Εκρηκτικά όρια μιγμάτων αερίου-αέρα. Φυσικές και χημικές ιδιότητες της σήμανσης FM φυσικού αερίου σύμφωνα με NEC, CEC
Τα μίγματα αερίου-αέρα μπορούν να αναφλεγούν (να εκραγούν) μόνο όταν η περιεκτικότητα αερίου στο μείγμα είναι εντός ορισμένων ορίων (για κάθε αέριο). Από αυτή την άποψη, γίνεται διάκριση μεταξύ κατώτερου και ανώτερου ορίου ευφλεκτότητας συγκέντρωσης. Το κατώτερο όριο αντιστοιχεί στο ελάχιστο και το ανώτερο όριο αντιστοιχεί στη μέγιστη ποσότητα αερίου στο μείγμα, στο οποίο αναφλέγονται (κατά την ανάφλεξη) και αυθόρμητα (χωρίς εισροή θερμότητας από έξω) διάδοση φλόγας (αυτοανάφλεξη) Το Τα ίδια όρια αντιστοιχούν στις συνθήκες εκρηκτικότητας των μειγμάτων αερίου-αέρα.
Πίνακας 8.8... Βαθμός διάστασης υδρατμών H2O και διοξειδίου του άνθρακα CO2 ανάλογα με τη μερική πίεση
|
Θερμοκρασία, |
Μερική πίεση, MPa |
|||||||||||
|
Υδρατμοί H2O |
||||||||||||
|
Διοξείδιο του άνθρακα CO2 |
||||||||||||
Εάν το περιεχόμενο αερίου στο μείγμα αερίου-αέρα είναι μικρότερο από το κατώτερο όριο ευφλεκτότητας, ένα τέτοιο μείγμα δεν μπορεί να καεί και να εκραγεί, αφού η θερμότητα που απελευθερώνεται κοντά στην πηγή ανάφλεξης δεν είναι αρκετή για να θερμάνει το μίγμα στη θερμοκρασία ανάφλεξης. Εάν το περιεχόμενο αερίου στο μείγμα είναι μεταξύ του κατώτερου και του άνω ορίου ευφλεκτότητας, το αναφλεγόμενο μίγμα αναφλέγεται και καίγεται τόσο κοντά στην πηγή ανάφλεξης όσο και όταν αφαιρείται. Αυτό το μείγμα είναι εκρηκτικό.
Όσο μεγαλύτερο είναι το εύρος των εύφλεκτων ορίων (που ονομάζονται επίσης όρια έκρηξης) και όσο χαμηλότερο είναι το κατώτερο όριο, τόσο πιο εκρηκτικό είναι το αέριο. Τέλος, εάν η περιεκτικότητα αερίου στο μείγμα υπερβεί το ανώτερο όριο ευφλεκτότητας, τότε η ποσότητα αέρα στο μείγμα είναι ανεπαρκής για πλήρη καύση του αερίου.
Η ύπαρξη εύφλεκτων ορίων προκαλείται από την απώλεια θερμότητας κατά την καύση. Όταν το καύσιμο μίγμα αραιώνεται με αέρα, οξυγόνο ή αέριο, οι απώλειες θερμότητας αυξάνονται, η ταχύτητα διάδοσης της φλόγας μειώνεται και η καύση σταματά μετά την αφαίρεση της πηγής ανάφλεξης.
Τα όρια ευφλεκτότητας για κοινά αέρια που αναμειγνύονται με αέρα και οξυγόνο δίνονται στον πίνακα. 8.11-8.9. Με την αύξηση της θερμοκρασίας του μίγματος, τα όρια ευφλεκτότητας επεκτείνονται και σε θερμοκρασία που υπερβαίνει τη θερμοκρασία αυτοανάφλεξης, τα μείγματα αερίου με αέρα ή οξυγόνο καίγονται σε οποιαδήποτε αναλογία όγκου.
Τα όρια ευφλεκτότητας εξαρτώνται όχι μόνο από τους τύπους καύσιμων αερίων, αλλά και από τις πειραματικές συνθήκες (χωρητικότητα δοχείου, θερμική ισχύς της πηγής ανάφλεξης, θερμοκρασία μίγματος, διάδοση φλόγας πάνω, κάτω, οριζόντια κ.λπ.). Αυτό εξηγεί τις διαφορετικές έννοιες αυτών των ορίων σε διάφορες λογοτεχνικές πηγές. Τραπέζι 8.11-8.12 δείχνει συγκριτικά αξιόπιστα δεδομένα που λαμβάνονται σε θερμοκρασία δωματίου και ατμοσφαιρική πίεση όταν η φλόγα διαδίδεται από κάτω προς τα πάνω σε σωλήνα με διάμετρο 50 mm ή περισσότερο. Όταν η φλόγα εξαπλωθεί από πάνω προς τα κάτω ή οριζόντια, τα κάτω όρια αυξάνονται ελαφρώς και τα ανώτερα μειώνονται. Τα όρια ευφλεκτότητας σύνθετων καύσιμων αερίων που δεν περιέχουν προσμείξεις έρματος καθορίζονται σύμφωνα με τον κανόνα προσθετικότητας:
L g = (r 1 + r 2 +… + r n) / (r 1 / l1 + r2 / l2 +… + rn / ln) (8,17)
όπου L g είναι το κατώτερο ή ανώτερο όριο ευφλεκτότητας ενός σύνθετου αερίου (8.17)
όπου 12 είναι το κατώτερο ή το ανώτερο όριο ευφλεκτότητας ενός σύνθετου αερίου σε μίγμα αερίου-αέρα ή αερίου-οξυγόνου, τόμος. %; r, r2, ..., rn - περιεχόμενο μεμονωμένων συστατικών σε ένα σύνθετο αέριο, τόμος. %; r, + r2 + ... + rn = 100%; l, l2, ..., ln είναι τα κατώτερα ή ανώτερα όρια ευφλεκτότητας μεμονωμένων συστατικών στο μείγμα αερίου-αέρα ή αερίου-οξυγόνου σύμφωνα με τον πίνακα. 8.11 ή 8.12, τόμ. %.
Παρουσία ακαθαρσιών έρματος στο αέριο, τα όρια ευφλεκτότητας μπορούν να προσδιοριστούν με τον τύπο:
L6 = LJ 1 + B / (1 - B); 00] / (8.18)
όπου Lg είναι τα ανώτερα και κατώτερα όρια ευφλεκτότητας του μείγματος με προσμίξεις έρματος, τόμος. %; L2 - άνω και κάτω όρια ευφλεκτότητας του εύφλεκτου μείγματος, τόμος. %; Β - η ποσότητα των προσμείξεων έρματος, μονάδες κλάσματα.
