Детонация водорода

Так, при попытках вызвать детонацию водорода при добавлении в контейнер жидкого воздуха (в количестве до 300 г воздуха на 4,7 л жидкого водорода) взрывы отмечались только в том случае, если жидкий воздух был в значительной степени обогащен кислородом. На практике вероятность возникновения таких условий чрезвычайно мала, поэтому мала и вероятность детонации как больших масс газообразного водорода, высвобождаемого при аварии, так и жидкого водорода при загрязнении его твердым воздухом [153, 158, 162]. Следует отметить, что эффективность взрыва жидкого водорода, загрязненного твердым воздухом, намного меньше эффективности взрыва газообразной смеси [158]. [c.181]

Возможность образования пожароопасных смесей водорода с воздухом или кислородом внутри технологического оборудования, а также возможность выброса водорода в окружающую атмосферу требуют тщательного анализа проблемы безопасности эксплуатации АЭС в связи с высокой опасностью систем, содержащих водород. Хотя исследования горения и взрыва водородсодержащих смесей ведутся достаточно давно, многие вопросы, связанные с защитой АЭС, остались невыясненными. Анализ работ по исследованию процессов горения и детонации водорода показывает, что подавляющее их число выполнено на примере в основном кислородных смесей и при весьма низком давлении. Результаты этих работ довольно трудно использовать при анализе реальных ситуаций, возникающих при обращении с водородно-воздушными или даже водороднокислородными смесями. Дополнительные сложности в прогнозировании параметров взрыва появляются при введении в состав горючей смеси добавок в виде паров воды, оксидов углерода и азота. Профилактические мероприятия по безопасности водородсодержащих смесей требуют знания следующих исходных параметров [c.99]

Детонация водорода и окиси углерода в двигатель [c.411]

Глава 6. Воспламенение, горение и детонация водорода 260 [c.4]

ВОСПЛАМЕНЕНИЕ, ГОРЕНИЕ И ДЕТОНАЦИЯ ВОДОРОДА [c.260]

Рассмотрим характеристики водорода в сопоставлении с метаном, пропаном и реактивным топливом ТС-1 с позиций техники безопасности. Как видно из табл. 12.1, имеются объективные данные, указывающие, что водород более опасен, чем, например, метан или топливо ТС-1. Водород имеет широкие концентрационные пределы воспламенения, низкую энергию зажигания, высокую скорость распространения и малую заметность пламени, Этому, однако, противостоят другие показатели, противоположного действия низкая плотность, низкая теплота испарения и высокий коэффициент диффузии, что указывает на более быстрое снижение концентрации водорода в данном пункте пространства, К этому следует присовокупить низкое удельное объемное содержание энергии и более высокую нижнюю границу детонации водорода, его повышенную температуру воспламенения и возможность каталитического сжигания, а также то обстоятельство, что при воспламенении водорода влияние пламени на окружающие предметы незначительно вследствие низкой его излучающей способности. [c.619]

Утечка жидких углеводородов при эксплуатации трубопроводов и оборудования может привести к серьезным последствиям. Особенно опасна утечка сжиженных углеводородных газов, так как при их воспламенении часто возникает фронт нестационарного быстрого горения или детонации. Условия возникновения детонации еще недостаточно изучены. До недавнего времени считали, что детонировать могут лишь быстрогорящие смеси водород— воздух, водород — кислород смеси непредельных углеводородов с воздухом и кислородом смеси предельных углеводородов с кислородом. В настоящее время считают, что детонировать могут почти все газообразные углеводороды в смеси с воздухом [45]. Для детонации (взрывов) характерны три особенности создается пик давления, примерно в 20 раз превышающий пик давления обычного взрыва при тех же начальных условиях фронт детонации распространяется со сверхзвуковыми скоростями детонация создает прямой удар разрушительной силы, а не гидростатическое давление. [c.111]

