Расчет концентрационных пределов распространения пламени. Конвертер единиц концентрации газов Определение концентрационных пределов распространения пламени

Для всех вредных веществ, известных в настоящее время, установлена максимальная концентрация, при которой не происходит никакого вредного воздействия на организм человека (ГОСТ 12.1.005-88), такая концентрация называется предельно-допустимой концентрацией (ПДК).

ПДК - это концентрация, которая при ежедневной (кроме выходных дней) работе в течение 8 ч или при другой продолжительности, но не более 40 ч в неделю, в течение всего рабочего стажа не может вызвать заболеваний или отклонений в состоянии здоровья, обнаруживаемых современными методами исследований в процессе работы или в отдаленные сроки жизни настоящего и последующих поколений.

ПДК имеет огромное значение для профилактики отравлений и заболеваний. Чем меньше ПДК, тем более серьезные требования должны предъявляться к мерам защиты работающих.

В зависимости от значений ПДК и ряда других показателей определяется степень воздействия вредных веществ на организм человека.

Горючие газы и пары ЛВЖ способны образовывать в смеси с кислородом воздуха взрывчатые смеси.

Наименьшая концентрация горючих паров и газов, при которой уже возможен взрыв, называется нижним концентрационным пределом распространения пламени НКПР (НКПР – это минимальное содержание горючего в смеси «горючее вещество – окислительная среда», при котором возможно распространение пламени по смеси на любое расстояние от источника зажигания).

Наибольшая концентрация горючих паров и газов, при которой еще возможен взрыв, называется верхним концентрационным пределом распространения пламени ВКПР (ВКПР – это максимальное содержание горючего в смеси «горючее вещество – окислительная среда», при котором возможно распространение пламени по смеси на любое расстояние от источника зажигания).

Концентрация от НКПР до ВКПР называется диапазоном взрываемости. При концентрации ниже НКПР или выше ВКПР взрыва не происходит, в первом случае из-за низкого содержания паров или газов, во втором - из-за недостаточного содержания кислорода.

Каждое вещество имеет свои значения НКПР и ВКПР, т. е. диапазон взрываемости у каждого вещества свой собственный.

Нефть – это вещество сложное (многокомпонентное), причем состав различных нефтей отличается друг от друга, поэтому диапазон взрываемости у разных нефтей разный, о чем свидетельствуют данные таблицы 3, в которой указаны НКПР для различных нефтей. Поэтому, для того чтобы не вносить в этом вопросе путаницу, для всех нефтей принят единый (усредненный) диапазон взрываемости (см. таблицу 4).

С целью обеспечения взрывопожаробезопасности, для всех веществ установлена предельно-допустимая взрывобезопасная концентрация ПДВК, она составляет 5% величины нижнего концентрационного предела распространения пламени. ПДВК имеет большое значение при оценке степени риска при проведении различного вида работ, связанных с выделением горючих паров и газов.

В настоящее время действует НПА в части НКПР:

Приказ Ростехнадзора от 26.12.2012 N 777 "Об утверждении Руководства по безопасности для нефтебаз и складов нефтепродуктов"

ДВК - датчики сигнализаторов довзрывных концентраций

НКПР - нижний концентрационный предел распространения пламени

10.26. Резервуарные парки хранения нефти и светлых нефтепродуктов оснащаются ДВК,

срабатывающими при достижении концентрации паров нефтепродукта 20% от НКПР.

Число и порядок размещения датчиков сигнализаторов ДВК определяются в проектной документации,

в зависимости от вида хранящихся продуктов, условий их хранения, объема единичных емкостей

резервуаров и порядка их размещения в составе склада (парка).

(парков) с внутренней стороны на высоте 1,0 - 1,5 м от планировочной отметки поверхности земли.

