Предел воспламеняемости - Flammability limit

Смеси диспергированных горючих материалов (таких как газообразное или парообразное топливо и некоторая пыль) и кислорода в воздухе будут гореть только в том случае, если концентрация топлива находится в четко определенных нижних и верхних пределах, определенных экспериментально, называемых пределы воспламеняемости или же пределы взрываемости. Возгорание может варьироваться от дефлаграция через детонация.

Пределы зависят от температуры и давления, но обычно выражаются в объемных процентах при 25 ° C и атмосферном давлении. Эти ограничения относятся как к производству и оптимизации взрыва или сгорания, как в двигателе, так и к его предотвращению, как при неконтролируемых взрывах скоплений горючего газа или пыли. Получение наилучшей горючей или взрывоопасной смеси топлива и воздуха ( стехиометрический пропорция) важна в двигатель внутреннего сгорания Такие как бензин или же дизельные двигатели.

Стандартный справочник по-прежнему разработан Майкл Джордж Забетакис, а техника пожарной безопасности специалист, используя аппарат, разработанный Горное управление США.

Сила горения

Горение может быть разной степени насилия. А дефлаграция представляет собой распространение зоны горения со скоростью, меньшей, чем скорость звука в непрореагировавшей среде. А детонация представляет собой распространение зоны горения со скоростью, превышающей скорость звука в непрореагировавшей среде. An взрыв является разрывом оболочки или контейнера из-за развития внутреннего давления в результате горения или детонации, как определено в NFPA 69.

Пределы

Нижний предел воспламеняемости

Нижний предел воспламеняемости (LFL): наименьшая концентрация (процент) газа или пара в воздухе, способная вызвать вспышку огня в присутствии источника возгорания (дуга, пламя, тепло). Многие специалисты по безопасности считают этот термин тем же, что и нижний взрывоопасный уровень (НПВ). При концентрации в воздухе ниже, чем LFL, газовые смеси «слишком бедны» для горения. LFL газообразного метана составляет 4,4%.^[1][2] Если в атмосфере содержится менее 4,4% метана, взрыв не может произойти даже при наличии источника возгорания. С точки зрения здоровья и безопасности концентрация НПВ считается равной Немедленная опасность для жизни или здоровья (IDLH), где не существует более строгих пределов воздействия горючего газа.^[3]

Показания в процентах на мониторах горючего воздуха не следует путать с концентрациями LFL. Эксплозиметры спроектированный и откалиброванный для конкретного газа, может показывать относительную концентрацию атмосферы к LFL - LFL составляет 100%. Например, 5% отображаемое значение LFL для метана будет эквивалентно 5%, умноженным на 4,4%, или приблизительно 0,22% метана по объему при 20 ° C. Контроль опасности взрыва обычно достигается за счет достаточной естественной или механической вентиляции. ограничивать концентрацию горючих газов или паров до максимального уровня 25% от их нижний предел взрывоопасности или воспламеняемости.

Верхний предел воспламеняемости

Верхний предел воспламеняемости (UFL): самая высокая концентрация (процент) газа или пара в воздухе, способная вызвать вспышку огня в присутствии источника воспламенения (дуга, пламя, тепло). Концентрации выше, чем UFL или UEL, «слишком богаты» для сжигания. Работа выше UFL обычно избегается в целях безопасности, потому что утечка воздуха может привести смесь в диапазон горючести.

Влияние температуры, давления и состава

Пределы воспламеняемости смесей нескольких горючих газов можно рассчитать с помощью Ле Шателье правило смешения горючих объемных фракций ${\displaystyle x_{i}}$:

${\displaystyle LFL_{\text{mix}}={\frac {1}{\sum _{i}{\frac {x_{i}}{LFL_{i}}}}}}$

и аналогично для UFL.

Температура, давление, а концентрация окислителя также влияет на пределы воспламеняемости. Более высокая температура или давление, а также более высокая концентрация окислителя (в первую очередь кислорода в воздухе) приводят к более низкому LFL и более высокому UFL, следовательно, газовая смесь будет легче взорваться. Влияние давления очень мало при давлениях ниже 10 миллибар и трудно предсказать, поскольку он был изучен только в двигателях внутреннего сгорания с турбокомпрессор.

