Многокомпонентные взрывоопасные смеси и их классификация по категориям взрывоопасности

Далее осуществлялось сопоставление значений продольных, поперечных сил и изгибающих моментов, полученных с помощью аналитических методов со значениями, получаемыми в дискретной модели при действии сил тяготения и растяжения (сжатии). При решении этой задачи отличия не превышали 5—

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -------------------------

6 %, что согласуется с результатами экспериментальных исследований.

Таким образом, разработанная математическая модель может использоваться для исследования пространственных колебаний РО ВТТМ.

Волкова М.Ш., Кондакова А.Н. - МПТИ (ф) ЯГУ, РС(Я), г. Мирный, Россия.

© А.Т .Ерыгин, А.Ю. Охапкин, 2003

YAK 621.313

АЛ .Ерыгин, А.Ю. Охапкин

МНОГОКОМПОНЕНТНЫЕ ВЗРЫВООПАСНЫЕ СМЕСИ И ИХ КЛАССИФИКАЦИЯ ПО КАТЕГОРИЯМ ВЗРЫВООПАСНОСТИ

В горных выработках, а также в ряде производственных помещений нефтяной, газовой, химической и других отраслей промышленности существует возможность образования взрывоопасных смесей в результате смешивания горючих газов, паров жидкостей и пылей с воздухом, их воспламенения и взрыва, влекущего за собой тяжелые последствия (человеческие жертвы и материальные потери). Обеспечение безопасности в таких условиях решаются двумя путями, взаимно дополняющими друг друга и действующими одновременно. Первый -контроль состава производственной атмосферы и предотвращения с помощью вентиляции образования взрывоопасной концентрации. Второй - исключение потенциальных источников воспламенения. При использовании электрической энергии во взрывоопасной атмосфере такими источниками являются электрический разряд, пламена и нагретые поверхности.

При воспламенении взрывоопасных смесей рассматриваются два источника воспламенения (механизма): высокотемпературный и низкотемпературный. К высокотемпературным источникам воспламенения относятся электрический разряд, пламена и нагретые тела малого размера. К низкотемпературным источникам - нагретые поверхности. Все взрывоопасные смеси при воспламенении высокотемпературными источниками классифицируют по категориям взрывоопасности, а при воспламенении низкотемпературными источниками - по группам взрывоопасности. На практике все газы и пары жидкостей разбиты на 4 категории и для каждой категории выбран представительный газ. Такая классификация облегчает процесс конструирования и испытаний взрывозащищенного электрооборудования. Взрывозащищенное электрооборудование может использоваться для всей группы газов и паров жидкостей в пределах данной категории. Существующая практика у нас и за рубежом имеет дело с бинар-

ными взрывоопасными смесями, а выбор наиболее легко воспламеняемого состава многокомпонентной среды осуществляет по наиболее легко воспламеняемому горючему в составе многокомпонентной среды. Такое нерациональное решение обусловлено не-изученностью многокомпонентных взрывоопасных смесей, невозможностью установить их место в общей классификации взрывоопасных смесей. Проведенные в ИПКОН РАН исследования по изучению воспламеняемости многокомпонентных взрывоопасных смесей [1] создали научную базу для разработки методики классификации по категориям взрывоопасных смесей рудничной атмосферы, содержащей в качестве горючих метан, его гомологи и водород. Основной задачей в этом направлении в настоящее время является установление взаимосвязей между безопасным экспериментальным максимальным зазором (БЭМЗ) многокомпонентной взрывоопасной смеси, составом горючих и определенных экспериментально БЭМЗ бинарных взрывоопасных смесей, входящих в многокомпонентную взрывоопасную смесь в качестве горючих составляющих.

В данной работе ставится задача разработать метод оценки и обеспечения взрывоопасности электрооборудования в соответствии с реальной взрывоопасностью любых многокомпонентных взрывоопасных смесей. В основе разрабатываемого метода лежат две установленные в ходе изучения воспламеняемости многокомпонентных смесей закономерности. В соответствии с первой из них для каждой взрывоопасной смеси отношение ее критериальных воспламеняющих параметров к аналогичным величинам для метановоздушной смеси есть константа, являющаяся безразмерной характеристикой взрывоопасности смеси [2]. Этой величиной является показатель взрывоопасности смеси (ПВ) по отношению к метановоздушной смеси. Примером такого показателя ПВ является классификационная величина МТВ. Благодаря этой закономерности для определения категории взрывоопасности может быть использован любой критериальный воспламеняющий параметр смеси, лишь бы была известна аналогичная величина для метановоздушной смеси.

