|
|
Таблица 15.1 |
|
Температура вспышки нефтепродуктов |
|
|
|
|
|
Эксплуатационные материалы |
Температура вспышки в открытом тигле, оС |
1. |
Бензин |
– 50 |
2. |
Дизельное топливо |
+ 30 – 40 |
3. |
Масло моторное |
+ 190 –240 |
4. |
Мазут |
+ 80 –100 |
Температура вспышки и воспламенения характеризует пожарную опасность топлива, а температура самовоспламенения – способность топлива самостоятельно воспламеняться в цилиндре дизеля и использоваться в качестве топлива.
Встандартах температуру вспышки нормируют для ограничения в нефтепродуктах количества фракций с более высоким давлением насыщенных паров. Этот показатель служит в основном для оценки пожарной опасности и потерь на испарение, что весьма важно для правильной организации применения и хранения нефтепродуктов.
Верхний и нижний пределы воспламенения газов, паров топлива в воздухе – значения граничных концентраций в области воспламенения. Значения этих пределов используют при расчёте предельно допустимой взрывоопасной концентрации паров топлива и газов в воздухе при работе
сприменением огня или искрообразующего инструмента.
Втабл. 15.2 приведены показатели пожарной и взрывной опасности бензина, дизельного топлива и моторного масла и сжиженного газового топлива.
Таблица 15.2
Показатели пожарной и взрывной опасности нефтепродуктов
|
|
Температурный предел |
Объемная доля преде- |
||
Нефтепродукты |
Температура |
взрываемости насы- |
ла взрываемых паров в |
||
самовоспла- |
щенных паров |
воздухе, %. |
|||
|
менения, оС |
в воздухе, оС |
|||
|
|
верхний |
нижний |
верхнего |
нижнего |
Бензины |
+ (300 ̶480) |
– 5 |
– 40 |
5,3 |
0,75 |
Дизельное |
|
|
|
|
|
топливо зимнее |
+ 240 |
+ 120 |
+70 |
– |
0,61 |
Масло моторное |
+ 340 |
+ 190 |
+150 |
– |
– |
Пары |
|
|
|
|
|
сжиженных |
– |
– |
– |
2,0 |
9,5 |
газов |
|
|
|
|
|
~126~
Бензин – наиболее опасное жидкое топливо в плане пожарной опасности. Его пары могут вспыхнуть от пламени даже при температуре 50 оС. По этой причине температура вспышки бензина не регламентируется ГОСТом.
В табл. 15.3 приведены физико-химические свойства газообразных топлив [1], влияющих на взрывную и пожарную опасность (параметры бензина Аи-80 даны для сравнения).
По относительной плотности газовой фазы по воздуху можно су-
дить о местах скопления газов при их утечках и взрывоопасности. Из анализа табл. 15.3 следует, что при утечке метана он будет перемещаться вверх, так как он легче воздуха, а этан, пропан и бутан будут скапливаться внизу.
Критическая температура представляет собой температуру, при которой плотности жидкости и ее насыщенных паров становятся равными и граница раздела между ними исчезает.
Давление насыщенных паров при критической температуре называ-
ется критическим.
При температуре выше критической вещество может находиться только в газообразном состоянии независимо от внешнего давления.
Так при критической температуре пропана (+ 97 оС) и бутана (+153оС) они при небольшом давлении переводятся в жидкое состояние. К примеру, при температуре + 20 оС пропан становится жидким при избыточном давлении 0,7 МПа, а бутан – при 0,1 МПа. Поэтому газовая смесь из пропан-бутана хранится в жидком состоянии при давлении до 1,6 МПа при диапазоне температур от + 40 до – 40 оС.
Свойства газообразных топлив и бензина |
Таблица 15.3 |
|||||
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
Параметры |
Метан |
Этан |
Пропан |
Бутан |
|
Бензин |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
6 |
|
|
|
|
|
|
|
1. Молекулярная |
СН4 |
С2Н6 |
С3Н8 |
С4Н10 |
|
Смесь |
формула |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
2. Относительная |
|
|
|
|
|
|
плотность газовой фа- |
0,55 |
1,05 |
1,56 |
2,1 |
|
3,78 |
зы по воздуху |
|
|
|
|
|
|
3. Критическое |
|
|
|
|
|
|
давление (абсолютное), |
4,58 |
4,88 |
4,2 |
3,6 |
|
̶ |
МПа |
|
|
|
|
|
|
~127~
Окончание табл.15.3
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
4. Температура кипе- |
минус |
минус |
минус |
минус |
плюс |
|
ния при давлении |
||||||
162 |
88 |
42 |
1 |
35 -200 |
||
100 кПа, оС |
||||||
5. Температура |
680 – 750 |
508 ̶605 |
510 ̶580 |
475 ̶510 |
470 ̶530 |
|
самовоспламенения, оС |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
6. Критическая |
минус |
плюс |
плюс |
плюс |
̶ |
|
температура, оС |
42 |
32 |
97 |
153 |
||
7. Плотность жидкой |
̶ |
540 |
580 |
600 |
735 |
|
фазы, кг/м3, при 20 оС |
||||||
8. Пределы воспламе- |
|
|
|
|
|
|
нения объемные, %: |
|
|
|
|
|
|
нижний |
5,0 |
3,2 |
2,1 |
1,9 |
1,5 |
|
верхний |
15,0 |
12,5 |
9,5 |
8,5 |
6,0 |
|
9. Коэффициент избыт- |
|
|
|
|
|
|
ка воздуха, соответст- |
2,0 |
1,82 |
1,7 |
1,67 |
1,18 |
|
вующий верхнему и |
||||||
0,65 |
0,42 |
0,4 |
0,3 |
0,29 |
||
нижнему пределам |
||||||
|
|
|
|
|
||
воспламеняемости |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
По температуре самовоспламенения судят о возможности воспла-
менения смеси топлива с воздухом в камере сгорания двигателя. При температуре самовоспламенения топлива более 500 оС его целесообразно применять в двигателях с воспламенением горючей смеси от электрической искры. В газодизельном варианте смесь газа с воздухом можно воспламенить запальной порцией дизельного топлива (15 20 мм3 за цикл).
