DETERMINATION OF THE SELF-IGNITION CONDITIONS FOR SEDIMENTS OF COMBUSTIBLE LIQUID VAPOURS INSIDE AIR PIPES OF VENTILATING SYSTEMS

This article describes the results of laboratory tests on determination of conditions of the thermal self-ignition of sediments of vapors of various combustible liquids inside air pipes of ventilating systems. On the basis of tests there were calculated the values of critical thickness of sediments at regular and emergency operating modes of ventilating system taking into account the unsymmetrical heat exchange of the formed layer. In such conditions the temperature of opposite surfaces of sediments are different, and heat exchange of the accumulated layer with environment is unsymmetrical. To determinate the critical parameters of self-ignition of sediments on the surface of various equipment, in conditions of unsymmetrical heat exchange of the material layer, it was used the calculation method with the Frank-Kamenetsky parameter d in oxidation reaction of the combustible substance, considering convective heat exchange at both opposite surfaces of the sediment. For calculation it was accepted that the maximum average daily temperature in regions of Russia during the warm season doesn’t exceed 40 °C. Influence of the temperature inside air pipe on the critical thickness of sediment was determined at temperature values of external air of 40 and 20 °C. Presence of the temperature difference on opposite surfaces of a sediment layer leads to growth of its critical thickness by several times in comparison with requirements of the Russian State Standard 12.1.044-89. Our calculations show that if the temperature of air-gas environment ( T_g ) inside air pipes is equal to 70-80 °С, then the self-ignition of sediments become impossible because of significant growth of their critical thickness. Apparently, ignition of sediments, which thickness is less than 0.05 m, can occur as a result of penetration of the smoldering particles into air pipe or uncontrolled growth of the temperature of air-gas environment higher than 210 °C. Noticeable reduction of the critical thickness of sediments become possible also in air pipes with thermal insulation, if the temperature of external surface of the sediment (contacting with the pipe surface) approximate values of T_g . Influence of the cross section diameter of air pipe, as well as the rate of motion of air flow inside the pipe, on conditions of self-ignition is unobserved in comparison with influence of increase of the sediment layer thickness. The results of estimation of the induction period of self-ignition of the sediment with critical thickness (when T_g = 127.5 °C) inside air pipe with section diameter of 0.5 m and rate of motion of 1.5 m/s, in conditions when the temperature in production room is about 40 °C, indicate that self-ignition of sediments can occur within 1 hour, i. e. during one working shift. Despite the fact that features of heat exchange of sediments can significantly increase the induction period, the process of accumulation of the sediment layers up to critical thickness (taking into account regular and emergency conditions of operation) should be considered as the major limiting factor.

отложение, самовозгорание, несимметричный теплообмен, пожарная безопасность, воздуховоды вентиляционных систем, период индукции, sediment, self-ignition, unsymmetrical heat exchange, fire safety, ventilating system, air pipes, induction period

1. Франк-Каменецкий Д. А. Диффузия и теплопередача в химической кинетике.-М. : Наука, 1967. -485 с.

2. Таубкин С. И.Основыогнезащиты целлюлозных материалов.-М. : Минкоммунхоз, 1960.-348 с.

3. Мержанов А. Г., Барзыкин В. В., Гонтковская В. Т. Задача об очаговом тепловом взрыве // ДАН СССР. -1963.-Т. 148, № 2. -С. 380-383.

4. Петров А. П. Пожарная безопасность технологического оборудования с горючими отложениями : дис. …д-ра техн. наук. -М. : ВИПТШ, 1994. -275 с.

5. Горшков В. И. Самовозгорание веществ и материалов. -М. : ВНИИПО, 2003. -445 с.

6. Буркина Р. С., Вилюнов В. Н. О возбуждении химической реакции в “горячей точке” // Физика горения и взрыва. -1980.-Т. 16, № 4. -С. 75-79.

7. Сеплярский Б. С., Афанасьев С. Ю. Анализ нестационарной картины воспламенения очага разогрева // Физика горения и взрыва. -1989.-Т. 25, № 6. -С. 9-13.

8. Соколов Д. Н., Вогман Л. П., Зуйков В. А. Микробиологическое самовозгорание // Пожарная безопасность. -2012.-№ 1. -С. 35-48.

9. Афанасьев С. Ю., Сеплярский Б. С., Амосов А. П. Расчет критических условий воспламенения системы очагов разогрева // Физика горения и взрыва. -1990. -Т. 26, № 6. -С. 16-20.