Πίνακας 8.11.Όρια ευφλεκτότητας αερίων που αναμιγνύονται με αέρα (σε t = 20 ° C και p = 101,3 kPa)
|
Μέγιστη πίεση έκρηξης, MPa |
Αναλογία υπερβολικού αέρα a στα όρια ανάφλεξης |
||||||
|
Σε όρια ευφλεκτότητας |
Με στοιχειομετρική σύνθεση του μείγματος |
Με τη σύνθεση του μείγματος να δίνει τη μέγιστη πίεση έκρηξης |
|||||
|
πιο χαμηλα |
ανώτερος |
πιο χαμηλα |
ανώτερος |
||||
|
Μονοξείδιο του άνθρακα |
|||||||
|
Ισοβουτάνιο |
|||||||
|
Προπυλένιο |
|||||||
|
Ασετυλίνη |
|||||||
Τ Πίνακας 8.12.Όρια ευφλεκτότητας αερίων που αναμιγνύονται με οξυγόνο (στους t = 20ºC και p =
Κατά τον υπολογισμό, είναι συχνά απαραίτητο να γνωρίζουμε τον συντελεστή περίσσειας αέρα a σε διαφορετικά όρια ευφλεκτότητας (βλέπε Πίνακα 8.11), καθώς και την πίεση που προκύπτει από την έκρηξη του μείγματος αερίου-αέρα. Ο λόγος περίσσειας αέρα που αντιστοιχεί στα ανώτερα ή κατώτερα όρια ευφλεκτότητας μπορεί να προσδιοριστεί με τον τύπο
α = (100 / L - 1) (1 / VT) (8,19)
Η πίεση που προκύπτει από την έκρηξη των μειγμάτων αερίου-αέρα μπορεί να προσδιοριστεί με επαρκή προσέγγιση από τους ακόλουθους τύπους: για τη στοιχειομετρική αναλογία ενός απλού αερίου προς αέρα:
P z = Pn (1 + β tk) (m / n) (8,20)
για οποιαδήποτε αναλογία σύνθετου αερίου προς αέρα:
Pvz = Pn (1 + βtk) Vvlps / (1 + αV m) (8.21)
όπου P zz - η πίεση που προκύπτει από την έκρηξη, MPa. рн - αρχική πίεση (πριν από την έκρηξη), MPa. γ - συντελεστής ογκομετρικής διαστολής αερίων, αριθμητικά ίσος με τον συντελεστή πίεσης (1/273) · tK - θερμιδομετρική θερμοκρασία καύσης, ° С t είναι ο αριθμός των γραμμομορίων μετά την έκρηξη, που καθορίζεται από την αντίδραση της καύσης αερίου στον αέρα. n είναι ο αριθμός των γραμμομορίων πριν από την έκρηξη που συμμετέχουν στην αντίδραση καύσης. V mn ,. - ο όγκος των υγρών προϊόντων καύσης ανά 1 m 3 αερίου, m 3 · V „, - θεωρητική κατανάλωση αέρα, m 3 / m 3.
Πιέσεις έκρηξης που δίνονται στον πίνακα. 8.13 ή καθορίζεται από τους τύπους, μπορεί να συμβεί μόνο εάν υπάρχει πλήρης καύση του αερίου μέσα στο δοχείο και τα τοιχώματά του έχουν σχεδιαστεί για αυτές τις πιέσεις. Διαφορετικά, περιορίζονται από την αντοχή των τοίχων ή των πιο εύκολα καταστραμμένων τμημάτων τους - οι παλμοί πίεσης διαδίδονται μέσω του ακατάλληλου όγκου του μείγματος με την ταχύτητα του ήχου και φτάνουν στο περίβλημα πολύ πιο γρήγορα από το μέτωπο της φλόγας.
Αυτό το χαρακτηριστικό - η διαφορά στις ταχύτητες διάδοσης της φλόγας και παλμών πίεσης (κρουστικά κύματα) - χρησιμοποιείται ευρέως στην πράξη για την προστασία συσκευών και χώρων αερίου από καταστροφή κατά τη διάρκεια μιας έκρηξης. Για αυτό, ανοίγουν ή καταρρέουν τραβέρσες, πλαίσια, πάνελ, βαλβίδες κλπ. Εγκαθίστανται στα ανοίγματα τοίχων και οροφών. Η πίεση που προκύπτει από μια έκρηξη εξαρτάται από τα χαρακτηριστικά σχεδιασμού των προστατευτικών συσκευών και τον συντελεστή απελευθέρωσης kc6, που είναι ο λόγος της περιοχής των προστατευτικών συσκευών προς τον όγκο του δωματίου.
3 Ιουνίου 2011| – | Χαμηλότερο όριο έκρηξης | Ανώτερο όριο έκρηξης |
| Βενζίνη Β-70 | 0,8 | 5,1 |
| Κηροζίνη για τρακτέρ | 1,4 | 7,5 |
| Προπάνιο | 2,1 | 9,5 |
| ν-Μπουτάν | 1,5 | 8,5 |
| Μεθάνιο | 5 | 15 |
| Αμμωνία | 15 | 28 |
| Υδρόθειο | 4,3 | 45,5 |
| Μονοξείδιο του άνθρακα | 12,5 | 75 |
| Υδρογόνο | 4 | 75 |
| Ασετυλίνη | 2 | 82 |
Η έκρηξη είναι ένας άμεσος χημικός μετασχηματισμός που συνοδεύεται από απελευθέρωση ενέργειας και σχηματισμό συμπιεσμένων αερίων.
Κατά την έκρηξη μειγμάτων αερίου-αέρα, απελευθερώνεται μεγάλη ποσότητα θερμότητας και σχηματίζεται μεγάλη ποσότητα αερίων.
Τα αέρια, λόγω της θερμότητας που απελευθερώνεται, θερμαίνονται σε υψηλή θερμοκρασία, αυξάνονται απότομα σε όγκο και, διαστέλλοντας, πιέζουν με μεγάλη δύναμη τις περίκλειστες δομές των κτιρίων ή τα τοιχώματα της συσκευής στην οποία συμβαίνει η έκρηξη.
Η πίεση τη στιγμή της έκρηξης των μειγμάτων αερίων φτάνει τα 10 kgf / cm 2, η θερμοκρασία κυμαίνεται στην περιοχή 1500-2000 ° C και η ταχύτητα διάδοσης του κύματος έκρηξης φτάνει αρκετές εκατοντάδες μέτρα ανά δευτερόλεπτο. Οι εκρήξεις τείνουν να προκαλούν μεγάλες καταστροφές και πυρκαγιές.
Οι εύφλεκτες ιδιότητες των καύσιμων ουσιών χαρακτηρίζονται από έναν αριθμό δεικτών:σημείο ανάφλεξης, θερμοκρασία ανάφλεξης, αυτοανάφλεξη κ.λπ.
Άλλες ιδιότητες καύσιμων ουσιών περιλαμβάνουν την πίεση έκρηξης, την ελάχιστη περιεκτικότητα σε εκρηκτικό οξυγόνο, κάτω από την οποία η ανάφλεξη και η καύση του μείγματος καθίσταται αδύνατη σε οποιαδήποτε συγκέντρωση της καύσιμης ουσίας στο μείγμα, η φύση της αλληλεπίδρασης με πυροσβεστικά μέσα κ.λπ.