Явление, аналогичное предпламенному окислению, изучалось исследованием продуктов, выбрасываемых из автомобильного двигателя, не имеюш,его зажигания [116, 131, 132]. Если повысить жесткость режима за счет увеличения степени сжатия, то можно получить перекиси, альдегиды и кетоны при максимальной температуре рабочего цикла 340° С, перекись водорода и формальдегид — при температурах на несколько градусов выше, а холодное пламя — при еще более высокой температуре. Предполагают, что важную роль в детонации играет перекись водорода, потому что двигатель, использующий в качестве топлива водород, детонирует [115, 146]. [c.408]

Пределы детонации кислородо-водородных смесей отвечают содержанию водорода в смеси не менее 15% (нижний предел) и не более 90% (верхний предел). [c.243]

Высокая взрыво- и пожароопасность водорода обусловлена способностью его легко вступать в химическое взаимодействие с окислителями с выделением большого количества тепла. Для инициирования реакций взаимодействия водорода с окислителями в большинстве случаев требуется незначительный тепловой импульс. Так, водород реагирует с кислородом с выделением большого количества тепла (72 250 ккал/кмоль образующейся воды), а энергия воспламенения водорода составляет всего лишь 10% от энергии воспламенения углеводородов [155]. Пределы воспламеняемости водорода соответствуют концентрации его в воздухе от 4 до 75 объемн. % [26, 121, 144, 156], что гораздо шире концентрационных пределов для большинства других горючих в среде чистого кислорода эти пределы еще шире — от 4 до 96 объемн. % [26]. Нижний и верхний пределы детонации смесей водорода с воздухом соответствуют концентрациям его 18,3 и 74 объемн. %, а смесей водо-зода с кислородом—соответственно 15 и 94 объемн. % 121, 168]. [c.176]

На основании экспериментальных исследований было установлено, что детонация смеси водород—воздух [c.180]

Другим примером процесса с разветвленными цепями может служить окисление газообразных углеводородов. Кинетика этого процесса сходна с кинетикой окисления водорода. Для замедления слишком энергичного развития цепей, приводящего к детонации в двигателях внутреннего сгорания, в бензин вводят ингибитор — тетраэтилсвинец, который реагирует с радикалами и вызывает обрыв цепей. [c.286]

Взрыв газовой смеси (например, водорода с кислородом) и детонация сильно взрывчатых веществ (например, нитроглицерина) —интересные химические реакции однако определить скорости подобного рода реакций чрезвычайно трудно вследствие больших изменений температуры и давления, сопровождающих эти процессы в данной книге они не рассмотрены. [c.277]

Важным методом предотвращения образования под защитной оболочкой реактора среды, в которой возможна детонация, является разработка мер по принудительному воспламенению и сжиганию водорода прежде, чем его концентрация достигнет детонационного уровня. [c.103]

Исследования горения водородных облаков в открытом пространстве показали, что видимая скорость распространения пламени зависит от размера облака (количества выброшенного водорода), и для смеси с содержанием 34 % объема водорода (максимум отношения видимой скорости к нормальной) и объемом 82 м она достигла ПО м-с . Априорные оценки показывают, что при объемах смеси примерно 500 можно ожидать увеличения скорости примерно до 300 м-с при этом следует отметить, что перехода горения в детонацию не наблюдалось при размерах облака до 300 даже при инициировании источником в виде ударной волны. На рис. 3.7 представлены данные по зависимости избыточного давления ЛР в ударной волне от расстояния / . Сплошная линия рассчитана для взрыва [c.108]

Кинетика окисления газообразных углеводородов сходна с кинетикой окисления водорода в том смысле, что также включает разветвленные цепные реакции, но она значительно сложнее. Для замедления слишком энергичного развития цепей (приводящего к детонации в двигателях внутреннего сгорания) в бензин вводят тетраэтилсвинец, который быстро реагирует с атомами и радикалами, что вызывает обрыв цепей. [c.313]

Смеси хлора с водородом и воздухом могут взрываться при содержании водорода более 4,2—5,5%. При нижнем пределе содержания водорода взрыв не носит характера детонации, которая наблюдается при содержании водорода 19—20% [17]. [c.321]

Что касается оценки условий инициирования детонации в облаке водорода при помощи конденсированных ВВ, то мнения расходятся. Аткинсон [Atkinson,1980] утверждает, что детонацию смеси водорода с воздухом можно инициировать при помощи нескольких миллиграммов пентолита, однако, согласно [Matsui,1978], осуществить детонацию водорода гораздо сложнее, чем любого обычного газа, за исключением метана. [c.298]

