Γεια σας και καλώς ήρθατε σε αυτό το άρθρο όπου θα συζητήσω μια κρίσιμη έννοια στον τομέα της επιστήμης της καύσης, την "Αυτοανάφλεξη".
Σε αυτό το άρθρο, θα καλύψω διάφορες πτυχές της αυτοανάφλεξης, συμπεριλαμβανομένου του ορισμού, της θερμοκρασίας αυτοανάφλεξης διαφορετικών ουσιών όπως το χαρτί, το ντίζελ, η αιθανόλη, το υδρογόνο, το αέριο και άλλα.
Θα συζητήσω επίσης τη διαφορά μεταξύ του σημείου ανάφλεξης, του σημείου πυρκαγιάς και της θερμοκρασίας αυτοανάφλεξης και πώς η πίεση επηρεάζει τη θερμοκρασία αυτοανάφλεξης.
Μέχρι το τέλος αυτού του άρθρου, θα έχετε μια ολοκληρωμένη κατανόηση της αυτοανάφλεξης και των συνεπειών της. Λοιπόν, ας ξεκινήσουμε!
Τι είναι η Αυτοανάφλεξη;
Ο επίσημος ορισμός είναι:
Αυθόρμητη ανάφλεξη μέρους ή του συνόλου του μείγματος καυσίμου-αέρα στον θάλαμο καύσης μιας μηχανής εσωτερικής καύσης. Γνωστή και ως αυθόρμητη καύση.
Η αυτανάφλεξη είναι όταν μια ουσία αρχίζει να καίγεται μόνη της, χωρίς καμία βοήθεια από εξωτερική πηγή. Η θερμότητα μέσα στην ουσία την αναγκάζει να πάρει φωτιά από μόνη της.
Τι είναι η θερμοκρασία αυτανάφλεξης;
Η θερμοκρασία αυτοανάφλεξης είναι η χαμηλότερη θερμοκρασία στην οποία μια ουσία θα αρχίσει να καίγεται σε μια κανονική ατμόσφαιρα. Αυτή η θερμοκρασία επηρεάζεται από πράγματα όπως η πίεση, η συγκέντρωση οξυγόνου και η ποσότητα καυσίμου στον αέρα. Είναι σημαντικό να θυμάστε ότι η θερμοκρασία στην οποία μια ουσία θα αρχίσει να καίγεται μόνη της εξαρτάται από τον τύπο και τη σύνθεση της ουσίας.
Αυτοανάφλεξη σε κινητήρες εσωτερικής καύσης
Οι κινητήρες εσωτερικής καύσης μπορούν να αυτοαναφλεγούν λόγω της θερμότητας της συμπίεσης μόνο ή όταν αυτή η θερμότητα συνδυάζεται με έγχυση καυσίμου. Η αυτανάφλεξη ονομάζεται επίσης αυθόρμητη καύση και μπορεί να συμβεί στον θάλαμο καύσης του κινητήρα.
Όταν εργάζεστε με εύφλεκτα υλικά, η θερμοκρασία αυτοανάφλεξης είναι βασικός παράγοντας για τον υπολογισμό του κινδύνου πυρκαγιάς ή έκρηξης. Χρησιμοποιείται για να υπολογίσει πόσο πιθανό είναι μια ουσία να πιάσει φωτιά από μόνη της σε μια κανονική ατμόσφαιρα, χωρίς σπινθήρα ή φλόγα από έξω.
βίντεο
Συμβουλή: Ενεργοποιήστε το κουμπί υπότιτλων εάν το χρειάζεστε. Επιλέξτε «αυτόματη μετάφραση» στο κουμπί ρυθμίσεων, εάν δεν είστε εξοικειωμένοι με την αγγλική γλώσσα. Ίσως χρειαστεί να κάνετε πρώτα κλικ στη γλώσσα του βίντεο προτού η αγαπημένη σας γλώσσα γίνει διαθέσιμη για μετάφραση.