В соответствии со второй закономерностью, взрывоопасность многокомпонентной взрывоопасной смеси тем выше

ПЕ =

где ПЕ - показатель взрывоопасности, рассчитанный по соотношению любых критериальных воспламеняющих параметров 1-того компонента исследуемой и метановоздушной смесей, либо любой критериальный параметр 1-того горючего компонента смеси; Сп - содержание п-го компонента в смеси.

Благодаря первой закономерности, исследования воспламеняемости многокомпонентных взрывоопасных смесей, использующих в качестве горючих компонентов метан, этан, пропан, бутан, этилен и водород в различных двойных и тройных сочетаниях, осуществлялись методом определения их удельных воспламеняющих мощностей (УВМ ). Суть предлагаемого метода заключается в установлении зависимости определяемого экспериментально ПВ от состава многокомпонентной смеси (или любой, рассчитанной исходя из состава, величины ). В качестве расчетной величины целесообразно использовать безопасный экспериментальный максимальный зазор (БЭМЗ). Это классификационная величина, значение которой определяется общепринятым стандартным методом с высокой точностью (± 0,01мм ). Исходя из состава смеси может быть рассчитана среднеарифметическая величина БЭМЗ (1).

В графической форме искомая зависимость представлена на рисунке. По оси абсцисс отложены значения среднеарифметического БЭМЗ, рассчитанного исходя из состава взрывоопасной смеси. По оси ординат отложены экспериментально определенные экспериментальные значения ПВ для 156 взрывоопасных смесей вышеуказанного компонентного состава. Здесь ПВ обозначен как более привычный классификационный показатель МТВ. Данная графическая зависимость может быть аппроксимирована с помощью показательной или степенной функции [3]. Решение этой задачи многовариантно. Одним из вариантов является аналитическое выражение ПВ= МТВ = БЭМЗе /1,14[0,467 + 2,056 БЭМЗЕ --1,4199

где БЭМЗе - среднеарифметическое значение безопасного экспериментального максимального зазора, рассчитанное по формуле (1).

Зависимость МТВ многокомпонентных взрывоопасных смесей от их средневзвешенного значения БЭМЗ^.

Соответственно, значение безопасного экспериментального максимального зазора многокомпонентной взрывоопасной смеси вычисляется как БЭМЗ= БЭМЗх /[0,467 + 2,056 БЭМЗЕ -1,4199 --

Корректность формул (2,3) подтверждается соответствием полученных с их помощью данных с экспериментальными данными В.А. Бондаря [4] и данными ГОСТ Р 51330.11-99, часть 12. «Классификация смесей газов и паров с воздухом по безопасным экспериментальным зазорам и минимальным воспламеняющим токам». В частности, для городского газа (состав: водо-род-57%; окись углерода - 16%; метан - 27%) значение БЭМЗ по стандарту [4] составляет 0,53 мм, а рассчитанное - 0,52 мм. Расхождение не превышает 2%.

Таким образом, предлагаемый метод позволяет определять классификационный показатель многокомпонентной взрывоопасной смеси МТВ или БЭМЗ с приемлемой точностью исходя из компонентного ее состава и данных ГОСТ Р 51330.19-99, Часть 20.

Дальнейшие исследования должны быть направлены на оптимизацию расчетных формул с целью разработки методики классификации по категориям взрывоопасности многокомпонентных взрывоопасных смесей. Разработка такой методики позволит полностью решить задачу выбора исполнения взрывозащищенного и рудничного электрооборудования адекватно реальной взрывоопасности многокомпонентных смесей.

------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Охапкин А.Ю. О классификации по категориям взрывоопасности рудничной атмосферы, содержащей метан, его гомологи и водород.// Горный ин-формационно-аналити-ческий бюллетень 1999. - №1. - С. 238-241.

2. Ерыгин А.Т, Охапкин А.Ю. Ус-

тановление взаимосвязей между воспламеняющими параметрами при различных испытаниях взрывозащищенного и рудничного электрооборудования.// Электробезопасность. -

1999. - №1. - С. 21-25.

3. Грановский В.А, Сирая Т.Н.

Методы обработки экспериментальных данных при измерениях Л.: Энер-гоатомиздат. - 1999. - 288 с.

4. Бондарь В.А, Веревкин В.Н., Гескин А.И. и др. Взрывобезопасность электрических разрядов и фрикционных искр. - М.: Недра. - 1976. - 304 с.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ

БЭМЗ, £, мм

Ерыгин Александр Тимофеевич - профессор, доктор технических наук, ИПКОН РАН.

Охапкин Александр Юрьевич -кандидат технических наук, ИПКОН РАН.