«Υγεία και ασφάλεια στην εργασία στη βιομηχανία φυσικού αερίου»,
ΕΝΑ. Yanovich, A.Ts. Astvatsaturov, A.A. Μπουσούριν
Δείκτες Methane Propane n -Butane Aviation βενζίνη Κηροζίνη τρακτέρ Βιομηχανικό λάδι Σημείο ανάφλεξης ατμών, ° С -188 --77 -34 27 200 Θερμοκρασία αυτοανάφλεξης, ° С 537 600-588 490-569 300 250 380 Όρια συγκέντρωσης ανάφλεξης,% κατά τόμος 6, 3—15 2.2—9.5 1.9—8.5 0.8—5.2 1.4—7.5 1—4 Όρια θερμοκρασίας ανάφλεξης ατμών πάνω από υγρό, ° С –188/ + 180 - - (77/52) - (34/4) 27-69 146-191 Ταχύτητα ...
Εκρηκτικές συγκεντρώσεις υγροποιημένων και φυσικών αερίων σχηματίζονται κατά τη διακοπή λειτουργίας αγωγών, δεξαμενών και συσκευών, όταν το αέριο δεν απομακρύνεται εντελώς και όταν αναμειγνύεται με τον εισερχόμενο αέρα, δημιουργείται ένα εκρηκτικό μείγμα. Από αυτή την άποψη, πριν από την έναρξη της εργασίας, οι αγωγοί αερίου και οι δεξαμενές πλένονται με νερό, ατμίζονται και καθαρίζονται με αδρανές αέριο. Για να αποτρέψετε τη διαρροή αερίου από άλλες δεξαμενές ή αγωγούς, ...
Η ανάλυση πυρκαγιών που σημειώθηκαν σε λειτουργικές βάσεις υγροποιημένου αερίου δείχνει ότι οι κύριοι τύποι ατυχημάτων είναι οι ακόλουθοι: διαρροές αερίου, ρήξεις αγωγών και εύκαμπτοι σωλήνες, βλάβες συνδέσεων φλάντζας και ρήξη βυσμάτων, βλάβες σφραγίδων γεμίσματος σε βαλβίδες , χαλαρές βαλβίδες, καταστροφή δεξαμενών υγροποιημένου αερίου λόγω υπερχείλισης. διάφορες βλάβες σε αγωγούς και δεξαμενές (καταστροφή ...
Όταν το αέριο εξατμιστεί, σχηματίζεται ένα εκρηκτικό μείγμα αερίου-αέρα. Σε περίπτωση ατυχημάτων σε δωμάτια, συγκεντρώσεις εκρηκτικών αερίων προκύπτουν πρώτα απ 'όλα κοντά στον τόπο διαρροής αερίου και στη συνέχεια εξαπλώνονται σε όλο το δωμάτιο. Όταν το αέριο εξατμίζεται σε ανοιχτούς χώρους κοντά στη διαρροή, σχηματίζεται μια ζώνη μόλυνσης αερίου, η οποία εξαπλώνεται σε όλη την αποθήκη. Το μέγεθος της ζώνης μόλυνσης αερίου κατά τη διάρκεια εκροής αερίου έκτακτης ανάγκης εξαρτάται από πολλούς ...
Η κύρια δυσκολία στην κατάσβεση πυρκαγιών αερίου είναι η καταπολέμηση της ρύπανσης από αέρια και η εκ νέου ανάφλεξη μετά την κατάσβεση της πυρκαγιάς. Κανένας από τους γνωστούς πυροσβεστικούς παράγοντες δεν εξαλείφει τον κίνδυνο μόλυνσης και εκ νέου ανάφλεξης αερίων. Το κύριο καθήκον στην καταπολέμηση των πυρκαγιών αερίου είναι ο εντοπισμός της πυρκαγιάς. Θα πρέπει να πραγματοποιηθεί με περιορισμό του χρόνου λήξης και του όγκου του αερίου που διαφεύγει, καθώς και με θερμική προστασία ...
Εκρηκτικά όρια μιγμάτων αερίου-αέρα
Η εξάλειψη του σχηματισμού εκρηκτικών συγκεντρώσεων αερίου-αέρα, καθώς και η εμφάνιση πηγών ανάφλεξης αυτού του μείγματος (φλόγα, σπινθήρες) είναι πάντα το κύριο καθήκον του λειτουργικού προσωπικού των σταθμών συμπίεσης. Όταν ένα μίγμα αερίου-αέρα εκραγεί, η πίεση στη ζώνη έκρηξης αυξάνεται κατακόρυφα, οδηγώντας στην καταστροφή των κτιριακών κατασκευών και η ταχύτητα διάδοσης της φλόγας φτάνει τα εκατοντάδες μέτρα ανά δευτερόλεπτο. Για παράδειγμα, η θερμοκρασία αυτοανάφλεξης ενός μείγματος μεθανίου-αέρα είναι στους 700 ° C και το μεθάνιο είναι το κύριο συστατικό του φυσικού αερίου. Η περιεκτικότητά του σε κοιτάσματα φυσικού αερίου κυμαίνεται από 92-98%.
Στην έκρηξη ενός μείγματος αερίου-αέρα υπό πίεση 0,1 MPa, αναπτύσσεται πίεση περίπου 0,80 MPa. Το μίγμα αερίου-αέρα εκρήγνυται εάν περιέχει 5-15% μεθάνιο. 2-10% προπάνιο. 2-9% βουτάνιο κ.λπ. Με την αυξανόμενη πίεση του μείγματος αερίου-αέρα, τα όρια εκρηκτικών περιορίζονται. Πρέπει να σημειωθεί ότι η πρόσμιξη οξυγόνου στο αέριο αυξάνει τον κίνδυνο έκρηξης.
Τα όρια και το εύρος εκρηκτικότητας των αερίων που αναμιγνύονται με αέρα σε θερμοκρασία 20 ° C και πίεσης 0,1 MPa δίνονται στον πίνακα. 1.4
Πίνακας 1.4
Τα όρια και το εύρος εκρηκτικότητας των αερίων που αναμιγνύονται με αέρα σε θερμοκρασία 20 ° C και πίεση 0,1 MPa
|
Εκρηκτικά όρια,% κατ 'όγκο |
Εύρος έκρηξης,% κατ 'όγκο |
||
|
Ασετυλίνη | |||
|
Κοίτασμα πετρελαίου. αέριο | |||
|
Μονοξείδιο του άνθρακα | |||
|
Φυσικό αέριο | |||
|
Προπυλένιο | |||
1.2. Οι νόμοι των ιδανικών αερίων. Τομείς εφαρμογής τους
Τα ιδανικά αέρια θεωρούνται αέρια που υπακούουν στην εξίσωση Clapeyron (). Ταυτόχρονα, τα ιδανικά αέρια νοούνται ως αέρια στα οποία δεν υπάρχουν δυνάμεις διαμοριακής αλληλεπίδρασης και ο όγκος των ίδιων των μορίων είναι μηδενικός. Προς το παρόν, μπορεί να υποστηριχθεί ότι κανένα από τα πραγματικά αέρια δεν υπακούει σε αυτούς τους νόμους αερίου. Ωστόσο, αυτοί οι συγκεκριμένοι νόμοι για το φυσικό αέριο χρησιμοποιούνται ευρέως σε τεχνικούς υπολογισμούς. Αυτοί οι νόμοι είναι απλοί και αρκετά καλά χαρακτηρίζουν τη συμπεριφορά των πραγματικών αερίων σε χαμηλές πιέσεις και όχι πολύ χαμηλές θερμοκρασίες, μακριά από περιοχές κορεσμού και κρίσιμα σημεία της ύλης. Οι πιο διαδεδομένοι είναι οι νόμοι των Boyle-Mariotte, Gay-Lussac, Avogadro και, βάσει αυτών, η εξίσωση Clapeyron-Mendeleev που ελήφθη.
