Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Техника arrow Авиационная экология. Воздействие авиационных горюче-смазочных материалов на окружающую среду

Пожаро - и взрывоопасность авиаГСМ

Используемые в настоящее время авиаГСМ являются пожароопасными продуктами. В пожарном отношении особенно опасны газовые топлива. Углеводородные топлива (реактивные топлива, бензины и др.) относятся к легковоспламеняющимся жидкостям (ЛВЖ). Они характеризуются высокой жаропроиз-водительностыо (-2000° С) и испаряемостью, легко создают с воздухом горючие смеси, которые при горении образуют большое количество продуктов сгорания (большой стехиометрический коэффициент), являющися хорошими диэлектриками и, следовательно, могут накапливать заряды статического электричества.

По пожароопасности ЛВЖ делятся на три категории. В качестве определяющего показателя используется температура вспышки (ее определяют по ГОСТ 12.1.044-89):

Температура вспышки, °С

Степень опасности

<-18

Особо опасные

-18 <1<23

Постоянно опасные

23 < 1 < 61

Опасные при повышенной температуре

В зависимости от температуры самовоспламенения 1св (определяется по ГОСТ 12.1.044-89) углеводородные топлива относятся к той или иной группе взрывоопасной смеси паров с воздухом:

Группа

т °с

1 св> ^

Т1

>450

Т2

300-450

ТЗ

200-300

Т4

135-200

Т5

100-135

Тб

85-100

Смеси паров углеводородных топлив с воздухом относятся к категории взрывоопасности НА: она определяется по ГОСТ 12.1.011-78. Этот показатель используют при выборе типа взрывозащищенного электрооборудования и при конструировании огнегасителей.

Пожароопасные свойства топлива определяются также концентрационными пределами воспламенения (КПВ) — минимальным и максимальным содержанием паров топлива в смеси с воздухом (окислителем), при которых возможно распространение пламени по смеси на любое расстояние от источника зажигания (ГОСТ 12.1.044-89). Важной характеристикой топлива являются температурные пределы воспламенения -температуры, при которых насыщенные пары топлива в воздухе находятся в концентрациях, равных соответственно нижнему или верхнему КПВ. Важное значение имеет минимальная энергия электрического разряда, необходимая для воспламенения паровоздушной смеси.

При оценке пожарной опасности при обращении с топливами определяют также скорость выгорания - количество топлива, сгорающего в единицу времени с единицы поверхности; минимальную энергию зажигания - для обеспечения электростатической искробезопасности. Оценивается взаимодействие горящего топлива с водопенными средствами тушения (по ГОСТ 12.1.044-89).

Пожару часто предшествует взрыв газовоздушной смеси. При взрыве воздушных смесей в трубах большого диаметра и длины может возникнуть детонационное горение, распространяющееся со скоростью 1100-1400 м/с. Давление при этом может повышаться до 0,8 МПа и более. Быстродействующая ударная волна вызывает резкое увеличение давления, температуры и плотности горючей смеси, что, в свою очередь, ускоряет химические реакции горения и усиливает разрушающий эффект.

Взрывоопасные концентрации паров топлив с воздухом могут образоваться в широком диапазоне температур и особенно в закрытых помещениях и емкостях. Характер и содержание мер предосторожности регламентированы специальными ведомственными инструкциями. Суть предосторожностей сводится к недопущению возникновения в местах образования взрывоопасных смесей источника нагрева, особенно источника открытого огня. Одним из опаснейших источников открытого огня является разряд электростатических потенциалов через паровоздушную среду и образование искры при ударах твердых тел. Возникновение высоких электрических потенциалов в топливе объясняется его электрофизическими свойствами. Их можно характеризовать способностью накапливать заряды в объеме (электролизуемостъю) и свойствами релаксации зарядов (электропроводимостью).

В табл. 1.5. приведены показатели, характеризующие пожароопасные свойства авиационных топлив.