10.28. Расстояние между датчиками сигнализаторов выбирается меньше 2-х радиусов действия

датчика. При смежном расположении групп емкостей и резервуаров или отдельных резервуаров в

собственном обваловании (ограждении) установка датчиков сигнализаторов по смежному (общему для двух

групп) обвалованию (ограждению) не требуется.

склада (парка), расположенного за пределами обвалования. Количество датчиков сигнализаторов

выбирается в зависимости от площади, занимаемой узлом, с учетом допустимого расстояния между

датчиками не более 20 м, но не менее двух датчиков. Датчики сигнализаторов НКПР рекомендуется

располагать противоположно по периметру площадки узла на высоте 0,5 - 1,0 м от планировочной отметки

.

ВВОДИТСЯ новый НПА:

Приказ Ростехнадзора от 07.11.2016 N 461 "Об утверждении Федеральных норм и правил в области промышленной безопасности "Правила промышленной безопасности складов нефти и нефтепродуктов"

Начало действия документа - 03.06.2017 .

2.2.27. На сливоналивных железнодорожных эстакадах, предназначенных для слива-налива нефти и светлых нефтепродуктов, должны быть установлены датчики загазованности согласно требованиям нормативных правовых актов в области промышленной безопасности.

Слив и налив должен автоматически прекращаться при достижении загазованности воздушной среды выше 50% объемных от нижнего концентрационного предела распространения пламени (далее - НКПРП ).

Установка датчиков загазованности обосновывается в проектной документации в соответствии с техническими характеристиками приборов, указанных в паспортах организации-изготовителя.

2.3.15. При превышении концентрации паров нефтепродуктов на площадках сливоналивных станций и пунктов слива-налива более 20% объемных от НКПРП должны быть установлены блокировки по прекращению операций слива-налива и сигнализация, оповещающая о запрете запуска двигателей автомобилей.

2.8.15. В помещениях насосных станций следует устанавливать средства автоматического контроля загазованности по НКПРП с подачей сигнала (светового и звукового) у входа в помещение насосной и в операторную при достижении концентрации горючих газов и паров нефтепродуктов 20% объемных от НКПРП.

Расстояние от датчика загазованности до наиболее удаленной точки возможных утечек в группе насосов не должно превышать 4 м (по горизонтали). В помещении насосной следует устанавливать не менее двух датчиков загазованности.

Места установки и количество датчиков загазованности определяются проектной документацией.

Включение аварийной вентиляции осуществляется при достижении горючих газов и паров нефтепродуктов 50% объемных от НКПРП.

3.5.8. Для вентиляционных систем следует предусматривать:

автоматическое включение аварийной вентиляции при достижении в помещении концентрации горючих газов и паров нефтепродуктов 50% объемных от НКПРП;

3.6.3. Насосные станции производственной канализации, заглубленные более чем на 0,5 м, должны оснащаться датчиками загазованности с выводом сигнала на пульт помещения управления. В случае достижения загазованности насосной станции 50% объемных от НКПРП должна включаться аварийная вентиляция.

3.1.10. Все средства измерений подлежат поверке.

ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ И ПОНЯТИЯ.

ПДК (предельно допустимая концентрация) вредных веществ в воздухе рабочей зоны являются концентрации, которые при ежедневной работе в пределах 8 часов в течение всего рабочего времени не могут вызвать у работающего заболеваний или отклонений состояния здоровья, обнаруживаемых современными методами исследования непосредственно в процессе работы или в более отдалённые сроки. А также ПДК вредных веществ не должна отрицательно влиять на состояние здоровья у последующих поколений. Измеряется в мг/куб.м

ПДК некоторых веществ (в мг/куб.м):

Углеводороды нефти, керосин, дизельное топливо - 300

Бензин - 100

Метан - 300

Этиловый спирт - 1000

Метиловый спирт - 5

Окись углерода - 20

Аммиак (нашатырный спирт) - 20

Сероводород в чистом виде - 10

Сероводород в смеси с углеводородами нефти - 3

Ртуть - 0,01

Бензол - 5

НКПР – нижний концентрационный предел распространения пламени. Это наименьшая концентрация горючих газов и паров, при которой уже возможен взрыв при воздействии импульса воспламенении. Измеряется в %V.