Экспериментальными исследованиями [15, 17, 18] установлено, что детонирование смеси водород - воздух в свободном пространстве возможно только при условии, если обеспечен соответствующий состав реагирующей смеси и имеется достаточно сильный источник ударной волны. Оказывается, даже искра далеко не всегда вызывает взрыв смеси. Он может произойти лишь тогда, когда в непосредственной близости от сферы действия искры находятся кристаллы твердого кислорода [17, 18]. Так, при попытках вызвать детонацию водорода, находящегося в контейнерах, при добавлении в него жидкого воздуха Со,3 кг воздуха на 4,7 Ю м жидкого водорода), взрывы происходили только в том случае, если жидкий воздух был значительно обогащен кислородом. Однако на практике вероятность возникновения таких вдеа-лизированных условия чрезвычайно мала, поэтому мала и вероятность детонирования больших масс газообразного водорода, образовавшегося при аварии, и жидкого водорода при загрязнении его твердым воздухом [2, 13, 18]. Интересно отметить, что эффективность взрыва жидкого водорода, загрязненного твердым воздухом, намного меньше эффективности взрыва газообразной смеси [13]. [c.211]

Для описания химических превращений будем использовать детальные кинетические механизмы [13-15], включающие соответственно 60, 42 и 38 прямых и обратных реакций 8 химических компонентов Н , О2, Н2О, ОН, Н, О, НО2, Н2О2. В [13-15] приведены константы скоростей прямых и обратных реакций. Будем называть эти схемы схема с 60 реакциями, схема с 42 реакциями и схема с 38 реакциями. Кинетический механизм, приведенный в [3], является максимально полным механизмом окисления водорода. Кинетическая схема [14] использована во многих работах по моделированию горения и детонации водорода, в частности, в [21] этот механизм использован для изучения пределов детонации водородовоздушных смесей. Последняя кинетическая схема использована в [14] для численного моделирования горения в сверхзвуковом слое смешения. Кинетический механизм [13] включает в себя реакции, которые входят в схемы [14] и [15]. Фактически все три кинетические схемы отличаются только константами скоростей. [c.308]

Азотоводородная смесь и аммиак могут образовывать взрывоопасные смеси при определенных соотношениях с воздухом. Под влиянием ряда факторов концентрационные пределы взрываемости газовых смесей могут расширяться. Так, при 100°С смесь воздуха и водорода взрывоопасна уже при содержании менее 4% водорода. Повышение давления воздуха и обогащение его кислородом также способствует расширению пределов взрываемости его смесей с горючими газами. Поэтому содержание даже 1 % кислорода в азотоводородной смеси или 0,8—1% водорода в воздухе производственных помещений следует рассматривать как опасное. Согласно рабочим инструкциям, продолжать работу при таких условиях запрещается. Взрывы газовых смесей могут произойти при нагревании до температуры, превышающей температуру их воспламенения или детонации. При авариях и неисправностях оборудования возможно попадание значительных количеств газа в воздух производственных помещений и образование взрывоопасных смесей. В связи с этим должны быть приняты меры, предотвращающие контакт газов с источниками воспламенения (искры, открытый огонь, оборудование, нагретое до высоких температур, и др.). [c.68]

Активными антидетонаторами могут быть только те металлы, которые образуют высшие и низшие окислы. Существенную часть механизма действия антидетонаторов составляет цикл окислительно-восстановительных реакций, включая распространение цепи. Эгертон [192] показал, например, что гидроперекись трет-бутила легко разлагается под действием РЬОг, но никак не РЬО. Монометиланилин при 170° С не разлагает гидроперекись трет-бутила, но воздействует на реакции предгорения так же, как и тетраэтилсвинец [103]. До последнего времени считалось, что подавление детонации посредством анилина и его производных происходит по иному механизму, чем при действии металлоорганических соединений, но сейчас полагают, что при их действии также происходит разложение способствующих распространению цепи свободных радикалов это может происходить или под действием слабо связанных с бензольным кольцом я-элек-тронов [193] или, что более вероятно, — в результате выделения водорода, связанного с атомом азота [194, 195]. [c.413]

