Mez hořlavosti - Flammability limit

Směsi rozptýlených hořlavých materiálů (například plynných nebo odpařených paliv a některých prachů) a kyslíku ve vzduchu budou hořet, pouze pokud bude koncentrace paliva v přesně definované dolní a horní mezní hodnotě stanovené experimentálně, označované jako limity hořlavosti nebo meze výbušnosti. Spalování se může pohybovat od násilí od deflagration přes detonace.

Limity se mění s teplotou a tlakem, ale obvykle se vyjadřují v objemových procentech při 25 ° C a atmosférickém tlaku. Tyto limity jsou relevantní jak pro produkci, tak pro optimalizaci exploze nebo spalování, jako je tomu u motoru, nebo pro jeho prevenci, jako při nekontrolovaných explozích hromadění hořlavého plynu nebo prachu. Dosažení nejlepší hořlavé nebo výbušné směsi paliva a vzduchu ( stechiometrický proporce) je důležité v vnitřní spalovací motory jako benzín nebo vznětové motory.

Standardní referenční práce je stále zpracována autorem Michael George Zabetakis, a požární bezpečnost specialista pomocí přístroje vyvinutého United States Bureau of Mines.

Násilí na spalování

Spalování se může lišit podle stupně násilí. A deflagration je šíření spalovací zóny rychlostí nižší než je rychlost zvuku v nezreagovaném médiu. A detonace je šíření spalovací zóny rychlostí vyšší než je rychlost zvuku v nezreagovaném médiu. An exploze je prasknutí nebo prasknutí krytu nebo kontejneru v důsledku vývoje vnitřního tlaku způsobeného deflagrací nebo detonací, jak je definováno v NFPA 69.

Limity

Dolní mez hořlavosti

Dolní mez hořlavosti (LFL): Nejnižší koncentrace (procento) plynu nebo páry ve vzduchu, která je schopna vytvářet záblesk ohně v přítomnosti zdroje vznícení (oblouk, plamen, teplo). Mnoho odborníků na bezpečnost tento termín považuje za stejný jako dolní úroveň výbušnosti (LEL). Při koncentraci ve vzduchu nižší než LFL jsou směsi plynů „příliš chudé“ na to, aby hořely. Plynný metan má LFL 4,4%.[1][2] Pokud má atmosféra méně než 4,4% metanu, nemůže dojít k výbuchu, i když je přítomen zdroj vznícení. Z hlediska bezpečnosti a ochrany zdraví je koncentrace LEL považována za Okamžitě nebezpečné pro život nebo zdraví (IDLH), kde pro hořlavý plyn neexistuje přísnější limit expozice.[3]

Procentuální hodnoty na monitorech hořlavého vzduchu by neměly být zaměňovány s koncentracemi LFL. Explosimetry navržený a kalibrovaný na konkrétní plyn může ukazovat relativní koncentraci atmosféry k LFL - LFL je 100%. Například 5% zobrazená hodnota LFL pro metan by odpovídala 5% vynásobenému 4,4% nebo přibližně 0,22% metanu objemovým při 20 stupních C. Kontrola nebezpečí výbuchu se obvykle dosahuje dostatečným přirozeným nebo mechanickým větráním, omezit koncentraci hořlavých plynů nebo par na maximální úroveň 25% dolní mez výbušnosti nebo hořlavosti.

Horní mez hořlavosti

Horní mez hořlavosti (UFL): Nejvyšší koncentrace (procento) plynu nebo páry ve vzduchu, která je schopna vytvářet záblesk ohně v přítomnosti zdroje vznícení (oblouk, plamen, teplo). Koncentrace vyšší než UFL nebo UEL jsou „příliš bohaté“ na to, aby se spálily. Provozu nad UFL se z bezpečnostních důvodů obvykle zabrání, protože unikající vzduch může směs přivést do rozsahu hořlavosti.

