RO131748B1 - Stand pentru determinarea limitelor de explozie pentru vaporii lichidelor inflamabile - Google Patents

Description

Invenția se referă la un stand pentru determinarea limitelor de explozie pentru vaporii lichidelor inflamabile, respectiv limita inferioară de explozie (LIE) și limita superioară de explozie (LSE), stand care permite atât vizualizarea flăcării cât și confirmarea exploziei prin înregistrarea presiunii de explozie și la care procesele de realizare a vaporilor din lichid, a amestecului omogen aer-vapori și cel de ardere rapidă se desfășoară toate într-un vas de de explozie termostatat la temperatura de fierbere a lichidului, condițiile inițiale de presiune și temperatură putând fi setate la valori cuprinse între 0,4 bar și 2 bar, respectiv între 20°C și 400°C, sursa de aprindere fiind fie scântei electrice (inductive sau capacitive), fie fir incandescent.

Cunoașterea acestor limite de explozie este utilă pentru elaborarea măsurilor tehnico-organizatorice de protecție la explozie pentru activitățile industriale la care se procesează, stochează sau utilizează lichide inflamabile, care pot crea atmosfere potențial explozive.

La ora actuală, la nivel național și internațional, în SR EN 1839:2017, Determinarea limitelor de explozie pentru gaze și vapori și a concentrației limită de oxigen (CLO) pentru gaze și vapori inflamabili, se cunosc două standuri diferite de determinare a limitelor de explozie a vaporilor lichidelor inflamabile, condițiile inițiale fiind limitate la presiune atmosferică de 1bar și temperatura maximă de 200°C. O metodă utilizează un tub cilindric de sticlă de explozie cu clapetă cu arc, termostatat împreună cu vaporizatorul de lichide și are dezavantajele că nu permite înregistrarea presiunii de explozie, iar apariția exploziei este investigată vizual de către operator, existând o mare doză de subiectivism în aprecierea continuității sau separării flăcării de sursa de inițiere pentru confirmarea sau infirmarea exploziei. Cealaltă metodă, care permite înregistrarea presiunii de explozie, folosește un recipient metalic de explozie în care se introduc aerul și vaporii de lichid inflamabil obținuți dintr-un vaporizator extern. Metoda are dezavantajul apariției de condens pe traseul de transfer sau pe elementele de introducere în vasul de explozie, influențând precizia concentrației vaporilor din amestec, respectiv limitele de explozie determinate.

Un dispozitiv pentru testarea limitelor de explozie ale unui amestec de lichide este descris în brevetul de invenție CN 105136854 A. Dispozitivul cuprinde un vas de explozie termostatat, prevăzut cu un dispozitiv de aprindere, senzor de temperatură, fereastră de observație și dispozitiv agitator, conectat la partea sa inferioară cu o cameră termostatată pentru încălzirea rapidă a probei. Comunicarea dintre cele două încăperi este obturată cu un panou izolator mobil. După aducerea camerei de explozie la temperatura dorită se plasează proba de amestec de lichide în camera de încălzire rapidă. La atingerea temperaturii prevăzute se deschide obturatorul și se pornește agitatorul până la evaporarea completă a probei. Se închide obturatorul și se continuă omogenizarea încă 5-10 minute înainte de declanșarea dispozitivului de aprindere. Astfel se asigură volatilizarea completă a componentelor probei și un amestec omogen aer-vapori, ceea ce conduce la creșterea acurateței testelor.

Cererea de brevet de invenție CN 102937604 A se referă la un dispozitiv și o metodă de determinare a limitelor de explozie în condiții variate de temperatură și presiune. Dispozitivul constă într-un recipient rezistent la presiuni înalte dotat cu echipamente de măsurare a temperaturii si presiunii, dispozitiv de aprindere, vizor pentru observație, mufe pentru ventilare/vidare și pentru introducerea probei. De asemenea, recipientul este izolat termic și este prevăzut cu sistem de încălzire. Primul pas al procedurii de lucru constă în vidarea recipientului cu ajutorul unei pompe de vacuum, urmată de introducerea amestecului gazos pentru testare. După reglarea condițiilor de temperatură și presiune la valorile dorite pentru test, se declanșează dispozitivul de aprindere și se observă declanșarea exploziei.

