- NHỮNG BIỆN PHÁP AN TOÀN KHI CễNG TÁC TRấN CÁC ĐƯỜNG DÂY HẠ ÁP ĐANG Cể ĐIỆN
5. Đặc điểm chỏy của cỏc vật liệu khỏc nhau
Quỏ trỡnh chỏy của cỏc chất rắn, lỏng, khớ đều trải qua cỏc giai đoạn chớnh như sau: chuẩn bị, tự bắt chỏy, chỏy. Hai giai đoạn sau của quỏ trỡnh chỏy của khớ và chất lỏng (thực chất là chỏy hơi của chất lỏng) thỡ giống nhau, nhưng với chất rắn thỡ quỏ trỡnh chỏy phức tạp hơn nhiều.
Với chất khớ ở giai đoạn chuẩn bị xảy ra cỏc quỏ trỡnh gia nhiệt, khuấy trộn chất chỏy với tỏc nhõn oxi hoỏ, phõn huỷ chất chỏy. Với chất lỏng, ngoài những quỏ trỡnh như với chất khớ, trong giai đoạn chuẩn bị cú quỏ trỡnh bốc hơi chuyển chất lỏng thành pha lơi. Vỡ chỏy chất lỏng chỉ thực hiện trong pha hơi. Giai đoạn chuẩn bị với chất chỏy thể rắn phức tạp hơn nhiều. Nú bao gồm sự gia nhiệt, thoỏt ẩm, thoỏt chất bốc. Một số vật rắn cũn cú thờm quỏ trỡnh núng chảy, chảy lỏng rồi mới đến quỏ trỡnh phõn huỷ, oxi hoỏ.
Sau đõy ta sẽ xột riờng biệt đặc điểm chỏy của cỏc chất chất chỏy thể rắn, khớ, lỏng và bụi.
a. Chỏy, nổ của hỗn hợp hơi, khớ và khụng khớ.
Trong điều kiện sản xuất cú thể tạo ra những hỗn hợp giữa hơi hay khớ chỏy với khụng khớ, trong đú nồng độ của chất chỏy biến đổi trong phạm vi khỏ rộng. Trong điều kiện nhất định hỗn hợp đú cú thể gõy ra chỏy, nổ nguy hiểm.
Sự bắt chỏy hỗn hợp chỏy trong tất cả cỏc trường hợp đều bắt đầu từ một điểm rồi sau đú lan truyền ra trong toàn bộ thể tớch chứa hỗn hợp chỏy. Tuỳ thuộc vào tốc độ lan truyền ngọn lửa trong hỗn hợp chỏy mà ta phõn chia thành quỏ trỡnh chỏy và quỏ trỡnh nổ.
Lượng nhiệt toả ra khi thực hiện phản ứng hoỏ học tại lớp khớ đầu tiờn sẽ bằng con dường dẫn nhiờtj mà gia nhiệt cho lớp khớ tiếp theo làm cho nú bắt đầu phản ứng: lớp khớ này chỏy lại tiếp tục đốt chỏy lớp khi tiếp theo… cứ như vạy cho đến khi hết toàn bộ hỗn hợp khớ cú trong thể tớch. Sự chỏy dần dần từng lớp như vậy làm cho vựng chỏy chuỷen dịch trong khụng gian đú và làm chỏy và là một đặc trưng quan trọng của nú. Chỏy ổn định cú tốc độ lan truyền ngọn lửa từ vài milimột đến vài centimet trong một giõy. Tốc độ chỏy gõy nổ cú thể từ hàng chục tới hàng trăm một một giõy, thậm chớ chỏy kớch nổ (hay cũn gọi là chỏy nộn ỏp) cú tốc độ lan truyền tới 1 - 4km/s.
Trong cỏc đường ống dẫn khớ cú đường kớnh và chiều dài đủ lớn thỡ quỏ trỡnh chỏy đầu tiờn xuất hiện thường dưới dạng chỏy ổn định, sau đú sẽ chuyển dần thành chỏy kớch nổ. ỏp suất nổ cú thể đạt tới 80at hoặc hơn nữa làm phỏ huỷ thiết bị, cỏc cụng trỡnh bao che nếu như khụng cú cỏc biện phỏp phũng nổ đảm bảo. Nhiệt độ của cỏc đỏm chỏy hơi và khớ thường khụng quỏ 14000C. Khi nổ hỗn hợp hơi, khớ với khụng khớ trong vài phần giõy, nhiệt độ cú thể đạt tới 20000C. Để trỏnh tạo ra cỏc hỗn hợp nổ, điều quan trọng là phải biết tại chỗ nào sẽ tớch tụ loại khớ, hơi nào.
