Теория горения и взрывов. Лекция 12

Учебные вопросы
Контроль за накоплением горючих газов и паров.
Аварийное вентилирование помещений.
Взрывозащита методом флегматизации взрывоопасной среды.
Устройство предохранительных конструкций.
Взрывоподавление
Тема 5: ВЗРЫВОЗАЩИТА
.

Учебная литература:
Зинченко А.В. Теория горения и взрыва, 2016. URL:
http:// elib.spbstu.ru/dl/2/s16-138.pdf

Контроль за накоплением горючих газов и паров.

К числу активных мер взрывозащиты относятся следующие:
– контроль за накоплением взрывоопасных газов и паров в помещениях;
– аварийное вентилирование помещений при образовании в них взрывоопасной среды;
– флегматизация взрывоопасной среды в помещениях;
– устройство предохранительных конструкций, ослабляющих разрушительное действие взрыва;
– подавление возникающего взрыва.

Газоанализатор – измерительный прибор для определения качественного и количественного составов смесей газов.
Различают газоанализаторы ручного действия и автоматические. Среди газоанализаторов ручного действия наиболее распространены абсорбционные газоанализаторы, в которых компоненты газовой смеси последовательно поглощаются различными реагентами.
Автоматические газоанализаторы непрерывно измеряют какую-либо физическую или физико-химическую характеристику газовой смеси
или ее отдельных компонентов.

По принципу действия автоматические газоанализаторы могут быть разделяются на три группы:
1. Объемно-манометрические (химические) газоанализаторы – приборы, основанные на физических методах анализа, включающих вспомогательные химические реакции. При помощи таких газоанализаторов определяют изменение объема или давления газовой смеси в результате химических реакций ее отдельных компонентов.
2. Приборы, основанные на физических методах анализа, включающих вспомогательные физико-химические процессы (термохимические, электрохимические, фотоколориметрические, хроматографические и др.).

Термохимические газоанализаторы – газоанализаторы, позволяющие измерить тепловой эффект реакции каталитического окисления (горения) газа и применяемые для определения концентраций горючих газов (например, опасных концентраций окиси углерода в воздухе).
Электрохимические газоанализаторы – газоанализаторы, применяемые
для определения концентрации газа в смеси по значению электрической
проводимости раствора, поглотившего этот газ.
Фотоколориметрические газоанализаторы – газоанализаторы, действие которых основано на изменении цвета определенных веществ при их реакции с анализируемым компонентом газовой смеси, позволяющее определить микроконцентрации токсичных примесей в газовых смесях — сероводорода, окислов азота и др.
Хроматографические газоанализаторы – газоанализаторы, широко используемые для анализа смесей газообразных углеводородов.

Приборы, основанные на чисто физических методах анализа
Термокондуктометрические газоанализаторы – газоанализаторы, применяемые для измерения теплопроводности газов и анализа двухкомпонентных смесей (или многокомпонентные при условии изменения концентрации только одного компонента).
Денсиметрические газоанализаторы – газоанализаторы, применяемые для измерения плотности газовой смеси и содержания углекислого газа, плотность которого в 1,5 раза превышает плотность чистого воздуха.
Магнитные газоанализаторы – газоанализаторы, применяемые для определения концентрации кислорода, обладающего большой магнитной восприимчивостью.
Оптические газоанализаторы – газоанализаторы, используемые для измерения оптической плотности, спектров поглощения или спектров испускания газовой смеси.
Ультрафиолетовые газоанализаторы – газоанализаторы, используемые
для определения содержания в газовых смесях галогенов, паров ртути, некоторых органических соединений.

Газоанализаторы разделяются на
Портативные приборы являются средством индивидуальной защиты и измерения концентрации газов.
Стационарные используют для индикации показаний и интеграции их в систему АСУ, включения и отключения различных вторичных устройств.
Газосигнализатор – прибор для подачи сигнализации о превышении норм допустимой концентрации опасных газов и паров в воздухе рабочей зоны, для предотвращения отравлений токсичными газами и исключения опасности взрыва горючих газов.

