Granica palności

Mieszaniny rozproszonych materiałów palnych (takich jak paliwa gazowe lub w postaci oparów oraz niektóre pyły) i tlenu w powietrzu będą się palić tylko wtedy, gdy stężenie paliwa mieści się w dobrze określonych dolnych i górnych granicach określonych eksperymentalnie, zwanych granicami palności lub granicami wybuchowości . Spalanie może mieć różną intensywność, od deflagracji do detonacji .

Granice różnią się w zależności od temperatury i ciśnienia, ale zwykle są wyrażane jako procent objętości w temperaturze 25 ° C i ciśnieniu atmosferycznym. Ograniczenia te są istotne zarówno w przypadku wywoływania i optymalizacji wybuchu lub spalania, jak w silniku, jak i zapobiegania im, jak w przypadku niekontrolowanych wybuchów nagromadzonych palnych gazów lub pyłów. Osiągnięcie najlepszej palnej lub wybuchowej mieszanki paliwowo-powietrznej ( stechiometrycznej ) jest ważne w silnikach spalinowych, takich jak silniki benzynowe czy wysokoprężne .

Standardowa praca referencyjna jest nadal opracowywana przez Michaela George'a Zabetakisa , specjalistę ds . inżynierii bezpieczeństwa przeciwpożarowego , przy użyciu aparatury opracowanej przez United States Bureau of Mines .

Gwałtowność spalania

Spalanie może różnić się stopniem przemocy. Deflagracja to rozchodzenie się strefy spalania z prędkością mniejszą niż prędkość dźwięku w nieprzereagowanym ośrodku . Detonacja to rozchodzenie się strefy spalania z prędkością większą niż prędkość dźwięku w nieprzereagowanym ośrodku . Eksplozja to rozerwanie lub rozerwanie obudowy lub pojemnika w wyniku powstania ciśnienia wewnętrznego w wyniku deflagracji lub detonacji, zgodnie z definicją zawartą w NFPA 69 .

Granice

Dolna granica palności

Dolna granica palności (LFL): Najniższe stężenie (procentowe) gazu lub pary w powietrzu, które może wywołać błysk ognia w obecności źródła zapłonu (łuk, płomień, ciepło). Termin ten jest uważany przez wielu specjalistów ds. bezpieczeństwa za taki sam jak dolny poziom wybuchowości (DGW). Przy stężeniu w powietrzu niższym niż LFL mieszanki gazowe są „zbyt ubogie”, aby się palić. Metan ma LFL 4,4%. Jeśli atmosfera zawiera mniej niż 4,4% metanu, wybuch nie może nastąpić, nawet jeśli obecne jest źródło zapłonu. Z punktu widzenia zdrowia i bezpieczeństwa, stężenie LEL jest uważane za natychmiast niebezpieczne dla życia lub zdrowia (IDLH) , gdzie nie ma bardziej rygorystycznego limitu narażenia na gaz łatwopalny.

Odczytów procentowych na monitorach powietrza palnego nie należy mylić ze stężeniami LFL. Eksplozymetry zaprojektowane i skalibrowane do określonego gazu mogą pokazywać względne stężenie atmosfery w stosunku do LFL - LFL wynosi 100%. Na przykład odczyt LFL o wartości 5% dla metanu byłby równoważny 5% pomnożonemu przez 4,4% lub około 0,22% objętości metanu w temperaturze 20 stopni C. Kontrola zagrożenia wybuchem jest zwykle osiągana przez wystarczającą wentylację naturalną lub mechaniczną, ograniczenie stężenia palnych gazów lub par do maksymalnego poziomu 25% ich dolnej granicy wybuchowości lub palności .

Górna granica palności

Górna granica palności (UFL): Najwyższe stężenie (procentowe) gazu lub pary w powietrzu, które może wywołać błysk ognia w obecności źródła zapłonu (łuk, płomień, ciepło). Stężenia wyższe niż UFL lub UEL są „zbyt bogate”, aby je spalić. Ze względów bezpieczeństwa zwykle unika się pracy powyżej UFL, ponieważ przedostające się powietrze może doprowadzić mieszaninę do zakresu palności.

Wpływ temperatury, ciśnienia i składu

Granice palności mieszanin kilku gazów palnych można obliczyć za pomocą reguły mieszania Le Chateliera dla palnych ułamków objętościowych : :

i podobne dla UFL.

Temperatura , ciśnienie i stężenie utleniacza również wpływają na granice palności. Wyższa temperatura lub ciśnienie, a także wyższe stężenie utleniacza (głównie tlenu w powietrzu) ​​skutkuje niższym LFL i wyższym UFL, stąd mieszanina gazów będzie łatwiej eksplodować.