Để phỏt hiện và xỏc định nồng độ hơi khớ chỏy người ta dựng cỏc phương phỏp phõn tớch khớ thụng thường, phõn tớch khớ tự động hay mỏy bỏo khớ chỏy tự động.
Khuynh hướng chỏy, nổ của hỗn hợp hơi, khớ chỏy biểu thị bằng nhiệt độ tự bắt chỏy, giới hạn nổ.
Đặc tớnh chỏy, nổ của vài chất thường gặp đưa ra trong bảng 3.1 dưới đõy Bảng 3.11 Đặc tớnh nổ của cỏc khớ chỏy Khớ chỏy Cụngthức Nhiệt độ tự bắt chỏy 0C Giới hạn nổ Dưới Trờn % thể tớch mg/l % thể tớch mg/l Amoniac NH3 651 16,0 111,2 27,0 187,7 Axetilen C2H2 335 3,5 37,2 82,0 870,0 Etan C2H6 530 3 30,1 15,0 180,0 Etilen C2H4 540 3,0 34,8 34,0 392,0 Metan CH4 550 5,0 32,6 16,0 104,2 Cacbono xit CO 610 12,8 145,0 75,0 890,0 Hidrụ H2 530 4,15 3,45 75,0 62,5 Khớ hơi nước - 500-600 7,12 - 66-72 - Khớ lũ cao - 500-600 35,0 315,0 74,0 666,0
Khớ lũ
cốc - 640 4,4 - 34,0 -
Khớ thiờn
nhiờn - 550-750 3,8 - 13,2 -
b. Chỏy của chất lỏng:
Đa số cỏc chất chỏy thể lỏng nguy hiểm hơn chất chỏy thể rắn, vỡ chỳng dễ bắt chỏy hơn, chỏy mạnh hơn và hơi của chỳng trong khụng khi dễ tạo ra một hỗn hợp nổ nguy hiểm khú dập tắt bằng nước.
Khả năng chỏy của chất lỏng xỏc định bằng nhiệt độ bựng chỏy, nhiệt độ tự bắt chỏy, giới hạn nồng độ nổ hay giới hạn nhiệt độ bắt chỏy. Trong đú đặc trưng nhất là nhiệt độ bựng chỏy.
Tất cả cỏc chất lỏng chỏy đều cú khả năng bốc hơi. Sự chỏy của chỳng chỉ xảy ra trong pha hơi ở trờn bề mặt thoỏng của chất lỏng và cũng chỉ xảy ra ở một nồng độ hơi nhất định. Nhiệt độ thấp nhất tại đú hơi của chất lỏng trong khụng khớ trờn bề mặt thoỏng của nú tạo thành một hỗn hợp cú thể bựng chỏy được khi cú một mồi lửa gọi là nhiệt độ bựng chỏy.
Khỏc với hiện tượng bắt chỏy, ở đõy ngọn lửa chỉ bựng lờn rồi tắt ngay mà khụng duy trỡ sự chỏy ổn định của chất lỏng, vỡ thời gian chỏy bựng nhỏ hơn thời gian hõm núng lớp chất lỏng bề mặt tới nhiệt độ cần thiết để bốc hơi chất lỏng. Nếu chất lỏng được gia nhiệt đến nhiệt độ cao hơn nhiệt độ bựng chỏy của nú thỡ chất lỏng sẽ bốc hoiư liờn tục. Khi đú ngọn lửa xuất hiện sau khi bựng chỏy sẽ được duy trỡ tiếp tục. Như vậy là nhiệt độ bựng chỏy càng thấp và sự chờnh lệch giữa nhiệt độ bựng chỏy và nhiệt độ bắt chỏy càng ớt.
Để xỏc định nhiệt độ bựng chỏy người ta dựng phương phỏp cốc kớn hoặc cốc hở. Mụ tả cấu tạo dụng cụ và phương phỏp tiến hành được trỡnh bày trong nhiều tài liệu về xăng dầu. Vỡ vậy chỳng tụi khụng nờu ra ở đõy. Dựa vào nhiệt độ bựng chỏy người ta chia chất chỏy thể lỏng làm hai loại: loại dễ bắt chỏy cú nhiệt độ bựng chỏy nhỏ hơn 450C (vớ dụ như xăng, dầu hoả, ete, …) và loại chỏy được cú nhiệt độ bựng chỏy cao hơn 450C (vớ dụ như mazut, glixờrin,…).
