Методика классификации по категориям взрыво-опасности рудничной атмосферы

А. Т. Ерыгин

МЕТОДИКА КЛАССИФИКАЦИИ ПО КАТЕГОРИЯМ ВЗРЫВООПАСНОСТИ РУДНИЧНОЙ АТМОСФЕРЫ

Приведена методика классификации многокомпонентной рудничной атмосферы по категориям взрывоопасности. Методика проиллюстрирована примерами.

Ключевые слова: взрывозащита рудничного электрооборудования, взрывоопасность, рудничная атмосфера, взрывная камера.

~П настоящее время взрывозащита рудничного электрообо-

-Я-М рудования обеспечивается для смесей I категории взрывоопасности, то есть применительно к метановоздушной смеси. Пока не разработано и не изготавливается рудничное взрывозащищенное электрооборудование для взрывоопасных сред ИА, ИВ и ПС категорий взрывоопасности.

Методика определения категории взрывоопасности рудничной атмосферы, содержащей в качестве горючих метан, его гомологи и водород, позволяет установить связь между составом горючих компонент и исполнением рудничного взрывозащищенного электрооборудования во всем возможном диапазоне изменения состава горючих.

Последние исследования в ИПКОН РАН позволили установить исходные данные, позволяющие разработать методику определения категории взрывоопасности рудничной атмосферы, содержащей в качестве горючих метан, его гомологи и водород в области параметров взрывоопасных смесей, охватывающих все четыре категории взрывоопасности.

При оценке и обеспечении взрывозащиты электрооборудования применяются следующие термины с соответствующими определениями.

Взрывоопасная атмосфера - смесь с воздухом в атмосферных условиях горючих веществ в виде газа, пара, тумана, пыли или волокон, в которой после воспламенения процесс горения распространяется по всей взрывоопасной смеси.

Взрывоопасная газовая среда - смесь с воздухом в атмосферных условиях горючих веществ в виде газа, пара или тумана, в ко-

торой после воспламенения процесс горения распространяется по всей взрывоопасной смеси.

Источник воспламенения - электрический разряд, нагретое тело или пламя, обеспечивающий воспламенение взрывоопасной смеси.

БЭМЗ - безопасный экспериментальный максимальный зазор в соответствии с ГОСТ Р 51330.2-99 [1] между двумя частями взрывной камеры, состоящей из полусфер с фланцами длиной 25 мм, исключающий воспламенение внешней взрывоопасной смеси газа или пара в воздухе при воспламенении этой смеси внутри взрывной камеры.

Минимальный ток воспламенения (МТВ) - минимальное значение тока электрической цепи, при размыкании которой в соответствии с ГОСТ Р 51330.10-99 [2], возникающий электрический разряд воспламеняет взрывоопасную смесь с определенной вероятностью.

Соотношение МТВ - соотношение между минимальным током воспламенения смеси испытуемого газа или пара с воздухом и минимальным током воспламенения метановоздушной смеси. Удельная воспламеняющая мощность - минимальная мощность, выделяемая на нагреваемом теле малого размера, отнесенная к его характеристическому размеру, обеспечивающая воспламенение взрывоопасной смеси.

Категория взрывоопасности взрывоопасной газовой среды -принятый диапазон минимальных воспламеняющих параметров источника воспламенения в соответствии с ГОСТ Р 51330.11-99[3].

В настоящее время классификация взрывоопасных смесей по категориям взрывоопасности осуществляется в соответствии с действующим стандартом ГОСТ Р 51330.11-99. В соответствии с этим стандартом взрывоопасные смеси горючих газов и паров жидкостей с воздухом подразделяются на категории взрывоопасности в зависимости от величины безопасного экспериментального максимального зазора (БЭМЗ).

Взрывоопасные смеси подразделяются:

I - метан на подземных горных работах;

II - газы и пары жидкостей за исключением метана на подземных горных выработках.

Основные параметры взрывоопасных смесей рудничной атмосферы приведены в табл. 1.

В зависимости от значения БЭМЗ взрывоопасные смеси подразделяются согласно данным табл. 2.

298

Таблица 1

Основные параметры взрывоопасных смесей рудничной атмосферы

№ п/п Газ или пар кг/м3 Пределы воспламеняемости Температура самовос- пламенения, 0С БЭМЗ, мм

Нижний Верхний Нижний Верхний

об.,% мг/л

1 Водород 0,09 4,00 77,0 3,4 63 560 0,28

2 Метан 0,717 4,40 17,0 29 113 537 1,14

3 Этан 1,356 2,50 15,5 31 194 515 0,91

4 Пропан 2,01 1,70 10,9 31 200 470 0,92

5 Бутан 2,672 1,40 9,3 33 225 372 0,98

6 Пентан 3,23 1,40 7,8 42 236 258 0,93

7 Гексан 3,88 1,00 8,4 35 290 233 0,93

8 Гептан 4,52 - - - - 275 0,94

9 Октан 5,17 0,80 6,5 38 311 206 0,94

10 Нонан 5,68 0,70 5,6 37 301 205 -

11 Декан 6,46 0,70 5,6 41 433 201 1,05

Таблица 2

Категория взрывоопасности взрывоопасных смесей в зависимости от величины БЭМЗ.