Ο νόμος του Boyle-Mariotgue αναφέρει ότι σε σταθερή θερμοκρασία ( 
= const) το γινόμενο της απόλυτης πίεσης και ο συγκεκριμένος όγκος ενός ιδανικού αερίου παραμένει σταθερός ( 
= const), δηλ. το προϊόν της απόλυτης πίεσης και του ειδικού όγκου εξαρτάται μόνο από τη θερμοκρασία. Από που πότε 
= const έχουμε:
.
(1.27)
Ο νόμος του Gay-Lussac ορίζει ότι υπό συνεχή πίεση ( 
= const) ο όγκος του ιδανικού αερίου αλλάζει σε άμεση αναλογία με την αύξηση της θερμοκρασίας:
,
(1.28)
όπου 
- ειδικός όγκος αερίου σε θερμοκρασία 
° С και πίεση 
- ειδικός όγκος αερίου σε θερμοκρασία 
= 0 ° С και την ίδια πίεση 
;
- συντελεστής θερμοκρασίας ογκομετρικής διαστολής ιδανικών αερίων στους 0 ° С, διατηρώντας την ίδια τιμή σε όλες τις πιέσεις και την ίδια για όλα τα ιδανικά αέρια:
.
(1.29)
Έτσι, το περιεχόμενο του νόμου Gay-Lussac μειώνεται στην ακόλουθη δήλωση: η ογκομετρική διαστολή ιδανικών αερίων με αλλαγή θερμοκρασίας και με 
= const είναι γραμμική, και ο συντελεστής θερμοκρασίας ογκομετρικής διαστολής 
είναι η καθολική σταθερά των ιδανικών αερίων.
Η σύγκριση των νόμων των Boyle-Mariotte και Gay-Lussac οδηγεί στην εξίσωση της κατάστασης για τα ιδανικά αέρια:
,
(1.30)
όπου 
- ειδικός όγκος αερίου · 
- απόλυτη πίεση αερίου. 
- ειδική σταθερά αερίου ιδανικού αερίου · 
- η απόλυτη θερμοκρασία του ιδανικού αερίου:
.
(1.31)
Η φυσική έννοια της συγκεκριμένης σταθεράς αερίου 
είναι η συγκεκριμένη εργασία στη διαδικασία 
= const όταν η θερμοκρασία αλλάζει κατά ένα βαθμό.
Ο νόμος του Avogadro αναφέρει ότι ο όγκος ενός γραμμομορίου ενός ιδανικού αερίου 
δεν εξαρτάται από τη φύση του αερίου και καθορίζεται πλήρως από την πίεση και τη θερμοκρασία της ουσίας ( 
). Σε αυτή τη βάση, υποστηρίζεται ότι οι όγκοι γραμμομορίων διαφορετικών αερίων που λαμβάνονται στις ίδιες πιέσεις και θερμοκρασίες είναι ίσοι μεταξύ τους. Αν 
είναι ο συγκεκριμένος όγκος αερίου, και 
- γραμμομοριακή μάζα, τότε ο όγκος ενός γραμμομορίου (μοριακός όγκος) είναι 
... Σε ίσες πιέσεις και θερμοκρασίες για διαφορετικά αέρια, έχουμε:
Δεδομένου ότι ο συγκεκριμένος γραμμομοριακός όγκος αερίου 
γενικά εξαρτάται μόνο από την πίεση και τη θερμοκρασία, τότε το προϊόν 
στην εξίσωση (1.32) - υπάρχει μια τιμή που είναι η ίδια για όλα τα αέρια και επομένως ονομάζεται καθολική σταθερά αερίου:
, J / kmol · Κ. (1,33)
Από την εξίσωση (1.33) προκύπτει ότι οι συγκεκριμένες σταθερές αερίων μεμονωμένων αερίων 
καθορίζονται μέσω των γραμμομοριακών μαζών τους. Για παράδειγμα, για το άζωτο ( 
) η συγκεκριμένη σταθερά αερίου θα είναι
= 8314/28 = 297 J / (kg Κ). (1.34)
Για 
kg αερίου, λαμβάνοντας υπόψη αυτό 
, η εξίσωση Clapeyron γράφεται ως εξής:
,
(1.35)
όπου 
- η ποσότητα της ουσίας σε κρεατοελιές 
... Για 1 kmol αερίου:
.
(1.36)
Η τελευταία εξίσωση που έλαβε ο Ρώσος επιστήμονας D.I. Mendeleev, συχνά ονομάζεται εξίσωση Clapeyron-Mendeleev.
Η τιμή του γραμμομοριακού όγκου των ιδανικών αερίων υπό φυσιολογικές φυσικές συνθήκες ( 
= 0 ° C και 
= 101,1 kPa) θα είναι:
= 22,4 μ 
/ kmol. (1,37)
Η εξίσωση κατάστασης για πραγματικά αέρια γράφεται συχνά με βάση την εξίσωση Clapeyron με την εισαγωγή μιας τροποποίησης σε αυτήν 
λαμβάνοντας υπόψη την απόκλιση του πραγματικού αερίου από το ιδανικό
,
(1.38)
όπου 
- ο συντελεστής συμπιεστότητας, που καθορίζεται με ειδικά ονογράμματα ή από τους αντίστοιχους πίνακες. Στο σχ. 1.1 είναι ένα ονοματογράφημα για τον προσδιορισμό των αριθμητικών τιμών της ποσότητας 
φυσικό αέριο ανάλογα με την πίεση 
, σχετική πυκνότητα αερίου στον αέρα 
και η θερμοκρασία του 
... Στην επιστημονική βιβλιογραφία, ο παράγοντας συμπιεστότητας 
συνήθως καθορίζεται ανάλογα με τις λεγόμενες μειωμένες παραμέτρους (πίεση και θερμοκρασία) του αερίου:
;
,
(1.39)
όπου 
,
και 
- αντίστοιχα μειωμένη, απόλυτη και κρίσιμη πίεση αερίου, 
,
και 
- αντίστοιχα μειωμένη, απόλυτη και κρίσιμη θερμοκρασία αερίου.
Ρύζι. 1.1. Νομογράφημα υπολογισμού 
εξαρτάται από 
,
,
Η κρίσιμη πίεση είναι μια πίεση στην οποία και πάνω από την οποία, με οποιαδήποτε αύξηση της θερμοκρασίας, το υγρό δεν μπορεί πλέον να μετατραπεί σε ατμό.
Η κρίσιμη θερμοκρασία είναι η θερμοκρασία στην οποία και πάνω από την οποία ο ατμός δεν μπορεί να συμπυκνωθεί σε οποιαδήποτε αύξηση της πίεσης.