Vliv teploty, tlaku a složení

Meze hořlavosti směsí několika hořlavých plynů lze vypočítat pomocí Le Chatelier směšovací pravidlo pro hořlavé objemové frakce :

a podobné pro UFL.

Teplota, tlak a koncentrace oxidačního činidla také ovlivňuje limity hořlavosti. Vyšší teplota nebo tlak, stejně jako vyšší koncentrace oxidačního činidla (především kyslíku ve vzduchu), má za následek nižší LFL a vyšší UFL, proto bude plynná směs snadněji explodovat. Vliv tlaku je při tlacích pod 10 velmi malý milibar a těžko předvídatelné, protože to bylo studováno pouze u spalovacích motorů s a rychlonabíječka.

Kyslík pro spalování dodává obvykle atmosférický vzduch a limity předpokládají normální koncentraci kyslíku ve vzduchu. Atmosféry obohacené kyslíkem zvyšují spalování, snižují LFL a zvyšují UFL a naopak; atmosféra bez oxidačního činidla není hořlavá ani výbušná pro žádnou koncentraci paliva. Významné zvýšení podílu inertních plynů ve směsi vzduchu na úkor kyslíku zvyšuje LFL a snižuje UFL.

Ovládání výbušné atmosféry

Plyn a pára

Řízení koncentrace plynů a par mimo limity hořlavosti je hlavním faktorem v pracovní bezpečnost a zdraví. Metody používané k řízení koncentrace potenciálně výbušného plynu nebo páry zahrnují použití zametacího plynu, nereaktivního plynu, jako je dusík nebo argon ředit výbušný plyn před kontaktem se vzduchem. Použití praček nebo adsorpce Běžné jsou také pryskyřice k odstranění výbušných plynů před uvolněním. Plyny lze také bezpečně udržovat při koncentracích nad UEL, i když narušení skladovací nádoby může vést k výbušným podmínkám nebo intenzivnímu požáry.

Prach

Prachy mají také horní a dolní meze výbušnosti, ačkoli horní meze je obtížné měřit a mají malý praktický význam. Dolní limity hořlavosti pro mnoho organických materiálů jsou v rozmezí 10–50 g / m³, což je mnohem vyšší než limity stanovené ze zdravotních důvodů, jako je tomu v případě LEL mnoha plynů a par. Mraky prachu této koncentrace je těžké vidět skrz na více než krátkou vzdálenost a obvykle existují pouze uvnitř technologického zařízení.

Meze hořlavosti také závisí na velikosti částic příslušného prachu a nejedná se o vnitřní vlastnosti materiálu. Kromě toho lze z usazenin usazeného prachu náhle vytvořit koncentraci nad LEL, takže řízení pomocí rutinního monitorování, jako je to u plynů a par, nemá žádnou hodnotu. Upřednostňovanou metodou nakládání s hořlavým prachem je zabránění hromadění usazeného prachu skrz procesní kryt, ventilaci a čištění povrchu. Nižší limity hořlavosti však mohou být relevantní pro konstrukci zařízení.

Těkavé kapaliny

Situace způsobené odpařováním hořlavých kapalin do vzduchem naplněného prázdného objemu nádoby mohou být omezeny flexibilním objemem nádoby nebo použitím nemísitelné kapaliny k vyplnění prázdného objemu. Hydraulické cisterny při plnění nádrže ropou použijte výtlak vody.[4]

Příklady

Limity hořlavosti / výbušnosti některých plynů a par jsou uvedeny níže. Koncentrace jsou uvedeny v procentech objemových vzduchu.

