ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ТУШЕНИЯ ПЛАМЕНИ В ЗАЗОРЕ И ВЫБОР ВЗРЫВОЗАЩИЩЁННОГО ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ

МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РФ

КРАСНОЯРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ТУШЕНИЯ ПЛАМЕНИ В ЗАЗОРЕ И ВЫБОР ВЗРЫВОЗАЩИЩЁННОГО ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ ПО БЖД

Красноярск 2004

Исследование процесса тушения пламени в зазоре и выбор взрывозащищённого оборудования. Методические указания к выполнению лабораторной работы по курсу БЖД / сост. А.И Жуков, В.Я. Кондрасенко; КГТУ. – Красноярск, 1990.

Печатается по решению редакционно-издательского совета института

Редактор С.Н.Козлова

Корректор А.А. Гетьман

ЛИТЕРАТУРА

1. Охрана труда в машиностроении / Под ред. Е.Я.Юдина. - М.: Машиностроение, 1983. - 432с.
2. ГОСТ 12.1.011-78. Смеси взрывоопасные. Классификация.
3. ГОСТ 12.2.020-76. Электрооборудование взрывозащищенное. Классификация. Маркировка.
4. Правила устройства электроустановок, - М.: Энергоатомиздат, 1985. - 640 с.
5. СНиП 11-90-81. Строительные нормы и правила. Производственные здания промышленных предприятий.- М.: Стройиздат, 1982.- 16с.

СОДЕРЖАНИЕ

Цель и задачи лабораторной работы

Общая часть

Выбор электрооборудования для взрывоопасных зон

Экспериментальное исследование процесса тушения

пламени в зазоре

Применяемое оборудование

Порядок проведения эксперимента

Безопасность выполнения эксперимента

Содержание отчета

Контрольные задания

Литература

Задание 6

В сборочном цехе на одной из технологических операций для промывки деталей используется бензин. В соответствии с ПУЭ класс взрывоопасной зоны - BIб (помещения, где возможно образование лишь локальных взрывоопасных смесей: менее 5% объема помещения).

Электрооборудование какого вида взрывозащиты допускается устанавливать в данной зоне?

Код ответа

Вид электрооборудования

22

23

24

25

26

Не взрыве защищенное, но защищенное от брызг

Взрывонепроницаемая оболочка

Искробезопасная электрическая цепь

Электрооборудование в любом взрывозащищенном исполнении

Электрооборудование специального вида взрывозащиты

Контрольные вопросы

1. Как устанавливают группы взрывоопасных смесей?
2. Как устанавливают категории взрывоопасных смесей?
3. Как устанавливают температурные классы взрывозащищённого оборудования (ВЗО)?
4. Дайте определение взрывоопасной зоны.
5. Какие зоны относятся к пожароопасным?
6. Каким основными документами регламентируется изготовление и эксплуатация ВЗО?
7. Перечислите уровни взрывозащиты оборудования.
8. Дайте их определение и маркировку.
9. Перечислите виды исполнения ВЗО.
10. Назовите вид исполнения ВЗО на стенде в лабораторной работе.
11. Какие критерии учитываются при изготовлении и выборе ВЗО для конкретных условий эксплуатации?
12. Что называется температурой самовоспламенения?
13. Что включает маркировка ВЗО?

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

Цель работы: ознакомление с экспериментальным методом определения величины тушащего зазора.

Задание: 1) экспериментально и расчетом найти величину тушащего зазора для данной горючей паровоздушной смеси;

2) по величине тушащего зазора установить категорию горючей смеси и условную маркировку взрывозащищенного электрооборудования.

ОБЩАЯ ЧАСТЬ

В ряде производств применяются горючие газы, жидкости и твердые дисперсные материалы, которые в соединении с воздухом образуют горючие смеси, способные воспламеняться от искр замыкания и размыкания электрических цепей и нагретых частей электрооборудования.

