П.1.7.17. После этого аналогичным образом проводят дополнительную серию экспериментов с уменьшенной концентрацией аэровзвеси с₂ = с₁С_К2/21, строят соответствующую зависимость и определяют для нее значение концентрации кислорода С_К2, соответствующее давлению 50 кПа. Если С₂ меньше C_min, то принимают С₂ равное C_min.

П.2.7.12 По графику зависимости давления в реакционной камере от времени в единичном испытании определяют наибольшее значение избыточного давления взрыва Р_взр, наибольшее значение скорости нарастания избыточного давления взрыва (dP/d)_взр и соответствующую этим параметрам концентрацию исследуемого горючего вещества c_s по формулам:

,

(П.2.2)

,

(П.2.3)

,

(П.2.4)

где m - масса образца для выбранного испытания, г;

- объем камеры, м³.

- избыточное давление взрыва;

- максимальное абсолютное давление по графику зависимости давления Р в реакционной камере от времени в единичном испытании, кПа;

- максимальное абсолютное давление по графику зависимости давления Р в реакционной камере от времени в единичном испытании, когда отсутствует навеска пыли, но срабатывает используемый источник зажигания с энергией 2,5 кДж; для источника зажигания на основе смеси мелкодисперсных порошков циркония, нитрата бария и пероксида бария в соотношении 4:3:3 примерно равно 140 кПа;

- скорость нарастания избыточного давления взрыва;

- максимальная скорость изменения давления на графике зависимости давления Р в реакционной камере от времени в области Р больше , МПа/с.

П.2.7.13 За максимальное давление взрыва P_max, кПа, принимают максимальное из полученных экспериментальных значений давления взрыва.

П.2.7.14 За максимальную скорость нарастания давления взрыва (dP/d)_max, МПа/с, принимают максимальное из полученных экспериментальных значений скорости нарастания давления взрыва.

П.2.7.15 Индекс взрывопожароопасности К_st, /с, рассчитывают по формуле

,

(П.2.5)

где - максимальная скорость нарастания давления, МПа/с;

- объем реакционной камеры, м³.

П.2.7.16 Если при горении стационарной аэровзвеси минимальной концентрации C_min давление взрыва превышает 50 кПа, то за нижний концентрационный предел распространения пламени (НКПР) стационарной аэровзвеси исследуемого вещества принимают концентрацию, соответствующую C_min, делая соответствующее примечание в протоколе испытаний.

В противном случае за нижний концентрационный предел распространения пламени (НКПР) стационарной аэровзвеси исследуемого вещества принимают концентрацию, соответствующую давлению 50 кПа на упомянутой в П.2.7.7 зависимости.

П.2.7.17 За минимальное взрывоопасное содержание кислорода (МВСК), % об., принимают наименьшее из значений С_К1 и С_К2 (см. П.1.7.11).

МВСК рассчитывают аналогично НКПР.

П.2.7.18 Минимальную флегматизирующую концентрацию флегматизатора (), % об., вычисляют по формуле

,

(П.2.6)

где - содержание водяного пара в воздухе, % об., рассчитываемое по формуле

,

(П.2.7)

где E - относительная влажность воздуха, %;

- давление насыщенного водяного пара, кПа;

- атмосферное давление, кПа.

П.2.7.19 Если в процессе испытаний пылевоздушных смесей получили максимальное давление взрыва P_max меньше 50 кПа, то аэровзвесь исследуемого дисперсного материала считается невзрывоопасной для выбранных условий испытаний.

Примечание - На рост взрывоопасности аэровзвеси оказывают влияние многие факторы, например увеличение температуры, присутствие добавок горючих газов и паров в воздухе, снижение влажности пыли, снижение размера частиц пыли и др.

П.2.7.20 Определение U_n.

Нормальную скорость распространения пламени стационарной аэровзвеси заданной концентрации определяют с использованием графика зависимости P(t). С помощью следующего соотношения

(П.2.8)

строят график зависимости U(P). За нормальную скорость распространения пламени стационарной аэровзвеси заданной концентрации при атмосферном начальном давлении принимают значение U, соответствующее величине атмосферного давления.

Здесь Р, dP/dt - текущие значения соответственно абсолютного давления продуктов горения (кПа) и его производной по времени - скорости нарастания давления продуктов горения (кПа/с) во взрывной камере;

- начальное (атмосферное) абсолютное давление воздуха во взрывной камере, Р_а равно 100 кПа;

- максимальное абсолютное давление продуктов горения, кПа;

R - радиус взрывной камеры, R равно 0,17 м;

- постоянная адиабаты для воздуха, у равно 1,4;

- расчетное значение радиуса сферы, объем которой совпадает с текущим значением объема продуктов горения

.

(П.2.9)

П.2.7.21 Условия и результаты испытаний регистрируют в протоколе в виде таблицы, содержащей название вещества, дату испытаний, условия в помещении, название и номер установки, вместимость реакционной камеры и ресивера, результаты испытаний, подпись оператора, проводившего испытания, и наименование лаборатории, а также все возможные отклонения от изложенной выше методики проведения испытаний.

П.2.8 Требования безопасности

Требования безопасности приводятся в разделе П.1.8.