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 3

3.4. Ví dụ

Ví dụ 1

Xét hỗn hợp chứa 7% H­₂ + 93% CO₂.

Dùng giá trị K_k thích hợp tra từ Bảng 1, hỗn hợp này tương ứng với

7(H₂) + 1,5 x 93 (N₂)

Hoặc

7(H₂) + 139,5 (N₂)

hoặc, đưa tổng của các thành phần mol về 1.

4,78% H­₂ + 95,22% N­₂

Từ Bảng 2, có thể thấy trị số T_ci của H­₂ là 5,5

Do tỷ số 4,78/5,5 (» 0.869) nhỏ hơn 1, hỗn hợp không cháy trong không khí.

Ví dụ 2

Xét hỗn hợp chứa

2% H₂ + 8% CH₄ + 25% Ar + 65% He

Các bước tính toán:

Bước 1: Chuyển các khí trơ sang đương lượng nitơ của chúng bằng cách sử dụng hệ số đương lượng nêu trong Bảng 1;

1 x 2% + 1 x 8% + 0,55 x 25% + 0,9 x 65%

Bước 2: Điều chỉnh các hàm lượng thành phần sao cho tổng được chuẩn hóa đến 1.

Bước 3: Tính khả năng cháy tương đối sử dụng trị số T_ci nêu trong Bảng 2 và so sánh kết quả với tiêu chuẩn.

Trị số T_ci của H₂ là 5,5

Trị số T_ci của CH₄ là 8,7

Vì 1,56 > 1, không đáp ứng được tiêu chuẩn của hỗn hợp khí không cháy và hỗn hợp khí này được coi như cháy được.

Thay thế bước 3: Sử dụng cách khác thay thế, kết hợp công thức

Bởi vì 118 > 72,25, không đáp ứng được tiêu chuẩn của hỗn hợp khí không cháy và hỗn hợp khí này được coi như cháy được.

3.5. Phân loại theo Hệ thống hài hòa hóa toàn cầu (GHS)

Tiêu chuẩn này không có các phương pháp nhằm phân loại hỗn hợp khí cháy được thành loại 1 hoặc thành loại 2 phù hợp với GHS (xem Phụ lục A). Do đó, tất cả các hỗn hợp chứa các khí cháy được hoặc các chất lỏng cháy được hợp thành chúng và thỏa mãn tiêu chuẩn của phương pháp thử nghiệm hoặc phương pháp tính toán phải được phân thành loại 1.

4. Khả năng oxi hóa của khí và hỗn hợp khí

4.1. Quy định chung

Điều 4.2 và 4.3 trình bày phương pháp thử nghiệm và phương pháp tính toán để xác định khí hoặc hỗn hợp khí có hỗ trợ quá trình cháy mạnh hơn hay không so với một chất oxi hóa chuẩn gồm 23,5% oxi trong nitơ.

CHÚ THÍCH: Một khi như vậy được gọi là "có khả năng oxi hóa cao" trong tiêu chuẩn này nhưng Hệ thống cân đối toàn cầu (GHS) được gọi là "có khả năng oxi hóa".

Có thể sử dụng phương pháp thử (nêu trong 4.2) cho tất cả các trường hợp, nhưng phải sử dụng khi không có sẵn số liệu về hệ số đương lượng theo oxi (xem Bảng 3).

Chỉ có thể sử dụng phương pháp tính toán (nêu trong 4.3) cho tất cả các trường hợp, nhưng phải sử dụng khi không có sẵn số liệu về hệ số đương lượng theo oxi (xem Bảng 3).

4.2. Phương pháp thử

4.2.1. Những điểm chính liên quan đến an toàn

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

4.2.2. Nguyên tắc

Hòa trộn đều khí hoặc hỗn hợp khí được đánh giá (X) theo một tỷ lệ cố định với nitơ (N) để tạo thành một hỗn hợp (XN). Tỷ lệ cố định này phải giống như trong hỗn hợp giới hạn (NA) của nitơ và không khí (A) mà nó không hỗ trợ gì cho quá trình cháy của nguyên liệu chuẩn, etan (C) (xem Hình 2).