Пределы воспламенения газов характеризуют граничные значения содержания газа (в процентах по объему) в воздухе, при которых еще возможно воспламенение горючей смеси. На воспламеняемость газовой смеси оказывают влияние температура, давление и турбулентность. Обедненные и обогащенные газовые смеси не воспламеняются.
Нижний предел воспламенения сжатого природного газа в смеси с воздухом составляет 5% от объёма. У пропана он составляет 2,1%, у бутана – 1,9%. Таким образом, сжатый природный газ менее взрывоопасен. Для того чтобы он спровоцировал взрыв, его должно накопиться в 2,5 раза больше, чем сжиженного нефтяного газа.
Знание этих пределов важно для организации рабочего процесса и регулирования подачи топлива в двигателях, а также для определения взрывной и пожарной опасности концентраций в местах хранения и технического обслуживания автомобилей.
~128~
Температурный предел воспламенения – температура вещества,
при которой его насыщенные пары, смешанные с воздухом, образуют концентрации, соответствующие пределам воспламенения.
Нижний предел взрываемости – минимальная концентрация газа и паров топлива в воздухе, при которой возможен взрыв.
Верхний предел взрываемости – концентрация газа и паров топлива в воздухе, выше которых взрыва не происходит.
Возникновение в топливовоздушной смеси взрывоопасной концентрации тем вероятнее, чем выше давление насыщенных паров и ниже температура начала кипения. Поэтому взрывоопасность бензина намного выше, чем дизельного топлива. Можно считать правилом, что горение в ёмкостях бензина или керосина обязательно сопровождается взрывом. Почти все топливные и смазывающие материалы являются взрывоопасными и пожароопасными.
Если три одинаковые герметичные емкости равной толщиной стенок частично наполнить дизельным топливом, высокооктановым бензином, газом метаном и бросить в горящий костер, то вначале самовоспламенится (взорвется) дизельное топливо, затем бензин и газ. Это объясняется тем, что самую низкую температуру самовоспламенения (300 оС) имеет дизельное топливо, затем бензин (450 оС) и далее газ (650 оС). Но при поднесении открытого пламени смесь газа с воздухом наиболее опасна с точки зрения пожарной опасности, затем пары бензина с воздухом и далее пары дизельного топлива с воздухом.
Контрольные вопросы и задания
1.В чём заключаются экологические свойства топливных и смазывающих материалов?
2.Какие токсичные вещества входят в состав отработавших газов?
3.Какие вы знаете показатели пожарной и взрывной опасности нефтепродуктов?
4.Бензин или дизельное топливо имеет большую температуру самовоспламенения?
5.Что называют температурой вспышки, горения и самовоспламенения?
6.Как воздействуют топливные и смазывающие материалы на окружающую природу и человека?
~129~
16. ХРАНЕНИЕ НЕФТЕПРОДУКТОВ И СНИЖЕНИЕ ИХ ПОТЕРЬ
16.1. Потери нефтепродуктов от испарения
Экономия топлива заключается в сокращении потерь при перевозке,
перекачке, хранении на складах, при заправке техники топливом. Потери нефтепродуктов могут быть количественные и качествен-
ные. Количественные потери увеличивают расход нефтепродуктов, повышают стоимость эксплуатации машин, качественные – изменяют фи- зико-химические свойства нефтепродуктов.
Количественные потери наблюдаются при разливе, разбрызгивании и утечках нефтепродуктов, через краны, фланцевые и муфтовые соединения на всех этапах транспортировки, хранения, заправки и применения.
Нефтепродукты в зависимости от испарения, обуславливающих их естественную убыль, распределены на семь групп. К первой группе относят растворители, далее бензины авиационные и автомобильные, керосины, дизельные топлива, масла, мазуты, битумы.
Потери нефтепродуктов от испарения происходят при хранении, отпуске и приёмке, перевозках, заправках и других операциях, и они составляют до 75% от общих потерь. В резервуарах, заполненных нефтепродуктами, происходят сложные процессы испарения и смешения с воздухом.
Потери нефтепродуктов зависят от давления насыщенных паров, при котором жидкость и газ находятся в термодинамическом равновесии (газ не конденсируется, жидкость не испаряется). Давление насыщенных паров – это давление над поверхностью жидкости, при котором при данной температуре она начинает кипеть или переходить из жидкого состояния в газообразное. При малых значениях давления насыщенных паров потери топлива от испарения снижаются. При отрицательной температуре окружающей среды давление насыщенных паров уменьшается. В табл. 16.1 приведены значения давления насыщенных паров для газообразных и жидких углеводородов в зависимости от температуры.
При нормальных атмосферных условиях пропан и бутан – это газы, а циклопентан, гексан, бензин – жидкости. Если в углеводородной молекуле до 4 атомов углерода – это газ, а 5 и более – жидкость. Газы при повышении давления выше значений, указанных в табл. 16.1, превращаются в жидкость, а жидкости (циклопентан, гексан, бензин) при снижении давления превращаются в газ.
~130~