НКПР некоторых веществ (в % V):

Метан - 5,28

Углеводороды нефти - 1,2

Бензин - 0,7

Керосин - 1,4

Сероводород - 4,3

Окись углерода - 12,5

Ртуть - 2,5

Аммиак - 15,5

Метиловый спирт - 6,7

ВКПР – верхний концентрационный предел распространения пламени. Это наибольшая концентрация горючих газов и паров, при которой еще возможен взрыв при воздействии импульса воспламенении. Измеряется в %V.

ВКПР некоторых веществ (в % V):

Метан - 15,4

Углеводороды нефти - 15,4

Бензин - 5,16

Керосин - 7,5

Сероводород - 45,5

Окись углерода - 74

Ртуть - 80

Аммиак - 28

Метиловый спирт - 34,7

ДВК - довзрывоопасная концентация, определяется как 20% от НКПР. (в этой точке взрыв не возможен)

ПДВК - предельнодовзрывоопасная концентрация, определяется как 5% от НКПР. (в этой точке взрыв не возможен)

Относительная плотность по воздуху (d) показывает, во сколько раз пары данного вещества тяжелее или легче паров воздуха в нормальных условиях. Величина относительная - единиц измерения нет.

Относительная плотность по воздуху некоторых веществ:

Метан - 0,554

Углеводороды нефти - 2,5

Бензин - 3,27

Керосин - 4,2

Сероводород - 1,19

Окись углерода - 0,97

Аммиак - 0,59

Метиловый спирт - 1,11

Газоопасные места – такие места, в воздухе которых есть или могут внезапно появиться токсичные и пары в концентрациях, превышающих ПДК.

Газоопасные места делятся на три основных группы.

I группа – места в которых содержание кислорода ниже 18% V , а содержание токсичных газов и паров более 2% V. В этом случае работа проводится только газоспасателями, в изолирующих аппаратах, или под их наблюдением по специальным документам.

II группа – места, где содержание кислорода менее 18-20% V, и могут быть обнаружены довзрывоопасные концентрации газов и паров. В этом случае работы проводятся по нарядам-допускам, с исключением образования искр, в соответствующих защитных средствах, под наблюдением газоспасательного и пожарного надзора. Перед проведением работ проводится анализ газовоздушной среды (ГВС).

III группа – места, где содержание кислорода от 19% V, а концентрация вредных паров и газов может превышать ПДК. В этом случае работы проводятся в противогазах, или без них, но противогазы должны находиться на рабочих местах в исправном состоянии. В местах данной группы необходимо проводить анализ ГВС согласно плана-графика и карты отбора.

Газоопасные работы - все те работы, которые выполняются в загазованной среде, или работы, во время которых возможен выход газа из газопроводов, арматуры, агрегатов и другого оборудования. Так же к газоопасным работам относятся работы, которые выполняются в замкнутом пространстве при содержании кислорода в воздухе менее 20%V. При выполнении газоопасных работ запрещено применение открытого огня, так же необходимо исключить искрообразование.

Примеры газоопасных работ:

Работы связанные с осмотром, чисткой, ремонтом, разгерметизацией технологического оборудования, коммуникаций;

Удаление закупорок, установка и снятие заглушек на действующих газопроводах, а также отсоединение от газопроводов агрегатов, оборудования и отдельных узлов;

Ремонт и осмотр колодцев, откачка воды и конденсата из газопроводов и конденсатосборников;

Подготовка к техническому освидетельствованию резервуаров и баллонов СУГ и его проведение;

Вскрытие грунта в местах утечек газа до их устранения.

Огневые работы - производственные операции, связанные с применением открытого огня, искрообразованием и нагреванием до температур, способных вызвать воспламенение материалов и конструкций.