Таблица 1.5

Пожароопасные свойства авиационных топлив

  • 0
  • 1 ВСП)

с

Пределы распространения пламени

Топливо

т °с

1 СВ) ^

Концентрационные, % (об)

Температурные,

°С

сн

св

т

1 н

т

1 в

Бензины

авиационные

300-475

-34/-38

0,79-0,98

5,16-8,1

-34- -38

-10- -5

Топлива ТС-1, РТ4)

220

28/30

1,5

8,0

25

65

Топливо Т-14)

220

оо

III

1,8

8,0

76

134

АСКТ

400-402°

-78/-832)

1,5

9,5

-76--812

-22- -29

^Рассчитано по аддитивности.

  • 2) Рассчитаны по уравнениям (47) и (48) ГОСТ 12.1.044-89 по температуре начала кипения -10/-4°С.
  • 3) В числителе - в закрытом тигле, в знаменателе - в открытом.
  • 4) Пределы распространения пламени по ГОСТ 10277-89.

Нормальная скорость распространения пламени

Скорость распространения пламени в горючей смеси зависит от условий ее определения и отсчета. Для сравнительной оценки топлив по этой характеристике принята нормальная скорость распространения пламени - это линейная скорость перемещения зоны горения по отношению к свежей гомогенной горючей смеси в направлении нормали к фронту пламени. Скорость распространения пламени в таких условиях для заданного состава горючей смеси может рассматриваться как физикохимическая характеристика, которая зависит лишь от давления и температуры.

Экспериментально нормальная скорость распространения пламени определяется по ГОСТ 12.1.044-89.

При температуре 20° С и давлении 0,101 МПа в углеводородо-воздушных смесях максимальная скорость и„ достигается

при концентрации топлива в смеси =1,15 Сстех(рис. 1.24), т.е.

при а ~ 0,87 и при числе атомов углерода в углеводороде п > 7 она составляет =39-40 см/с (рис. 1.25). Минимальная нормальная скорость распространения пламени и массовая скорость сгорания, достигаемые на концентрационных пределах распространения пламени при нормальных условиях, составляют соответственно 4-6 см/с и (5-7) 10‘3 г/(см2*с) [112, 113].

При отсутствии экспериментальных данных нормальную скорость распространения пламени следует выбирать путем интерполяции от значений ин для смесей, близких по физикохимическим свойствам, или использовать эмпирические уравнения. Простые и удобные уравнения предложены А.С. Пред-водителевым [117]:

инн.„. +А(Ст-Сн)-(Свт), (1.2)

т=тп+В(СтСн)(Свт), (1.3)

где и„ - скорость распространения в см/с; т - массовая скорость сгорания смеси, г/(см2 с); и,,.п , га„ - предельные (минимальные) значения скорости распространения пламени; Сн и Св - концентрация топлива в смеси на нижнем и верхнем концентрационных пределах распространения пламени; А и В - коэффициенты, определяемые по одной экспериментальной точке.

Концентрация топлива в углеводородовоздушной смеси С* при максимальной нормальной скорости

Рис. 1.24. Концентрация топлива в углеводородовоздушной смеси С* при максимальной нормальной скорости

распространения пламени в зависимости от мольного стехиометрического коэффициента избытка воздуха Ьм [114]:

• - парафиновые; * - олефиновые; о - ацетиленовые; Д - нефтеновые; © - днолефнновые; ° углеводороды с СПН2„ циклами

им, см/с

Гис. 1.25. Максимальная нормальная скорость распространения пламени в топливовоздушной смеси в зависимости от числа атомов углерода в молекуле углеводорода (Р=0,101 МПа, 1=20°С, открытая стеклянная труба: длина 57 см, диаметр 2,5 см) [114, 115]: • - парафиновые; * - олефиновые;

° - ацетиленовые; & - нафтеновые;

© - днолсфиновые; ° циклические (СП1Ь„);

1 - бензин [ 116]; 2 - бензол [117]

Функциональная связь скорости распространения пламени с концентрацией топлива Ст при Ст < С*г (по данным ЭНИЫ) может быть представлена уравнением:

1-

/ * 2

ст-стл

к

С -С

+ и

'ст-с^2

V

с -с*

п Т

(1-4)

где ып, ип - нормальная скорость распространения пламени

при концентрациях топлива в смеси Ст и С*т , см/с; инп - то же,

на нижнем концентрационном пределе распространения пламени, см/с.

