Газовоздушная смесь: виды, определение опасности и классификация

Газовоздушные смеси широко используются в промышленности, энергетике, на транспорте и в быту. Однако они могут быть опасны при неправильном применении и хранении. Давайте разберемся, какие бывают виды газовоздушных смесей, как определить степень их опасности и как классифицируются взрывоопасные смеси.

Виды газовоздушных смесей

Газовоздушные смеси делятся на гомогенные и гетерогенные. В гомогенных смесях газ равномерно распределен по всему объему. В гетерогенных образуются слои с разной концентрацией.

По виду газа различают смеси:

• углеводородных газов — метан, пропан, бутан и др.
• паров горючих жидкостей — бензин, керосин, дизельное топливо
• других горючих газов — водород, ацетилен и т.д.

По области применения выделяют:

1. Топливные смеси в двигателях внутреннего сгорания
2. Газовоздушные смеси для сварки и резки металлов
3. Смеси в плазмотронах, плазменных реакторах и др.

Определение опасности газовоздушной смеси

Основные показатели опасности газовоздушной смеси:

1. Концентрационные пределы распространения пламени
2. Максимальное давление взрыва
3. Скорость распространения пламени

Рассмотрим их подробнее.

Концентрационные пределы распространения пламени

Это диапазон объемных концентраций горючего газа в смеси, в пределах которого возможно распространение пламени после зажигания смеси. Выделяют:

• Нижний концентрационный предел (НКПР) — минимальная концентрация газа, при которой возможно горение
• Верхний концентрационный предел (ВКПР) — максимальная концентрация газа, выше которой горение невозможно из-за недостатка кислорода

Смеси с концентрацией газа в интервале от НКПР до ВКПР являются взрывоопасными.

Максимальное давление взрыва

Это наибольшее избыточное давление, которое возникает при горении смеси в замкнутом объеме. Чем выше это давление, тем сильнее разрушения при взрыве. Давление взрыва Pв газовоздушной смеси можно рассчитать по формуле:

Pв = (P0 + ΔP)γ

где P0 – начальное давление смеси, ΔP – прирост давления за счет выделения тепла, γ – показатель адиабаты (для воздуха 1,41).

Скорость распространения пламени

Определяет интенсивность протекания процесса горения. Чем выше скорость, тем опаснее и разрушительнее может быть взрыв газовоздушной смеси.

Различают два режима горения:

1. Дефлаграция – подзвуковое горение со скоростью менее 120 м/с.
2. Детонация – сверхзвуковое горение со скоростью свыше 120 м/с.

Детонационные взрывы газовоздушных смесей наиболее разрушительны и опасны.

Классификация взрывоопасных смесей

По ГОСТ выделяют 2 категории взрывоопасных газовоздушных смесей:

Смеси категории IIB более взрывоопасны, чем категории IIA.

Также выделяют 4 группы взрывоопасных смесей по температуре самовоспламенения:

1. Свыше 650°C
2. 300 – 650°C
3. 200 – 300°C
4. Менее 200°C

Чем ниже температура самовоспламенения смеси, тем выше ее опасность.

При работе с газовоздушными смесями важно знать их вид и опасные свойства, чтобы правильно оценить риски в каждой ситуации.

Факторы, влияющие на взрывоопасность газовоздушной смеси

На вероятность взрыва газовоздушной смеси влияют следующие факторы:

1. Концентрация горючего газа в смеси
2. Наличие источника зажигания
3. Температура самовоспламенения
4. Объем замкнутого пространства
5. Скорость утечки и перемешивания компонентов смеси

Концентрация горючего газа

Чем выше концентрация газа в интервале между НКПР и ВКПР, тем сильнее взрыв. При концентрациях ниже НКПР и выше ВКПР смесь теряет способность взрываться.

Источник зажигания

Для взрыва газовоздушной смеси достаточно небольшой искры. Поэтому открытый огонь, электрические разряды, электрооборудование, статическое электричество могут стать причиной взрыва.

Температура самовоспламенения

Повышение температуры смеси также увеличивает вероятность самовоспламенения без внешнего источника зажигания.

Объем замкнутого пространства

Чем больше объем, в котором может произойти взрыв газовоздушной смеси, тем сильнее его последствия.

Скорость утечки и перемешивания

Быстрое перемешивание компонентов способствует образованию однородной взрывоопасной смеси в большем объеме.

Расчет параметров газовоздушной смеси

Для безопасной работы требуется знать расчеты основных параметров газовоздушных смесей:

• Объемные доли компонентов
• Теплотворную способность
• Температуру и скорость горения
• Давление и скорость распространения фронта пламени
• Избыточное давление при взрыве в замкнутом объеме

Расчет объема газовоздушной смеси

Объем газовоздушной смеси Vg определяется по формуле:

Vg = Vв + Vгаза

где Вв – объем воздуха в смеси, Вгаза – объем горючего газа в смеси.

Зная объемы и плотности газов, можно рассчитать массу каждого компонента и их соотношение в смеси.

Методы контроля параметров газовоздушной смеси

Для определения текущих параметров газовоздушной смеси и предотвращения опасных ситуаций используют следующие методы:

Газоанализаторы

Приборы непрерывного контроля, измеряющие объемные доли газов в смеси. Бывают стационарные, переносные и индивидуальные.

Термоанемометры

Измеряют температуру и скорость газовоздушного потока, позволяя контролировать процессы горения и вентиляции.

Датчики давления

Устанавливаются на газопроводах и в замкнутых емкостях. Следят за давлением газовоздушной смеси, своевременно сигнализируя об отклонениях от нормы.

Сигнализаторы горючих газов

Реагируют на превышение установленных пороговых значений концентрации газов в воздухе. Могут запускать аварийную вентиляцию и оповещение.

Расчетные методы

Проводят теоретические расчет газовоздушной смеси по известным величинам концентраций, давления, объемов, выделяемого тепла и др.

Методы снижения взрывоопасности смесей

Для уменьшения риска взрывов газовоздушных смесей используют:

Герметизация оборудования

Устранение щелей и неплотностей препятствует проникновению газов и паров внутрь аппаратов и коммуникаций, где может произойти взрыв.

Вентиляция помещений

Принудительное удаление воздуха не допускает скопления опасных концентраций горючих газов.

Искрогашение

Применение искрогасящих устройств на оборудовании устраняет возможные источники зажигания газовоздушных смесей.

Применение инертных газов

Замещение воздуха в системе на инертный газ (азот, аргон, углекислый газ) снижает концентрацию кислорода, делая горение невозможным.

Системы газового контроля и противоаварийной защиты позволяют предотвратить образование опасных концентраций горючих веществ в воздухе.