Θερμοκρασία Αυτοανάφλεξης Διαφορετικών Ουσιών
Ξύλο:
Η θερμοκρασία στην οποία το ξύλο αρχίζει να καίγεται από μόνο του είναι περίπου 482°F (250°C). Στους 700°F (371°C), μπορεί να πάρει φωτιά αμέσως, αλλά χρειάζονται λίγα λεπτά μεταξύ 450°F (232°C) και 500°F (260°C).
Στην ελάχιστη ροή θερμότητας που απαιτείται για την έναρξη μιας άμεσης φλόγας, η θερμοκρασία της επιφάνειας είναι μεταξύ 300 και 365°C (572 και 689°F).
Avgas (αεροπορική βενζίνη):
Η θερμοκρασία στην οποία αρχίζει να καίγεται μόνο του είναι 280°C (536°F). Το Avgas είναι ένα είδος βενζίνης που κατασκευάζεται για κινητήρες αεροπλάνων.
Έχει σημείο ανάφλεξης -43°C (-45°F). Είναι σαν την κηροζίνη, η οποία έχει επίσης θερμοκρασία 280°C (536°F) στην οποία μπορεί να αρχίσει να καίγεται από μόνη της.
http://large.stanford.edu/courses/2014/ph240/ukropina2
Αιθανόλη:
Η θερμοκρασία αυτοανάφλεξης της αιθανόλης είναι 365°C (689°F), η οποία είναι χαμηλότερη από αυτή του διαιθυλαιθέρα (160°C ή 320°F) και υψηλότερη από εκείνη της βενζίνης (247-280°C ή 477-536°F). ).
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6266291
Υδρογόνο:
Η θερμοκρασία στην οποία το υδρογόνο θα αρχίσει να καίγεται από μόνο του είναι 535°C (995°F).
https://en.wikipedia.org/wiki/Autoignition_temperature
Οξείδιο του αιθυλενίου:
Η θερμοκρασία στην οποία το οξείδιο του αιθυλενίου αρχίζει να καίγεται από μόνο του είναι 429°C (804,2°F). Αλλά εάν υπάρχει σκουριά, θα μπορούσε να είναι έως και 140°C (284°F).
Σε θερμοκρασίες άνω των 51,3°F (10,7°C), το οξείδιο του αιθυλενίου είναι ένα άχρωμο αέριο που μπορεί να πάρει φωτιά από μόνο του.
https://www.petrochemistry.eu/wp-content/uploads/2018/01/Guidelines_EO_2013_UK_v6-final.pdf
Ντίζελ:
Σημείο αυτανάφλεξης: περίπου 210°C.
Ατσάλι:
Σημείο αυτανάφλεξης: περίπου 1315°C (2399°F).
Χαρτί:
Σημείο αυτανάφλεξης: Περίπου 218 - 248°C.
Μόλις ξεκινήσει μια φωτιά χαρτιού, η θερμότητα στο κέντρο μπορεί να φτάσει έως και τους 815°C.
Άλλα αέρια:
- Μεθάνιο: 580 °C
- Προπάνιο: 493 °C
- Αιθυλένιο: 425 °C
- Ακετυλένιο: 305 °C
- Νάφθα: 290 °C
- Δισουλφίδιο του άνθρακα: 102 °C
Πώς να ξεχωρίσετε τις διαφορές μεταξύ αυτοανάφλεξης, σημείου ανάφλεξης και σημείου πυρκαγιάς
Συνοπτικά, το σημείο ανάφλεξης, το σημείο πυρκαγιάς και η θερμοκρασία αυτοανάφλεξης σχετίζονται με το πόσο εύφλεκτη είναι μια ουσία, αλλά κάθε όρος αναφέρεται σε μια διαφορετική πτυχή του τρόπου δράσης της ουσίας όταν εκτίθεται σε θερμότητα και φωτιά.
Αυτοανάφλεξη
Η αυτανάφλεξη είναι η χαμηλότερη θερμοκρασία στην οποία ένα εύφλεκτο υλικό θα αρχίσει να καίγεται μόνο του, χωρίς σπινθήρα ή άλλη πηγή ανάφλεξης από το εξωτερικό.