Для предотвращения пожара и взрыва от электрических установок во взрывоопасных зонах устанавливают взрывозащищенное электрооборудование.

Взрывоопасная зона – это помещение или ограниченное пространство в помещении или наружной установки, в котором имеются или могут образоваться взрывоопасные смеси.

Согласно Правилам устройства электротехнических установок (ПУЭ) взрывоопасными считаются зоны, в которых перерабатываются или хранятся горючие газы, легковоспламеняющиеся жидкости (температура вспышки 45°С), а также твердые горючие вещества в пылеобразном состоянии, если нижний концентрационный предел воспламенения (НКПВ) их равен 65 г/м3 или ниже.

Условное обозначение таких зон – «В» (взрывоопасная).

Зоны, в которых перерабатываются или хранятся горючие вещества, параметры которых выше указанных (жидкости с температурой вспышки более 45°С, твердые горючие вещества в пылеобразном состоянии, если НКПВ > 65 г/м3), относятся к пожароопасным.

Условное обозначение таких зон – «П» (пожароопасная).

Классы пожаровзрывоопасных зон в соответствии с ПУЭ приведены в табл. I.

При использовании электрического оборудования во взрывоопасных зонах возможно появление искр замыкания и размыкания, нагрев наружной поверхности электрического оборудования.

3

Таблица I

№

п/п

Пожаровзрывоопасные зоны

Класс по-жаровзры-вопасной зоны

I

Помещения, в которых могут образоваться взрывоопасные смеси паров и газов с воздухом при нормальных условиях работы (например, помещения, б которых производится слив ЛВЖ в открытые сосуды)

B-I

2

Помещения, в которых взрывоопасные смеси не образуются при нормальных условиях эксплуатации оборудования, но могут образоваться при авариях или неисправностях

B-Iа

3

Помещения,

а) в которых могут содержаться горючие пары и газы с высоким нижним концентрационным пределом воспламенения (15% и более), обладающие резкий запахом (например, помещения аммиачных компрессоров)

б) где возможно образование лишь локальных взрывоопасных смесей: менее 5% объема помещения

B-Iб

4

Наружные установки, в которых находятся взрывоопасные газы, пары и ЛВЖ (например, газгольдеры, сливоналивные эстакады и т.п.)

B-Iг

5

Помещения, в которых производится обработка горючих пылей и волокон, способных образовывать взрывоопасные смеси с воздухом при нормальных режима работы (например, открытая загрузка и выгрузка и оборудования мелкодисперсных горючих материалов)

B-II

6

Помещения, в которых взрывоопасные пылевоздушные смеси могут образоваться только в результате аварий и неисправностей (например, при разгерметизации пневмотранспортирующего оборудования с применением азота, сепарационных установок с механической загрузкой и т.д.) ,

B-IIа

7

Помещения, в которых содержатся ГЖ (например, минеральные масла)

П-I

8

Помещения, в которых содержатся горючие пыли с нижним концентрационным пределом воспламенения выше 65 г/м3

П-II

9

Помещения, в которых содержатся твердые горючие вещества, не способные переходить во взвешенное состояние

П-IIа

10

Наружные установки, в которых содержатся ГЖ (с температурой вспышки выше 45°С) или твердые горючие вещества

П-III

Задание 3

Во взрывоопасной зоне класса ВIа установлен насос для перекачки бензина. Параметры бензина: тушащий зазор - 0,95мм; температура вспышки - (-37°С); температурные пределы воспламенения: низший -(-37°С), верхний (-10°С); температура самовоспламенения - 380°С.

Указать маркировку электродвигателя, который может быть использован для привода насоса.

Код ответа

Маркировка электродвигателя

9

10

11

12

I Ехd IIС Т3

I Ехd IIА Т1

I Ехd IIВ Т1

I Ехd IIС Т1

Задание 4

В электрооборудовании какого вида взрывозащиты допускается взрыв горючей смеси?