10. Князева А. Г., Буркина Р. С., Вилюнов В. Н. Особенности очагового теплового воспламенения при различных начальных распределениях температуры // Физика горения и взрыва.-1988.- Т. 24, № 3. -С. 45-47.

11. Буркина Р. С., Буркин В. В. Воспламенение системы очагов разогрева при наличии теплоотдачи на боковой поверхности // Физика горения и взрыва. -2000. -Т. 36, № 2. -С. 17-21.

12. Ананьев А. В., Земских В. И., Лейпунский О. И. О тепловом воспламенении системы горячих очагов // Физика горения и взрыва. -1983. -Т. 19, № 4. -С. 49-52.

13. Корольченко И. А. и др. Условия теплового самовозгорания отложений материалов // Материалы XIII Симпозиума по горению и взрыву РАН, г. Черноголовка, 7-11 февраля 2005 г.-Черноголовка, 2005.-С. 91.

14. Walкer I. K. The role of water in spontaneous combustion of solids // Fire Res. Abstr. - 1967. - No. 9. -Р. 5-22.

15. Rothbaum H. P. Spontaneous combustion of hay // Journal of Applied Chemistry.-2007.-Vol. 13, Issue 7. -P. 291-302. DOI: 10.1002/jctb.5010130704.

16. Merzhanov A. G. On critical conditions of thermal explosion of a hot spot // Combustion and Flame.- 1966. -Vol. 10, No. 4. -P. 341-348. DOI: 10.1016/0010-2180(66)90041-1.

17. Thomas P. H. A comparison of some hot spot theories // Combustion and Flame.-1965.-Vol. 9, No. 4. -P. 369-372. DOI: 10.1016/0010-2180(65)90025-8.

18. Thomas P. H. An approximate theory of “hot spot” critically // Combustion and Flame. - 1973. - Vol. 21, No. 1. -P. 99-109. DOI: 10.1016/0010-2180(73)90011-4.

19. Friedman M. H.Ageneralized thermal explosion criterion-Exposition and illustrative applications // Combustion and Flame.-1967.-Vol. 11, No. 3.-P. 239-246. DOI: 10.1016/0010-2180(67)90051-x.

20. Zaturska M. B. The interaction of hot spots // Combustion and Flame.-1974.-Vol. 23, No. 3.- Р. 313-317. DOI: 10.1016/0010-2180(74)90113-8.

21. Zaturska M. B. Thermal explosion of interacting hot spots // Combustion and Flame. - 1975. - Vol. 25, No. 1. -Р. 25-30. DOI: 10.1016/0010-2180(75)90065-6.

22. Вогман Л. П., Cибирко В. И., Хрюкин А. В., Сенчихин В. И. Статистические данные о пожарах вследствие самовозгорания веществ и материалов // Хлебопродукты.-2014.-№10.-С. 64-65.

23. Методика определения условий теплового самовозгорания веществ и материалов.-М. : ФГУ ВНИИПО, 2004.-65 с.

24. Вогман Л. П., Корольченко И. А., Бритиков Д. А., Хрюкин А. В. Расчет слоя отложений на оборудовании, в вентиляционных системах и аспирационных установках объектов переработки и хранения растительного сырья // Хлебопродукты. -2014. -№ 6. -С. 44-46.

25. Вогман Л. П., Хрюкин А. В., Корольченко И. А. Условия самовозгорания отложений на оборудовании, в вентиляционных системах и аспирационных установках объектов переработки и хранения растительного сырья // Хлебопродукты. -2015. -№ 8. -С. 54-55.

26. Вогман Л. П. и др. Пожарная опасность отложений в воздуховодах вентиляционных систем // Лакокрасочные материалы и их применение. -1980. -№ 2. -С. 63-64.

27. Bowes P. C. Self-heating: evaluating and controlling the hazards. -London, 1984. -500 p.

28. Корольченко И. А. Удельное тепловыделение образцов при определении условий теплового самовозгорания // Пожарная безопасность. -2004. -№ 5. -С. 55-59.

29. Васин А. Я. Взаимосвязь химического строения и пожаровзрывоопасности органических красителей, лекарственных средств и их аэровзвесей : автореф. дис.…д-ра техн. наук.-М. : РХТУ, 2008. -32 с.

30. СП 131.13330.2012. Строительная климатология. Актуализированная редакция СНиП 23-01-99*. -Введ. 01.01.2013.-М. : Минрегион России, 2012.