Категория взрывоопасности взрывоопасных смесей Величина БЭМЗ, мм

I 1,0 и более

ПА 0,9 и более

ПВ св. 0,5, но не менее 0,9

ПС 0,5 и менее

При воспламенении взрывоопасных смесей в процессе испытаний на искробезопасность электрических цепей и электростатическую искробезопасность, а также на взрывобезопасность нагретых тел малого размера и взрывонепроницаемость оболочек имеет место высокотемпературный механизм воспламенения. Основными критериальными (минимальными воспламеняющими) параметрами при испытаниях взрывозащищенного электрооборудования являются:

- на искробезопасность электрических цепей - минимальный воспламеняющий ток или минимальное воспламеняющее напряжение электрической цепи;

- на электростатическую искробезопасность - минимальная воспламеняющая энергия или гасящее расстояние;

- на взрывобезопасность нагретых тел малого размера - удельная воспламеняющая мощность;

- на взрывонепроницаемость оболочек - безопасный экспериментальный максимальный зазор (БЭМЗ).

Было доказано, что все критериальные параметры при высокотемпературном механизме воспламенения могут быть использованы для классификации взрывоопасных смесей по категориям взрывоопасности. Любая взрывоопасная смесь может быть охарактеризована как безразмерной величиной, определяемой как отношение любого из перечисленных критериальных параметров к аналогичному параметру метановоздушной смеси, так и в зависимости от величины значения БЭМЗ взрывоопасных смесей, приведенных в действующем стандарте ГОСТ Р 51330.19-99 [4] для бинарных взрывоопасных смесей. Поэтому целесообразно исходные данные для классификации взрывоопасных смесей по категориям взрывоопасности иметь в виде значений БЭМЗ.

С помощью экспериментов во взрывной камере были получены исходные данные для классификации многокомпонентных взрывоопасных смесей по категориям взрывоопасности в виде зависимости БЭМЗ = /

Классификация многокомпонентных взрывоопасных смесей рудничной атмосферы по категориям взрывоопасности сводится к определению средневзвешенного значения БЭМЗ многокомпонентной смеси по формуле (1).

Полученное средневзвешенное значение БЭМЗ многокомпонентной смеси подставляется в выражение (рисунок) и вычисляется эффективное значение БЭМЗ и полученное эффективное значение БЭМЗ сравнивается с аналогичными значениями, приведенными в табл. 2, и определяют категорию взрывоопасности как бинарных, так и многокомпонентных взрывоопасных смесей.

Для наглядности пользования результатами данной методики полученное средневзвешенное значение БЭМЗ многокомпонентной взрывоопасной смеси наносится по координате абсцисс на график (рисунок). Точка на графике определит категорию взрывоопасности многокомпонентной взрывоопасной смеси рудничной атмосферы.

Проиллюстрируем использование методики классификации рудничной атмосферы по категориям взрывоопасности на примерах.

Пример 1. В качестве взрывоопасной среды примем смесь промышленного метана с воздухом. Промышленный метан содержит 85% СН4 и 15% Н2.

Определим для данной взрывоопасной смеси средневзвешенное значение БЭМЗК из выражения

БЭМЗ* = (БЭМЗ1х С1 + БЭМЗ2 х С2)/(С1 + С2) =

=(1,14х85 + 0,28х 15)/100 =1,011 мм.

Определим эффективное значение БЭМЗ многокомпонентной взрывоопасной смеси по формуле

Зависимость эффективного значения БЭМЗ от его средневзвешенного значения БЭМЗ,

Г'\Л /ТО А 1 ОСС 1,6141 БЭМЗз г\ л огг 1,6141х1,011 (\ г\л ос

БЭМЗ = 0,1855 е = 0,1855 е =0,9485 мм.

Согласно данным табл. 2 взрывоопасная смесь, характеризуемая БЭМЗ, равным 0,9485 мм, относится к категории взрывоопасности ПА.

По второму методу, нанося координаты (БЭМЗл = 1,011мм и БЭМЗ = 0,9485 мм) на график (рисунок), попадаем в зону категории взрывоопасности ІІА.