При последовательном замещении метильнымп группами водородов ароматического кольца антидетонационные свойства улучшаются. Наиболее сильно это явленне проявляется в тех случаях, когда из бензола образуются толуол, ксилол и мезитилен. Эффект введения метильных групп в нормальный иропил-бензол, бутил- или амилбензол невелик, однако добавление метильных групп к изопропил- или изоамилбензолу заметно снижает склонность к детонации. [c.418]

Иа примере двух реакций — реакции водорода с хлором и водорода с кислородом — Зельдович [451 показывает, как механизм реакции отражается на скорости детонации данной смеси. Первая из этих реакций идет по механизму простых цепей, в котором основную роль играют чередующиеся процессы цепи Нерпста [c.244]

Суммирование этих уравнений дает Hj Gl = 2HG1, откуда следует, что реакция образования хлористого водорода может дойти до равновесия при любой концентрации активных центров С1 и Н, и так как энергия активации указанных выше процессов значительно меньше энергии активации процесса lj = 2С1 (равной теплоте диссоциации молекул lj 57,3 ккал), то за время реакции концентрация активных центров существенно не изменится. Таким образом, рассматриваемая реакция идет практически при неизменном числе частиц, из чего можно заключить, что скорость детонации смеси H -Ь ia не будет зависеть от давления. Как видно из данных табл. 13, это заключение подтверждается на опыте, так как при повышении начального давления смеси с ро=200 тор до Ро = 760 тор скорость детонации изменяется всего лишь на 0,7%. [c.244]

Минимальная энергия инициирования детонации в смеси водород-воздух составляет около 1 г ТНТ, что значительно меньше соответствующей величины для углеводородов, за исключением С2Н2 ( 0,1 г). - Прим. ред. [c.298]

Единственным слабым пунктом теории перекисей является то обстоятельство, что ненасыщенные углеводороды обладают значительно меньшей склонностью к детонации, чем парафины однако они имеют ярко выраженную склонность образовывать перекиси. Это видимое противоречие приходится объяснять тем, что степень детонации может обусловливаться не столько количеством, сколько характером перекисерг, а также дополнять теорию перекисей —теорией свободного водорода, выдвинутой Льюисом. Последний считает первичным процессом окисления парафинов дегидрогенизацию их, в результате чего образуются ненасыщенные углеводороды и водород. Последний и является основной причиной возникновения детонации в двигателе. Можно думать, что получающийся в результате дегидрогенизации водород находится в атомарном состоянии, т. е. что процесс распада парафиновых углеводородов сопровождается химической активацией молекул водорода. Как известно, атомарный водород может мгновенно соединяться с кислородом, причем это соединение связано с выделением огромного количества энергии. Таким образом, получающееся соедпнение можно рассматривать как активный центр, который может активировать молекулы горюч й смеси и тем самым сильно способствовать ускорению химической реакцпи. Подтверждением теории свободного водорода (как дополнительного фактора-детонации) и является хорошо известная большая склонность к детонации нормальных углеводородов парафинового ряда по сравнению с нормальными углеводородами олефинового ряда. Можно также полагать, что в случае непосредственно окнсляел1ых ненредельных углеводородов первично получающиеся нестойкие перекиси успевают превратиться в стойкие перекиси, тогда как в случае нос родстве и но окисляемых предельных углеводородов этот процесс завершиться не успевает. Это том более важно, что именно нестойкие формы перекисей глав- [c.356]

При определенных условиях нормальное, т. е. дефлаграци-онное и взрывное, горение может перейти в детонационное, при котором скорость распространения пламени превышает скорость распространения звука в данной среде и может достигать 1000—5000 м/с. Чаще всего детонация возникает при горении газов в трубопроводах большой длины при определенном начальном давлении и определенных концентрациях горючего вещества в воздухе или кислороде, например 6,5—15% ацетилена в смеси с воздухом, 27—35% водорода в смеси с кислородом. [c.185]