Обычно атмосферный воздух подает кислород для горения, и пределы предполагают нормальную концентрацию кислорода в воздухе. Атмосфера, обогащенная кислородом, усиливает сгорание, понижая LFL и увеличивая UFL, и наоборот; Атмосфера без окислителя не горючая и не взрывоопасная при любой концентрации топлива. Значительное увеличение доли инертных газов в воздушной смеси за счет кислорода увеличивает LFL и снижает UFL.

Контроль взрывоопасных сред

Газ и пар

Контроль концентраций газа и паров, выходящих за пределы воспламеняемости, является основным соображением в охрана труда. Методы, используемые для контроля концентрации потенциально взрывоопасного газа или пара, включают использование продувочного газа, инертного газа, такого как азот или же аргон для разбавления взрывоопасного газа перед контактом с воздухом. Использование скрубберов или адсорбция также распространены смолы для удаления взрывоопасных газов перед выпуском. Газы также могут безопасно поддерживаться при концентрациях выше UEL, хотя нарушение в контейнере для хранения может привести к взрывоопасным условиям или интенсивной эксплуатации. пожары.

Пыль

У пыли также есть верхний и нижний пределы взрываемости, хотя верхние пределы трудно измерить и не имеют большого практического значения. Нижние пределы воспламеняемости для многих органических материалов находятся в диапазоне 10–50 г / м³, что намного выше пределов, установленных по соображениям здоровья, как и в случае нижнего предела взрываемости многих газов и паров. Облака пыли такой концентрации плохо просматриваются на более коротком расстоянии и обычно существуют только внутри технологического оборудования.

Пределы воспламеняемости также зависят от размера частиц пыли и не являются внутренними свойствами материала. Кроме того, концентрация выше нижнего предела взрываемости может быть внезапно образована из-за скоплений осевшей пыли, поэтому регулирование путем регулярного мониторинга, как это делается с газами и парами, не имеет значения. Предпочтительный метод управления горючей пылью - предотвращение скопления осевшей пыли через технологический корпус, вентиляцию и очистку поверхности. Однако более низкие пределы воспламеняемости могут иметь значение при проектировании завода.

Летучие жидкости

Ситуации, вызванные испарением легковоспламеняющихся жидкостей в заполненном воздухом пустом объеме контейнера, могут быть ограничены объемом гибкого контейнера или использованием несмешивающейся жидкости для заполнения пустого объема. Гидравлические цистерны используйте вытеснение воды при заполнении бака нефтью.^[4]

Примеры

Пределы воспламеняемости / взрываемости некоторых газов и паров приведены ниже. Концентрации даны в процентах от объема воздуха.

• Жидкости класса IA ​​с точка возгорания менее 73 ° F (23 ° C) и точка кипения менее 100 ° F (38 ° C) имеют NFPA 704 рейтинг воспламеняемости 4
• Жидкости класса IB с температурой вспышки менее 73 ° F (23 ° C) и точкой кипения, равной или превышающей 100 ° F (38 ° C), и жидкости класса IC с температурой вспышки, равной или превышающей 73 ° F (23 ° C), но менее 100 ° F (38 ° C) имеют рейтинг воспламеняемости NFPA 704, равный 3
• Жидкости класса II с температурой вспышки, равной или превышающей 100 ° F (38 ° C), но менее 140 ° F (60 ° C), и жидкости класса IIIA с температурой вспышки, равной или превышающей 140 ° F (60 ° C), но менее 200 ° F (93 ° C) имеют рейтинг воспламеняемости NFPA 704, равный 2.
• Жидкости класса IIIB с температурой воспламенения, равной или превышающей 200 ° F (93 ° C), имеют рейтинг воспламеняемости NFPA 704, равный 1.