Код ответа

Вид взрывозащиты

13

14

15

16

Кварцевое заполнение оболочки

Искробезопасная электрическая цепь

Взрывонепроницаемая оболочка

Защита вида «е»

Задание 5

На открытой площадке расположено технологическое оборудование, в котором используется газ - метан. Оборудование герметичное, образование взрывоопасных смесей возможно в результате аварии или неисправностей. Параметры метана: тушащий зазор - 1,0 мм, температура самовоспламенения - 650°С; концентрационные пределы воспламенения: низший - 5,2% об., верхний - 17об..

Определить класс взрывоопасной зоны по ПУЭ.

Код ответа

Класс взрывоопасной зоны

17

18

19

20

21

В Iб

В Iг

В Iа

В IIа

П I

Задание 2

Указать принцип обеспечения взрывозащиты электрооборудовании вида «взрывонепроницаемая оболочка».

Код ответа

Принцип обеспечения взрывозащиты

5

6

7

8

Предупреждение образования воспламеняющих искр и ограничение температуры нагрева поверхности корпуса

Ограничение тока в цепи или заполнение оболочки инертным газом

Предупреждение попадания в корпус электрооборудования горючей смеси и ограничение температуры нагрева поверхности корпуса

Прочный корпус с тушащим зазором и ограничение температуры нагрева поверхности корпуса

Задание 3

Какой электродвигатель можно применять для привода компрессора при компрессировании ацетилена?

Параметры ацетилена: нижний предел воспламенения - 2,0% об.; температура самовоспламенения - 335°С; безопасный экспериментальный максимальный зазор (БЭМЗ) - 0,3мм; минимальная энергия зажигания - 0,02 мДж; скорость распространения пламени - 1,3 м/с.

Код ответа

Температура поверхности

9

10

11

12

I Ехd IIА Т2

I Ехd IIС Т2

I Ехd IIВ Т3

I Ехd IIА Т3

Задание 4

В помещении класса BI для покраски деталей применяется растворитель 646, имеющий следующие параметры: температура самовоспламенения - 410°С; температура вспышки - (-9°С); тушащий зазор - 0,95мм. Указать вид электрооборудования, установленного в цехе.

Код ответа

Маркировка электрооборудования

13

14

15

16

I Ехi IIС Т1

I Ехi IIА Т2

I Ехi IIА Т1

I Ехi IIВ Т5

Исполнение, маркировка и эксплуатация электрооборудования должны соответствовать ГОСТ 12.2.020-76 и Правилам изготовления взрывозащищенного и рудничного электрооборудования (ПИВРЭ).

Система специальных и конструктивных мер и средств, предотвращающих возможность воспламенения взрывоопасной среды, характеризует уровень взрывозащиты электрооборудования.

Взрывозащищенное электрооборудование выпускается следующих уровней взрывозащиты:

1) повышенной надежности, обеспечивающее взрывозащиту только в нормальном режиме работы. Обозначается: по ПИВРЭ - Н, по ГОСТу - 2;

1. взрывобезопасное, обеспечивающее взрывозащиту как при нормальном режиме работы, так и при вероятных повреждениях. Обозначается по ПИВРЭ – В, по ГОСТу – 1;
2. особовзрывобезопасное, обеспечивающее взрывозащиту при любых условиях эксплуатации электрооборудования. Обозначается: по ПИВРЗ – 0, по ГОСТу – 0.