Молекула неогексаиа содержит только одну группу СНо, которая экранирована трудно окисляющимися метильными группами, чтс снижает вероятность окисления атомов водорода метиленовой группы. Поэтому, если в беизине имеется повышенное содержание н.-парафинов, котщентрация гидроперекисей в горючей смеси может быть значительной, и гидроперекиси могут подвергаться взрывному разложению еще до того, как искра будет введена в горючую смесь. После ввода искры и воспламенения топлива образование и разложе[П1е гидроперекисей может продолжаться перед фронтом пламени, поэтому горение топлива будет неравномерным и может завершиться мг юиенны.м воспламенением рабочей смеси (детонацией), Если скорость нормального бездетонаиионного сгорания 20— 30 м сек, то скорость детонационного сгорания 1,5—2 км сек. Удар такой взрывной волны вызывает стук в двигателе и приводит к быстрому его износу. [c.55]

Использование водорода в дизельных двигателях в значительной степени затрудняется высокими температурами самовоспламенения водородновоздушных смесей. Поэтому для организации устойчивого воспламенения водорода дизели переоборудуют в двигатели с принудительным зажиганием от свечи или переводят на работу по газожидкостному процессу — с впрыском запальной дозы жидкого топлива (обычно дизельного). Водород может подаваться как совместно с воздухом, так и непосредственным впрыском в цилиндры. Устойчивая работа дизеля на водороде обеспечивается только в узком диапазоне топливных смесей, ограничиваемом пропусками воспламенения и детонацией (рис. 4.22). [c.174]

При сгорании топлива с детонацией диафрагма вследствие ударной волны вибрирует и заставляет иглу подпрыгивать. Подпрыгивая, игла замыкает контакты и передает электрическш ток электролитической бюретке или указателю детонации. Электролитическая бюретка заполнена слабым раствором серной кислоты. При прохождении тока через раствор из него выделяется водород. По количеству газа, выделившегося в течение 1 мин., судят об интенсивности детонации. Интенсивность детонации устанавливается на смеси изооктана и н-гептана. [c.160]

Установлено также, что характер горения водорода зависит от ряда факторов, в том числе от общей и локальной концентрации водорода под оболочкой и от наличия источников его зажигания. Если водород воспламеняется до его перемешивания со средой, заполняющей объем защитной оболочки, то будет иметь место дифузионное горение если воспламенение произойдет после полного перемешивания водорода с атмосферой оболочки и его концентрация будет выше нижнего предела распространения пламени водорода (4—9 % при типичных для послеаварийного периода условий под оболочкой), то будет иметь место горение без взрыва. Так как под защитной оболочкой имеются возможные источники зажигания, то наиболее вероятно постепенное горение водорода. Однако при очень маловероятном развитии аварийной ситуации, когда водород накопится, не воспламенившись, в таких количествах, что его концентрация превысит нижний детонационный предел (18,2 % для водородно-воздушной смеси), то его горение может завершиться детонацией. При таком катастрофическом развитии аварии защитная оболочка будет последним барьером на пути выхода радиоактивных продуктов в окружающую среду. [c.100]

Защитная оболочка при первых двух авариях может оказаться разрушенной раньше, чем это показано выше, в случае накопления водорода в защитной оболочке, а не сгорания его по мере выделения, как принималось при анализах. Результаты расчета накопления водорода в защитной оболочке реактора мощностью 1300 МВт приведены на рис. 3,6. Как следует из расчетных и экспериментальных данных, характеризующих взрываемость воздушно-парово-дородной смеси, при получаемых концентрациях водорода возможно его нормальное горение, а не детонация. В этом случае нет опасности раннего разрушения защитной оболочки. [c.104]

Детонация может также инициироваться при прохождении ударной волны по горючей смеси в ударной трубе. Если изменение давления в ударной волне не слишком велико, то в этом случае детонационные волны также распространяются со скоростью Чепмена — Шуге. Недавно путем подбора условий течения воздушного потока в сопле Лаваля были получены стоячие детонационные волны, неподвижные относительно лабораторной системы координат ]. Условия течения подбирались так, что отраженный маховский прямой скачок уплотнения располагался за выходом сопла. Если воздух предварительно подогрет до достаточно высокой температуры и в поток добавлено горючее (водород), то ударная волна поджигает смесь, и последующее горение превращает скачок в стационарную плоскую сильную детонационную волну. Ниже будет рассмотрена структура и скорость распространения детонационных волн, полученных описанными выше методами. [c.193]