Вещество	LFL / LEL в% по объему воздуха	UFL / UEL в% по объему воздуха	NFPA Учебный класс	точка возгорания	Минимальная энергия зажигания в мДж выражается в процентах по объему в воздухе (Обратите внимание, что для многих химикатов это занимает наименьшее количество энергия зажигания на полпути между LEL и UEL.)[5]	Самовоспламенение температура
Ацетальдегид	4.0	57.0	Я	−39 ° С	0.37	175 ° С
Уксусная кислота (ледниковый)	4	19.9	II	От 39 ° C до 43 ° C		463 ° С
Уксусный ангидрид			II	54 ° С
Ацетон	2.6–3	12.8–13	IB	−17 ° С	1.15 @ 4.5%	465 ° С, 485 ° С[6]
Ацетонитрил			IB	2 ° C		524 ° С
Ацетилхлорид	7.3	19	IB	5 ° C		390 ° С
Ацетилен	2.5	100[7]	Я	Горючий газ	0,017 при 8,5% (в чистом кислороде 0,0002 при 40%)	305 ° С
Акролеин	2.8	31	IB	−26 ° С	0.13
Акрилонитрил	3.0	17.0	IB	0 ° C	0.16 @ 9.0%
Аллилхлорид	2.9	11.1	IB	−32 ° С	0.77
Аммиак	15	28	IIIB	11 ° С	680	651 ° С
Арсин	4.5–5.1[8]	78	Я	Горючий газ
Бензол	1.2	7.8	IB	−11 ° С	0.2 @ 4.7%	560 ° С
1,3-бутадиен	2.0	12	Я	−85 ° С	0.13 @ 5.2%
Бутан, н-бутан	1.6	8.4	Я	−60 ° С	0.25 @ 4.7%	420–500 ° С
н-бутилацетат, бутил ацетат	1–1.7[6]	8–15	IB	24 ° С		370 ° С
2-бутанол	1.7	9.8		29 ° С		405 ° С
Изобутанол	1.7	10.9		22–27 ° С		415 ° С
н-бутанол	1.4[6]	11.2	IC	35 ° С		340 ° С
н-бутилхлорид, 1-хлорбутан	1.8	10.1	IB	−6 ° С	1.24
н-бутилмеркаптан	1.4[9]	10.2	IB	2 ° C		225 ° С
Бутилметилкетон, 2-гексанон	1[10]	8	IC	25 ° C		423 ° С
Бутилен, 1-бутилен, 1-бутен	1.98[8]	9.65	Я	−80 ° С
Сероуглерод	1.0	50.0	IB	−30 ° С	0.009 @ 7.8%	90 ° С
Монооксид углерода	12[8]	75	Я	−191 ° C Воспламеняющийся газ		609 ° С
Окись хлора			Я	Горючий газ
1-хлор-1,1-дифторэтан	6.2	17.9	Я	−65 ° C Воспламеняющийся газ
Циан	6.0–6.6[11]	32–42.6	Я	Горючий газ
Циклобутан	1.8	11.1	Я	−63,9 ° С[12]		426,7 ° С
Циклогексан	1.3	7.8–8	IB	От −18 ° C до -20 ° C[13]	0.22 @ 3.8%	245 ° С
Циклогексанол	1	9	IIIA	68 ° С		300 ° С
Циклогексанон	1–1.1	9–9.4	II	43,9–44 ° С		420 ° С[14]
Циклопентадиен[15]			IB	0 ° C	0.67	640 ° С