В соответствии с ГОСТ 12.1.011-78 промышленный метан отнесена к категории взрывоопасности ІІА.

Пример 2. В качестве взрывоопасной среды примем смесь коксового газа с воздухом. Коксовый газ содержит 40% СН4 и 60% Н2.

Определим для данной взрывоопасной смеси средневзвешенное значение БЭМЗл из выражения

БЭМЗs = (БЭМЗ1Х С1 + БЭМЗ2 х С2)/ (С1 + С2) =

= (1,14x40 + 0,28х 60)/100= 0,624 мм.

Определим эффективное значение БЭМЗ многокомпонентной взрывоопасной смеси по формуле

А 1 ос; 1,6141 БЭМЗs г\ і осе 1,6141x0,624 г\ глпл

БЭМЗ = 0,1855 е = 0,1855 е =0,5079 мм.

Согласно данным табл. 2 взрывоопасная смесь, характеризуемая БЭМЗ, равным 0,5079 мм, относится к категории взрывоопасности ІІВ.

По второму методу, нанося координаты (БЭМЗл = 0,624 мм и БЭМЗ = 0,5079 мм) на график (рисунок), попадаем в зону категории взрывоопасности ІІВ.

В соответствии с ГОСТ 12.1.011-78 смесь коксового газа с воздухом отнесена к категории взрывоопасности ІІВ.

Пример 3. Рудничная атмосфера содержит следующие горючие компоненты:

метан -21,2%; этан - 46,8%; пропан - 15,4%; бутан - 0,8 % и водород - 15,8%.

Определим для данной взрывоопасной смеси средневзвешенное значение БЭМЗл из выражения

БЭМЗs = (БЭМЗ:х С: + БЭМЗ2 х С2 + БЭМЗ3 х С3 +

+БЭМЗ4 х С4 + БЭМЗ5 х С5)/ (С1 + С2 + С3 + С4 + С5) =

=(1,14х21,2 + 0,91х 46,8 + 0,92 х 15,4 + 0,98х 0,8 +

+0,28х 15,8)/100 =0,8613 мм.

Определим эффективное значение БЭМЗ многокомпонентной взрывоопасной смеси по формуле

а і огс 1,6141 БЭМЗs г\ і пгг 1,6141 х0,8613 г\ пллсь

БЭМЗ = 0,1855 е = 0,1855 е =0,7449 мм.

Согласно данным табл. 2 взрывоопасная смесь, характеризуемая БЭМЗ, равным 0,7449 мм, относится к категории взрывоопасности IIB.

По второму методу, нанося координаты (БЭМЗл = 0,8613 мм и БЭМЗ = 0,7449 мм) на график (рисунок), попадаем в зону категории взрывоопасности IIB.

Разработанная методика классификации по категориям взрывоопасности рудничной атмосферы охватывает весь реально возможный диапазон составов горючих газов от чистого метана до чистого водорода и определяет место многокомпонентных взрывоопасных смесей в общей классификационной таблице.

------------------------------------------ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. ГОСТ Р 51330.2-99. Электрооборудование взрывозащищенное. Часть 1. Взрывозащитв вида «взрывонепроницаемая оболочка». Дополнение 1. Приложение D. Метод определения безопасного экспериментального максимального зазора. Введ. от 01.01.00. - М.: Издательство стандартов, 2000. - 10с.

2. ГОСТ Р 51330.10-99. Электрооборудование взрывозащищенное. Часть 11 Искробезопасная электрическая цепь. Введ. От 01.01.00. - М.: Издательство стандартов, 2000. - 117 с.

3. ГОСТ Р 51330.11-99. Электрооборудование взрывозащищенное. Часть 12. Классификация смесей газов и паров с воздухом по безопасным экспериментальным зазорам и минимальным воспламеняющим токам. Введ. от 01.01.00. - М.: Издательство стандартов, 2000. - 10с.

4. ГОСТ Р 51330.19-99. Электрооборудование взрывозащищенное. Часть 20. Данные по горючим газам и парам, относящиеся к эксплуатации электрооборудования. Введ. От 01.01.00. - М.: Издательство стандартов, 2000 - 22 с. шгЛ

A. T. Erygin

TECHNIQUE OF CLASSIFICATION BY CATEGORIES OF EXPLOSION HAZARD OF MINER ATMOSPHERE

The technique of classification of multicomponent mine atmosphere by explosion hazard categories is resulted. The technique is illustrated by examples.

Key words: explosion-proof of a miner electric equipment, explosion hazard, mine atmosphere, explosive chamber.

___ Коротко об авторе ___________________________________________________

Ерыгин А.Т. - профессор, доктор технических наук, зав. отделом ИП-

КОН РАН, sertium.ipkon@mail.ru