Zwykle powietrze atmosferyczne dostarcza tlenu do spalania, a limity zakładają normalne stężenie tlenu w powietrzu. Atmosfery wzbogacone w tlen poprawiają spalanie, obniżając LFL i zwiększając UFL i odwrotnie; atmosfera pozbawiona utleniacza nie jest ani łatwopalna, ani wybuchowa przy jakimkolwiek stężeniu paliwa (z wyjątkiem gazów, które mogą energetycznie rozkładać się nawet przy braku utleniacza, takich jak acetylen ). Znaczne zwiększenie udziału gazów obojętnych w mieszaninie powietrza kosztem tlenu zwiększa LFL i zmniejsza UFL.

Kontrola atmosfer wybuchowych

Gaz i para

Kontrolowanie stężeń gazów i oparów poza granicami palności jest ważnym elementem bezpieczeństwa i higieny pracy . Metody stosowane do kontrolowania stężenia potencjalnie wybuchowego gazu lub oparów obejmują stosowanie gazu wymiatającego, niereaktywnego gazu, takiego jak azot lub argon , w celu rozcieńczenia gazu wybuchowego przed kontaktem z powietrzem. Powszechne jest również stosowanie płuczek lub adsorpcyjnych do usuwania gazów wybuchowych przed uwolnieniem. Gazy można również bezpiecznie przechowywać w stężeniach powyżej UEL, chociaż przerwa w pojemniku do przechowywania może prowadzić do wybuchu lub intensywnych pożarów .

pyły

Pyły mają również górną i dolną granicę wybuchowości, chociaż górne granice są trudne do zmierzenia i mają niewielkie znaczenie praktyczne. Dolne granice palności dla wielu materiałów organicznych mieszczą się w przedziale 10–50 g/m³, co jest wartością znacznie wyższą niż limity ustalone ze względów zdrowotnych, jak ma to miejsce w przypadku DGW wielu gazów i par. Chmury pyłu o takim stężeniu są trudne do zobaczenia na odległość większą niż niewielka i zwykle występują tylko wewnątrz urządzeń procesowych.

Granice palności zależą również od wielkości cząstek pyłu i nie są nieodłącznymi właściwościami materiału. Ponadto stężenie powyżej DGW może powstać nagle z osadzonych nagromadzeń pyłu, więc rutynowe monitorowanie, tak jak ma to miejsce w przypadku gazów i oparów, nie ma żadnej wartości. Preferowaną metodą zarządzania palnym pyłem jest zapobieganie gromadzeniu się osiadłego pyłu poprzez zamknięcie procesu, wentylację i czyszczenie powierzchni. Jednak dolne granice palności mogą być istotne przy projektowaniu instalacji.

Ciecze lotne

Sytuacje spowodowane parowaniem łatwopalnych cieczy do wypełnionej powietrzem pustej przestrzeni pojemnika można ograniczyć poprzez elastyczną objętość pojemnika lub użycie niemieszającego się płynu do wypełnienia pustej objętości pojemnika. Cysterny hydrauliczne wykorzystują wypieranie wody podczas napełniania zbiornika ropą naftową.

Przykłady

Granice palności/wybuchowości niektórych gazów i oparów podano poniżej. Stężenia podano w procentach objętościowych powietrza.

  • Ciecze klasy IA o temperaturze zapłonu poniżej 73 °F (23 °C) i temperaturze wrzenia poniżej 100 °F (38 °C) mają stopień palności NFPA 704 wynoszący 4
  • Ciecze klasy IB o temperaturze zapłonu niższej niż 73 ° F (23 ° C) i temperaturze wrzenia równej lub większej niż 100 ° F (38 ° C) oraz ciecze klasy IC o temperaturze zapłonu równej lub większej niż 73 ° F (23°C), ale poniżej 100°F (38°C) mają stopień palności NFPA 704 równy 3
  • ciecze klasy II o temperaturze zapłonu równej lub większej niż 100 °F (38 °C), ale niższej niż 140 °F (60 °C) oraz ciecze klasy IIIA o temperaturze zapłonu równej lub większej niż 140 °F (60 °C) °C), ale poniżej 200 °F (93 °C) mają stopień palności NFPA 704 równy 2
  • Ciecze klasy IIIB o temperaturze zapłonu równej lub wyższej niż 200 ° F (93 ° C) mają stopień palności NFPA 704 równy 1
Substancja Granica palności (% obj.) klasa NFPA
Punkt zapłonu