Циклопентан	1.5–2	9.4	IB	От −37 до −38,9 ° C[16][17]	0.54	361 ° С
Циклопропан	2.4	10.4	Я	-94,4 ° С[18]	0.17 @ 6.3%	498 ° С
Decane	0.8	5.4	II	46,1 ° С		210 ° С
Диборан	0.8	88	Я	−90 ° C Воспламеняющийся газ[19]		38 ° С
о-дихлорбензол, 1,2-дихлорбензол	2[20]	9	IIIA	65 ° С		648 ° С
1,1-дихлорэтан	6	11	IB	14 ° С
1,2-дихлорэтан	6	16	IB	13 ° С		413 ° С
1,1-дихлорэтен	6.5	15.5	Я	−10 ° C Горючий газ
Дихлорфторметан		54.7		Негорючий,[21] -36,1 ° С[22]		552 ° С
Дихлорметан, метиленхлорид	16	66		Негорючий
Дихлорсилан	4–4.7	96	Я	−28 ° С	0.015
Дизельное топливо	0.6	7.5	IIIA	> 62 ° C (143 ° F)		210 ° С
Диэтаноламин	2	13	IB	169 ° С
Диэтиламин	1.8	10.1	IB	От −23 до −26 ° C		312 ° С
Диэтилдисульфид	1.2		II	38,9 ° С[23]
Диэтиловый эфир	1.9–2	36–48	Я	−45 ° С	0.19 @ 5.1%	160–170 ° С
Диэтилсульфид			IB	−10 ° С[24]
1,1-дифторэтан	3.7	18	Я	−81,1 ° С[25]
1,1-дифторэтилен	5.5	21.3		−126,1 ° С[26]
Дифторметан	14.4[27]
Диизобутилкетон	1	6		49 ° С
Диизопропиловый эфир	1	21	IB	−28 ° С
Диметиламин	2.8	14.4	Я	Горючий газ
1,1-диметилгидразин			IB
Диметилсульфид			Я	−49 ° С
Диметилсульфоксид	2.6–3	42	IIIB	88–95 ° С		215 ° С
1,4-диоксан	2	22	IB	12 ° С
Эпихлоргидрин	4	21		31 ° С
Этан	3[8]	12–12.4	Я	Воспламеняющийся газ -135 ° C		515 ° С
Этиловый спирт, этиловый спирт	3–3.3	19	IB	12,8 ° С (55 ° F)		365 ° С
2-этоксиэтанол	3	18		43 ° С
2-этоксиэтилацетат	2	8		56 ° С
Ацетат этила	2	12	Я	−4 ° С		460 ° С
Этиламин	3.5	14	Я	−17 ° С
Этилбензол	1.0	7.1		15–20 ° С
Этилен	2.7	36	Я		0.07	490 ° С
Этиленгликоль	3	22		111 ° С
Окись этилена	3	100	Я	−20 ° С
Этилхлорид	3.8[8]	15.4	Я	−50 ° С
Этилмеркаптан			Я
Мазут №1	0.7[8]	5
Фуран	2	14	Я	−36 ° С
Бензин (100 октан )	1.4	7.6	IB	<-40 ° C (-40 ° F)		246–280 ° С
Глицерин	3	19		199 ° С
Гептан, н-гептан	1.05	6.7		−4 ° С	0.24 @ 3.4%	204–215 ° С
Гексан, н-гексан	1.1	7.5		−22 ° С	0.24 @ 3.8%	225 ° С, 233 ° С[6]
Водород	4/18.3[28]	75/59	Я	Горючий газ	0,016 при 28% (в чистом кислороде 0,0012)	500–571 ° С
Сероводород	4.3	46	Я	Горючий газ	0.068