Οι αριθμητικές τιμές των κρίσιμων παραμέτρων για ορισμένα αέρια δίνονται στον πίνακα. 1.5.
Πίνακας 1.5
Κλιματικές συνθήκες στα ορυχεία. Οι διαφορές τους από τις κλιματολογικές συνθήκες στην επιφάνεια.
Οι κλιματικές συνθήκες (θερμικό καθεστώς) των μεταλλευτικών επιχειρήσεων έχουν μεγάλη επιρροή στην ανθρώπινη ευημερία, στην παραγωγικότητα της εργασίας και στο επίπεδο τραυματισμών. Επιπλέον, επηρεάζουν τη λειτουργία του εξοπλισμού, τη συντήρηση των ορυχείων και την κατάσταση των εγκαταστάσεων εξαερισμού.
Η θερμοκρασία και η υγρασία του αέρα στις υπόγειες εργασίες εξαρτώνται από αυτές της επιφάνειας.
Όταν ο αέρας κινείται μέσω υπόγειων εργασιών, η θερμοκρασία και η υγρασία του αλλάζουν.
Το χειμώνα, ο αέρας που εισέρχεται στο ορυχείο ψύχει τα τοιχώματα των λειτουργιών παροχής αέρα και θερμαίνεται. Το καλοκαίρι, ο αέρας θερμαίνει τα τοιχώματα της εργασίας και ψύχεται. Η ανταλλαγή θερμότητας συμβαίνει πιο έντονα στις λειτουργίες παροχής αέρα και σε κάποια απόσταση από το στόμα τους εξαφανίζεται και η θερμοκρασία του αέρα πλησιάζει τη θερμοκρασία των πετρωμάτων.
Οι κύριοι παράγοντες που καθορίζουν τη θερμοκρασία του αέρα στη λειτουργία υπόγειων ορυχείων είναι:
1. Μεταφορά θερμότητας και μάζας με πετρώματα.
2. Φυσική συμπίεση του αέρα όταν κινείται προς τα κάτω κάθετες ή κεκλιμένες εργασίες.
3. Οξείδωση πετρωμάτων και υλικών επένδυσης.
4. Cύξη του βράχου κατά τη μεταφορά του κατά μήκος των εργασιών.
5. Διαδικασίες μεταφοράς μάζας μεταξύ αέρα και νερού.
6. Απελευθέρωση θερμότητας κατά τη λειτουργία μηχανημάτων και μηχανισμών.
7. Διαρροή θερμότητας ανθρώπων, ψύξη ηλεκτρικών καλωδίων, αγωγών, καύση λαμπτήρων κ.λπ.
Η μέγιστη επιτρεπτή ταχύτητα κίνησης του αέρα σε διάφορες εργασίες κυμαίνεται από 4 m / s (σε χώρους κάτω τρυπών) έως 15 m / s (σε άξονες εξαερισμού που δεν είναι εξοπλισμένοι με ανελκυστήρα).
Ο αέρας που παρέχεται στις υπόγειες εργασίες το χειμώνα πρέπει να θερμαίνεται σε θερμοκρασία +2 о С (5 μέτρα από τη σύζευξη του καναλιού θερμαντήρα αέρα με το βαρέλι).
Οι βέλτιστοι και επιτρεπτοί κανόνες θερμοκρασίας, σχετικής υγρασίας και ταχύτητας αέρα στην περιοχή εργασίας βιομηχανικών χώρων (συμπεριλαμβανομένων των συμπυκνωτών) δίνονται στο GOST 12.1.005-88 και SanPiN-2.2.4.548-96.
Οι βέλτιστες μικροκλιματικές συνθήκες είναι συνδυασμοί μετεωρολογικών παραμέτρων που παρέχουν μια αίσθηση θερμικής άνεσης.
Αποδεκτό - τέτοιοι συνδυασμοί μετεωρολογικών παραμέτρων που δεν προκαλούν βλάβες ή διαταραχές στην υγεία.
Έτσι, το επιτρεπτό εύρος θερμοκρασίας κατά τη διάρκεια της ψυχρής περιόδου του έτους για εργασία της 1ης κατηγορίας σοβαρότητας είναι 19-25 ° С. II κατηγορία - 15-23 o C; III κατηγορία - 13-21 o C.
Στη θερμή περίοδο, αυτές οι περιοχές είναι, αντίστοιχα, 20-28 о С. 16-27 περίπου C; 15-26 o C.
Όρια συγκέντρωσης της ευφλεκτότητας και της εκρηκτικότητας του μεθανίου. Παράγοντες που επηρεάζουν την ένταση της ευφλεκτότητας και της εκρηκτικότητας
Μεθάνιο (CH 4)- το αέριο είναι άχρωμο, άοσμο και άγευστο · υπό κανονικές συνθήκες είναι πολύ αδρανές. Η σχετική πυκνότητά του είναι 0,5539, με αποτέλεσμα να συσσωρεύεται στα ανώτερα μέρη των εργασιών και των χώρων.
Το μεθάνιο σχηματίζει εύφλεκτα και εκρηκτικά μίγματα με τον αέρα, καίει με μια ωχρο γαλάζια φλόγα. Στα υπόγεια ορυχεία, η καύση μεθανίου συμβαίνει σε συνθήκες έλλειψης οξυγόνου, η οποία οδηγεί στο σχηματισμό μονοξειδίου του άνθρακα και υδρογόνου.
Όταν το περιεχόμενο μεθανίου στον αέρα είναι έως και 5-6% (σε κανονική περιεκτικότητα σε οξυγόνο), καίγεται κοντά σε πηγή θερμότητας (ανοιχτή φωτιά), από 5-6% σε 14-16% εκρήγνυται, πάνω από 14-16% δεν εκρήγνυται, αλλά μπορεί να καεί όταν εισέρχεται οξυγόνο από έξω. Η δύναμη της έκρηξης εξαρτάται από την απόλυτη ποσότητα μεθανίου που εμπλέκεται. Η έκρηξη φτάνει στη μεγαλύτερη δύναμή της όταν ο αέρας περιέχει 9,5% CH 4.
Η θερμοκρασία ανάφλεξης του μεθανίου είναι 650-750 ° C. η θερμοκρασία των προϊόντων έκρηξης σε απεριόριστο όγκο φτάνει τα 1875 о С, και στο εσωτερικό του κλειστού όγκου 2150-2650 о С.
Το μεθάνιο σχηματίστηκε ως αποτέλεσμα της αποσύνθεσης των ινών οργανικής ύλης υπό την επίδραση πολύπλοκων χημικών διεργασιών χωρίς οξυγόνο. Σε αυτή την περίπτωση, η ζωτική δραστηριότητα των μικροοργανισμών (αναερόβια βακτήρια) παίζει ουσιαστικό ρόλο.
Στα πετρώματα, το μεθάνιο είναι σε ελεύθερη (γεμίζει το χώρο των πόρων) και δεσμευμένη κατάσταση. Η ποσότητα μεθανίου που περιέχεται σε μια μονάδα μάζας άνθρακα (πέτρα) σε φυσικές συνθήκες ονομάζεται περιεκτικότητα σε αέριο.