Взрывоопасность перекиси водорода обусловливается как непрерывным разложением с выделением газообразного кислорода, так и склонностью ее паров к детонации при воздействии различньгх внешних импульсов. Скорость разложения перекиси водорода увеличивается с повышением температуры. Сам же процесс разложения протекает с выделением тепла. Таким образом, скорость реакции разложения перекиси, начавшейся от попадания в нее каких-либо загрязнений, через некоторое время вследствие разогревания может достигнуть опасной величины. При достижении температуры 175°С жидкая перекись водорода разлагается мгновенно, т. е. процесс разложения приобретает взрывной характер. Поэтому при повышении температуры перекиси водорода выше окружающей средьи па 5—10° С необходимо в нее ввести добавочное количество стабилизатора для уменьшения интенсивности разложения. Если таким путем не удается приостановить дальнейшее саморазогреваиие перекиси, ее следует разбавить водой. При разбавлении перекиси водорода до 50% концентрации она становится совершенно взрывобезопасной. [c.54]

Детонация насыщенных паров водных растворов перекиси водорода от воздействия внешних импульсов (искра, нагрев, удар и пр.) происходит при содержании в паре 30—40% перекиси водорода. Такая кoнцeнтpaщ я перекиси в парах над 80—85% жидкой перекисью возможна лишь цр И нагреве жидкости до температуры 120—125°С. Нагрев до такой температуры в условиях хранения и транспортировки редко возможен. Однако опасность взрыва паров перекиси водорода может возникнуть при пожаре хранилища, когда жидкость разогревается до опасной температуры. [c.55]

Р, Кинг в своих работах оценивает детонационную стойкость водорода по внешнему проявлению детонационного сгорания, по стуку в двигателе, а Г, Керим — по амплитуде высокочастотных колебаний на линии сгорания индикаторной диаграммы. Р. Кинг различает два вида стука детонационный стук и стук при сгорании. Для отличия двух принципиально разных видов стука он использует реакцию экспериментального двигателя на установку более позднего зажигания в обоих случаях при этом детонационные явления исчезают, однако в одном случае происходит потеря мощности — детонационный стук, а в другом — увеличение мощности — стук при сгорании. Р. Кинг зарегистрировал в водородном двигателе стук при сгорании, причиной его он считает воспламенение водородовоздушноп смеси от частиц нагара. Тщательная очистка камеры сгорания одноцилиндрового экспериментального двигателя позволила ему работать без детонации при степени сжатия, близкой к 14, и стехиометрическом составе смеси. Однако в реальных двигателях Детонационноподобные явления проявляются при работе на водороде при значительно меньших степенях сжатия. [c.49]

На основании принятой оценки Г. Керим считает, что работа водородного двигателя при а = 1 невозможна, в то же время большинство авторов [60, 69, 85] едины в том, что при степени сжатия менее 8 опасность детонации мала. Однако это не значит, что такой проблемы в случае применения водорода нет, она еоть и, вероятно, будет более серьезной, чем в случае работы на бензине. [c.50]

Хотя, как было указано выше, при перегонке под атмосферным давлением происходит некоторое разложение азеотроиного раствора, содержащего 72,4% НСЮ , растворы водной хлорной кислоты стабильны по отношению к теплу, нагреванию и детонации. Водные растворы, содержащие менее 75% НСЮ , мог>т храниться без изменения бесконечно долго при обычных температурах. Растворы, содержащие до 60% НСЮ , выставлялись в закрытых пробирках на несколько недель на солнечный свет, при этом никаких изменений визуально не было найдено . При обычных температурах водная кислота не является окислителем—ее свойства характерны для концентрированной кислоты и связаны с реакцией иона водорода. Однако горячая концентрированная кислота действует как сильный окислитель, в результате происходит восстановление аниона перхлората. Момент, во время которого наступает переход от одних свойств к другим, зависит от рассматриваемой системы . [c.190]