Различают следующие виды исполнения взрывозащищенного оборудования:

а) взрывонепроницаемая оболочка (обозначение: по ПИВРЭ – В, па ГОСТу – d) – оболочка, способная выдержать давление взрыва внутри нее и предотвращающая распространение взрыва из оболочки в окружающую среду. Корпус оборудования делают прочным, способный выдержать давление взрыва горючей смеси. Для предупреждения выбрасывания пламени из корпуса (если в корпусе произойдет взрыв) через зазоры, эти зазоры делают меньше тушащего для данной смеси;

б) искробезопасная электрическая цепь (обозначение по ПИВРЭ – И, по ГОСТу - i ) - электрооборудование, в котором электрический разряд или нагрев элементов электрической цепи не может воспламенить взрывоопасную среду. Искробезопасность такого оборудования обеспечивается специальными искрогасящими элементами (конденсаторами, сопротивлениями, дросселями), уменьшающими энергию искры при замыкании и размыкании цепи. Эти ограничительные элементы схемы должна быть такими, чтобы энергия искр замыкания и размыкания была меньше в четыре раза минимальной анергии воспламенения или ток в электрической цепи при замыкании был в два раза меньше тока, воспламеняющего данную горючую смесь;

5

в) заполнение или продувка оболочки электрооборудования чистым воздухом или инертным газом под избыточный давлением (обозначается: по ПИВРЭ - П, по ГОСТу - р) предотвращает попадание в оболочку взрывоопасной смеси из окружающего объема;

г) масляное заполнение оболочки (обозначается по ПИВРЭ - М, по ГОСТу - 0) - искрящие и неискрящие токоведущие части погружают в масло или жидкий негорючий диэлектрик;

д) кварцевое заполнение оболочки (обозначается: по ПИВРЭ - К, по ГОСТу - q) - погружение токоведущих частей в кварцевый песок;

е) защита вида «е» (обозначается; по ПИВРЭ - Н, по ГОСТу - е), ее применяют в электрооборудовании, не имеющем нормально искрящих частей; принят ряд мер, затрудняющих появление опасных нагревов, электрических искр и дуг;

ж) специальный вид взрывозащиты, принципиально отличающийся
от вышеуказанных (обозначается: по ПИВРЭ - С, по ГОСТу - s).

При изготовлении и выборе взрывозащищенного электрооборудования для конкретных условий эксплуатации учитываются категория и группа горючей смеси.

В зависимости от способа передачи взрыва (выхода пламени) через зазоры в оболочке устанавливают категории взрывоопасных смесей по тушащему зазору (табл, 2, 2а).

Таблица 2 (по ГОСТ 12.1.011-78)

Категорий и наименование взрывоопасных смесей

Величина безопасного экспериментального максимального зазора, мм

I Рудничный метан

Свыше 1,0

II Промышленные газы и пара

II А

II В

II С

0,9 – 1,0

0,5 – 0,9

до 0,5

Примечание. Безопасный экспериментальный зазор (БЭМЗ) - максимальный зазор между фланцами оболочки, через который взрыв не передается из оболочки в окружающую среду при любой концентрации горючего в воздухе.

6

Задание 5

В технологическом процессе используется бензин с параметрами: температура вспышки - (-11°С); температура кипения - 80°С; температура самовоспламенения - 534°С; температурные пределы воспламенения: низший - (-14°С), верхний - (+13°С).

При какой температуре поверхности электрооборудования (колба лампы) произойдет воспламенение паров бензина?

Код ответа

Температура поверхности

17

18

19

20

85

-10

15

550

Вариант 2

Задание 1

Определить класс взрывоопасной зоны помещения, в котором установлено оборудование для производства порошка магния.

Порошок ссыпается в тару открытой струей. Параметры магния: температура самовоспламенения - 480°С; максимальное давление взрыва пылевоздушной смеси - 30 г/м3; минимальная энергия зажигания пылевоздушной смеси - 20 мДж.

Код ответа

Класс взрывоопасной зоны

1

2

3

4

В IIа

В Iб

В II

П I

Задание 2

При перекачке горючей жидкости в качестве привода насоса используется электродвигатель маркировки Б2ТЗ (I Ех II ВТЗ).

Укажите предельную температуру нагрева поверхности корпуса электродвигателя.

Код ответа

Предельная температура, °С

5

6

7

8

135

450

300

200

Таблица 6

Исследуемое вещество - ...

