Khí và hỗn hợp khí - xác định khả năng cháy và khả năng oxy hóa để chọn đầu ra của van chai chứa khí - phần 1

TIÊU CHUẨN QUỐC GIA

TCVN 6550 : 2013

ISO 10156 : 2010

KHÍ VÀ HỖN HỢP KHÍ - XÁC ĐỊNH KHẢ NĂNG CHÁY VÀ KHẢ NĂNG OXY HÓA ĐỂ CHỌN ĐẦU RA CỦA VAN CHAI CHỨA KHÍ

Gases and gas mixtures – Determination of fire potential and oxidizing ability for the selection of cylinder valve outlets

Lời nói đầu

TCVN 6550:2013 thay thế TCVN 6550:1999 (ISO 10156:1996) và

TCVN 6550-2:2008 (ISO 10156-2:2005)

TCVN 6550:2013 hoàn toàn tương đương với ISO 10156:2010/Cor 1:2010.

TCVN 6550:2013 do Ban kỹ thuật tiêu chuẩn quốc gia TCVN/TC 58 Chai chứa khí biên soạn, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng đề nghị, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố.

KHÍ VÀ HỖN HỢP KHÍ - XÁC ĐỊNH KHẢ NĂNG CHÁY VÀ KHẢ NĂNG OXY HÓA ĐỂ CHỌN ĐẦU RA CỦA VAN CHAI CHỨA KHÍ

Gases and gas mixtures – Determination of fire potential and oxidizing ability for the selection of cylinder valve outlets

1. Phạm vi áp dụng

Tiêu chuẩn này quy định phương pháp nhằm xác định khí hay hỗn hợp khí có cháy được hay không trong không khí hoặc khí, hỗn hợp khí có tính oxy hóa mạnh hoặc yếu hơn so với không khí trong điều kiện khí quyển.

Tiêu chuẩn này dùng để phân loại khí và hỗn hợp khí kể cả việc chọn đầu ra của van chai chứa khí.

Tiêu chuẩn này không bao gồm công việc chuẩn bị an toàn của hỗn hợp này ở áp suất và nhiệt độ khác so với nhiệt độ môi trường.

2. Thuật ngữ, định nghĩa, ký hiệu và đơn vị

2.1. Thuật ngữ và định nghĩa

Trong tiêu chuẩn này sử dụng các thuật ngữ và định nghĩa sau.

2.1.1. Khí hoặc hỗn hợp khí cháy trong không khí (gas and gas mixture flammable in air)

Khí hoặc hỗn hợp khí có khả năng bắt lửa cháy trong không khí ở áp suất khí quyển và nhiệt độ 20⁰C.

2.1.2. Giới hạn cháy dưới trong không khí (lower flammability limit in air)

Hàm lượng nhỏ nhất của khí hoặc hỗn hợp khí trong một hỗn hợp đồng nhất với không khí mà ngọn lửa bùng cháy ngay lập tức.

CHÚ THÍCH 1: Giới hạn cháy dưới được xác định ở điều kiện áp suất khí quyển.

CHÚ THÍCH 2: Thuật ngữ "giới hạn cháy" dùng trong tiêu chuẩn này đôi khi gọi là "giới hạn nổ".

2.1.3. Giới hạn cháy trên trong không khí (upper flammability limit in air)

Hàm lượng lớn nhất của khí hoặc hỗn hợp khí trong một hỗn hợp đồng nhất với không khí mà ngọn lửa bùng cháy ngay lập tức.

CHÚ THÍCH 1: Giới hạn cháy trên được xác định ở điều kiện áp suất khí quyển.

CHÚ THÍCH 2: Thuật ngữ "giới hạn cháy" dùng trong tiêu chuẩn này đôi khi gọi là "giới hạn nổ".

2.1.4 Phạm vi cháy (flammability range)

Phạm vi nồng độ giữa giới hạn cháy trên và dưới.

CHÚ THÍCH: Thuật ngữ “giới hạn cháy” dùng trong tiêu chuẩn này đôi khi gọi là “giới hạn nổ”

2.1.5. Khí hoặc hỗn hợp khí có tính oxi hóa mạnh hơn không khí (gas and gas mixture more oxidizing than air)

Khí hoặc hỗn hợp khí có khả năng hỗ trợ quá trình cháy ở áp suất khí quyển mạnh hơn so với một chất oxi hóa được tạo thành từ 23,5% oxi trong nitơ.

2.1.6. Thế oxi hóa, OP (oxidizing power)

Một số vô hướng so sánh khả năng oxi hóa của hỗn hợp khí với khả năng oxi hóa của ôxi.