Изобутан	1.8[8]	9.6	Я	Горючий газ		462 ° С
Изобутиловый спирт	2	11		28 ° С
Изофорон	1	4		84 ° С
Изопропиловый спирт, изопропанол	2[8]	12	IB	12 ° С		398–399 ° С; 425 ° С[6]
Изопропилхлорид			Я
Керосин Самолет А-1	0.6–0.7	4.9–5	II	> 38 ° C (100 ° F) в качестве реактивного топлива		210 ° С
Литий гидрид			Я
2-меркаптоэтанол			IIIA
Метан (натуральный газ)	5.0 (ISO10156) / 4.4 (IEC60079-20-1)	14.3 (ISO10156) / 17 (IEC60079-20-1)	Я	Горючий газ	0.21 @ 8.5%	580 ° С
Метилацетат	3	16		−10 ° С
Метиловый спирт, метанол	6–6.7[8]	36	IB	11 ° С		385 ° С; 455 ° С[6]
Метиламин			Я	8 ° C
Метилхлорид	10.7[8]	17.4	Я	−46 ° С
Метиловый эфир			Я	−41 ° С
Метилэтиловый эфир			Я
Метилэтилкетон	1.8[8]	10	IB	−6 ° С		505–515 ° С[6]
Метилформиат			Я
Метилмеркаптан	3.9	21.8	Я	−53 ° С
Минеральные духи	0.7[6]	6.5		38–43 ° С		258 ° С
Морфолин	1.8	10.8	IC	31–37,7 ° С		310 ° С
Нафталин	0.9[8]	5.9	IIIA	79–87 ° С		540 ° С
Неогексан	1.19[8]	7.58		−29 ° С		425 ° С
Тетракарбонил никеля	2	34		4 ° C		60 ° С
Нитробензол	2	9	IIIA	88 ° С
Нитрометан	7.3	22.2		35 ° С		379 ° С
Октан	1	7		13 ° С
изооктан	0.79	5.94
Пентан	1.5	7.8	Я	От −40 до −49 ° C	в качестве 2-пентан 0.18 @ 4.4%	260 ° С
н-пентан	1.4	7.8	Я		0.28 @ 3.3%
изо-пентан	1.32[8]	9.16	Я			420 ° С
Фосфин			Я
Пропан	2.1	9.5–10.1	Я	Горючий газ	0,25 @ 5,2% (в чистом кислороде 0,0021)	480 ° С
Пропилацетат	2	8		13 ° С
Пропилен	2.0	11.1	Я	−108 ° С	0.28	458 ° С
Окись пропилена	2.9	36	Я
Пиридин	2	12		20 ° C
Силан	1.5[8]	98	Я			<21 ° С
Стирол	1.1	6.1	IB	31–32,2 ° С		490 ° С
Тетрафторэтилен			Я
Тетрагидрофуран	2	12	IB	−14 ° С		321 ° С
Толуол	1.2–1.27	6.75–7.1	IB	4,4 ° С	0.24 @ 4.1%	480 ° С; 535 ° С[6]
Триэтилборан				−20 ° С		−20 ° С
Триметиламин			Я	Горючий газ
Тринитробензол			Я
Скипидар	0.8[29]		IC	35 ° С
Растительное масло			IIIB	327 ° С (620 ° F)
Винилацетат	2.6	13.4		−8 ° С
Винилхлорид	3.6	33
Ксилолы	0.9–1.0	6.7–7.0	IC	27–32 ° С	0.2
м-ксилол	1.1[6]	7	IC	25 ° C		525 ° С
о-ксилол			IC	17 ° С
п-ксилол	1.0	6.0	IC	27,2 ° С		530 ° С