Υπάρχουν τρεις τύποι απελευθέρωσης μεθανίου στις ορυχείες των ανθρακωρυχείων: συνηθισμένες, σουφλαρίσιες, ξαφνικές εκπομπές.
Το κύριο μέτρο για την αποφυγή επικίνδυνων συσσωρεύσεων μεθανίου είναι ο εξαερισμός των εργασιών του ορυχείου, ο οποίος διασφαλίζει τη διατήρηση των επιτρεπόμενων συγκεντρώσεων αερίου. Σύμφωνα με τους κανόνες ασφαλείας, η περιεκτικότητα σε μεθάνιο στον αέρα του ορυχείου δεν πρέπει να υπερβαίνει τις τιμές που δίνονται στον πίνακα. 1.3
Επιτρεπόμενη περιεκτικότητα μεθανίου στις εργασίες ορυχείων
Εάν είναι αδύνατο να διασφαλιστεί η επιτρεπόμενη περιεκτικότητα σε μεθάνιο μέσω εξαερισμού, χρησιμοποιείται απαέρωση των ορυχείων.
Για να αποφευχθεί η ανάφλεξη του μεθανίου, απαγορεύεται η χρήση ανοιχτής φωτιάς σε ορυχεία, το κάπνισμα. Ο ηλεκτρικός εξοπλισμός που χρησιμοποιείται στις εργασίες ορυχείων που είναι επικίνδυνες για αέριο πρέπει να είναι αδιάβροχος. Για τις εκρήξεις πρέπει να χρησιμοποιούνται μόνο εκρηκτικά ασφαλείας και εκρηκτικά.
Τα κύρια μέτρα για τον περιορισμό των επιβλαβών συνεπειών της έκρηξης: διαίρεση του ορυχείου σε ανεξάρτητα αεριζόμενους χώρους. σαφής οργάνωση της υπηρεσίας διάσωσης · εξοικείωση όλων των εργαζομένων με τις ιδιότητες του μεθανίου και τις προφυλάξεις ασφαλείας.
Βασικές φυσικές και χημικές έννοιες των εκρήξεων σε καταστήματα υψικαμίνων και χάλυβα
Οι εκρήξεις σε καταστήματα υψικαμίνων και ανοιχτών εστιών προκαλούνται από διαφορετικούς λόγους, αλλά όλα είναι αποτέλεσμα μιας γρήγορης μετάβασης (μετατροπής) μιας ουσίας από τη μία κατάσταση στην άλλη, πιο σταθερή, συνοδευόμενη από την απελευθέρωση θερμότητας, αέριων προϊόντων και αύξηση της πίεσης στο σημείο της έκρηξης.
Το κύριο σημάδι μιας έκρηξης είναι η ξαφνική και απότομη αύξηση της πίεσης στο περιβάλλον που περιβάλλει το σημείο της έκρηξης.
Ένα εξωτερικό σημάδι έκρηξης είναι ο ήχος, η ισχύς του οποίου εξαρτάται από το ρυθμό μετάβασης της ύλης από τη μία κατάσταση στην άλλη. Υπάρχουν σκάει, εκρήξεις και εκρήξεις ανάλογα με τη δύναμη του ήχου. Τα ποπ χαρακτηρίζονται από έναν θαμπό ήχο, μεγάλο θόρυβο ή έναν χαρακτηριστικό ήχο τριξίματος. Ο ρυθμός μετασχηματισμού στον όγκο μιας ουσίας κατά τη διάρκεια των χτυπημάτων δεν υπερβαίνει τις δεκάδες μέτρα ανά δευτερόλεπτο.
Οι εκρήξεις παράγουν έναν ξεχωριστό ήχο. η ταχύτητα διάδοσης μετασχηματισμών στον όγκο της ύλης είναι πολύ μεγαλύτερη από ό, τι με τα χτυπήματα - αρκετές χιλιάδες μέτρα ανά δευτερόλεπτο.
Ο υψηλότερος ρυθμός μετάβασης μιας ουσίας από τη μία κατάσταση στην άλλη επιτυγχάνεται κατά την έκρηξη. Αυτός ο τύπος εκρήξεων χαρακτηρίζεται από την ταυτόχρονη ανάφλεξη μιας ουσίας σε ολόκληρο τον όγκο και η μεγαλύτερη ποσότητα θερμότητας και αερίων απελευθερώνεται αμέσως και εκτελείται το μέγιστο έργο καταστροφής. Ένα ξεχωριστό χαρακτηριστικό αυτού του τύπου εκρήξεων είναι η σχεδόν πλήρης απουσία μιας περιόδου συσσώρευσης πίεσης στο μέσο λόγω του τεράστιου ρυθμού μετασχηματισμών, φτάνοντας αρκετές δεκάδες χιλιάδες μέτρα ανά δευτερόλεπτο.
Εκρήξεις αερίων
Η έκρηξη είναι ένας τύπος διαδικασίας καύσης κατά την οποία η αντίδραση καύσης προχωρά βίαια και σε υψηλές ταχύτητες.
Η καύση αερίων και ατμών καύσιμων ουσιών είναι δυνατή μόνο σε μίγμα με αέρα ή οξυγόνο. ο χρόνος καύσης αποτελείται από δύο στάδια: ανάμιξη αερίου με αέρα ή οξυγόνο και η πραγματική διαδικασία καύσης. Εάν η ανάμειξη αερίου με αέρα ή οξυγόνο συμβαίνει κατά τη διαδικασία καύσης, τότε ο ρυθμός του είναι χαμηλός και εξαρτάται από την παροχή οξυγόνου και καύσιμου αερίου στη ζώνη καύσης. Εάν το αέριο και ο αέρας αναμειχθούν εκ των προτέρων, τότε η διαδικασία καύσης ενός τέτοιου μίγματος προχωρά βίαια και ταυτόχρονα σε ολόκληρο τον όγκο του μείγματος.
Ο πρώτος τύπος καύσης, που ονομάζεται καύση διάχυσης, έχει διαδοθεί στη βιομηχανική πρακτική. χρησιμοποιείται σε διάφορους φούρνους, φούρνους και συσκευές όπου η θερμότητα χρησιμοποιείται για τη θέρμανση υλικών, μετάλλων, ημιτελών προϊόντων ή προϊόντων.
Ο δεύτερος τύπος καύσης, όταν η ανάμειξη αερίου με αέρα συμβαίνει πριν από την έναρξη της καύσης, ονομάζεται εκρηκτική και το μίγμα είναι εκρηκτικό. Αυτός ο τύπος καύσης χρησιμοποιείται σπάνια στην πρακτική του εργοστασίου. μερικές φορές προκύπτει αυθόρμητα.
Με αθόρυβη καύση, τα προερχόμενα αέρια προϊόντα, που θερμαίνονται σε υψηλή θερμοκρασία, διαστέλλονται ελεύθερα σε όγκο και εγκαταλείπουν τη θερμότητά τους στο δρόμο από τον φούρνο προς τις συσκευές καπνού.