Prin repetarea procedurii, cu valori ajustate ale concentrației amestecului gazos până la 1 constatarea declanșării exploziei în recipientul de testare, se determină limitele de explozie inferioară si superioară. 3

Problema tehnică pe care o rezolvă prezenta invenție constă în extinderea domeniilor de presiune inițială (de la 0,4 bar la 2 bar) și de temperatură inițială (de la 20°C la 400°C), 5 în același timp cu evitarea totală a condensului, vaporizarea și omogenizarea efectuându-se chiar în vasul de explozie termostatat. 7

Standul pentru determinarea limitelor de explozie pentru vaporii lichidelor inflamabile, conform invenției, constă într-un ansamblu format din vasul de explozie termostatat, echipat 9 cu traductori de temperatură, de presiune, vizor optic, electrozi metalici pentru scânteia electrică de aprindere (alternativ se poate monta un fir incandescent), dispozitiv extern de 11 realizare a balansului vasului de explozie pentru realizarea omogenizării interne a amestecului aer-vapori, manometru digital, robineți pentru admisie probă lichid inflamabil, pentru 13 realizarea condițiilor inițiale de presiune, pentru evacuare produși de reacție, pentru purjarea vasului de explozie, precum și dispozitivele conexe: sursă pentru alimentarea cu energie 15 electrică a învelișului termic al vasului de explozie, sursă pentru generarea scânteii, cameră video pentru înregistrarea fenomenelor exploziei, amplificator cu osciloscop digital cuplat la 17 PC pentru înregistrarea presiunii de explozie, pompă de vid/aer comprimat.

Avantajele pe care le aduce prezenta invenție constau în: 19

- asigură determinarea limitelor de explozie a vaporilor lichidelor inflamabile pe domenii extinse de temperatură și presiune inițiale; 21

- asigură o acuratețe ridicată a preciziei limitelor de explozie determinate;

- rezultatele înregistrate (video și osciloscop) oferă un nivel ridicat de încredere, 23 putându-se verifica simultan prin cele două sisteme apariția sau nu a exploziei;

- asigură vaporizarea totală a probei de lichid și omogenizarea perfectă a vaporilor 25 în aerul din vasul de explozie.

Se exemplifică în continuare realizarea și funcționarea standului, conform invenției27 și în legătură și cu fig. 1 - stand pentru determinarea limitelor de explozie pentru vaporii lichidelor inflamabile.29

Listă componente:

- tiranți realizați din oțel filetat metric de 10mm, pentru fixarea și etanșarea vizorului, 31 suporți pentru elementul de strângere;

- piuliță fluture pentru fixarea elementului de strângere;33

- element de strângere a vizorului;

- vizor pentru vizualizarea scânteii și a fenomenului de propagare a exploziei, 35 precum și pentru înregistrarea video (prin detașarea vizorului se mai poate realiza o a doua cale de purjare a gazelor de ardere - în tandem cu robinetul 13, ca și introducerea probei de 37 lichid inflamabil);

- robinet cu bilă pentru izolarea manometrului de control în timpul producerii 39 exploziei controlate;

- manometru pentru măsurarea presiunii inițiale pe domeniul 0,4-2 bar; 41 7 - traductor de presiune pentru măsurarea dinamică a suprapresiunii de explozie, pe domeniul 0-50 bar, ce permite interpretarea vitezei maxime de creștere a presiunii; 43

- înveliș izolator pentru menținerea temperaturii setate la începutul testului (între 20°C și 400°C); 45

- electrozi metalici cu izolatori de trecere cu posibilitatea reglării distanței de străpungere a arcului electric (scânteii) între 0,1-21 mm sau, alternativ, permite montarea 47 unui fir incandescent;

- amestec aer-vapori lichid inflamabil, realizat și omogenizat în interiorul vasului de explozie 25;

- înveliș termic realizat din rezistență electrică de încălzit - nichelină în ceramică izolatoare (alimentarea rezistenței termice se face de la sursa dedicată 19 cu controlul temperaturii pe traductorii 12, 15 - sonde de tip K);

- traductor de temperatură - sondă tip K pentru monitorizarea temperaturii din interiorul vasului de explozie, pe domeniul 0-1100°C;

- robinet multifuncțional: realizare vid, evacuare suprapresiune inițială, evacuare presiune de explozie, introducere aer comprimat pentru purjare, introducere probă lichid, introducere aer pentru realizare amestec;

- conector pentru elementul termic;

- traductor de temperatură - sondă tip K pentru controlul elementului termic pe domeniul 0-1100°C;