Minimalna energia zapłonu (mJ) @ proporcja w powietrzu, przy której została osiągnięta 		Temperatura samozapłonu
Niżej Górny
aldehyd octowy 4.0 57,0 IA −39°C 0,37 175°C
Kwas octowy (lodowaty) 4 19.9 II 39–43°C 463°C
Bezwodnik octowy II 54°C
Aceton 2,6–3 12.8–13 IB −17°C 1,15 @ 4,5% 465°C, 485°C
acetonitryl IB 2°C 524°C
Chlorek acetylu 7.3 19 IB 5°C 390°C
Acetylen 2.5 100 IA Palny gaz 0,017 przy 8,5%; 0,0002 @ 40%, w czystym tlenie 305°C
Akroleina 2.8 31 IB −26°C 0,13
akrylonitryl 3.0 17.0 IB 0°C 0,16 przy 9,0%
Chlorek allilu 2.9 11.1 IB −32°C 0,77
Amoniak 15 28 IIIB 11°C 680 651°C
arsyna 4,5–5,1 78 IA Palny gaz
Benzen 1.2 7.8 IB −11°C 0,2 @ 4,7% 560°C
1,3-butadien 2.0 12 IA −85°C 0,13 przy 5,2%
Butan , n-butan 1.6 8.4 IA −60°C 0,25 @ 4,7% 420–500°C
octan n-butylu , octan butylu 1–1,7 8–15 IB 24°C 370°C
2-butanol 1.7 9.8 29°C 405°C
izobutanol 1.7 10.9 22–27°C 415°C
n-Butanol 1.4 11.2 IC 35°C 340°C
Chlorek n-butylu , 1-chlorobutan 1.8 10.1 IB −6°C 1.24
merkaptan n-butylu 1.4 10.2 IB 2°C 225°C
Keton butylowo-metylowy , 2-heksanon 1 8 IC 25°C 423°C
Butylen , 1-butylen, 1-buten 1,98 9.65 IA −80°C
Dwusiarczek węgla 1.0 50,0 IB −30°C 0,009 przy 7,8% 90°C
Tlenek węgla 12 75 IA −191 °C Gaz łatwopalny 609°C
Tlenek chloru IA Palny gaz
1-chloro-1,1-difluoroetan 6.2 17,9 IA −65 °C Gaz łatwopalny
Cyjan 6,0–6,6 32–42,6 IA Palny gaz
cyklobutan 1.8 11.1 IA -63,9 °C 426,7°C
Cykloheksan 1.3 7,8–8 IB −18 – −20 °C 0,22 przy 3,8% 245°C
Cykloheksanol 1 9 IIIA 68°C 300°C
Cykloheksanon 1–1,1 9–9,4 II 43,9–44 °C 420°C
cyklopentadien IB 0°C 0,67 640°C
Cyklopentan 1,5–2 9.4 IB −37 – −38,9 °C 0,54 361°C
cyklopropan 2.4 10.4 IA −94,4 °C 0,17 przy 6,3% 498°C
dekan 0,8 5.4 II 46,1°C 210°C
Diboran 0,8 88 IA −90 °C Gaz łatwopalny 38°C
o-dichlorobenzen , 1,2-dichlorobenzen 2 9 IIIA 65°C 648°C
1,1-dichloroetan 6 11 IB 14°C
1,2-dichloroetan 6 16 IB 13°C 413°C
1,1-dichloroeten 6.5 15,5 IA −10 °C Gaz łatwopalny
Dichlorofluorometan 54,7 Niepalny, -36,1 ° C 552°C
Dichlorometan , chlorek metylenu 16 66 Nie palne
Dichlorosilan 4–4,7 96 IA −28°C 0,015
Olej napędowy 0,6 7,5 IIIA >62°C 210°C
dietanoloamina 2 13 IB 169°C
Dietyloamina 1.8 10.1 IB −23 – −26 °C 312°C
Dwusiarczek dietylu 1.2 II 38,9°C
Eter dietylowy 1,9–2 36–48 IA −45°C 0,19 przy 5,1% 160–170°C
Siarczek dietylu IB −10°C
1,1-difluoroetan 3.7 18 IA -81,1 °C
1,1-difluoroetylen 5.5 21.3 −126,1 °C
Difluorometan 14.4
Keton diizobutylowy 1 6 49°C
Eter diizopropylowy 1 21 IB −28°C
Dimetyloamina 2.8 14.4 IA Palny gaz
1,1-dimetylohydrazyna IB
Siarczek dimetylu IA −49°C
sulfotlenek dimetylu 2,6–3 42 IIIB 88–95°C 215°C
1,4-dioksan 2 22 IB 12°C
Epichlorohydryna 4 21 31°C
Etan 3 12–12,4 IA Gaz łatwopalny, −135 °C 515°C
Etanol , alkohol etylowy 3–3,3 19 IB 12,8°C 365°C
2-etoksyetanol 3 18 43°C
Octan 2-etoksyetylu 2 8 56°C
Octan etylu 2 12 IA −4°C 460°C
etyloamina 3.5 14 IA −17°C
etylobenzen 1.0 7.1 15–20°C
Etylen 2.7 36 IA 0,07 490°C
