ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Условия безопасного применения веществ и материалов, контактирующих с жидким кислородом из "Безопасность работы с жидким кислородом" При проектировании оборудования к материалам узлов и деталей, которые в процессе эксплуатации могут контактировать с жидким кислородом, необходимо предъявлять требования, обеспечивающие взрыво- и пожаробезопасность работы изделия. Однако до настоящего времени у нас в стране и за рубежом практически отсутствуют правила и нормативно-технические документы, позволяющие правильно выбирать материалы, контактирующие с жидким кислородом, а экспериментальные данные, полученные различными исследователями, нередко носят противоречивый характер. В значительной степени это объясняется тем, что само понятие опасность трактуется различными исследователями неодинаково. Опасными в контакте с жидким кислородом называют материалы, которые могут детонировать, гореть или просто чувствительны к одному из внешних источников, например механическому удару. Очевидно, что при этом оказываются различными как методы оценки опасности, так и принципы классификации материалов по степени опасности их использования в кислородном оборудовании. [c.40] В этой главе дается анализ работ по определению опасности применения материалов, контактирующих с жидким кислородом, и рассматриваются методы оценки опасности и принципы классификации материалов по условиям их безопасного применения. [c.40] Одной из первых публикаций, в которых описаны исследования по определению возможности воспламенения и взрыва органических веществ (углеводородов и смазочных материалов) в жидком кислороде, является работа немецкого инженера Политцера [1], исследовавшего возрываемость в жидком кислороде ацв тилена, масла и петролейного эфира. [c.41] Опыты проводили в закрытом теплоизолированном металлическом сосуде, имеющем трубку небольшого сечения для отходящих газов. В сосуд заливали жидкий воздух, обогащенный до 50% кислородом, с содержанием 2—10 кг органических веществ на 0,3—0,1 м жидкости. Инициирование проводили импульсом давления или электрической искрой. [c.41] При многократном инициировании ацетилена в жидкости автор наблюдал слабые взрывы и только единственный раз произошел сильный взрыв всей массы. При замене ацетилена петролейным эфиром или цилиндровым маслом взрывов не наблюдалось. [c.41] Автор отмечает, что смазочные вещества распределялись в жидком кислороде неравномерно, образуя отдельные твердые комки. Считая основной причиной взрывов воздухоразделительных установок наличие твердого ацетилена, Политцер отмечает возможность взрывов в жидком кислороде и других органических примесей. Кроме того, автором показано, что в отсутствие источников инициирования смесь ацетилена с жидким кислородом может сохраняться длительное время. [c.41] Несколько позже, в 1945 г. Гитцевич высказал предположение о том, что в конденсаторах воздухоразде-лительных установок накапливаются компоненты цилиндровых масел Б виде легких погонов (фракций), которые, подвергаясь длительному воздействию жидкого кислорода, могут явиться самостоятельной причиной взрывов. Это предположение было проверено автором экспериментально [3]. [c.42] Мак-Кинли и Химмельберг [4] установили, что для растворов углеводородов в жидком кислороде, а также для условно гомогенных смесей (хорошо перемешанных суспензий) нижние концентрационные пределы детонации близки к нижним концентрационным пределам воспламенения этих же смесей в газообразном состоянии. [c.42] Изучение чувствительности к импульсу давления углеводородов и смазочных веществ в жидком кислороде и определение концентрационных границ взрываемости проводилось авторами работ [5, 6]. Импульс давления над исследуемой взрывчатой смесью создавался при разрыве диафрагмы, разделяющей газовые полости трубы, в которых газообразный кислород находился под высоким и низким давлением. Определялась величина максимального давления разрыва диафрагмы, необходимого для возбуждения взрыва в той или иной смеси. В экспериментах установлено, что инициирование взрыва суспензий органических веществ в жидком кислороде может происходить только при достижении нижних концентрационных пределов воспламенения (рис. 16). [c.42] Наибольшую чувствительность к импульсу давлений в жидком кислороде имели твердый ацетилен, жидкий пропилен, жидкий метан, жидкий пропан, твердый бутан и твердый ацетальдегид. Минимальное давление разрыва диафрагмы, необходимое для возбуждения взрыва указанных материалов, находилось в пределах 0,62—2,53 МПа. Для нитраглнцерина оно составляло 13,65 МПа. [c.42] На основании проведенных исследований был сделан вывод, что