Температура вспышки — описываем досконально

Температурой вспышки нефтепродуктов называется температура, при которой пары образца, нагреваясь, вспыхивают при поднесении источника огня, смешиваясь с воздухом. Температура вспышки измеряется в открытом и закрытом тигле, и для первого это значение всегда выше на несколько градусов.

Определение температуры вспышки важно для достоверной информации о свойствах нефтепродукта и оценки его качества. Также этот параметр используется для разделения производственных помещений и оборудования на классы пожароопасности.

Механизм

Для каждой горючей жидкости можно определить давление насыщенных паров. С повышением температуры оно растёт, таким образом, количество горючего вещества на единицу объёма воздуха над жидкостью также растёт с ростом температуры. При достижении температуры вспышки содержание горючего вещества в воздухе становится достаточным для поддержания горения. Достижение равновесия между паром и жидкостью требует, однако, некоторого времени, определяемого скоростью образования паров. При температуре вспышки скорость образования паров ниже, чем скорость их горения, поэтому устойчивое горение возможно лишь при достижении температуры воспламенения.

Понятие температуры вспышки

Температурой вспышки называется температура, при которой нефтепродукт, нагреваемый в стандартных условиях, выделяет такое количество паров, которое образует с окружающим воздухом горючую смесь, вспыхивающую при поднесении к ней пламени.

Для индивидуальных углеводородов существует определенная количественная связь температуры вспышки и температуры кипения, выражаемая соотношением:

Для нефтепродуктов, выкипающих в широком интервале температур, такую зависимость установить нельзя. В этом случае температура вспышки нефтепродуктов связана с их средней температурой кипения, т. е. с испаряемостью. Чем легче фракция нефти, тем ниже ее температура вспышки. Так, бензиновые фракции имеют отрицательные (до минус 40°С) температуры вспышки, керосиновые 28-60°С, масляные 130-325°С. Присутствие влаги, продуктов распада в нефтепродукте заметно влияет на величину его температуры вспышки. Этим пользуются в производственных условиях для заключения о чистоте получаемых при перегонке керосиновых и дизельных фракций. Для масляных фракций температура вспышки показывает наличие легкоиспаряющихся углеводородов. Из масляных фракций различного углеводородного состава наиболее высокую температуру вспышки имеют масла из парафинистых малосернистых нефтей. Масла той же вязкости из смолистых нафтено-ароматических нефтей характеризуются более низкой температурой вспышки.

Температура вспышки различных нефтепродуктов

По температуре вспышки жидкие нефтепродукты классифицируются на легковоспламеняющиеся жидкости (ЛВЖ) и горючие жидкости (ГЖ). Температура вспышки горючих жидкостей имеет значение выше 61⁰С для закрытого тигля и выше 65⁰С для открытого. Жидкости, вспыхивающие при температуре, не достигшей этих значений, относят к легковоспламеняющимся. ЛВЖ делятся на 3 разряда:

1. Особо опасные (ТВЗ от -18⁰С и ниже).

2. Постоянно опасные (ТВЗ от -18⁰С до 23⁰С).

3. Опасные при повышении температуры воздуха (ТВЗ от 23⁰С до 61⁰С).

Температура вспышки дизельного топлива – один из важных показателей его качества. Она напрямую зависит от самого вида топлива. Например, современное ДТ ЕВРО вспыхивает при достижении значения в 55⁰С и выше.

Температура вспышки топлива для тепловозов и судовых двигателей выше, чем для дизтоплива общего применения. А летнее топливо, нагреваясь, вспыхивает на 10-15⁰С раньше, чем зимнее и арктическое.

У легких нефтяных фракций низкая ТВЗ, и наоборот. Например:

• температура вспышки масла моторного (тяжелые масляные фракции) – 130-325⁰С,
• температура вспышки керосина (средние керосиновые и газойлевые фракции) – 28-60⁰С,
• температура вспышки бензина (легкие бензиновые фракции) – до -40⁰С, то есть бензин вспыхивает при минусовых значениях температуры.

Температура вспышки нефти определяется фракционным составом, но в основном ее значения отрицательны (как и для бензинов) и колеблются в пределах от -35⁰С до 0⁰С. А температура вспышки газов, как правило, вообще не определяется. Вместо этого используют значения верхнего и нижнего пределов воспламеняемости, которые зависят от содержания паров газа в воздухе.

Измерение

Из-за сложностей прямого измерения температуры вспышки газов и паров, за неё принимают минимальную температуру стенки реакционного сосуда, при которой наблюдают вспышку. Эта температура зависит от условий тепломассообмена как внутри реакционного сосуда, так и самого сосуда с окружающей средой, объёма смеси, а также каталитической активности стенки сосуда и ряда других параметров.