ASTM E681

Воспроизвести медиа

Изображение пламени R-32 возле его LFL в 12-литровом приборе ASTM E-681.^[27]

В США наиболее распространенным методом измерения LFL и UFL является ASTM E681.^[27] Этот стандартный тест требуется для HAZMAT Class 2 Газы и для определения хладагент классификации воспламеняемости. В этом стандарте используются визуальные наблюдения за распространением пламени в сферических стеклянных сосудах объемом 5 или 12 л для измерения пределов воспламеняемости. Воспламеняющиеся условия определяются как условия, при которых пламя распространяется за пределами угла конуса 90 °.

Смотрите также

• Химический портал

• Воспламеняемость
• Ограничение концентрации кислорода
• Минимальная энергия зажигания

Рекомендации

1. https://www.engineeringtoolbox.com/explosive-concentration-limits-d_423.html
2. https://www.honeywellanalytics.com/~/media/honeywell-analytics/documents/english/11296_gas-book_v5_0413_lr_en.pdf?la=en
3. «Текущий разведывательный бюллетень № 66: Определение значений, непосредственно опасных для жизни или здоровья (IDLH)» (PDF). Национальный институт безопасности и гигиены труда (NIOSH). Ноябрь 2013. Получено 2018-02-11.
4. Моррелл, Роберт В. (1931). Нефтяные танкеры (Второе изд.). Нью-Йорк: Издательство Simmons-Boardman. С. 305 и 306.
5. Бриттон, Л. Дж. «Использование данных о материалах в оценке статической опасности». как найдено в NFPA 77-2007 Приложение B
6. Работа с современными углеводородными и кислородсодержащими растворителями: руководство по воспламеняемости В архиве 1 июня 2009 г. Wayback Machine Американский химический совет Группа индустрии растворителей, стр. 7 января 2008 г.
7. Matheson Gas Products. Книга данных Matheson Gas (PDF). п. 443. Получено 2013-10-30.
8. «Газы - Пределы концентрации взрывчатых веществ и воспламеняемости». Получено 2013-09-09.
9. "ICSC 0018 - н-БУТИЛ МЕРКАПТАН". www.inchem.org. Получено 18 марта 2018.
10. "2-ГЕКСАНОН ICSC: 0489". oit.org. Получено 18 марта 2018.
11. «Сайт IPCS INTOX закрыт». www.intox.org. Получено 18 марта 2018.
12. Yaws, Carl L .; Брейкер, Уильям; Книга данных Matheson Gas Опубликовано McGraw-Hill Professional, 2001, стр. 211
13. Yaws, Carl L .; Брейкер, Уильям; Книга данных Matheson Gas Опубликовано McGraw-Hill Professional, 2001, стр. 216
14. "ICSC 0425 - ЦИКЛОГЕКСАНОН". www.inchem.org. Получено 18 марта 2018.
15. «Паспорт безопасности данных циклопентадиена». ox.ac.uk. Получено 18 марта 2018.
16. Yaws, Carl L .; Брейкер, Уильям; Книга данных Matheson Gas Опубликовано McGraw-Hill Professional, 2001, стр. 221
17. "ICSC 0353 - ЦИКЛОПЕНТАН". www.inchem.org. Получено 18 марта 2018.
18. Yaws, Carl L .; Брейкер, Уильям; Книга данных Matheson Gas Опубликовано McGraw-Hill Professional, 2001, стр. 226
19. Yaws, Carl L .; Брейкер, Уильям; Книга данных Matheson Gas Опубликовано McGraw-Hill Professional, 2001, стр. 244
20. Walsh (1989) Паспорта химической безопасности, Рой. Soc. Chem., Кембридж.
21. Encyclopedia.airliquide.com^{[постоянная мертвая ссылка ]}
22. Yaws, Carl L .; Брейкер, Уильям; Книга данных Matheson Gas Опубликовано McGraw-Hill Professional, 2001, стр. 266
23. Yaws, Carl L .; Брейкер, Уильям; Книга данных Matheson Gas Опубликовано McGraw-Hill Professional, 2001, стр. 281
24. Yaws, Carl L .; Брейкер, Уильям; Книга данных Matheson Gas Опубликовано McGraw-Hill Professional, 2001, стр. 286
25. Yaws, Carl L .; Брейкер, Уильям; Книга данных Matheson Gas Опубликовано McGraw-Hill Professional, 2001, стр. 296
26. Yaws, Carl L .; Брейкер, Уильям; Книга данных Matheson Gas Опубликовано McGraw-Hill Professional, 2001, стр. 301
27. Ким, Деннис К .; Клигер, Александра Е .; Lomax, Peter Q .; Маккой, Конор Дж .; Рейманн, Джонатан Ю.; Сандерленд, Питер Б. (14 сентября 2018 г.). «Усовершенствованный метод проверки пределов воспламеняемости хладагента в 12-литровом сосуде». Наука и технологии для искусственной среды. 24 (8): 861–866. Дои:10.1080/23744731.2018.1434381. ISSN  2374-4731.
28. "Периодическая таблица элементов: водород - H (EnvironmentalChemistry.com)". environmentalchemistry.com. Получено 18 марта 2018.
29. «Горючие материалы» (PDF). afcintl.com. Архивировано из оригинал (PDF) 3 марта 2016 г.. Получено 18 марта 2018.

дальнейшее чтение

• Дэвид Р. Лиде, главный редактор; Справочник по химии и физике CRC, 72-е издание; CRC Press; Бока-Ратон, Флорида; 1991; ISBN  0-8493-0565-9