Аварийное вентилирование помещений

Аварийное вентилирование помещений
является одним из основных способов предупреждения образования взрывоопасных сред.
Различают промышленные и бытовые системы вентиляции.
Промышленные системы вентиляции устанавливаются на производстве, а бытовые – в жилых помещениях.
В зависимости от специализации различают рабочую (основную) и аварийную системы вентиляций.
Различают вентиляции с искусственным и естественным побуждением.
Вентиляция с естественным побуждением (открытие окон, форточек) используется при неопасном и невредном производстве.
Искусственная вентиляция (нагнетание воздуха какими-то приспособлениями, например, вентилятором) используется там, где нужна постоянная стабильная скорость и сила потока.
По назначению системы вентиляции делятся на приточные, вытяжные и
приточно-вытяжные.

Основным показателем работы вентиляции является кратность воздухообмена, которая характеризуется числом обмена воздуха в помещении в течение часа.
При оценке взрывоопасности помещений учитывается возможность образования локальной взрывоопасной среды, допустимый объем которой определяется тем, что развиваемое при выгорании локального облака избыточное давление не должно превышать 5 кПа.
Этому условию соответствует объем локального облака со средней концентрацией на уровне НКПР, равный примерно 5 % от объема помещения. Расчеты показывают, что предельно допустимая концентрация горючих примесей с учетом запаса надежности 50 % составляет 2,5 % НКПР.

Взрывозащита методом флегматизации взрывоопасной среды.

Метод флегматизации
взрывоопасной среды в помещениях основан на разбавлении взрывоопасной среды до состояния, когда эта среда не способна распространять пламя.
Это состояние достигается при содержании разбавителей, соответствующих «пику» на кривой флегматизации, построенной на графике в координатах «содержание горючего компонента в смеси с воздухом и флегматизатором» (ось ординат) и «содержание флегматизатора в смеси с воздухом и горючим компонентом» (ось абсцисс).

Область состава, ограниченная кривой флегматизации и осью ординат, является горючей, а область вне кривой флегматизации – негорючей.
В качестве флегматизатора применяются инертные разбавители и бромйодосодержащие хладоны, способные ингибировать горение (С2Н5I, CF3CH2Br, CF3CHClBr и др.).
Как видно из рисунка, значения пиковых концентраций весьма велики, а нижняя ветвь кривой флегматизации оказывается практически параллельной оси абсцисс.

Устройство предохранительных конструкций.
Взрывоподавление
Предохранительные конструкции применяются для взрывозащиты
технологического оборудования и помещений.
Принцип их действия заключается в ослаблении разрушительного действия взрыва за счет своевременного сброса из объекта защиты избыточного давления.
Для взрывозащиты технологического оборудования используются мембраны и клапаны, которые предназначены для уменьшения давления в ГВС, что приводит к предотвращению взврыва в условиях нагревания ГВС.
К предохранительным конструкциям, предназначенным для взрывозащиты помещений и сооружений, относятся следующие:
– остекление;
– легкосбрасываемые облегченные стеновые панели;
– облегченные покрытия.

Наиболее широко в качестве ПК применяется остекление. Толщина стекла (h) является важным, но не единственным фактором, определяющим эффективность ПК. С увеличением размера стекла его прочность (σс) снижается. Вместе с тем, при 2 мм≤ h ≤ 6 мм σмин ≈ const.
Разрушение зависит и от способа крепления стекол.
Остекление как средство взрывозащиты эффективно, если время образования проема будет меньше времени сгорания горючей смеси, т. е. при t ≤ 0,1 с. Коэффициент эффективности использования стекол в качестве ПК составляет для одинарных стекол от 0,01 до 0,7 а для бинарных – 0,25.

Взрывоподавление – активный способ взрывозащиты, заключающийся в очень быстром воздействии на начавшийся взрыв эффективными средствами пожаротушения.
Взрыв ГВС, паров ЛВЖ, газа, органических пылей, развивающийся в дефлаграционном режиме, имеет инкубационный период длительностью до 5⋅10–2 с, во время которого еще не происходит резкого повышения давления.
Существующие технические средства позволяют за это время обнаружить возникновение взрыва и интенсивно воздействовать на него огнетушащим средством. Впервые систему взрывоподавления для защиты самолетных баков в годы Второй мировой войны разработала фирма «Травинер», которая до настоящего времени успешно работает в этой области.