Αυτό συμβαίνει όταν η θερμοκρασία του υλικού φτάσει στη θερμοκρασία αυτοανάφλεξής του, μετατρέποντάς το σε εύφλεκτο αέριο που αρχίζει να καίγεται από μόνο του.
Σημείο Flash
Το σημείο ανάφλεξης, από την άλλη πλευρά, είναι η χαμηλότερη θερμοκρασία στην οποία ένα υγρό που μπορεί να πάρει φωτιά εκπέμπει αρκετό ατμό για να πάρει φωτιά όταν έρχεται σε επαφή με μια πηγή ανάφλεξης.
Για κάθε εύφλεκτο υγρό, η ποσότητα ατμού στον αέρα που χρειάζεται για να συνεχιστεί η φωτιά είναι διαφορετική και η θερμοκρασία του σημείου ανάφλεξης δείχνει τη χαμηλότερη θερμοκρασία στην οποία ένα εύφλεκτο υγρό θα πιάσει φωτιά όταν βρίσκεται κοντά σε πηγή ανάφλεξης.
Σημείο ανάφλεξης έναντι σημείου αυτοανάφλεξης:
Το σημείο ανάφλεξης και το σημείο αυτανάφλεξης είναι δύο σημαντικοί τρόποι για να μετρήσετε πόσο εύκολα θα πιάσει φωτιά μια ουσία.
Και οι δύο όροι αναφέρονται στη θερμοκρασία στην οποία κάτι μπορεί να αρχίσει να καίγεται, αλλά μιλούν για διαφορετικά μέρη της διαδικασίας.
Το σημείο ανάφλεξης είναι η θερμοκρασία στην οποία μια ουσία μπορεί να πάρει φωτιά από μια εξωτερική πηγή και το σημείο αυτοανάφλεξης είναι η θερμοκρασία στην οποία θα πάρει φωτιά από μόνη της.
Σημείο Φωτιάς
Το σημείο πυρκαγιάς είναι η θερμοκρασία στην οποία οι ατμοί ενός εύφλεκτου υγρού συνεχίζουν να καίγονται μετά την ανάφλεξή τους.
Είναι υψηλότερη από τη θερμοκρασία του σημείου ανάφλεξης και δείχνει τη χαμηλότερη θερμοκρασία στην οποία μια ουσία θα συνεχίσει να καίγεται αφού έχει πάρει φωτιά.
Η Expeltec δημιούργησε ένα πολύ ωραίο infographic για να εξηγήσει οπτικά ορισμένες διαφορές:
https://expeltec.com/5-terminology/flash-point-auto-ignition-temperature/
Αυτοανάφλεξη εναντίον Άλλων Διεργασιών
Η αυθόρμητη καύση είναι διαφορετική από την αυτοανάφλεξη γιατί δεν χρειάζεται εξωτερική πηγή ενέργειας για να ξεκινήσει.
Η θερμοκρασία αυτανάφλεξης είναι η χαμηλότερη θερμοκρασία στην οποία μια ουσία θα πάρει φωτιά σε μια κανονική ατμόσφαιρα χωρίς σπινθήρα από έξω.
Η αυτοανάφλεξη και η αυτόματη έκθεση είναι επίσης διαφορετικές διαδικασίες. Αυτόματη έκθεση είναι όταν μια πυρκαγιά εξαπλώνεται από τον έναν όροφο στον άλλο σε ένα κτίριο με περισσότερους από έναν ορόφους και η αυτανάφλεξη είναι η χαμηλότερη θερμοκρασία στην οποία ένα εύφλεκτο υλικό θα αρχίσει να καίγεται από μόνο του.
Μέτρα Αντίστασης Καυσίμου στην Αυτοανάφλεξη
Βαθμολογία οκτανίων
Εν ολίγοις, η βαθμολογία οκτανίων είναι ένα μέτρο του πόσο καλά ένα καύσιμο μπορεί να αντισταθεί στην έκρηξη και την προανάφλεξη, και δείχνει επίσης πόσο καλά μπορεί να αντισταθεί στην εκκίνηση από μόνο του.
