Учебный лабораторный стенд для экспериментального определения концентрационных пределов распространения пламени по различным газовоздушным смесям
EDUCATIONAL LABORATORY STAND FOR EXPERIMENTAL DETERMINATION OF THE CONCENTRATION LIMITS OF FLAME PROPAGATION FOR VARIOUS GAS-AIR MIXTURES

Изобретение относится к лабораторному оборудованию, используемому при изучении курсов теории взрывчатых веществ, действия взрыва, экспериментальных методов анализа свойств взрывоопасных веществ, в частности концентрационных пределов распространения пламени по газовоздушным смесям.
Известны учебные лабораторные установки для исследования взрывных процессов с применением твердых и жидких взрывчатых веществ. Учебная лабораторная установка для исследования взрывных процессов содержит взрывную камеру, размещенный в ней штатив для установки или подвешивания заряда взрывчатого вещества, заряд взрывчатого вещества, источник электрического импульса, размещенный вне камеры, электрический кабель, соединяющий источник с зарядом. Заряд выполнен из жидкого взрывчатого вещества, представляющего смесь жидких окислителя и горючего, залит в металлическую или неметаллическую оболочку, снабжен искровым разрядником или взрывающимся проводником, погруженным в жидкое взрывчатое вещество. Разрядник соединен высоковольтным электрическим кабелем с источником электрического импульса (см. патент RU 2373489 C1, 20.11.2009, F42D 5/00, Бюл. №32).
Наиболее близким техническим решением является учебная лабораторная установка для исследования и демонстрации взрывных процессов (см. патент RU 141754 U1, 10.06.2014, F42D 5/00, Бюл. №16), состоящая из вытяжного шкафа с защитной шторкой и окном, в котором установлен лабораторный штатив, с закрепленной алюминиевой пластиной-свидетелем, в углублении которой помещен заряд инициирующего взрывчатого вещества (ИВВ) массой 10-20 мг, воспламенение которого производят с помощью отрезка медленногорящего пиротехнического шнура, зажигаемого нихромовой спиралью, питаемой от лабораторного автотрансформатора через систему блокировки, которая разрывает цепь питания спирали при открытой защитной шторке. Лабораторная установка дополняется некоторым вспомогательным оборудованием: микроскопом, для оценки формы и размеров кристаллов ИВВ; аналитическими весами, для взятия навесок и оценки гравиметрической плотности ИВВ. Данное оборудование устанавливается на отдельных столах и комплектуется защитными устройствами и экранами.
Недостатком рассмотренных технических решений является отсутствие возможности исследовать взрывоопасные свойства газовых составов.
3
В производстве, особенно на нефтехимической и газовой промышленности в большом количестве используются приборы, аппараты, технологические процессы, содержащие вещества, способные при определенных условиях образовывать взрывоопасную газовоздушную среду, характеризующуюся концентрационными пределами распространения пламени. Нижний (верхний) концентрационный предел распространения пламени - минимальное (максимальное) содержание горючего вещества в окислительной среде (выражаемое в % объема или в г/м), при которой возможно распространение пламени по смеси на любое расстояние от источника зажигания. Таким образом, взрыв или возгорание газообразных или смешанных горючих химических веществ наступает при определенном содержании этих веществ в воздухе, это может привести к разрушению и повреждению зданий, сооружений, технологических установок, емкостей и трубопроводов. При взрыве газовоздушной или паровоздушной смеси образуется воздушная ударная волна, способная оказывать разрушающее действие на ближайшие объекты и приводить к травматизму или летальному исходу производственный персонал.
Поэтому, поскольку объекты нефтегазовой отрасли несут потенциальную взрывопожарную опасность, необходимо уделять особое внимание проблемам защищенности таких объектов от образования взрывов.
Поэтому для усиления контроля на производстве за образованием выше описанных явлений, необходимо понимание работниками взрывоопасных объектов причин и способов образования взрывоопасных смесей, которые можно изучать на предлагаемом лабораторном стенде.
Задачей изобретения является создание учебного лабораторного стенда, с помощью которого можно наблюдать и анализировать при каком соотношении газового состава к окислителю возможно образование взрыва, определять концентрационные пределы распространения пламени для различных газовоздушных смесей, изучать, как изменение газового состава влияет на концентрационные пределы распространения пламени по смеси.