  • Kapaliny třídy IA s a bod vzplanutí méně než 73 ° F (23 ° C) a bod varu méně než 100 ° F (38 ° C) mají a NFPA 704 stupeň hořlavosti 4
  • Kapaliny třídy IB s bodem vzplanutí menším než 23 ° C (73 ° F) a bodem varu 38 ° C nebo vyšším a kapaliny třídy IC s bodem vzplanutí rovným nebo vyšším než 73 ° F (23 ° C), ale méně než 100 ° F (38 ° C) mají stupeň hořlavosti NFPA 704 3
  • Kapaliny třídy II s bodem vzplanutí rovným nebo vyšším než 38 ° C, avšak nižším než 140 ° F (60 ° C) a kapaliny třídy IIIA s bodem vzplanutí rovným nebo větším než 140 ° F (60 ° C) ° C), ale méně než 200 ° F (93 ° C) mají stupeň hořlavosti NFPA 704 2
  • Kapaliny třídy IIIB s bodem vzplanutí rovným nebo větším než 200 ° F (93 ° C) mají stupeň hořlavosti NFPA 704 1
LátkaLFL / LEL v%

objemem vzduchu

UFL / UEL v%

objemem vzduchu

NFPA TřídaBod vzplanutíMinimální energie vznícení v mJ

vyjádřeno v objemových procentech
(Všimněte si, že pro mnoho chemikálií to
bere nejmenší částku
energie zapalování v polovině mezi
LEL a UEL.)[5]