Показатель применяется для определения допустимой температуры нагревания горючих веществ при различных условиях хранения и перевозки. Наиболее известным способом измерения температуры вспышки является определение в закрытом тигле по методу Пенского — Мартенса ASTM D93, ГОСТ 6356. Для температур ниже 20-50 градусов Цельсия используют другие методы.

Также существуют методы экспериментального определения температуры вспышки жидкостей в открытом тигле.

Пределы взрываемости

Температура вспышки нефтепродукта характеризует возможность этого нефтепродукта образовывать с воздухом взрывчатую смесь. Смесь паров с воздухом становится взрывчатой, когда концентрация паров горючего в ней достигает определенных значений. В соответствии с этим различают нижний и верхний пределы взрываемости смеси паров нефтепродукта с воздухом. Если концентрация паров нефтепродукта меньше нижнего предела взрываемости, взрыва не происходит, так как имеющийся избыток воздуха поглощает выделяющееся в исходной точке взрыва тепло и таким образом препятствует возгоранию остальных частей горючего. При концентрации паров горючего в воздухе выше верхнего предела взрыва не происходит из-за недостатка кислорода в смеси. Нижний и верхний пределы взрываемости углеводородов можно определить соответственно по формулам:

Пределы взрываемости смесей индивидуальных углеводородов и других горючих веществ с воздухом, % (об.).

В гомологическом ряду парафиновых углеводородов с повышением молекулярной массы как нижний, так и верхний пределы взрываемости понижаются, а интервал взрываемости сужается от 5-15% (об.) для метана до 1,2-7,5% (об.) для гексана. Ацетилен, оксид углерода и водород характеризуются самыми широкими интервалами взрываемости, поэтому они наиболее взрывоопасны.

С повышением температуры смеси интервал ее взрываемости слегка сужается. Так, при 17°С интервал взрываемости пентана равен 1,4-7,8% (об.), а при 100°С составляет 1,44-4,75% (об.). Присутствие в смеси инертных газов (азота, диоксида умерода и др.) также сужает интервал взрываемости. Увеличение давления приводит к повышению верхнего предела взрываемости.

Пределы взрываемости паров бинарных и более сложных смесей углеводородов можно определить по формуле:

Расчёт

Температура вспышки индивидуальных веществ в закрытом тигле

Температура вспышки веществ, молекулы которых содержат структурные группы, представленные в таблице 1, рассчитывается по формуле, °C:

где  — температура кипения жидкости при 101 кПа, °C;

 — число структурных групп j-го вида в молекуле;  — эмпирические коэффициенты, значения которых приведены в таблице 1.

Для органических соединений, молекулы которых состоят из атомов С, Н, О и N, а также для галоидорганических и элементоорганических соединений, содержащих атомы S, Si, P и Cl, температура вспышки может быть рассчитана по формуле:

где , и  — константы, значения которых приведены в таблице 2;  — стандартная теплота сгорания вещества, кДж/моль.

Если известна зависимость давления насыщенного пара от температуры, то температура вспышки, °C, рассчитывается по формуле:

где  — парциальное давление паров горючей жидкости при температуре вспышки, кПа;  — коэффициент диффузии пара в воздух, см²/с;  — стехиометрический коэффициент кислорода в реакции горения.

Наиболее точно величина рассчитывается по линейной зависимости температуры вспышки от температуры кипения, выполняющейся в пределах отдельных классов химических соединений:

Значения коэффициентов a и b для различных классов органических веществ приведены в таблице 3.

Температура вспышки смесей горючих жидкостей в закрытом тигле

Температура вспышки смесей горючих жидкостей , °C, рассчитывается по формуле:

где  — мольная доля i-го компонента в жидкой фазе;  — мольная теплота испарения i-го компонента, кДж/моль;  — температура вспышки i-го компонента, °C; R — универсальная газовая постоянная.

Величина может быть рассчитана по интерполяционной формуле:

где  — температура кипения i-го компонента.

Температура вспышки бинарных смесей жидкостей, принадлежащих к одному гомологическому ряду, рассчитывается по формуле:

где  — температура вспышки легкокипящего компонента смеси, °C;  — гомологическая разность по температуре вспышки в рассматриваемом ряду, °C;  — массовая доля высококипящего компонента в жидкой фазе;  — разность между числом углеродных атомов компонентов смеси;  — коэффициент, учитывающий нелинейный характер зависимости от : при ; при .

Температура вспышки индивидуальных веществ в открытом тигле

Температуру вспышки в открытом тигле вычисляют по формуле, используя величины эмпирических коэффициентов из таблицы 4:

Если для исследуемой жидкости известна зависимость давления насыщенного пара от температуры, то температуру вспышки в открытом тигле вычисляют по формуле:

Поделитесь в соц.сетях:

Оцените статью: (Пока оценок нет) Загрузка...

Читайте также:

Добровольный пожарный — разбираемс... Геноцид — виды, наказание, примеры и кон... Гидротехническое сооружение, определение... Игнатиус Руфус: в общих чертах...