смеси смазочных веществ, а также отработанных масел с жидким кислородом по детонационной способности отличаются одна от другой незначительно. Установлено, что инициирование взрыва суспензий органических веществ в жидком кислороде может происходить только по достижении нижних концентрационных границ взрываемости. [c.43] Карватом [9] исследовалась возможность самопроизвольного воспламенения углеводородов в жидком кислороде. Было показано, что в смеси с жидким кислородом углеводороды могут находиться длительное время, не вступая в химическую реакцию. Однако наличие озона в жидком кислороде приводило к самопроизвольному воспламенению углеводородов. Минимальная концентрация озона, при которой возможна самопроизвольная реакция различных углеводородов с жидким кислородом, неодинакова. В проводимых автором экспериментах с различными углеводородами содержание в жидком кислороде озона, необходимое для самопроизвольного взрыва, достигало 0,8%, а в опытах с ацетиленом даже превышало 5%. [c.44] Карват изучал также чувствительность углеводородов к механическому удару в жидком кислороде. Результаты экспериментов для некоторых углеводородов представлены на рис. 17. На графике дана зависимость частоты взрыва, т. е. отношения числа взрывов к общему числу опытов, от высоты сбрасывания груза. Эксперименты показали, что все исследованные углеводороды были чувствительны к механическому удару. Наибольшей чувствительностью обладали ацетилен и другие непредельные-углеводороды. [c.44] Ненасыщенные растворы углеводородов в жидком кислороде Карвату не удалось взорвать даже при инициировании детонационной волной, образующейся при подрыве капсюля-детонатора. При достижении предела растворимости углеводороды могут накапливаться на поверхностях в виде твердых отложений, которые в контакте с жидким кислородом обладают наибольшей чувствительностью к различным источникам. [c.44] Результаты исследований возможности безопасного использования различных неметаллических материалов, контактирующих с жидким кислородом, описаны в работах [10—15]. [c.45] В работе [11] изучалась возможность взрыва древесины, ипорки и стнропора в жидком кислороде при инициировании электродетонатором, а также чувствительность пропитанного кислородом дерева к механическому удару. Эксперименты показали, что при инициировании взрыва электродетонатором все перечис ленные материалы взрывались в жидком кислороде. Более мощный взрыв происходил в опытах с предварительно обугленными образцами древесины. Однако автору не удалось взорвать обугленные образцы мягкой и твердой древесины в жидком кислороде при воздействии на них груза массой 1,085 кг, падавшего с высоты 0,23 м. [c.45] В экспериментах, описанных в работах [10, 11], инициирование взрыва материалов осуществлялось подрывом капсюля-детонатора. Однако из экспериментов не ясно, что понималось под взрывом материала , полноценная детонация или усиление взрывного действия капсюля-детонатора. Ни одним из авторов не проводилась фоторегистрация процесса, позволяющая убедиться в наличии детонации, не измерялись скорости детонации материалов, величины давления в детонационной волне и не оценивались критические условия детонации. [c.46] В США в бО-х годах приняты два стандартных метода измерения ударной чувствительности материалов в жидком кислороде в форме спецификации ВВС США и спецификации НАСА (национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства) [13, 14]. При испытании материалов по этим методам груз устанавливали на определенную высоту и проводили 20 опытов. В зависимости от того, чувствителен материал к удару или нет, его отвергали или разрешили использовать в условиях контакта с жидким кислородом. Эти методы, хотя и не удовлетворяли исследователей, что обусловлено плохой воспроизводимостью результатов, служили основными при выборе материалов для использования в кислородных системах авиационной промышленности. [c.47] Американское общество по испытанию материалов (ASTM), объединив и усовершенствовав эти два метода, разработало новый метод определения порога ударной чувствительности [15]. [c.47] В испытаниях по указанному методу использовали стандартный вертикальный копер. Испытуемый материал помещали в алюминиевую чашку с жидким кислородом, на образец устанавливали ударник из нержавеющей стали, по которому ударял падающий груз, и наблюдали, произошла ли реакция. В этих опытах измеряли пороговое значение чувствительности материала. Для этого находили наибольшую высоту падения груза, при которой материал выдерживает 20 последовательных опытов без реакции. Эту величину принимали за относительную чувствительность материала. [c.47] Вернуться к основной статье