Η βαθμολογία οκτανίων είναι ένας τυπικός τρόπος για να μετρήσετε πόσο σκληρά καύσιμα, όπως η βενζίνη και το ντίζελ, αρχίζουν να καίγονται μόνα τους σε κινητήρες ανάφλεξης με σπινθήρα.
Αυτή η βαθμολογία βασίζεται στην πίεση στην οποία το καύσιμο θα αναφλεγεί αυτόματα (αρχίζει να καίγεται μόνο του) σε ελεγχόμενο περιβάλλον.
Ο αριθμός οκτανίων γράφεται είτε ως αριθμός οκτανίου έρευνας (RON) είτε ως αριθμός οκτανίου κινητήρα (MON).
Όσο υψηλότερος είναι ο αριθμός οκτανίων, τόσο πιο ανθεκτικό είναι το καύσιμο στην αυτανάφλεξη και τόσο λιγότερο πιθανό είναι ένας κινητήρας SI να χτυπήσει ή να χτυπήσει κατά τη συμπίεση.
Η αυτανάφλεξη και τα χαρακτηριστικά της
Σε μοίρες γωνίας στροφάλου, η καθυστέρηση αυτανάφλεξης είναι το χρονικό διάστημα μεταξύ της έναρξης του ψεκασμού καυσίμου (SOI) και της έναρξης της καύσης (SOC) (CAD).
Ονομάζεται επίσης χρόνος καθυστέρησης ανάφλεξης (IDT) και δείχνει πόσο χρόνο χρειάζεται για να αντιδράσει ένα μείγμα καυσίμου και αέρα σε μια συγκεκριμένη θερμοκρασία και πίεση.
Θερμοκρασία αυτανάφλεξης
Η αιθανόλη μπορεί να αρχίσει να καίγεται σε θερμοκρασία 685°F (363°C). Είναι η θερμοκρασία στην οποία ένα μείγμα καυσίμου και αέρα θα ανάψει μόνο του, χωρίς καμία βοήθεια από εξωτερική πηγή.
Ένας τρόπος για να υπολογίσετε τη θερμοκρασία αυτοανάφλεξης είναι να μετρήσετε την αύξηση της θερμοκρασίας μεταξύ του τέλους της διαδρομής συμπίεσης και της έναρξης του συμβάντος αυτανάφλεξης.
Ένας άλλος τρόπος είναι να βρείτε τις θερμοκρασίες αυτοανάφλεξης της 1-προπανόλης και της 2-προπανόλης.
Αυτοανάφλεξη και Μεταφορά Θερμότητας Ακτινοβολίας
Αυτό συμβαίνει όταν ένα εύφλεκτο υγρό θερμαίνεται πάνω από τη θερμοκρασία ανάφλεξής του και οι ατμοί που απελευθερώνονται αυτοαναφλέγονται όταν εκτίθενται σε ακτινοβολία όπως η υπέρυθρη ακτινοβολία από καυτά αντικείμενα ή λοφία φωτιάς.
Υπάρχουν δύο διαφορετικά είδη ανάφλεξης: η πιλοτική ανάφλεξη και η αυτανάφλεξη. Το εύφλεκτο υλικό χρειάζεται μια εξωτερική πηγή θερμότητας, όπως σπινθήρα ή φλόγα, για να ξεκινήσει μια πιλοτική ανάφλεξη.
Η αυτοανάφλεξη, από την άλλη, δεν χρειάζεται εξωτερική πηγή θερμότητας. Αντίθετα, χρησιμοποιεί την ενέργεια του ίδιου του υλικού για να ξεκινήσει μια φωτιά.
Θερμοκρασία αυτανάφλεξης
Η θερμοκρασία αυτοανάφλεξης μιας ουσίας είναι η χαμηλότερη θερμοκρασία στην οποία αρχίζει να καίγεται. Είναι η θερμοκρασία στην οποία κάτι μπορεί να αρχίσει να καίγεται από μόνο του.