CHÚ THÍCH: OP được tính như là tổng của các tích giữa phần mol của từng khí thành phần oxi hóa nhân với hệ số đương lượng oxi, Ci.

2.2. Ký hiệu

2.3. Đơn vị

Trong tiêu chuẩn này sử dụng tất cả các tỷ lệ phần trăm của khí (%) cũng như tỷ lệ đương lượng gam (% mol.) là tương đương với tỷ lệ thể tích (% thể tích) ở điều kiện áp suất bình thường của khí quyển.

3. Khả năng cháy của khí hoặc hỗn hợp khí trong không khí

3.1. Quy định chung

Các điều 3.2 và 3.3 đưa ra phương pháp thử và phương pháp tính để xác định khí hoặc hỗn hợp khí có cháy được hay không trong không khí.

Có thể sử dụng phương pháp thử (nêu trong 3.2) trong tất cả các trường hợp nhưng phải sử dụng khi chưa có sẵn giá trị của T_ci (hoặc L_i).

Chỉ có thể sử dụng phương pháp tính (nêu trong 3.2) nếu chưa có sẵn giá trị đáng tin cậy của T_ci (hoặc L_i).

3.2. Phương pháp thử

3.2.1. Những điểm then chốt liên quan đến an toàn

Phép thử phải do người được huấn luyện an toàn và có thẩm quyền thực hiện theo các qui trình được phép (xem 3.2.4). Phải che chắn đầy đủ ống phản ứng và lưu lượng kế để bảo vệ người vận hành trong trường hợp xảy ra cháy nổ. Người thao tác phải mặc quần áo bảo vệ kể cả kính bảo vệ. Trong thời điểm bắt lửa, phải mở thông ống phản ứng với khí quyển và được cách ly với nơi cấp khí. Đồng thời phải thận trọng trong quá trình phân tích khí hoặc hỗn hợp khí.

3.2.2. Nguyên tắc

Trộn lẫn khí hoặc hỗn hợp khí với không khí theo một tỷ lệ qui định. Trong hỗn hợp thử tĩnh đó, dùng một tia lửa điện bắt đầu mồi cháy và quan sát xem có hay không ngọn lửa bùng phát qua ống phản ứng.

3.2.3. Thiết bị và vật liệu thử

Thiết bị thử (xem Hình 1) bao gồm:

- Một máy trộn;

- Một ống phản ứng trong đó xảy ra phản ứng;

- Hệ thống đốt;

- Hệ thống phân tích để xác định thành phần khí thử.

CHÚ THÍCH: Có thể sử dụng một thiết bị tương đương khác như đã mô tả trong các phương pháp thử tiêu chuẩn để xác định giới hạn nổ, chẳng hạn EN 1839 [2] và ASTM E 681 [3].

3.2.3.1. Quá trình chuẩn bị

3.2.3.1.1. Khí thử

Phải chuẩn bị loại khí thử đại diện cho thành phần dễ cháy nhất, thông dụng trong quá trình sản xuất bình thường. Tiêu chí được sử dụng để xác định thành phần khí thử là dung sai sản xuất, tức là khí thử phải chứa hàm lượng cao nhất các khí cháy được thường gặp ở quá trình sản xuất bình thường và hàm lượng hơi ẩm phải nhỏ hơn hoặc bằng 0,01%. Khí thử phải hòa trộn kỹ và phân tích cẩn thận để xác định chính xác thành phần.

3.2.3.1.2. Không khí nén

Không khí nén phải được phân tích và hàm lượng hơi ẩm phải nhỏ hơn hoặc bằng 0,01%.

3.2.3.1.3. Hỗn hợp khí thử và không khí

Trộn đều không khí nén và khí thử trong một buồng hòa trộn, có kiểm tra lưu lượng. Hỗn hợp khí cháy - không khí phải được phân tích bằng sắc ký hoặc bằng máy phân tích oxy đơn giản.

3.2.3.2. Ống phản ứng

Bình thử là một ống hình trụ thẳng đứng bằng thủy tinh dày (ví dụ 5 mm) có đường kính trong nhỏ nhất 50 mm và chiều cao nhỏ nhất 300 mm. Bộ điện cực đánh lửa cách nhau một khoảng 5 mm và được đặt cách đáy hình trụ 50 mm đến 60 mm. Hình trụ được nối với một van giảm áp. Thiết bị phải được bảo vệ an toàn để hạn chế bất cứ hỏng khi nổ vỡ ống.