Σε εκρηκτική καύση, η διαδικασία λαμβάνει χώρα "αμέσως". ολοκληρώνεται σε κλάσματα δευτερολέπτου σε ολόκληρο τον όγκο του μείγματος. Τα προϊόντα καύσης που θερμαίνονται σε υψηλή θερμοκρασία επίσης "αμέσως" διαστέλλονται, σχηματίζουν ένα κύμα κρούσης, το οποίο απλώνεται με μεγάλη ταχύτητα προς όλες τις κατευθύνσεις και προκαλεί μηχανική βλάβη.
Τα πιο επικίνδυνα είναι εκρηκτικά μείγματα που συμβαίνουν απροσδόκητα και αυθόρμητα. Τέτοια μίγματα σχηματίζονται σε συλλέκτες σκόνης, αγωγούς αερίου, αγωγούς αερίου, καυστήρες και άλλες συσκευές αερίου υψικαμίνου, ανοιχτής εστίας και άλλα εργαστήρια. Σχηματίζονται επίσης κοντά σε συσκευές αερίου σε μέρη όπου δεν υπάρχει κίνηση αέρα και τα αέρια διαρρέουν μέσω διαρροών. Σε τέτοιους χώρους, εκρηκτικά μίγματα αναφλέγονται από σταθερές ή τυχαίες πηγές πυρκαγιάς και στη συνέχεια εμφανίζονται ξαφνικά εκρήξεις, τραυματίζοντας ανθρώπους και προκαλώντας μεγάλες ζημιές στην παραγωγή.
Εκρηκτικά όρια αερίων
Οι εκρήξεις μειγμάτων αερίου -αέρα συμβαίνουν μόνο σε ορισμένα περιεχόμενα αερίου στον αέρα ή οξυγόνο και κάθε αέριο έχει τα δικά του, εγγενή σε ένα, εκρηκτικά όρια - κάτω και πάνω. Μεταξύ του κατώτερου και του άνω ορίου, όλα τα μίγματα αερίου / αέρα ή οξυγόνου είναι εκρηκτικά.
Το κατώτερο όριο εκρηκτικών χαρακτηρίζεται από τη χαμηλότερη περιεκτικότητα αερίου στον αέρα, στην οποία το μίγμα αρχίζει να εκρήγνυται. άνω - το υψηλότερο περιεχόμενο αερίου στον αέρα, πάνω από το οποίο το μείγμα χάνει τις εκρηκτικές του ιδιότητες. Εάν η περιεκτικότητα σε αέριο σε μείγμα με αέρα ή οξυγόνο είναι μικρότερη από το κατώτερο όριο ή μεγαλύτερη από το ανώτερο όριο, τότε αυτά τα μείγματα δεν είναι εκρηκτικά.
Για παράδειγμα, το κατώτερο εκρηκτικό όριο υδρογόνου που αναμιγνύεται με αέρα είναι 4,1% και το ανώτερο 75% κατ 'όγκο. Εάν το υδρογόνο είναι μικρότερο από 4,1%, τότε το μείγμα του με τον αέρα δεν είναι εκρηκτικό. δεν είναι εκρηκτικό ακόμη και αν υπάρχει περισσότερο από 75% υδρογόνο στο μείγμα. Όλα τα μίγματα υδρογόνου με αέρα γίνονται εκρηκτικά εάν η περιεκτικότητά τους σε υδρογόνο κυμαίνεται από 4,1% έως 75%.
Προϋπόθεση για το σχηματισμό έκρηξης είναι επίσης η ανάφλεξη του μείγματος. Όλες οι καύσιμες ουσίες αναφλέγονται μόνο όταν θερμαίνονται στη θερμοκρασία ανάφλεξης, η οποία είναι επίσης ένα πολύ σημαντικό χαρακτηριστικό κάθε καύσιμης ουσίας.
Για παράδειγμα, το υδρογόνο σε ένα μίγμα με αέρα αναφλέγεται αυθόρμητα και μια έκρηξη συμβαίνει εάν η θερμοκρασία του μείγματος γίνει μεγαλύτερη ή ίση με 510 ° C. Ωστόσο, δεν είναι απαραίτητο ολόκληρος ο όγκος του μείγματος να θερμανθεί στους 510 ° C Μια έκρηξη θα συμβεί αν έστω και ένα μικρό μέρος του μείγματος.
Η διαδικασία αυτοανάφλεξης ενός μείγματος από μια πηγή πυρκαγιάς πραγματοποιείται με την ακόλουθη σειρά. Η εισαγωγή πηγής πυρκαγιάς στο μίγμα αερίου-αέρα (σπινθήρας, φλόγα ενός καμένου δέντρου, εκτόξευση καυτού μετάλλου ή σκωρίας από τον κλίβανο κ.λπ.) οδηγεί σε θέρμανση των σωματιδίων του μείγματος που περιβάλλουν την πηγή της φωτιάς στη θερμοκρασία αυτοανάφλεξης Το Ως αποτέλεσμα, μια διαδικασία ανάφλεξης θα συμβεί στο παρακείμενο στρώμα του μείγματος, θα συμβεί θέρμανση και διαστολή του στρώματος. η θερμότητα μεταφέρεται στα γειτονικά σωματίδια, θα αναφλεγούν και θα μεταφέρουν τη θερμότητά τους σε σωματίδια που βρίσκονται πιο μακριά, κλπ. Σε αυτή την περίπτωση, η αυθόρμητη ανάφλεξη ολόκληρου του μείγματος συμβαίνει τόσο γρήγορα που ακούγεται ένας ήχος από ένα σκάσιμο ή έκρηξη.
Απαραίτητη προϋπόθεση για οποιαδήποτε καύση ή έκρηξη είναι ότι η ποσότητα θερμότητας που απελευθερώνεται είναι αρκετή για να θερμάνει το μέσο στη θερμοκρασία αυτοανάφλεξης. Εάν δεν απελευθερωθεί αρκετή θερμότητα, τότε καύση και, ως εκ τούτου, δεν θα συμβεί έκρηξη.
Σε θερμικούς όρους, τα όρια εκρηκτικών είναι τα όρια όταν απελευθερώνεται τόσο λίγη θερμότητα κατά την καύση του μείγματος που δεν είναι αρκετή για να θερμάνει το μέσο καύσης στη θερμοκρασία αυτοανάφλεξης.
Για παράδειγμα, όταν η περιεκτικότητα σε υδρογόνο στο μείγμα είναι μικρότερη από 4,1%, τόσο λίγη θερμότητα απελευθερώνεται κατά την καύση ώστε το μέσο να μην θερμαίνεται σε θερμοκρασία αυτοανάφλεξης 510 ° C. Ένα τέτοιο μείγμα περιέχει πολύ λίγο καύσιμο (υδρογόνο ) και πολύ αέρα.
Το ίδιο συμβαίνει εάν η περιεκτικότητα σε υδρογόνο στο μείγμα είναι μεγαλύτερη από 75%. Ένα τέτοιο μείγμα περιέχει πολλή καύσιμη ύλη (υδρογόνο), αλλά πολύ λίγο από τον αέρα που απαιτείται για την καύση.
