Расчёт концентрационных пределов распространения пламени (КПРП) и минимальной флегматизирующей концентрации

Смесь горючих паров и газов с окислителем способна воспламеняться и гореть только в определённом интервале концентраций горючего вещества.

Нижним концентрационным пределом распространения пламени (НКПРП или j_н) называется наименьшая концентрация горючего вещества в смеси с воздухом, при которой смесь уже может воспламениться от источника зажигания с распространением горения на весь объём смеси. Аналогично, верхний концентрационный предел распространения пламени (ВКПРП или j_в) – это наибольшая концентрация горючего вещества в смеси с воздухом, при которой смесь ещё способна воспламеняться от источника зажигания с распространением горения на весь объём смеси. Воздушные смеси с концентрацией горючего вещества ниже НКПРП или выше ВКПРП не являются горючими.

Интервал концентраций между НКПРП и ВКПРП называется областью воспламенения или область распространения пламени. Область воспламенения зависит от свойств вещества. Наибольшая область воспламенения у водорода (4 -75 %) и ацетилена (2,5 – 81 %), наименьшая – у бензина (1 – 8 %), керосина (0,6 – 3 %), пропана (2 – 9,5 %), бутана (2 - 9 %) и т.д. (см табл. III приложения). В предельных смесях, т.е. при концентрации горючего вещества, равной НКПРП или ВКПРП, скорость распространения пламени и его температура минимальны, а максимальные значения скорости и температуры пламени имеют, как правило, смеси стехиометрического состава, поэтому такие смеси наиболее пожаровзрывоопасны.

Концентрация горючего вещества в стехиометрической смеси рассчитывается исходя из уравнения реакции горения. Например, из уравнения реакции горения пропана в воздухе

С₃Н₈ + 5 (О₂ + 3,76 N₂) = 3СО₂ + 4Н₂О + 5 * 3,76 N₂

видно, что стехиометрическая смесь состоит из 1 моля пропана, 5 молей кислорода и 5*3,76 молей азота. Стехиометрическая концентрация горючего в такой смеси может быть рассчитана по уравнению:

Для некоторых газов стехиометрические концентрации приведены в табл. IV приложения. Значения КПРП веществ, указанные в справочной литературе, были установлены экспериментальным путём. Для некоторых веществ они приведены в табл. III и V приложения. Для большинства горючих веществ они могут быть приближённо рассчитаны по ряду формул.