Samovznícení
teplota
Acetaldehyd4.057.0IA-39 ° C0.37175 ° C
Octová kyselina (glaciální)419.9II39 ° C až 43 ° C463 ° C
Anhydrid kyseliny octovéII54 ° C
Aceton2.6–312.8–13IB-17 ° C1.15 @ 4.5%465 ° C, 485 ° C[6]
AcetonitrilIB2 ° C524 ° C
Acetylchlorid7.319IB5 ° C390 ° C
Acetylén2.5100[7]IAHořlavý plyn0,017 @ 8,5% (v čistém kyslíku 0,0002 @ 40%)305 ° C
Akrolein2.831IB-26 ° C0.13
Akrylonitril3.017.0IB0 ° C0.16 @ 9.0%
Allylchlorid2.911.1IB-32 ° C0.77
Amoniak1528IIIB11 ° C680651 ° C
Arsine4.5–5.1[8]78IAHořlavý plyn
Benzen1.27.8IB-11 ° C0.2 @ 4.7%560 ° C
1,3-butadien2.012IA-85 ° C0.13 @ 5.2%
Butan, n-butan1.68.4IA-60 ° C0.25 @ 4.7%420–500 ° C
n-butylacetát butylacetát1–1.7[6]8–15IB24 ° C370 ° C
2-butanol1.79.829 ° C405 ° C
Isobutanol1.710.922–27 ° C415 ° C
n-Butanol1.4[6]11.2IC35 ° C340 ° C
n-butylchlorid 1-chlorbutan1.810.1IB-6 ° C1.24
n-butylmerkaptan1.4[9]10.2IB2 ° C225 ° C
Butylmethylketon, 2-hexanon1[10]8IC25 ° C423 ° C
Butylen, 1-butylen, 1-buten1.98[8]9.65IA-80 ° C
Sirouhlík1.050.0IB-30 ° C0.009 @ 7.8%90 ° C
Kysličník uhelnatý12[8]75IA−191 ° C Hořlavý plyn609 ° C
Oxid chloričitýIAHořlavý plyn
1-Chlor-1,1 -difluorethan6.217.9IA−65 ° C Hořlavý plyn
Kyanogen6.0–6.6[11]32–42.6IAHořlavý plyn
Cyklobutan1.811.1IA-63,9 ° C[12]426,7 ° C
Cyklohexan1.37.8–8IB-18 ° C až -20 ° C[13]0.22 @ 3.8%245 ° C
Cyklohexanol19IIIA68 ° C300 ° C
Cyklohexanon1–1.19–9.4II43,9–44 ° C420 ° C[14]
Cyklopentadien[15]IB0 ° C0.67640 ° C
Cyklopentan1.5–29.4IB-37 až -38,9 ° C[16][17]0.54361 ° C
Cyklopropan2.410.4IA-94,4 ° C[18]0.17 @ 6.3%498 ° C
Decane0.85.4II46,1 ° C210 ° C
Diborane0.888IA−90 ° C Hořlavý plyn[19]38 ° C
o-dichlorbenzen 1,2-dichlorbenzen2[20]9IIIA65 ° C648 ° C
1,1-dichlorethan611IB14 ° C
1,2-dichlorethan616IB13 ° C413 ° C
1,1-dichlorethen6.515.5IA−10 ° C Hořlavý plyn
Dichlorfluormethan54.7Nehořlavé,[21] -36,1 ° C[22]552 ° C
Dichlormethan, methylenchlorid1666Nehořlavé
Dichlorsilan4–4.796IA-28 ° C0.015
Nafta0.67.5IIIA> 62 ° C (143 ° F)210 ° C
Diethanolamin213IB169 ° C
Diethylamin1.810.1IB−23 až −26 ° C312 ° C
Diethyldisulfid1.2II38,9 ° C[23]
Diethylether1.9–236–48IA-45 ° C0.19 @ 5.1%160–170 ° C
DiethylsulfidIB-10 ° C[24]
1,1-difluorethan3.718IA-81,1 ° C[25]
1,1-difluorethylen5.521.3-126,1 ° C[26]
Difluormethan14.4[27]
Diisobutylketon1649 ° C
Diisopropylether121IB-28 ° C
Dimethylamin2.814.4IAHořlavý plyn
1,1-dimethylhydrazinIB
DimethylsulfidIA-49 ° C
Dimethylsulfoxid2.6–342IIIB88–95 ° C215 ° C
1,4-dioxan222IB12 ° C