Стехиометрическая концентрация - ... % об.

№ серии опытов

№ опыта в серии

Зазор, мм

Наличие взрыва при воспламенении в левой полости

Контрольное воспламенение в

правой полости

Вероятность воспламенения,

Р

левая полость

правая полость

Пример заполнения

1

1

0,95

воспл.

воспл.

-

1,0

2

1

2

3

4

0,9

0,9

0,9

0,9

воспл.

воспл.

воспл.

воспл.

нет

нет

нет

воспл.

воспл.

воспл.

воспл.

-

0,25

5. Категория смеси по тушащему зазору в соответствии с ГОСТ 12.1.011-78 и правилами изготовления взрывозащищенного и рудничного электрооборудования (ПИВРЭ).

КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ

Вариант 1

Задание 1

Для промывки изделий в качестве растворителя используется бензин Б-70. Процесс промывки производится вручную.

Параметры бензина: температура самовоспламенения – 300°С; концентрационные пределы воспламенения: нижний – 0,79%, верхний – 5,16%; плотность–745кг/м3; температура пламени –1200°С; температура вспышки – (-34°С). Определить класс взрывоопасной зоны по ПУЭ.

Код ответа

Класс взрывоопасной зоны по ПУЭ

1

2

3

4

В I

В IIа

В Iб

В Iа

14

Таблица 2а (по ПИВРЭ)

Категория взрывоопасных смесей

Зазор между плоскими поверхностями 25 мм, при котором частота передачи составляет 50% при объеме оболочки

длиной взрывов 2,5л; мм

1

Более 1,0

2

0,65 - 1,0

3

0,35 - 0,65

4

Менее 0,35

В зависимости от температуры самовоспламенения устанавливают, группу взрывоопасной смеси ( табл. 3 ).

Таблица 3

Группа взрывоопасной смеси

Температура самовоспламенения,°С

Т 1

Свыше 450

Т 2

300 - 450 включ.

Т 3

200 - 300 включ.

Т 4

135 - 200 включ.

Т 5

100 - 135 включ.

Т 6

85 - 100 включ.

Для каждого вида взрывозащищенного электрооборудования устанавливают предельную температуру - наибольшую безопасную температуру поверхности электрооборудования. В зависимости от значений, предельной температуры устанавливают температурные классы по ГОСТ 12.1.011-78 (табл. 4).

7

Температурный класс

Т I

Т 2

Т 3

Т 4

Т 5

Т б

Предельная температура, оС

450

300

200

135

100

80

Маркировка взрывозащищенного электрооборудования включает:

уровень взрывозащиты 2, I, 0 (по ПИВРЭ - Н, В, 0);

соответствие электрооборудования ГОСТу (знак Ех);

- вид исполнения d, i, p, o, q, e, s (по ПИВРЭ в треугольнике В, И, П, М, К, Н, С);

-характеристику взрывоопасной среды (наивысшую категорию смеси) II, II А, II В, II С (по ПИВРЭ – 1, 2, 3, 4); наивысшую группу смеси по температуре самовоспламенения Т I - Т 6 или температурный класс.

Пример маркировки (табл. 5)

Таблица 5

Уровень взрывозащиты

Вид исполнения

Наивысшая категория

Маркировка

ГОСТ

ПИВРЭ

Взрывобезо-пасный

Взрывонепроницаемая оболочка

I-я категория, группа Т1

1ЕхdIIATI

Повышенной надежности

Маслонаполненное, с элементами повышенной надежности против взрыва

Все категории, группы Т1,Т2

2Ех0IIT2

ВЫБОР ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ВЗРЫВООПАСНЫХ ЗОН

Допускается установка:

во взрывоопасных; зонах B-I и В-II электрооборудования исполнений: «взрывонепроницаемая оболочка» и «продувка оболочки под избыточным давлением»;

в зонах класса В-Iб электрооборудования не взрывозащищенного, но защищенного от брызг;

в зонах класса В-Iа, В-IIа - электрооборудования в любом взрывозащищенном исполнении;

в зонах класса В- Iг, на наружных: установках - электрооборудования в любом взрывозащищенном исполнении.