Những khõu kỹ thuật cú gia nhiệt chất lỏng đế nhiệt độ cao hơn nhiệt độ bựng chỏy của nú đều xếp vào loại nguy hiểm dễ chỏy nổ. Khi khụng cú cỏc số liệu nhiệt độ bựng chỏy ta cú thể tớnh gần đỳng theo cụng thức thực nghiệm của Ocman Greven:
Tbc - Ts.K trong đú:
Tbc- nhiệt độ bựng chỏy, 0K. Ts- nhiệt độ sụi, 0K.
K - hệ số, bằng 0,736.
Vớ dụ: Nhiệt độ sụi của benzen là 80,10C (Ts = 80,1 + 273 = 3530K) Ts = 353.0,736 = 2600K hay - 130C
Giới hạn nồng độ cú thể xỏc định bằng thực nghiệm hoặc tớnh toỏn. Vỡ ở bất kỳ nhiệt độ nào của chất lỏng, trờn bề mặt thoỏng của nú cũng đều cú một ỏp suất hơi bóo hoà nhất định, cho nờn giới hạn nồng độ nổ cú thể biểu thị bằng giới hạn nhiệt độ bắt chỏy.
Đặc tớnh chỏy của vài chất lỏng xem bảng 3.2.
Bảng 3.2 Đặc tớnh chỏy của vài chất lỏng chỏy
Chất lỏng
Giới hạn dưới của Giới hạn trờn của Nhiệt độ tự bắt chỏy 0C Nhiệt độ bắt chỏy, 0C Nồng độ bắt chỏy, % thể tớch Nhiệt độ bắt chỏy, 0C Nồng độ bắt chỏy, % thể tớcsh Axeton -20 2,2 6 13 465 Axit axetic 35 3,3 76 22 454 Benzen -14 1,4 13 7,1 540 Butilaxetat 13 2,27 48 14,7 450 Dầu biến thế 122 - 163 - 300 Dầu thoả thắp sỏng 45 1,4 86 7,5 250 Dicloờtan 8 6,2 31 16 525 Xăng A-74 -36 0,79 -7 5,16 300 Glixerin 158 3,3 240 - 400 Ligoin 2 1,4 34 6,0 380 Rượu metitic 7 6 39 34,7 464 Rượi etilic 11 3,6 41 19,0 404 Toluen 0 1,3 30 6,7 536
c. Chỏy và nổ của bụi
Bụi của cỏc chất chỏy và bụi trong khúi lũ rất nguy hiểm về chỏy. Bụi lắng trờn cỏc thiết bị, mỏy múc, cỏc cụng trỡnh cú thể chỏy õm ỉ và chỏy. Bụi lơ lửng trong khụng khớ cú thể tạo thành hỗn hợp nổ nguy hiểm.
Bất kỳ bụi nào cũng cú thể hấp phụ được khớ, kể cả khụng khớ. Vỡ nhiệt độ sụi của nitơ thấp hơn của oxi, nờn dần dần trờn mặt cỏc hạt bụi sẽ giàu ụxi hơn nitơ làm cho bụi càng dễ bị oxi hoỏ và bắt chỏy.
Kớch thước hạt bụi càng nhỏ, bề mặt riờng của nú càng lớn, độ hoạt hoỏ càng cao thỡ nhiệt độ tự bứt chỏy càng thấp và khoảng nổ càng rộng. 500g than chỏy trong khụng khớ phải mất vài phỳt, nhưng 500g bụi cựng thành phần trong cựng điều kiện như vậy cú thể nổ. Điều đú chứng tỏ, bề mặt riờng càng lớn thỡ tốc độ chỏy càng cao.
Độ ẩm của khụng khớ và của vật liệu sinh bụi càng tăng thỡ nồng độ bụi trong khụng khớ càng giảm và cường độ nổ càng giảm.
Phần lớn bụi chỏy được cú nhiệt độ tự bắt chỏy khoảng 700 - 9000C, riờng một vài chất cú thể thấp hơn, vớ dụ như bồ húng là 3600C.
Dựa vào tớnh chỏy nổ Gotzenlo đưa ra cỏch phõn loại bụi sau đõy: 1. Bụi lơ lửng gõy nổ
a. Cấp 1: Bụi dễ nổ, cú giới hạn nồng độ nổ dưới nhỏ hơn 15g/m3. Vớ dụ, bụi của cỏc chất như naptilin, lưu huỳnh, ebụnit, đường, tinh bột, colofan, …
b. Cấp 2: Bụi nổ, cú giới hạn nồng độ nổ dưới từ 16 đến 65g/m3. Vớ dụ như bột gỗ, bụi than bựn, thuốc nhuộm.