Κατανόηση της σημασίας της θερμοκρασίας αυτανάφλεξης
Η θερμοκρασία αυτοανάφλεξης είναι μια βασική έννοια στην επιστήμη της καύσης. Σημαίνει τη χαμηλότερη θερμοκρασία στην οποία μια ουσία θα αυτοαναφλεγεί και θα πιάσει φωτιά χωρίς σπινθήρα από έξω.
Η θερμοκρασία στην οποία ένα υλικό θα αρχίσει να καίγεται από μόνο του μπορεί να αλλάξει ανάλογα με πράγματα όπως το τι άλλο υπάρχει στην περιοχή.
Όταν πρόκειται για μείγματα καυσίμων που μπορούν να πιάσουν φωτιά, η θερμοκρασία αυτοανάφλεξης είναι η χαμηλότερη θερμοκρασία στην οποία το καύσιμο θα πάρει φωτιά από μόνο του χωρίς σπινθήρα από έξω.
Η κατανόηση της θερμοκρασίας αυτανάφλεξης μιας ουσίας είναι σημαντική για την πυρασφάλεια και για την ασφαλή χρήση και αποθήκευση αντικειμένων που μπορεί να πιάσουν φωτιά.
Αέριο Υδρογόνο και Αυτοανάφλεξη
Όταν εισάγεται αέριο υδρογόνο σε έναν κινητήρα, αλλάζει τον τρόπο λειτουργίας της αυτοανάφλεξης με μοναδικό τρόπο. Ο τρόπος που καίγεται επηρεάζεται από το γεγονός ότι η θερμοκρασία αυτανάφλεξης και η θερμική αγωγιμότητα είναι υψηλότερες από εκείνες των καυσίμων όπως το μεθάνιο.
Επίδραση Υδρογόνου στην Αυτοανάφλεξη
Όταν το υδρογόνο αναμιγνύεται με άλλα καύσιμα, η υψηλότερη θερμοκρασία στην οποία αναφλέγεται από μόνη της επιταχύνει τον ρυθμό καύσης και αυξάνει την πίεση στον κύλινδρο.
Αλλά η χρήση υδρογόνου μπορεί επίσης να προκαλέσει προβλήματα όπως ζητήματα ασφάλειας, πρόωρη ανάφλεξη, αντίστροφη φωτιά και λιγότερη ενέργεια.
Όταν επιβάλλονται ορισμένα φορτία σε κινητήρες με ανάφλεξη με σπινθήρα, η ανεξέλεγκτη αυτόματη ανάφλεξη μπορεί να προκαλέσει χτύπημα του κινητήρα.
Σε κινητήρες που μπορούν να χρησιμοποιούν καύσιμο ντίζελ και υδρογόνο, η εισαγωγή υδρογόνου στην πολλαπλή εισαγωγής μπορεί να προκαλέσει το καύσιμο ντίζελ να αρχίσει να καίγεται από μόνο του.
Θερμοκρασία Αυτοανάφλεξης Αέρα
Ο αέρας δεν είναι εύφλεκτος, επομένως δεν έχει θερμοκρασία στην οποία αρχίζει να καίγεται μόνος του. Τα καύσιμα και οι χημικές ουσίες όπως το βουτάνιο, ο οπτάνθρακας, το υδρογόνο και το πετρέλαιο έχουν συχνά τις θερμοκρασίες αυτοανάφλεξής τους.
Η θερμοκρασία αυτοανάφλεξής του είναι η χαμηλότερη θερμοκρασία στην οποία ένα υλικό αρχίζει να αυτοθερμαίνεται, γεγονός που μπορεί να οδηγήσει σε πυρκαγιά.
Πίεση αυτανάφλεξης
Η πίεση στην οποία θα αρχίσει να καίγεται το υδρογόνο είναι μεταξύ 3,5 και 7 Mpa (35-70 bar). Η αυθόρμητη ανάφλεξη είναι πιο πιθανή όταν η αρχική πίεση απελευθέρωσης είναι υψηλή και το προπορευόμενο σοκ είναι ισχυρό.
Η πίεση που απαιτείται για να ξεκινήσει μια πυρκαγιά εξαρτάται από το πόσο οξυγόνο και ήλιο υπάρχει στον αέρα.