Примеры огневых работ:

Электросварка, газосварка;

Электрорезка, газорезка;

Применение взрывных технологий;

Паяльные работы;

Образивная чистка;

Механическая обработка металла с выделением искр;

Разогрев битумов, смол.

Теория дефлаграционного горения не накладывает ограничений на возможность уменьшения скорости распространения горения. Однако опыт показывает, что величина скорости распространения горения не может быть меньше определенного критического значения. Распространение пламени в смесях горючего и окислителя возможно только в определенном диапазоне их концентраций. При зажигании смеси, состав которой выходит за эти пределы, стойкое горение не возникает.

Для горючих смесей различают нижний и верхний концентрационные пределы распространения пламени.

Нижний концентрационный предел распространения пламени (НКПРП) - наименьшая концентрация горючего вещества в смеси с воздухом, при который уже возможное стойкое, незатухающее распространение горения.

Верхний концентрационный предел распространения пламени (ВКПРП) - наибольшая концентрация горючего вещества в смеси с воздухом, при который еще возможное стойкое, незатухающее распространение горения.

Концентрационные пределы распространения пламени (КПРП) - одна из важнейших характеристик взрывоопасности горючих газов и паров. Область концентрации горючего вещества, которая лежит между нижним и верхним КПРП, характеризуется возможностью загорания и устойчивого горения смеси и называется областью взрывоопасных концентраций. Если концентрация горючего вещества выходит за концентрационные пределы, горючая смесь становится взрывобезопасной. Так, если концентрация горючего вещества меньшее нижнего КПРП, то горение вообще не возможно. Если концентрация горючего вещества больше ВКПРП, то возможно диффузионное горение такой газовой смеси при выходе ее в окружающее пространство и наличии источника зажигания.

Максимальная скорость реакции и распространения фронта пламени наблюдается при стехиометрическом соотношении компонентов (концентрации горючего равной стехиометрической φ гв = φ смк). При отклонении от стехиометрического соотношения скорость горения, а следовательно и скорость тепловыделения будут снижаться. Так, при φ гв < φстм скорость тепловыделения уменьшается в результате нехватки горючего, и нагревании излишка окислителя, что приводит к дополнительным тепловым потерям. При φ гв > φ смк снижение тепловыделения происходит в результате нехватки окислителя, и затратам на нагревание избытка топлива, не принимающего участия в химической реакции. Таким образом, для парогазових смесей можно выделить как минимальную (нижнюю) φ н, так и максимальную (верхнюю) φн концентрацию горючего, при которой наступают критические условия распространения фронта пламени.

Учитывая, что концентрационные пределы распространения пламени могут изменяться при изменении внешних условий, для обеспечения пожарной безопасности при работе с горючими веществами определяют не только концентрационные пределы, но и безопасные концентрации φ нб и φ вб, ниже или выше которых смесь гарантировано не будет зажигаться. Безопасные концентрации можно рассчитать по формулам:

φнб < 0,9(φн – 0,21), %

φвб ≥ 1,1(φв + 0,42), %

где φ н, φ в - НКПРП и ВКПРП, %;

Расположение областей возможных концентраций горючего отображено на рисунке.

Концентрационные пределы распространения пламени могут сильно изменяться при изменении внешних условий. Изменения КПРП объясняются с точки зрения баланса тепловыделения и теплоотдачи в системе. Все факторы, изменение которых приведет к увеличению тепловыделения, будут расширять КПРП (снижать нижний КПРП и повышать верхний КПРП). Факторы, увеличивающие теплоотдачу, будут суживать КПРП (увеличивать нижний КПРП и уменьшать верхний КПРП). Наибольшее влияние на КПРП оказывают:

· концентрация окислителя в окислительной среде (содержание кислорода в воздухе);

· концентрация инертных газов (флегматизаторов);

· температура и давление смеси;

· мощность источника зажигания;