- reductor melc-roată melcată cu braț de acționare a tălpii arcuite pentru realizarea mișcării de balans a vasului de explozie pentru realizarea unei vaporizări și omogenizări complete a vaporilor de lichid inflamabil în aerul din interiorul vasului 25;

- motor electric 12Vcc pentru antrenarea reductorului cu braț de acționare;

- sursă de alimentare a motorului (12Vcc, 3A);

- sursă de alimentare a rezistenței electrice de încălzire cu controlul temperaturii în intervalul 20-400°C;

- amplificator de semnal pentru traductorul de presiune;

- sursă de înaltă tensiune pentru realizarea scânteii electrice între electrozi cu tensiunea de ieșire mai mare de 6kV (alternativ se poate utiliza o sursă cu tensiune corespunzătoare pentru alimentarea firului incandescent montat între electrozii din vasul de explozie);

- unitate de pompare/vidare aer necesară pentru realizarea depresiunii sau suprapresiunii inițiale în intervalul 0,4 bar și 2 bar, presiuni în valoare absolută;

- talpă arcuită pentru realizarea balansului vasului de explozie 25, mișcare necesară vaporizării totale și omogenizării complete a amestecului aer-vapori de lichid inflamabil, raza de curbură de 100 cm, lungimea arcului de cerc 80 cm, balansul realizat cu o frecvență de 6-10 mișcări pe minut;

- șină de ghidaj (profil U) pentru talpa arcuită a suportului vasului de explozie;

- vas de explozie, de formă cilindrică, cu volumul interior de 2 L, lungimea de 280 mm, diametrul de 140 mm și grosimea peretelui de 8 mm;

- cameră video pentru înregistrarea fenomenelor de apariție a scânteii și de propagare a exploziei.

Pentru exemplificarea funcționării standului descris în prezenta invenție, este prezentat, pentru lichidul inflamabil - acetonă, modul de determinare a limitei inferioare de explozie LIE (2,5% vol. sau 64 g/m³), respectiv a limitei superioare de explozie LSE (12,8% vol. sau 330 g/m³), limite determinate la temperatura de 56,5°C (temperatura de fierbere a acetonei):

a) Se realizează vid în vasul de explozie 25, cu ajutorul unității de pompare/vidare aer 22 până la min. 0,1 bar;

b) Prin robinetul multifuncțional 13 se introduce cantitatea de acetonă calculată conform legii gazelor ideale, cunoscând masa moleculară a substanței;

c) Se introduce aer până la presiunea inițială dorită între 0,4-2 bar, măsurată cu ajutorul manometrului 6, izolat de vasul de explozie cu ajutorul robinetului 5;

d) Se setează și pornește sursa de alimentare 19 a rezistenței electrice la tempe- 1 ratura cunoscută de fierbere a acetonei, respectiv 56,5°C, temperatură care este menținută cu ajutorul învelișului izolator 8 și generată cu ajutorul sursei de alimentare 19 și a învelișului 3 termic din rezistență de încălzit 11, monitorizată cu traductorul de temperatură de tip K 15;

e) După atingerea temperaturii de fierbere a acetonei, se pornește sistemul pentru 5 omogenizare format din reductor melc-roată melcată 16, talpa arcuită pentru realizarea balansului vasului de explozie 23, șina de ghidaj 24 și motorul electric de acționare 17, 7 pentru o perioadă de 15 minute, în vederea asigurării evaporării și omogenizării amestecului acetonă - aer 10. După finalizarea timpului de omogenizare, se oprește sistemul de 9 omogenizare și se așteaptă 2 minute pentru liniștirea amestecului;

f) în continuare, se inițiază amestecul acetonă-aer, prin apăsarea butonului ON al 11 sursei de înaltă tensiune 21, care generează scânteie electrică între electrozii metalici 9;

g) Se observă pe înregistrarea camerei video 26 montată la vizorul 4, prins cu ajutorul 13 elementului de strângere a vizorului 3, a piuliței fluture 2 și a tiranților 1, apariția flăcării și se urmărește dacă este îndeplinit criteriul de explozie, respectiv suprapresiunea de explozie, 15 măsurată cu ajutorul traductorului de presiune 7 și a amplificatorului de semnal pentru traductorul de presiune 20, este egală sau mai mare decât suprapresiunea generată de 17 sursa de inițiere plus 5% din presiunea inițială;

h) După inițierea amestecului, fie că avut loc explozie sau nu, se realizează purjarea19 vasului de explozie, pentru evacuarea produșilor de reacție sau a amestecului nereacționat, cu ajutorul unități de pompare/purjare aer 22;21

i) Dacă nu a avut loc explozie, se vor repeta toți pașii de mai sus, modificând concentrația de amestec exploziv prin înjumătățirea intervalului, până la identificarea limitei 23 de explozie, care va fi exprimată:

- în procente volum, calculate astfel:25

C% LIE - LSE volum vapori acetona ( L) 0 volum total (vas exp lozie, V = 2 L) fie în g/m³, calculat astfel:

CLIE - LSE cantitate acetona int rodusa (g)

0,002 m ³

Volumul vaporilor necesari pentru formarea amestecului și pentru calculul limitei de explozie se realizează prin utilizarea legii gazelor ideale, conform exemplului de mai jos, plecând de la concentrația de amestec vapori acetonă-aer:

- se stabilește concentrația țintă amestec aer-vapori acetonă 2,6% vol. Știind volumul total, respectiv volumul vasului de explozie (2L) se determină volumul de vapori de acetonă astfel:

Volum vapori acetona (L) =

C %*2 L

100 = 0,052 L

- cunoscând faptul că un mol de acetonă ocupă în condiții normale 22,4 L, se 41 determină numărul de moli care se regăsesc în volumul de 0,052 L, respectiv 0,00232 moli.

De asemenea, cunoscând masa moleculară a substanței, se determină cantitatea în grame 43 de acetonă, care corespunde la numărul de moli, respectiv:

Xmoli acetonă = 0,00232 moli; 45

Xg acetonă = 0,134 g.

Din densitatea substanței luate în lucru, respectiv 0,7899 g/cm³, rezultă o cantitate de lichid de 0,170 ml, care a fost introdusă în vasul de explozie, pentru vaporizare și formare 3 amestec de concentrație 2,6%, cea mai mică concentrație la care a avut loc explozie. În continuare se fac încercări succesive la 2,5% vol, concentrație la care nu a avut loc 5 aprinderea, confirmată prin 5 teste, aceasta reprezentând limita inferioară de explozie - LIE.

În mod similar, dar cu creștere de concentrație, s-a procedat și la determinarea limitei 7 superioare de explozie LSE.

Determinarea limitelor inferioare și superioare de explozie este utilă pentru 9 caracterizarea lichidelor inflamabile din punct de vedere al explozivității, consemnarea acestora în fișele de securitate asigurând baza tehnico-științifică pentru elaborarea măsurilor 11 tehnico-organizatorice de protecție la explozie pentru activitățile industriale la care se procesează, stochează sau utilizează lichide inflamabile, substanțe care pot crea atmosfere 13 potențial explozive.

Claims (4)

1. Stand pentru determinarea limitelor de explozie pentru vaporii lichidelor inflamabile, 3 format dintr-un vas de explozie (25) prevăzut cu un înveliș termic pentru încălzire (11), un înveliș izolator (8) și echipat cu un traductor de temperatură (12), un manometru (6), un 5 traductor de presiune (7) pentru măsurarea dinamică a presiunii, un vizor (4), un robinet multifuncțional (13), pentru vidare, purjare, admisie și evacuare suprapresiune, și un 7 dispozitiv de aprindere (9), caracterizat prin aceea că vasul de explozie (25) este așezat și solidarizat pe niște tălpi arcuite (23) care se balansează de-a lungul unor șine de ghidaj 9 (24), mișcarea de balansare fiind imprimată de brațul de acționare al unui reductor (16) sub acțiunea unui motor electric (17). 11

2. Stand pentru determinarea limitelor de explozie pentru vaporii lichidelor inflamabile conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că manometrul (6) este prevăzut cu un 13 robinet (5) ce permite izolarea de vasul de explozie (25) în timpul producerii exploziei controlate. 15

3. Stand pentru determinarea limitelor de explozie pentru vaporii lichidelor inflamabile conform oricăreia dintre revendicările 1 sau 2, caracterizat prin aceea că dispozitivul de 17 aprindere (9) este cu arc electric.

4. Stand pentru determinarea limitelor de explozie pentru vaporii lichidelor inflamabile 19 conform oricăreia dintre revendicările 1 sau 2, caracterizat prin aceea că dispozitivul de aprindere (9) este cu fir incandescent. 21