Epichlorhydrin42131 ° C
Etan3[8]12–12.4IAHořlavý plyn -135 ° C515 ° C
Ethanol ethylalkohol3–3.319IB12,8 ° C (55 ° F)365 ° C
2-ethoxyethanol31843 ° C
2-ethoxyethylacetát2856 ° C
Ethylacetát212IA-4 ° C460 ° C
Ethylamin3.514IA-17 ° C
Ethylbenzen1.07.115–20 ° C
Ethylen2.736IA0.07490 ° C
Ethylenglykol322111 ° C
Ethylenoxid3100IA-20 ° C
Ethylchlorid3.8[8]15.4IA-50 ° C
Ethyl merkaptanIA
Topný olej č. 10.7[8]5
Furan214IA-36 ° C
Benzín (100 oktan )1.47.6IB<−40 ° C (−40 ° F)246–280 ° C
Glycerol319199 ° C
Heptan, n-heptan1.056.7-4 ° C0.24 @ 3.4%204–215 ° C
Hexan, n-hexan1.17.5-22 ° C0.24 @ 3.8%225 ° C, 233 ° C[6]
Vodík4/18.3[28]75/59IAHořlavý plyn0,016 @ 28% (v čistém kyslíku 0,0012)500–571 ° C
Sirovodík4.346IAHořlavý plyn0.068
Isobutan1.8[8]9.6IAHořlavý plyn462 ° C
Izobutylalkohol21128 ° C
Izoforon1484 ° C
Isopropylalkohol, isopropanol2[8]12IB12 ° C398–399 ° C; 425 ° C[6]
IsopropylchloridIA
Petrolej Jet A-10.6–0.74.9–5II> 38 ° C (100 ° F) jako tryskové palivo210 ° C
Lithium hydridIA
2-merkaptoethanolIIIA
Metan (zemní plyn)5,0 (ISO10156) / 4,4 (IEC60079-20-1)14,3 (ISO10156) / 17 (IEC60079-20-1)IAHořlavý plyn0.21 @ 8.5%580 ° C
Methylacetát316-10 ° C
Methylalkohol, methanol6–6.7[8]36IB11 ° C385 ° C; 455 ° C[6]
MethylaminIA8 ° C
Methylchlorid10.7[8]17.4IA-46 ° C
MethyletherIA-41 ° C
MethylethyletherIA
Methylethylketon1.8[8]10IB-6 ° C505–515 ° C[6]
MetylformátIA
Methyl merkaptan3.921.8IA-53 ° C
Minerální prameny0.7[6]6.538–43 ° C258 ° C
Morfolin1.810.8IC31–37,7 ° C310 ° C
Naftalen0.9[8]5.9IIIA79–87 ° C540 ° C
Neohexan1.19[8]7.58-29 ° C425 ° C
Tetrakarbonyl niklu2344 ° C60 ° C
Nitrobenzen29IIIA88 ° C
Nitromethan7.322.235 ° C379 ° C
Oktan1713 ° C
iso-oktan0.795.94
Pentan1.57.8IA−40 až −49 ° Ctak jako 2-pentan 0.18 @ 4.4%260 ° C
n-pentan1.47.8IA0.28 @ 3.3%
iso-pentan1.32[8]9.16IA420 ° C
FosfinIA
Propan2.19.5–10.1IAHořlavý plyn0,25 @ 5,2% (v čistém kyslíku 0,0021)480 ° C
Propyl-acetát2813 ° C
Propylen2.011.1IA-108 ° C0.28458 ° C
Propylenoxid2.936IA
Pyridin21220 ° C
Silane1.5[8]98IA<21 ° C
Styren1.16.1IB31–32,2 ° C490 ° C
TetrafluorethylenIA
Tetrahydrofuran212IB-14 ° C321 ° C
Toluen1.2–1.276.75–7.1IB4,4 ° C0.24 @ 4.1%480 ° C; 535 ° C[6]
Triethylboran-20 ° C-20 ° C
TrimethylaminIAHořlavý plyn
TrinitrobenzenIA
Terpentýn0.8[29]IC35 ° C
Rostlinný olejIIIB327 ° C (620 ° F)
Vinylacetát2.613.4-8 ° C
Vinylchlorid3.633
Xyleny0.9–1.06.7–7.0IC27–32 ° C0.2
m-xylen1.1[6]7IC25 ° C525 ° C
o-xylenIC17 ° C
p-xylen1.06.0IC27,2 ° C530 ° C