Εάν ολόκληρο το μείγμα αερίου-αέρα θερμαίνεται στη θερμοκρασία αυτοανάφλεξης, τότε το αέριο θα αναφλεγεί χωρίς να αναφλεγεί σε οποιαδήποτε αναλογία με τον αέρα.
Τραπέζι 1 δείχνει τα όρια έκρηξης ενός αριθμού αερίων και ατμών, καθώς και τις θερμοκρασίες αυτοανάφλεξής τους.
Τα εκρηκτικά όρια των αερίων που αναμιγνύονται με τον αέρα ποικίλλουν ανάλογα με την αρχική θερμοκρασία του μείγματος, την περιεκτικότητα σε υγρασία, την ισχύ της πηγής ανάφλεξης κ.λπ.
Πίνακας 1. Όρια έκρηξης ορισμένων αερίων και ατμών σε θερμοκρασία 20 ° και πίεση 760 mm Hg
Με την αύξηση της θερμοκρασίας του μείγματος, τα όρια εκρηκτικών επεκτείνονται - το κάτω μειώνεται και το πάνω αυξάνεται.
Εάν το αέριο αποτελείται από πολλά εύφλεκτα αέρια (γεννήτρια, οπτάνθρακας, μείγμα οπτάνθρακα και υψικαμίνου κ.λπ.), τότε τα εκρηκτικά όρια τέτοιων μειγμάτων εντοπίζονται με υπολογισμό χρησιμοποιώντας τον τύπο του κανόνα ανάμιξης Le Chatelier:
όπου a είναι το κατώτερο ή το ανώτερο όριο εκρηκτικών ενός μείγματος αερίων με αέρα σε ποσοστό όγκου ·
k1, k2, k3, kn είναι η περιεκτικότητα αερίων στο μείγμα σε ποσοστό όγκου.
n1, n2, n3, nn είναι τα κατώτερα ή ανώτερα εκρηκτικά όρια των αντίστοιχων αερίων σε ποσοστό κατ 'όγκο.
Παράδειγμα. Το μίγμα αερίου περιέχει: υδρογόνο (H2) - 64%, μεθάνιο (CH4) - 27,2%, μονοξείδιο του άνθρακα (CO) - 6,45%και βαρύς υδρογονάνθρακας (προπάνιο) - 2,35%, δηλ. Kx = 64. k2 = 27,2; k3 = 6,45 και k4 = 2,35.
Ας καθορίσουμε το κατώτερο και το ανώτερο όριο της εκρηκτικότητας του μείγματος αερίων. Τραπέζι 1 βρίσκουμε τα κατώτερα και ανώτερα εκρηκτικά όρια υδρογόνου, μεθανίου, μονοξειδίου του άνθρακα και προπανίου και υποκαθιστούμε τις τιμές τους στον τύπο (1).
Χαμηλότερα όρια εκρηκτικών αερίων:
n1 = 4,1%; n2 = 5,3%; n3 = 12,5% και n4 = 2,1%.
Κάτω όριο an = 4,5%
Ανώτερα όρια έκρηξης για αέρια:
n1 = 75%; n2 = 15%; n3 = 75%; n4 = 9,5%.
Αντικαθιστώντας αυτές τις τιμές στον τύπο (1), βρίσκουμε το ανώτερο όριο ab = 33%
Τα εκρηκτικά όρια αερίων με υψηλή περιεκτικότητα σε αδρανή άκαυστα αέρια - διοξείδιο του άνθρακα (CO2), άζωτο (N2) και υδρατμοί (H2O) - βρίσκονται εύκολα από τις καμπύλες του διαγράμματος που κατασκευάστηκε με βάση πειραματικά δεδομένα (Εικ. . 1).
Παράδειγμα. Χρησιμοποιώντας το διάγραμμα στο σχ. 1, βρίσκουμε τα εκρηκτικά όρια για το αέριο γεννήτριας της ακόλουθης σύνθεσης: υδρογόνο (H2) 12,4%, μονοξείδιο του άνθρακα (CO) 27,3%, μεθάνιο (CH4) 0,7%, διοξείδιο του άνθρακα (CO2) 6,2%και άζωτο (N2) 53,4%.
Θα διανείμουμε τα αδρανή αέρια CO2 και N2 μεταξύ των καύσιμων αερίων. προσθέτουμε διοξείδιο του άνθρακα στο υδρογόνο, τότε το συνολικό ποσοστό αυτών των δύο αερίων (H2 + CO2) θα είναι 12,4 + 6,2 = 18,6%. προσθέτουμε άζωτο στο μονοξείδιο του άνθρακα, το συνολικό ποσοστό τους (CO + N2) θα είναι 27,3 + + 53,4 = 80,7%. Θα λάβουμε υπόψη το μεθάνιο ξεχωριστά.
Ας καθορίσουμε σε κάθε άθροισμα δύο αερίων την αναλογία αδρανούς αερίου προς καύσιμο. Σε ένα μείγμα υδρογόνου και διοξειδίου του άνθρακα, η αναλογία θα είναι 6,2 / 12,4 = 0,5, και σε ένα μείγμα μονοξειδίου του άνθρακα και αζώτου, η αναλογία είναι 53,4 / 27,3 = 1,96.
Στον οριζόντιο άξονα του διαγράμματος στο Σχ. 1, βρίσκουμε τα σημεία που αντιστοιχούν στο 0,5 και 1,96 και σχεδιάζουμε κάθετες μέχρι να συναντήσουν τις καμπύλες (H2 + CO2) και (CO + N2).
Ρύζι. 1. Διάγραμμα εύρεσης των κατώτερων και ανώτερων ορίων εκρηκτικών καύσιμων αερίων αναμεμειγμένων με αδρανή αέρια
Η πρώτη διασταύρωση με τις καμπύλες θα γίνει στα σημεία 1 και 2.
Σχεδιάζουμε οριζόντιες ευθείες από αυτά τα σημεία μέχρι να συναντήσουν τον κατακόρυφο άξονα του διαγράμματος και να βρούμε: για ένα μείγμα (H2 + CO2), το κατώτερο όριο εκρηκτικών κατά = 6%, και για ένα μείγμα αερίων (CO + N2) ένα = 39,5%.
Συνεχίζοντας την κάθετη προς τα πάνω, τέμνουμε τις ίδιες καμπύλες στα σημεία 3 και 4. Σχεδιάστε οριζόντιες γραμμές από αυτά τα σημεία μέχρι να συναντήσουν τον κατακόρυφο άξονα του διαγράμματος και να βρείτε τα ανώτερα εκρηκτικά όρια των μειγμάτων aв, τα οποία είναι, αντίστοιχα, 70,6 και 73% Το
Σύμφωνα με τον πίνακα. 1 βρίσκουμε τα όρια της εκρηκτικότητας του μεθανίου an = 5,3% και ab = 15%. Αντικαθιστώντας τα ληφθέντα ανώτερα και κατώτερα όρια εκρηκτικών για μείγματα καύσιμων και αδρανών αερίων και μεθανίου στη γενική φόρμουλα Le Chatelier, βρίσκουμε τα εκρηκτικά όρια του αερίου της γεννήτριας.