3.2.3.3. Hệ thống đánh lửa

Phải sử dụng một máy phát tia lửa có khả năng cung cấp tia lửa điện cao thế (ví dụ 15 kV, 30 mA, a.c) với năng lượng 10 J. Khe đánh tia lửa (khoảng cách giữa hai điện cực) phải là 5 mm, thời gian phát tia lửa từ 0,2 s đến 0,5 s.

3.2.4. Tiến hành thử

Phải hết sức chú ý tránh xảy ra cháy nổ khi tiến hành các phép thử về khả năng cháy. Điều này có thể thực hiện bằng một công việc thực nghiệm ban đầu từ một nồng độ "an toàn" biết trước với 1% khí thử trong không khí.

Trước mỗi lần thử đốt, phải làm sạch bình thử bằng hỗn hợp khí thử. Thể tích khí làm sạch phải ít nhất gấp 10 lần thể tích bình thử. Sau đó, tiến hành thử đốt với việc đánh tia lửa bằng dòng cảm ứng khi hỗn hợp khí đã ổn định và dùng mắt quan sát xem có hay không ngọn lửa tách ra từ nguồn đốt và lan truyền.

Ngọn lửa phát ra và quan sát thấy bốc lên ít nhất 100 mm, khí thử phải được phân loại có khả năng cháy.

Nếu cho rằng cấu trúc hóa học của khí không có khả năng cháy được và có thể tính toán được thành phần theo đương lượng của hỗn hợp với không khí, chỉ có hỗn hợp với phạm vi từ 10% (tuyệt đối) nhỏ hơn so với thành phần theo đương lượng đến 10% lớn hơn so với thành phần này cần thiết được thử trong các bước 1%.

CHÚ THÍCH: Với hỗn hợp chứa hidro, ngọn lửa thường không có màu. Để khẳng định sự có mặt của những ngọn lửa như vậy, cần sử dụng các đầu đo nhiệt độ.

3.2.5. Kết quả đối với khí nguyên chất

Bảng 2 trình bày danh sách các khí cháy được cùng với các trị số T_ci và L_i. Các trị số này thu được bằng cách sử dụng các thiết bị thử nghiệm tương tự như các thiết bị được mô tả trong 3.2.3.

a) Thiết bị dùng thủy tinh Pyrex và đầu đo nhiệt độ

Chú dẫn

1. Máy trộn
2. Lưu lượng kế
3. Khí thử
4. Không khí nén
5. Thiết bị an toàn (van giảm áp)
6. Van
7. Bugi đánh lửa
8. Cặp nhiệt điện
9. Ống thủy tinh Pyrex, dài 1 m, đường kính trong 50 mm
10. Van

a Hỗn hợp khí thông ra khí quyển

b Hỗn hợp khí được phân tích

b) Thiết bị thích hợp cho việc thử nghiệm hỗn hợp khí

Chú dẫn

Các điện cực đốt

Biến thế cao áp

Công tắc điều chỉnh thời gian

Hỗn hợp chứa x % khí thử

Bình đệm

Khí thử

Bơm đo 1, x %

Bơm đo 2, y%

Không khí

Hỗn hợp chứa (xy/100)% khí thử

a Hỗn hợp khí phân tích thoát ra khí quyển

b Hỗn hợp khí thoát ra trong khi thử

Hình 1 - Các ví dụ về thiết bị dùng để xác định giới hạn cháy của khí ở áp suất khí quyển và ở nhiệt độ môi trường

3.3. Phương pháp tính toán đối với hỗn hợp chứa n khí dễ cháy và p khí trơ

Thành phần hỗn hợp khí của loại khí này có thể được biểu thị như sau:

A₁F₁ + … +A_iF_i + … + A_nF_n + B₁I₁ + … + B_kI_k + … + B_pI_p

Thành phần hỗn hợp được biểu thị lại trong các thuật ngữ với một thành phần tương đương mà trong đó, với việc sử dụng hệ số tương đương, tất cả các phân lượng khí trơ được chuyển đổi thành phân lượng nitơ tương đương với chúng. Giá trị K_k được cho trong Bảng 1:

A₁F₁ + … +A_iF_i + … + A_nF_n + (K₁B₁ + … + K_kB_k + … + K_pB_p) N₂

Biết rằng tổng tất cả các phân lượng khí thành phần có giá trị bằng 1, biểu thức biểu diễn thành phần hỗn hợp trở thành như sau:

Xem tiếp: Khí và hỗn hợp khí - xác định khả năng cháy và khả năng oxy hóa để chọn đầu ra của van chai chứa khí - phần 2

Sưu tầm và biên soạn bởi: https://honto.vn