ASTM E681

Obrázek plamene R-32 poblíž jeho LFL v 12 L zařízení ASTM E-681.[27]

V USA je nejběžnější metodou měření LFL a UFL ASTM E681.[27] Tento standardní test je vyžadován pro Plyny HAZMAT třídy 2 a pro určení chladivo klasifikace hořlavosti. Tato norma používá k měření mezí hořlavosti vizuální pozorování šíření plamene v kulových skleněných nádobách o objemu 5 nebo 12 litrů. Hořlavé podmínky jsou definovány jako ty, pro které se plamen šíří mimo úhel kužele 90 °.

Viz také

Reference

  1. ^ https://www.engineeringtoolbox.com/explosive-concentration-limits-d_423.html
  2. ^ https://www.honeywellanalytics.com/~/media/honeywell-analytics/documents/english/11296_gas-book_v5_0413_lr_en.pdf?la=cs
  3. ^ „Aktuální zpravodajský zpravodaj č. 66: Odvození hodnot bezprostředně nebezpečných pro život nebo zdraví (IDLH)“ (PDF). Národní institut pro bezpečnost a ochranu zdraví při práci (NIOSH). listopad 2013. Citováno 2018-02-11.
  4. ^ Morrell, Robert W. (1931). Ropné tankery (Druhé vydání.). New York: Simmons-Boardman Publishing Company. 305 a 306.
  5. ^ Britton, L. G „Využití materiálových údajů při hodnocení statického nebezpečí.“ jak je uvedeno v NFPA 77 - 2007 Příloha B
  6. ^ A b C d E F G h i j Práce s moderními uhlovodíky a okysličenými rozpouštědly: průvodce hořlavostí Archivováno 1. června 2009 v Wayback Machine Americká rada pro chemii Solvents Industry Group, str. 7. ledna 2008
  7. ^ Matheson plynové produkty. Matheson Gas Data Book (PDF). str. 443. Citováno 2013-10-30.
  8. ^ A b C d E F G h i j k l m n Ó „Plyny - limity koncentrace výbušniny a hořlavosti“. Citováno 2013-09-09.
  9. ^ „ICSC 0018 - n-BUTYL MERCAPTAN“. www.inchem.org. Citováno 18. března 2018.
  10. ^ „2-HEXANON ICSC: 0489“. oit.org. Citováno 18. března 2018.
  11. ^ „Web IPCS INTOX uzavřen“. www.intox.org. Citováno 18. března 2018.
  12. ^ Yaws, Carl L .; Braker, William; Matheson Gas Data Book Vydal McGraw-Hill Professional, 2001 str. 211
  13. ^ Yaws, Carl L .; Braker, William; Matheson Gas Data Book Vydal McGraw-Hill Professional, 2001 str. 216
  14. ^ „ICSC 0425 - CYKLOHEXANON“. www.inchem.org. Citováno 18. března 2018.
  15. ^ „MSDS Cyclopentadiene“. ox.ac.uk. Citováno 18. března 2018.
  16. ^ Yaws, Carl L .; Braker, William; Matheson Gas Data Book Vydal McGraw-Hill Professional, 2001 str. 221
  17. ^ „ICSC 0353 - CYKLOPENTAN“. www.inchem.org. Citováno 18. března 2018.
  18. ^ Yaws, Carl L .; Braker, William; Matheson Gas Data Book Vydal McGraw-Hill Professional, 2001 str. 226
  19. ^ Yaws, Carl L .; Braker, William; Matheson Gas Data Book Vydal McGraw-Hill Professional, 2001 str. 244
  20. ^ Walsh (1989) Chemical Safety Data Sheets, Roy. Soc. Chem., Cambridge.
  21. ^ Encyclopedia.airliquide.com[trvalý mrtvý odkaz ]
  22. ^ Yaws, Carl L .; Braker, William; Matheson Gas Data Book Vydal McGraw-Hill Professional, 2001 str. 266
  23. ^ Yaws, Carl L .; Braker, William; Matheson Gas Data Book Vydal McGraw-Hill Professional, 2001 str. 281
  24. ^ Yaws, Carl L .; Braker, William; Matheson Gas Data Book Vydal McGraw-Hill Professional, 2001 str. 286
  25. ^ Yaws, Carl L .; Braker, William; Matheson Gas Data Book Vydal McGraw-Hill Professional, 2001 str. 296
  26. ^ Yaws, Carl L .; Braker, William; Matheson Gas Data Book Vydal McGraw-Hill Professional, 2001 str. 301
  27. ^ A b C Kim, Dennis K .; Klieger, Alexandra E .; Lomax, Peter Q .; Mccoy, Conor G .; Reymann, Jonathan Y .; Sunderland, Peter B. (2018-09-14). „Vylepšená zkušební metoda pro limity hořlavosti chladiva ve 12 l nádobě“. Věda a technologie pro zastavěné prostředí. 24 (8): 861–866. doi:10.1080/23744731.2018.1434381. ISSN  2374-4731.
  28. ^ „Periodická tabulka prvků: vodík - H (EnvironmentalChemistry.com)“. environmentalchemistry.com. Citováno 18. března 2018.
  29. ^ „Hořlaviny“ (PDF). afcintl.com. Archivovány od originál (PDF) dne 3. března 2016. Citováno 18. března 2018.

Další čtení

  • David R. Lide, šéfredaktor; CRC Handbook of Chemistry and Physics, 72. vydání; CRC Press; Boca Raton, Florida; 1991; ISBN  0-8493-0565-9