Bằng cách sử dụng một thiết bị như miêu tả trong 4.2.3, trộn đều hỗn hợp (XN) với những lượng tăng dần của nhiên liệu chuẩn (C) để tạo thành hỗn hợp khí thử (XNC). Sử dụng phương pháp và tiêu chuẩn để xác định khả năng cháy, quan sát nếu các hỗn hợp thử này có khả năng cháy.

Nếu bất cứ hỗn hợp (XN) và (C) có khả năng cháy, khí được đánh giá (X) được coi như có khả năng oxi hóa mạnh hơn không khí. Nếu không quan sát được khả năng cháy ở một phạm vi với các hàm lượng nhiên liệu tăng lên đến giá trị lớn nhất (c_max), khí đem đánh giá được coi như có khả năng oxi hóa bằng hoặc kém hơn không khí.

4.2.3. Thiết bị thử

4.2.3.1. Mô tả

Thiết bị thử (xem Hình 3) bao gồm:

- Một bình thử kín có máy khuấy;

- Một hệ thống đốt;

- Hai hệ thống đo áp suất;

- Một hệ thống kiểm tra thành phần khí thử nghiệm.

4.2.3.2. Bình thử

Bình thử phải được làm bằng thép không gỉ được thiết kế để chịu được quá áp lớn nhất tối thiểu là 3 MPa. Thể tích nhỏ nhất phải là 0,005 m³. Bình phải là hình trụ hoặc là hình cầu. Nếu sử dụng bình hình trụ, tỷ lệ chiều dài và đường kính phải là 1. Bình phải được gắn một máy khuấy và các cửa thông có khả năng bơm vào, hút ra hoặc làm sạch.

Bình phải được trang bị một bộ phận đo nhiệt độ phù hợp.

Chú dẫn

Thành phần mol của etan, tính theo %

Thành phần mol của nitơ, tính theo %

Thành phần mol của không khí, tính theo %

Phạm vi khả năng cháy

Đường tỷ số không đổi chất oxi hóa/nitơ

Thành phần giới hạn chất oxi hóa (LOF) = 43,4%

Hình 2 - Phạm vi khả năng cháy được của etan/nitơ/không khí ở 20⁰C và 101 kPa-Xác định thành phần giới hạn chất oxi hóa không hỗ trợ quá trình bốc cháy của etan

4.2.3.3. Hệ thống đánh lửa

Phải sử dụng bộ phận đánh lửa bằng dây nóng chảy. Bộ phận đánh lửa tạo ra một hồ quang khi dòng điện chạy dọc theo chiều dài của dây CrNi nối hai cực kim loại. Các cực phải có đường kính ³ 3 mm và phải song song với nhau một khoảng cách (5 ± 1) mm. Đường kính của dây ít nhất phải bằng 0,05 mm và không được lớn hơn 0,2 mm. Điện năng để nung chảy dây này và sinh ra hồ quang được một máy biến áp cách ly xoay chiều cung cấp (công suất 0,7 kVA đến 3,5 kVA, điện áp thứ cấp 230V). Cuộn thứ cấp của máy biến áp phải được chuyển mạch đến hai cực bằng một dụng cụ điện tử cho phép điều chỉnh năng lượng đánh lửa trong khoảng 10 J đến 20 J. Điều này có thể thực hiện được bằng cách kiểm soát góc pha của điện áp thứ cấp bằng các linh kiện chuyển mạch thyristor.

Dây nung chảy phải đặt ở trung tâm của bình thử nghiệm.