Приближенный ход кривой ин /(Сг) в смеси сложного

состава может быть построен по трем опорным точкам, соответствующим нижнему и верхнему концентрационным пределам и максимальной скорости распространения пламени. Для этих точек должны быть известны концентрации топлива и скорости распространения пламени.

Значения Ст и ин для указанных точек рассчитываются

по следующей методике. Каждая сложная смесь горючих газов представляется состоящей из соответствующего числа простых смесей. Расчет состава на концентрационных пределах и в точке максимума скоростей производится по правилу смешения, исходя из концентрационных пределов и состава «максимальных смесей». Соответствующее расчетное уравнение имеет вид [118]:

  • (1.5)
  • --1--

и ь

+

ь

+..

где Ь - концентрация топлива на КПРП или в смеси с максимальной скоростью распространения пламени, % (об.); С,23,... - концентрация простых газов в сложной смеси,

1 + С23 + ... = 100%); Ь,,Ь23,... - концентрация газов в простых смесях на КПРП или в смесях с и*, % (об.).

Величина максимальной нормальной скорости распространения пламени в смеси рассчитывается по уравнению:

* * * * * * +С2^2

(1.6)

с;+с+с; +'”

где С,, С2, С3 - содержание простых смесей в сложной смеси, обладающей максимальной скоростью распространения пламени, % (об.); и*, и2, и3 - максимальные скорости распространения пламени в простых смесях, см/с.

Для расчета других точек кривой ын = /(Су.) следует задаться несколькими произвольными значениями скорости пламени, найти концентрацию Ь в сложной смеси по уравнению (1.5), в котором С,, С2, С3 заданы составом смеси.

Эта методика расчета применима к смесям газов родственной природы (например, метан-пропан). К смеси СпНт с Н2 и СО данная методика не применима.

Массовая скорость сгорания прямо пропорциональна абсолютной температуре предварительного подогрева смеси и может быть вычислена по уравнению:

(1.7)

где ш, Шо и тпред - массовая скорость сгорания смеси при температуре Т, То и ТПред , соответственно, г/(см -с).

Если Т»Тпред, то

т — т

о

Т,

(1.8)

о

Зависимость максимальной нормальной скорости распространения пламени от температуры и давления приближенно описывается уравнением [62]:

и =и'0 (Т/ПЗ)2 ?(Р/Ю'у, (1,9)

*

где и о - максимальная нормальная скорость распространения пламени при температуре 293 К и давлении 0,101 МПа, см/с; Т -температура в пламени, в К; Р - давление, в Па; п - показатель степени, не зависящим от давления в диапазоне МО4 5• 105 Па; для топлнвовоздушной смеси п = -0,3 -*? -0,4; для углеводородо-кислородных смесей п = -ОД * 0.

Максимальная нормальная скорость распространения пламени в зависимости от концентрации кислорода в окислителе при у/уп <у/у <0,5 + 0,7 описывается уравнением:

и*„ =ё«'0+В-

(1.10)

где и*„ и и*о - при у/у и ^о> см2/с; В - коэффициент, определяемый по экспериментальным данным (для пропана В ~ 0,22); цг..п - предельно малая концентрация кислорода в окислителе.

Величину и*„ при разных концентрациях кислорода в окислителе у/у при изменении температуры предварительного подогрева смеси от 310 до 422 К можно определять по уравнению:

и:=лт;-(^-с), (ив

где и*„ - в см/с; Т - в К; А,С и п - находятся по экспериментальным данным, их значения для пропана, изооктаиа и этилена приведены ниже:

А

С

П

Погрешность расчета, %

Пропан

0,766

0,133

і,іб

6

Изооктан

0,133

0,120

1,40

3

Этилен

0,998

0,333

1,18

3

 
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   След >
 
Популярные страницы