Поставленная задача решается тем, что учебный лабораторный стенд для экспериментального определения концентрационных пределов распространения пламени по различным газовоздушным смесям, содержит последовательно соединенные герметичные емкости с испытуемыми газами, бюретку для создания газовой смеси различных составов в различных пропорциональных соотношениях, резиновую камеру для смешения газов, поступающих из бюретки, бюретку для создания газовоздушной смеси, взрывную камеру с отверстием для сбрасывания избыточного давления во фронте воздушной ударной волны при срабатывании пружинного или другого предохранительного клапана или пробки резиновой, электроды, встроенные во взрывную камеру как источник электрического импульса, подаваемого при замыкании электрической цепи ключом, аспираторы с водой для вытеснения газа или воздуха из бюретки и взрывной камеры, краны для подачи и прекращения подачи газа и воздуха, газовые баллоны или другие герметичные устройства, способные содержать и вытеснять при необходимости испытуемые газы, например, резиновые камеры.
Учебный лабораторный стенд для экспериментального определения концентрационных пределов распространения пламени по различным газовоздушным смесям в различных пропорциональных соотношениях содержит (см. чертеж) бюретку 1 для возможности создания газовой смеси различных составов в различных пропорциональных соотношениях, бюретку 2 для создания газовоздушной смеси, резиновую камеру 3 для смешения газов, поступающих из бюретки 1, взрывную камеру 4 с отверстием 31 для сбрасывания избытка давления, встроенные во взрывную камеру 4 электроды 5, как источник электрического импульса, который подается при замыкания электрической цепи ключом 6, аспираторы 7, 8, 9 с водой (жидкостью) для вытеснения газа или воздуха из бюретки и взрывной камеры, соединительные шланги 10, 11, 12, газоперекачивающие трубочки 13, 14, 15, трубочки 16, 17, 18 для закачки и вытеснения воздуха, краны 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25 для подачи и прекращения подачи газа, краны 26, 27, 28 для подачи и прекращения подачи воздуха, пружинный или другой предохранительный клапан 29, или резиновая пробка, которая при взрыве будет вылетать, выдавливаемая взрывной волной, сохраняя при этом целостность взрывной трубки 4, которую рекомендуется отгородить защитным экраном, закрепленным на стенд, или другим способом для обеспечения безопасности при проведении лабораторного эксперимента, газовые баллоны 30 или другие герметичные устройства, способные содержать и вытеснять при необходимости испытуемые газы, например, резиновые камеры.
Лабораторный стенд работает следующим образом. Выкачивается воздух из бюретки 1 путем наполнения ее водой при поднятии аспиратора 7, закрывается кран 26, в бюретке образуется вакуум. Открывается кран 22 и 19, первый испытуемый газ под давлением подается в бюретку 1 в таком количестве, чтобы при закачке последующих 2-х и более газов образовывалась 100%-ная газовая смесь (например, 25 мл = 25%). Открывается кран 23 и закаченный в бюретку 1 первый испытуемый газ вытесняется водой в резиновую камеру 3 путем поднятия аспиратора 7. Аналогичным образом закачиваются в резиновую камеру 2-ой и 3-ий испытуемые газы в соответствующих количествах, например, второй испытуемый газ 25 мл = 25%, и третий испытуемый газ 50 мл = 50%, что позволит получить 100%-ную газовую смесь. Далее создается газовоздушная смесь во 2 бюретке, предварительно освобожденной от имеющегося там воздуха, путем закачивания в нее воды из аспиратора 8, выполненных в виде сообщающихся сосудов, выдавливанием из резиновой камеры некоторого количества (например, между расчетным нижним и верхним концентрационным пределом распространения пламени) образованной ранее газовой смеси путем нажатия на нее, с последующим закрытием крана 24. В качестве окислителя в данном процессе выступает кислород воздуха, закачиваемый из трубочки 17 в бюретку 2, вследствие открывания крана 27, который закрывается при достижении необходимой для испытания концентрации газа в окислительной среде. Следующим этапом исследования является создание электрического импульса в образованной нами газовоздушной среде. Для этого газовоздушная смесь перекачивается из бюретки 2, путем вытеснения ее водой из аспиратора 8 во взрывную камеру, предварительно заполненную водой из аспиратора 9 и оснащенную встроенными электродами 5, которые вызывают искру при замыкании электрической цепи ключом 6. При содержании взрывоопасной газовой смеси в окислительной среде в пределах между нижним и верхним концентрационным пределом распространения пламени, во взрывной камере будет происходить взрыв в момент замыкания электрической цепи ключом 6, и избыток давления будет выходить через имеющееся во взрывной камере отверстие 31 для сбрасывания избытка давления.