2. Bụi lắng gõy chỏy
c. Cấp 3: Bụi dễ chỏy, cú nhiệt độ tự bắt chỏy cao hơn 2500C. Vớ dụ, bụi than gỗ, than bỏn cốc, bụi bụng…
d. Cấp 4: Bụi chỏy, cú nhiệt độ tự bắt chỏy cao hơn 2500C. Vớ dụ như bụi than cú hàm lượng tro khoảng 32 - 36%, mựa cưa gỗ…
Khi xỏc định tớnh chỏy nổ của bụi, trước hột phải xột đến khả năng tạo một hỗn hợp nổ nguy hiểm và độ nhạy của nú với những mồi bắt chỏy trong khụng khớ.
Giới hạn nồng độ nổ của bụi khụng phải là cố định, mà thay đổi theo nhiệt độ của mồi bắt chỏy, độ ẩm, độ tro, hiệu suất chất bốc, độ mịn của bụi. Nếu trong hỗn hợp bụi chỏy cú lẫn bụi trơ như đất sột, vụi, đụlụmit hoặc khớ trơ như CO2, N2, thỡ khả năng nổ chỏy của bụi cũng giảm.
Để xỏc định giới hạn nồng độ nổ dưới của "khớ bụi" cú thể dựng dụng cụ của viện nghiờn cứu khoa học chống chỏy Liờn Xụ (hỡnh 19-6).
Dụng cụ này bao gồm một thõn hỡnh trụ bằng thộp đường kớnh 106mm và thể tớch 4 lớt, hai đầu cú nắp đậy. ở nắp trờn cú vũi phun mẫu bụi ta định thử. ở nắp dưới cú đặt một dõy lũ so điện trở để làm mồi đốt mẫu. Khi hỗn hợp bắt chỏy, ỏp suất sẽ tăng và sự tăng ỏp suất khi đú được ghi lại trờn một tấm ảnh hay dao động kế. Quan sỏt, đặc điểm lan truyền ngọn lửa qua hai lỗ nhũm ở thõn dụng cụ. Giới hạn nồng độ nổ dưới của bụi chớnh là lượng bụi (g/m3) ứng với khi xuất hiện nổ bụi ở trong bỡnh.
ỏp suất nổ bụi khụng quỏ 4 - 6at, tuỳ theo tớnh chất của bụi và cụng suất của nguồn sinh mồi lửa.
Giới hạn nồng độ nổ dưới của đa số hỗn hợp bụi - khụng khớ là 2,5 - 30g/m3. Cũn giới hạn nồng độ nổ trờn của hỗn hợp bụi-khụng khớ phần nhiều khụng thể cú được trong thực tế. Vớ dụ, đối với đường là 13,5kg/m3, than nõu là 4,5kg/m3,… Vỡ vậy, ta khụng quan tõm đến nú.
Tớnh nổ của khớ-bụi cũn được biểu thị bằng thời gian cảm ứng, nhiệt độ tự bắt chỏy. Tớnh gõy chỏy của bụi lắng được biểu thị bằng nhiệt độ tự bắt chỏy và khả năng tự chỏy.
d. Chỏy của chất rắn:
Chỏy của chất rắn cú hai loại: chỏy khụng cú ngọn lửa là đặc thự của cỏc vật liệu như cốc, than gỗ, kim loại kiềm, kim loại kiềm thổ và chỏy cú ngọn lửa - gỗ, than bựn… Chỏy cú ngọn lửa sỏng là đặc thự của cỏc vật liệu hữu cơ cú hàm lượng cacbon lớn hơn 60% và của cỏc chất vụ cơ khi chỏy tạo
ra cỏc sản phẩm rắn như Al2O3, MgO, P2O5, K2O và Na2O,… Cỏc chất hữu cơ cú hàm lượng oxi lớn hơn 50%, cỏc hợp chất vụ cơ khi chỏy tạo ra cỏc sản phẩm thể khớ là những chất khớ chỏy sẽ tạo ra ngọn lửa khụng sỏng.