4.2.3.4. Hệ thống đo áp suất

Hệ thống đo áp suất đối với áp suất nổ gồm có một bộ chuyển đổi áp suất, một bộ phận khuyếch đại và một hệ thống ghi chép dữ liệu. Bộ chuyển đổi áp suất và bộ phận khuyếch đại phải có độ phân giải theo thời gian ít nhất là 1 ms. Bộ chuyển đổi áp suất phải chịu được tại một áp suất ít nhất là 30 bar với phạm vi đo 10 bar. Hệ thống hiển thị áp suất để chuẩn bị cho hỗn hợp thử nghiệm phù hợp với phương pháp áp suất từng phần (các bộ chuyển đổi áp suất hoặc áp kế) phải có phạm vi đo lớn nhất 2 bar. Cả hai hệ thống đo áp suất phải có một độ chính xác là 0,5% cho toàn bộ thang đo hoặc tốt hơn.

4.2.3.5. Hệ thống kiểm tra thành phần khí thử nghiệm

Phải tiến hành phân tích hỗn hợp (XN) và (XNC) sử dụng phương pháp sắc ký khí hoặc kiểu máy phân tích khác.

4.2.3.6. Vật liệu

Phải sử dụng etan với độ tinh khiết 99,5% là chất đốt chuẩn (C). Lý do sử dụng etan như là chất đốt chuẩn là vì nó có mối liên kết cacbon - hidro cũng như mối liên kết cacbon - cacbon giống như hầu hết các vật liệu chất đốt có và phạm vi bắt lửa của etan với nhiều khí có tính oxi hóa đã quá quen thuộc.

Hỗn hợp (XN) phải gồm (38,5 ± 1)% khí được đánh giá và phần còn lại gồm nitơ có độ tinh khiết 99,995%. (XN) có thể được chuẩn bị trực tiếp trong bình thử nghiệm phù hợp với áp suất cục bộ của từng thành phần. Cho phép tạo ra hỗn hợp khí nén (XN) trong một chai chứa khí cần xác định bằng một cơ cấu đo phụ và dùng khí đã hòa trộn trước này cho các quá trình tiếp theo.

Phải phân tích hỗn hợp khí (XN) hoặc một trong các hỗn hợp (XNC) khi hỗn hợp này được chế tạo trực tiếp trong bình trộn.

Hàm lượng hơi ẩm của các khí không được vượt quá 0,01% theo thể tích. Nếu vì một lý do nào đó mà không đạt được điều kiện này (có thể như trường hợp khí có tính hút ẩm hoặc một chất chưa biết), phải ghi vào biên bản thử việc này.

Chú dẫn

Nguồn cung khí nén (áp suất cao)

Bình thử được chế tạo từ thép không gỉ có lắp máy khuấy từ

Bộ phận ghi sự tăng áp lực bên trong bình đốt

Bộ phận đánh lửa dùng dây nóng chảy

Đồng hồ chỉ áp suất để chuẩn bị các hỗn hợp

Bơm chân không

Lối thoát khí thải

Hình 3 - Ví dụ về thiết bị dùng để xác định khả năng oxi hóa của khí hoặc hỗn hợp khí

4.2.4. Tiến hành thử

Thực hiện các thử nghiệm ở nhiệt độ phòng và áp suất khí quyển. Phải chuẩn bị hỗn hợp (XNC) trong bình thử nghiệm phù hợp với áp suất cục bộ tăng đến áp suất nạp cuối cùng là 1 bar. Etan được thêm từng bước vào hỗn hợp (XN). Việc mồi đốt được khởi đầu ở từng bước và quan sát xem liệu có xảy ra phản ứng cháy hay không. Phản ứng được nêu cứ sau một lần nâng áp suất đốt ít nhất 10% áp suất ban đầu. Thử nghiệm được bắt đầu từ thành phần etan 1%. Nếu không có phản ứng nào xảy ra, tăng tỷ lệ phần trăm etan 1% từng bước lên đến khi xảy ra phản ứng hoặc tới khi tỷ lệ phần trăm etan nhiều hơn 20%.

CHÚ THÍCH: Khi thực hiện phép thử này có thể xảy ra cháy nổ nguy hiểm. Phải đặc biệt chú ý khi làm việc với các khí độc hại và ăn mòn. Phải huấn luyện cho nhân viên thao tác biết rõ về những mối nguy hiểm tiềm tàng và có các biện pháp phòng ngừa cần thiết. Thiết bị thử nghiệm phải được lắp đặt trong tủ hút khói.

