10.4 Жарылыстың концентрациялық шектерін тәжірибе жүзінде анықтау

Жарылыстың концентрациялық шектері жанғыш газдың немесе жанғыш сұйықтық буынын ауамен қоспасының пайыздық концентрациясымен жазылады. Алайда тәжірибе жүзінде концентрацияны қолдану қиын, себебі оны өлшеу күрделі болып табылады.

Кәсіпорындарды қараған кезде жиі оңай жанатын сұйықтықтармен жұмыс жасауға тура келеді. Бұл жағдайда сұйықтық температурасы арқылы жарылыс шектерін пайдаланған дұрыс. Сұйықтық температурасы әдетте белгілі және оңай өлшенуі мүмкін, ал қаныққан булардың концентрациясы тікелей температурамен байланысты болады.

Жарылудың төменгі температуралық шегін жарылыстың төменгі шегіне сәйкес келетін булардың концентрациясы түзілетін сұйықтық температурасымен белгілейді. Осыған сәйкес жоғарғы температуралық шекті булардың концентрациясы жарылыстың жоғарғы шегіне сәйкес келетін температура мәнімен белгілейді. Мысалы метил спирті үшін жарылыстың төменгі температуралық шегі + 8 °С, ал жоғары шегі + 32 °С. Сондықтан 8-32°С диапазонындағы метил спиртінің барлық концентрациялары жырылғыш болып табылады.

Жарылыс шектерін өлшеуге арналған қондырғы болады. Ол жанатын сұйықтық құйылатын ыдыстан тұрады, ыдыс қыздырғышы бар термостатқа орналасқан. Термостаттың және сәйкесінше жанатын сұйықтықтың температурасы тіркегішпен өлшенеді. Электродтар арқылы ыдысқа электр тоғы жіберіледі. Егер сұйықтық жарылғыш болса, онда контактілерден таралатын жалын пайда болады; егер жарылғыш болмаса, жалын пайда болмайды.

10.5 Жарылыстың концентрациялық шектерін есептеу

Жарылыс шектерін анықтау үшін әр түрлі жаңғыш заттар үшін эксперименталді мәліметтерді өңдеу арқылы алынған эмпирикалық формулалар қолданылады.

Жарылыстың төменгі шегі келесі формула бойынша есептеледі:

, көлем. %

Жарылыстың жоғарғы шегі келесі формула бойынша есептеледі:

көлем. %

Мұндағы N - қоспаның жанғыш компонентінің бір молекуласының жануына қажет болатын оттек атомдарының мөлшері.

Мысал ретінде ауа мен пентан қоспасның жарылыс шектерін анықтайық.

Пентанның жану реакциясының теңдеуін жазайық:

С₅Н₁₂+80₂=5С0₂+6Н₂0

Пентанның бір молекуласының жануына қажет болатын оттек атомдарының санын анықтайық:

N =8∙2 = 16

Қарастырылатын қоспада жарлыстың төменгі шегін келесі формула бойынша анықтайық:

Келесі формула бойынша қоспаның жоғарғы жарылыс шегін табайық:

Осылайша пентан-ауа қоспасы үшін жарылыстың төменгі шегі пентан мөлшері 1,4% болғанда, ал жарылыстың жоғарғы шегі пентан мөлшері 5,0% болғанда қол жеткізіледі.

Көп жағдайда вентиляциялық қондырғылардың, кептіргіштердің, араластырғыштардың және т.б. аппараттардың қауіпсіздік мәселелерін шешу кезінде бірнеше жанғыш компоненттен тұратын қоспаның жарылу шектерін анықтауға тура келеді, мұндай қоспалардың төменгі және жоғарғы шектерін табу үшін келесі формулалар қолданылады:

Мұнда V₁, V₂, … V_n – жаңғыш компоненттердің концентрациялары, колем.%;

Н₁, Н₂, … Н_n – компоненттердің төменгі шегі, көлем.%;

В₁, В₂, … В_n – компоненттердің жоғарғы шегі, көлем.%;

Өндіріс жағдайында будың немесе газдың ауамен кез келген қоспалары түзілуі мүмкін. Бұл қоспалардағы жаңғыш заттардың концентрациясы пайыз бөліктерінен 100% - ға дейін болуы мүмкін. Алайда бұл концентрациялардың барлығы жалын немесе жарылыстың пайда болуы көзқарасы жағынан қауіпті болып саналмайды.

Көміртек оксидінің ауамен қоспасын қарастырайық. Егер бұл қоспа құрамында СО мөлшері 12,5% аз болса, ол қуатты электр ұшқынының әсерінен жанбайды. Тек қана СО концентрациясы 12,5% болғанда бұл қоспаның жарылыс жылдамдығымен жануы және жарылыс беруі жүреді.