Cỏc chất cú thành phần hoỏ học phức tạp khi chỏy vừa tạo ngọn lửa, vừa sinh khúi. Tuỳ thành phần của chất chỏy, tuỳ quỏ trỡnh chỏy hoàn toàn hay khụng mà khúi cú màu và mựi khỏc nhau. Cao su, chất dẻo, nhựa chỏy tạo ra khúi màu đen. Nhụm, fotfo, manhờ, kali, nảti chỏy tạo ra khúi trắng. màng phim xeluloit, thuốc sỳng khụng khúi khi chỏy tạo ra sản phẩm chỏy màu nõu vàng. Gỗ chỏy tạo ra khúi đen phớt xỏm; vải bụng, vải len - khúi nõu phớt xỏm.
Khớ chỏy khụng hoàn toàn trong đỏm chỏy cú những sản phẩm độc và nổ. Vải bụng, len, than bựn, gỗ, giấy khi chỏy khụng hoàn toàn sẽ tạo ra 0,4% cacbon oxit, 2,2% khớ cacbonic. Khi chỏy xeluloit và màng phim tạo ra 35% CO2 và 1% HCN, đụi khi chỏy cũn kốm theo tiếng nổ mạnh và gõy ngộ độc cho người. Phần lớn chỏt dẻo, sợi nhõn tạo khi chỏy thường tạo ra rất nhiều cacbon oxit, hiđroclorua, amoniac, axit xianhiđric fotgen và vài chất khỏc cú độc tớnh cao.
Tốc độ chỏy cỏc vật liệu cacbon phụ thuộc rất nhiều vào tốc độ phản ứng oxi hoỏ, tốc độ khuếch tỏn oxi tới vựng chỏy, bề mặt riờng của chất chỏy, nhiệt độ và ỏp suất. Tốc độ khuyếch tỏn oxi càng tăng, thỡ tốc độ chỏy càng tăng.
Chỏy kim loại kiềm thổ (như kali, natri..) tạo thành cỏc oxit xốp nằm lại trờn bề mặt kim loại núng chảy. Khi chỏy, kim loại chảy lỏng theo cỏc mao quản trong lớp xốp đú mà thấm ra ngoài rồi bị oxi hoỏ tại bề mặt chất xốp đú. Kết quả là tạo ra cỏc "nấm" gồm kim loại núng chảy và cỏc oxit nung đỏ. Bề dày lớp "nấm" đú tăng theo thời gian chỏy và cú thể tới vài centimet.
Kim loại kiềm bắt chỏy rất khú và cần nhiều thời gian. Sự bắt chỏy của kim loại kiềm chỉ xảy ra sau khi nú đó chảy lỏng, mà cũng chỉ một phần nhỏ kim loại thụi. Khi chỏy mờnhờ, canxi, nhụm sẽ tạo ra những đỏm mõy trắng dầy đặc gồm cỏc oxit. Do đú trờn bề mặt kim loại chỏy nhiệt độ thường vượt quỏ 15000C. Cỏc oxit nung đỏ sẽ tạo ra một vựng sỏng trụng giống như ngọn lửa. Những phụi bào của manhờ, hợp kim menhờ chỏy rất mạnh. Phoi càng mỏng, tốc độ chỏy càng lớn. Chỏy bụi manhờ, nhụm xảy ra chậm. Tuy nhiờn, chỉ cần một xung lượng cơ học bất kỳ (lắc, va đập của một tia nước) cũng đủ kớch thớch sự chỏy và cú thể chuyển nú thành nổ.
Nhiệt độ đỏm chỏy của cỏc vật liệu rắn phổ biến thường khụng quỏ 13000C, đặc biệt manhờ cú thể tới 2000sC.
Khả năng chỏy của chất rắn xỏc định bằng nhiệt độ bắt chỏy, nhiệt độ tự bắt chỏy. Khỏi nhiệm bắt chỏy và tự bắt chỏy của vật rắn cũng cú những nột khỏc chỳt ớt so với nghĩa thụng thường của khỏi niệm đú.
Bắt chỏy là giai đoạn đầu của quỏ tỡnh chỏy xuất hiện khi cú mồi lửa trần. Nhiệt độ bắt chỏy là nhiệt độ thấp nhất khi đú vật bị chỏy hoặc bắt đầu chỏy õm ỉ và tiếp tục chỏy hoặc chỏy õm ỉ sau khi bỏ mồi lửa đi. Nhiệt độ bắt chỏy của cỏc chất rắn dao động trong khoảng 50 - 5800C. Nhiệt độ bắt chỏy là
nhiệt độ thấp nhất cần phải gia nhiệt cho vật chất để do sự tự oxi hoỏ tiếp tục nú sẽ tự gia nhiệt đến khi bắt chỏy. Nhiệt độ tự bắt chỏy của cỏc vật rắn thường khoảng 30 - 5700C.