Không được trộn lẫn khí đốt và chất oxi hóa với nhau dưới áp lực trong chai chứa khí trừ khi nếu việc này được người có trách nhiệm thực hiện theo quy trình đã qua thử nghiệm. Tiểu chuẩn này không cố ý làm rõ loại hỗn hợp khí oxi hóa nào có thể được sản xuất an toàn và thành công bởi vì đó là trách nhiệm thuộc về nhà sản xuất hỗn hợp sử dụng công nghệ và thực tiễn để xác minh sự an toàn của người, thiết bị và môi trường xung quanh.

4.2.5. Kết quả

Khí hoặc hỗn hợp khí đem đánh giá có tính oxi hóa mạnh hơn không khí không nếu quan sát thấy được phản ứng trong quá trình thử nghiệm.

4.3. Phương pháp tính toán

4.3.1. Nguyên tắc

Để xác định OP của hỗn hợp khí, theo phương pháp tính toán sau.

Xét một hỗn hợp có tính oxi hóa mạnh hơn không khí nếu nó thỏa mãn điều kiện sau đây:

>23,5%

Trong công thức trên, tác dụng pha loãng của các khí trơ không được quan tâm ngoài nitơ. Nếu một hỗn hợp được đánh giá chứa những khí trơ như vậy, phải tính đến hệ số K_k.

OP =

Hệ số tương đương của nitơ K và thành phần mol của các khí trơ B được xác định trong mục này và được liệt kê trong Bảng 1.

Không khí khô của khí quyển có thành phần oxi khoảng 20,95%. Đối với tiêu chuẩn này, bất cứ hỗn hợp nào có hàm lượng oxi ít hơn hoặc bằng 23,5% có thể coi như không có tính oxi hóa.

Ví dụ 1

5%NO₂ + 10% O₂ + 85% N₂

OP = Sx_iC_i = (0,05 + 0,6) + (0,1x1,0) = 0,13

Vì 13% < 23,5% hỗn hợp có tính oxi hóa yếu hơn không khí.

Ví dụ 2

20%NO₂ + 20%O₂ + 40% N₂ + 20%CO₂

OP =

Vì 29% > 23,5%, hỗn hợp này được phân loại là có tính oxi hóa mạnh hơn không khí.

4.3.2. Các hệ số C_i

Các hệ số C_i của các khí oxy hóa được suy ra từ các phạm vi nổ của các khí oxy hóa trong hỗn hợp với nitơ và etan. Để xác định C_i cần quan tâm đến tỷ phần của chất oxy hóa của tỷ số giới hạn chất oxy hóa/nitơ (xem Hình 2). Tỷ phần giới hạn của chất oxy hóa này (LOF) tỷ lệ nghịch với C_i­.

C_i = 9,07

Hệ số C_i cho từng khí oxi hóa là riêng biệt. Theo định nghĩa, C_i của oxi là 1,0.

Hệ số 9,07 suy ra từ giá trị LOF của không khí dùng để xác định C_i (oxi) =1. Bảng 3 nêu các giá trị C_i, nhận được từ LOF thực nghiệm [5]. Đối với khí không được thử, C_i được cho một giá trị bảo toàn là 40.

5. Hỗn hợp chứa oxy và các khí cháy được

5.1. Quy định chung

CHÚ THÍCH 1: Không quan tâm đến các hỗn hợp của các khí cháy được và các khí oxy hóa ngoài oxy.

CHÚ THÍCH 2: Các hỗn hợp của hidrocacbon được halogen hóa từng phần không cháy được trong không khí ở áp suất và nhiệt độ môi trường xung quanh, có thể trở nên dễ cháy khi được trộn với không khí ở áp suất và nhiệt độ cao hơn hoặc với các chất oxy hóa có thể oxy hóa mạnh hơn không khí.

Bảng 3 - Các hệ số đương lượng oxy (C_i)

Xem lại: 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

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 4

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