Glikol etylenowy 3 22 111°C
Tlenek etylenu 3 100 IA −20°C
Chlorek etylu 3.8 15.4 IA −50°C
merkaptan etylu IA
Olej opałowy nr 1 0,7 5
Furan 2 14 IA −36°C
Benzyna (100 oktanów ) 1.4 7.6 IB < −40°C 246–280°C
Glicerol 3 19 199°C
Heptan , n-heptan 1.05 6.7 −4°C 0,24 przy 3,4% 204–215°C
Heksan , n-heksan 1.1 7,5 −22°C 0,24 przy 3,8% 225°C, 233°C
Wodór 4/18,3 75/59 IA Palny gaz 0,016 przy 28%; 0,0012 w czystym tlenie 500–571 °C
Siarkowodór 4.3 46 IA Palny gaz 0,068
izobutan 1.8 9.6 IA Palny gaz 462°C
Alkohol izobutylowy 2 11 28°C
izoforon 1 4 84°C
Alkohol izopropylowy , izopropanol 2 12 IB 12°C 398–399 °C; 425°C
Chlorek izopropylu IA
Nafta Jet A-1 0,6–0,7 4,9–5 II >38°C, jako paliwo do silników odrzutowych 210°C
wodorek litu IA
2-merkaptoetanol IIIA
Metan (gaz ziemny) ISO10156 5.0 14.3 IA Palny gaz 0,21 przy 8,5% 580°C
IEC60079-20-1 4.4 17
octan metylu 3 16 −10°C
Alkohol metylowy , metanol 6–6,7 36 IB 11°C 385°C; 455°C
metyloamina IA 8°C
Chlorek metylu 10.7 17.4 IA −46°C
Eter metylowy IA −41°C
Eter metylowo-etylowy IA
Keton metylowo-etylowy 1.8 10 IB −6°C 505–515 °C
mrówczan metylu IA
merkaptan metylu 3.9 21.8 IA −53 °C
Duchy mineralne 0,7 6.5 38–43°C 258°C
Morfolina 1.8 10.8 IC 31–37,7 °C 310°C
Naftalen 0,9 5.9 IIIA 79–87 °C 540°C
Neoheksan 1.19 7.58 −29°C 425°C
Tetrakarbonyl niklu 2 34 4°C 60°C
Nitrobenzen 2 9 IIIA 88°C
nitrometan 7.3 22.2 35°C 379°C
Oktan 1 7 13°C
izooktan 0,79 5,94
Pentan 1.5 7.8 IA −40 – −49 °C 0,18 @ 4,4%, jako 2-pentan 260°C
n-pentan 1.4 7.8 IA 0,28 przy 3,3%
izo-pentan 1.32 9.16 IA 420°C
fosfina IA
propan 2.1 9,5–10,1 IA Palny gaz 0,25 przy 5,2%; 0,0021 w czystym tlenie 480°C
Octan propylu 2 8 13°C
propylen 2.0 11.1 IA −108°C 0,28 458°C
Tlenek propylenu 2.9 36 IA
Pirydyna 2 12 20°C
Krzemowodór 1.5 98 IA <21°C
Styren 1.1 6.1 IB 31–32,2 °C 490°C
tetrafluoroetylen IA
tetrahydrofuran 2 12 IB −14°C 321°C
Toluen 1,2–1,27 6,75–7,1 IB 4,4°C 0,24 przy 4,1% 480°C; 535°C
trietyloboran −20°C −20°C
trimetyloamina IA Palny gaz
trójnitrobenzen IA
Terpentyna 0,8 IC 35°C
Olej roślinny IIIB 327°C
Octan winylu 2.6 13.4 −8°C
Chlorek winylu 3.6 33
ksyleny 0,9–1,0 6,7–7,0 IC 27–32°C 0,2
m-ksylen 1.1 7 IC 25°C 525°C
o-ksylen IC 17°C
p-ksylen 1.0 6.0 IC 27,2°C 530°C

ASTM E681

Obraz płomienia R-32 w pobliżu jego LFL w aparacie 12 L ASTM E-681.

W Stanach Zjednoczonych najpowszechniejszą metodą pomiaru LFL i UFL jest ASTM E681 . Ten standardowy test jest wymagany dla gazów HAZMAT klasy 2 i do określenia klasyfikacji palności czynnika chłodniczego . Niniejsza norma wykorzystuje wizualne obserwacje rozprzestrzeniania się płomienia w kulistych naczyniach szklanych o pojemności 5 lub 12 l w celu pomiaru granic palności. Warunki palności definiuje się jako te, w których płomień rozprzestrzenia się poza kątem stożka 90°.

Zobacz też

Dalsza lektura

Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Flammability_limit&oldid=1112811615 ”