Төменгі жарылыс шегі кезіндегі кез келген газ бен будың қоспасында ауаның артық мөлшері болады. Осылайша көміртек оксиді үшін ауаның артық мөлшерінің коэффиценті α=2,6, күкірт сутек үшін α=6,9, метан үшін α=2 және т.с.с. Яғни шекті қоспада жанатын зат жетіспеген жағдайда болады, ал ауаның мөлшері артық болғанда, ол төмен жылу өткізгіштік қабілетке, жалынның таралуының төмен жылдамдығына, жарылыстың төмен температурасына және аз жарылыс қысымына ие болады. Бұл кезде жарылыс күші үлкен емес.

Сұйықтың үстіндегі қаныққан буларда жарылыстың төменгі шегіне сәйкес келетін концентрация әрдайым сұйықтықтың жарылыс температурасында түзіледі. СО концентрациясын жарылыстың төменгі шегінен жоғары көтерген кезде жарылыс қуаты үлкен болатын жарылғыш қоспалар түзіледі. Оның себебі, олардың құрамында жаңғыш заттың көп болуы және олардың үлкен жылу өткізгіштік пен жарылыс темпераутрасына ие болуы.

Теория жүзінде жарылыс қуатының күшеюі стехиометриялық қоспаға дейін жүреді. Бұл кезде ауа мен жанатын зат мөлшері жану раекциясына дәл сәйкес келеді. Тұншықтырғыш газ үшін реакция келесі түрде жазылады:

2СО+О₂=2СО₂

Стехиометриялыққа сәйкес келетін СО концентрациясы 29,4% тең. СО концентрациясын әрі қарай стехиометриялықтан жоғары көтерген кезде, қоспалардың жарылыс күші ауаның жетіспеушілік салдарынан төмендейді. Тұншықтырғыш газдың мөлшері 75% болған кезде қоспа жану қабілетінен айырылады.

Төмен болған кезде жарылыс болса, ал жоғары болған кезде жануға қабілетсіз болып қалатын газ немесе будын концентрациясы жарылыстың жоғарғы шегі деп аталады. Жарылыстың жоғарғы және төменгі шегі арасындағы аймақ жарылыс аралығы деп аталады. Жарылыс аралығын біле отырып қауіпсіз концентрациялар аймақтарын анықтауға болады.

Көміртек оксиді үшін бұл аймақтар (0-12,5)% және (75-100)% аралығында жатады. Қауіпсіз концентрациялар аймақтарының болуы жаңғыш сұйықтықтарды сақтау және қолдану процесі кезінде булардың концентрациясы жарылыс аралығынан жоғары немесе төмен болатындай қысым және температура бойынша режимді ұстауға мүмкіндік береді. Жарылыстың төменгі және жоғарғы шектерінде жалынның таралуының тоқтау себебі, температура мен қоспа құрамына тәуелді болатын сәулелену есебінен жалынның жылу жоғалтуы болып табылады.

Өзін ­ өзі тексеруге арналған сұрақтар:

1. Жанудың жарылысқа айналуы.

2. Пироқұрамдардың жарылғыш қасиеттерін сынау.

3. Бутан үшін жарылыс шектерін анықтаңыз.

4. Пиротехникалық құрамдардың физикалық және химиялық тұрақтылығы.

5. Жарылыстың концентрациялық шектерін тәжірибе жүзінде анықтау.

6. Пироқұрамдардың жарылғыш қасиеттерін сынау.

11. Пиротехникалық заттар туралы жалпы мәліметтер

Пиротехникалық заттардың отшашуда қолдануы өте қауіпті жарылыс және өрт шығуы мүмкін. Олардың жану өнімдері қоршаған ортаға, адамзатқа қауіпті. Сыртқы факторлар әсерінен (соққы, жылу, электромагнитті сәуле т.б.) жану жарылысқа өтуі мүмкін. Жарылу соққы толқынында конструкциялардың жарықшақтардың ұшуына әкеледі.

Пиротехникалық құралдар (ПҚ) конструкция ерекшелігіне байланысты бір немесе бірнеше қауіпті факторларға әкеліп соғады. 11.1 кестеде ПҚ қауіптің деңгейі көрсетілген. Қорғанған жағдайда ол заттарға арналған арнайы техникалық қауіпсіздік ережелерінің құжаттары болуы керек. Қауіпті аймақтың өзінің аумағы болады. Пиротехникалық зат пен жұмыс істеп жатқан фактор қауіпті болып саналады. Қауіпті аймақта ПҚ-ң қауіпті факторлары әсер ететін аймақ жатады. Қауіпсіз аймақ дегеніміз әсер етуші пиротехникалық заттардың факторының әсері қауіпті деңгейге дейін жетпеуі.

Материалдың дисперстілік жану өнімдері мен аэрозольдің адамға және қоршаған ортаға әсері нормативті құжат арқылы қарастырылады (ТЖ, эксплуатация қағидасы және т.б.)

11.1-кесте