Επίδραση της πίεσης στην αυτανάφλεξη
Καθώς η πίεση ανεβαίνει, η θερμοκρασία στην οποία ένα μείγμα αερίων ή ατμών μπορεί να αρχίσει να καίγεται από μόνο του μειώνεται.
Αυτό συμβαίνει επειδή οι υψηλότερες πιέσεις επιταχύνουν την αντίδραση, γεγονός που μειώνει τη θερμοκρασία στην οποία ξεκινά η αντίδραση.
Ενσωματωμένη αποθήκευση υδρογόνου
Τα περισσότερα ενσωματωμένα συστήματα αποθήκευσης υδρογόνου λειτουργούν σε πιέσεις έως και 700 bar. Ακόμη υψηλότερες πιέσεις χρησιμοποιούνται σε σταθμούς ανεφοδιασμού για τέτοιου είδους αποθήκευση.
Τα εσωτερικά αναφλεγόμενα αέρια μπορούν να χάσουν θερμότητα μέσω μιας εκκένωσης κραδασμών που προκαλεί τη φλόγα να σβήσει προτού πάρει φωτιά ολόκληρος ο όγκος. Αυτό μπορεί να σταματήσει την ανάφλεξη του αερίου.
Δοκιμή Αυτοανάφλεξης αργού πετρελαίου
Η δοκιμή αυτοανάφλεξης γίνεται σε αργό πετρέλαιο για να διαπιστωθεί η χαμηλότερη θερμοκρασία στην οποία θα πιάσει αυθόρμητα φωτιά σε κανονική θερμοκρασία δωματίου.
Η Αμερικανική Εταιρεία Δοκιμών και Υλικών (ASTM) έχει θέσει πρότυπα για τη δοκιμή της ικανότητας του αργού πετρελαίου να αυτοαναφλέγεται.
ASTM E659: Θερμοκρασίες στις οποίες μια ουσία αρχίζει να καίγεται μόνη της
Το ASTM E659 είναι η τυπική δοκιμή που χρησιμοποιείται για να διαπιστωθεί εάν το αργό πετρέλαιο θα πάρει φωτιά από μόνο του. Αυτή η μέθοδος δοκιμής δείχνει πώς να βρείτε τις θερμοκρασίες αυτοανάφλεξης σε θερμή φλόγα και ψυχρή φλόγα μιας υγρής χημικής ουσίας στον αέρα σε ατμοσφαιρική πίεση σε ένα ομοιόμορφα θερμαινόμενο δοχείο.
Τα αποτελέσματα αυτής της δοκιμής δείχνουν ποια είναι η χαμηλότερη θερμοκρασία στην οποία το αργό πετρέλαιο κανονικά θα πάρει φωτιά.
Σύγκριση ASTM E659 και ASTM D2155
Το ASTM E659 είναι ένας πιο ενημερωμένος τρόπος δοκιμής αργού πετρελαίου για αυτοανάφλεξη από το ASTM D2155. Παρόλο που τα εργαλεία για κάθε μέθοδο είναι διαφορετικά, τα αποτελέσματα είναι τα ίδια.
ASTM D93A: Προσδιορισμός σημείου ανάφλεξης
Το ASTM D 93A είναι ένας τρόπος να υπολογίσετε το σημείο ανάφλεξης του πετρελαίου και των προϊόντων που παράγονται από πετρέλαιο. Δεν καλύπτει όμως τις δοκιμές για αυτανάφλεξη.
Το σημείο ανάφλεξης είναι η θερμοκρασία στην οποία ένα προϊόν με βάση το πετρέλαιο εκπέμπει αρκετό ατμό ώστε μια μικρή φλόγα να ξεκινήσει μια φωτιά και να τη διατηρήσει.
Η θερμοκρασία του σημείου ανάφλεξης δεν είναι ίδια με τη θερμοκρασία αυτανάφλεξης. Η θερμοκρασία αυτοανάφλεξης είναι η θερμοκρασία στην οποία μια ουσία θα αρχίσει να καίγεται μόνη της χωρίς σπινθήρα από έξω.
Κοινοποίηση στο…