8

где - стехиометрические коэффициенты горючего, кислорода, азота, определяемые из уравнения окисления:

2. Рассчитать количество горючей жидкости, необходимой для образования в полостях бомбы стехиометрической концентрации:

,

где - объем жидкости, испарение которой образует стехиометрическую паровоздушную смесь, мл; - молекулярная масса горючей жидкости; - объем полости бомбы (в установке л); - объем моля, л (принять л); - плотность жидкости, г/см3.

3. Включить установку в сеть, нажав кнопку «Вкл. сеть».

4. Продувать бомбу воздухом в течении 2 минут, нажав кнопку «Продувка».

5. Установить по лимбу рассчитанный по формуле (1) зазор между полостями.

6. В каждую полость бомбы залить через выхлопные штуцеры расчетное количество горючей жидкости.

7. Закрыть отверстия выхлопных штуцеров мембранами из кальки.

8. Для образования воздушной смеси в полостях бомбы дать выдержку 3 минуты.

9. Опустить защитный экран.

10. Через 3 минуты после заливки жидкости включить зажигание в левой полости бомбы, нажав кнопку «лев. зажигание». При этом должен произойти взрыв горючей смеси в левой полости (регистрируется по разрыву мембраны из кальки). При величине зазора больше тушащего зажигание смеси в левой полости приводит к зажиганию смеси в правой полости (происходит разрыв мембраны из кальки в правой полости).

Если величина зазора между полостями меньше тушащего, то взрыва смеси в правой полости не произойдет (мембрана на правом штуцере не разрушиться). В этом случае, нажав кнопку «Прав. зажигание», инициирует контрольный взрыв в правой полости.

11. Если эксперимент покажет, что расчетный. зазор больше тушащего, необходимо следующий опыт провести с зазором на 0,05 мм меньше расчетного. Уменьшая зазор в каждом опыте на 0,05 мм, нужно найти такой зазор, при котором взрыва не произойдет при повторении опыта 10 раз.

12

Бомба состоит из двух полостей (1,11), каждая - объемом 1,0 л. В перегородке 4, разделяющей бомбу на полости, установлена коническая пробка 6 с резьбой на хвостовике 7. Хвостовик пробки ввернут в гайку 8 с лимбом, на который нанесены деления. Градуировка лимба - в миллиметрах. Выхлопные штуцера 9 имеют приспособление для установки разрывных мембран из бумаги (кальки) или другого плотного материала.

Каждая полость сосуда через клапан 10 соединена с вентилятором 11 для продувки бомбы от продуктов сгорания. Продувка включается накатаем кнопки «Продувка», при этом открываются клапаны в обе камеры и одновременно включается вентилятор 11 посредством микропереключателя. Поворотом гайки 8 с лимбом изменяют величину зазора между полостями бомбы. Методом проб определяют зазор, при котором горение смеси в левой полости бомбы не вызывает воспламенения горючей смеси в правой полости.

Зажигание горючей смеси производится искровым разрядом между электродами свечей, установленных в левой и правой полостях. Высокое напряжение на электроды подается нажатием кнопки «Зажигание» («лев.» - для левой полости и «прав.» - дня правой полости бомбы).

ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА

1. Рассчитать стехиометрическую концентрацию горючей жидкости (ацетона), %об., при условии: молекулярная масса ; структурная формула - ; температура кипения ; температура самовоспламенения паров ; нормальная скорость распространения пламени ; теплоемкость горючей смеси ; теплопроводность горючей смеси ; область воспламенения–2.2%об.–13%об.; температурные пределы воспламенения: нижний - (-20°С), верхний - (+6°С); плотность ; плотность паровоздушной смеси при стехиометрической концентрации .

,

10