שלום וברוכים הבאים למאמר זה בו אדון במושג מכריע בתחום מדעי הבעירה, "אוטואיגניציה".
במאמר זה אסקור היבטים שונים של הצתה עצמית, לרבות ההגדרה, טמפרטורת הצתה עצמית של חומרים שונים כגון נייר, דיזל, אתנול, מימן, אבגז ועוד.
אדון גם בהבדל בין נקודת הבזק, נקודת אש וטמפרטורת הצתה עצמית, וכיצד הלחץ משפיע על טמפרטורת ההצתה האוטומטית.
עד סוף מאמר זה, תהיה לך הבנה מקיפה של דלקת עצמית והשלכותיה. אז בואו נתחיל!
מהי אוטוגניציה?
ההגדרה הפורמלית היא:
הצתה ספונטנית של חלק או כל תערובת הדלק והאוויר בתא הבעירה של מנוע בעירה פנימית. ידוע גם בשם בעירה ספונטנית.
הצתה עצמית היא כאשר חומר מתחיל לבעור מעצמו, ללא כל עזרה ממקור חיצוני. החום שבתוך החומר גורם לו להתלקח בכוחות עצמו.
מהי טמפרטורת ההצתה האוטומטית?
טמפרטורת הצתה העצמית היא הטמפרטורה הנמוכה ביותר שבה חומר יתחיל לבעור באטמוספרה רגילה. טמפרטורה זו מושפעת מדברים כמו לחץ, ריכוז חמצן וכמות הדלק לאוויר. חשוב לזכור שהטמפרטורה שבה חומר יתחיל לבעור מעצמו תלויה בסוג החומר והרכבו.
הצתה עצמית במנועי בעירה פנימית
מנועי בעירה פנימית יכולים להתלקח מעצמם עקב חום הדחיסה בלבד או כאשר חום זה משולב עם הזרקת דלק. הצתה עצמית נקראת גם בעירה ספונטנית, והיא יכולה לקרות בתא הבעירה של המנוע.
כאשר עובדים עם חומרים דליקים, טמפרטורת ההצתה העצמית היא גורם מפתח בהבנת הסיכון של שריפה או פיצוץ. הוא משמש כדי להבין מה הסיכוי שחומר יתלקח בעצמו באווירה רגילה, ללא ניצוץ או להבה מבחוץ.
וִידֵאוֹ
טיפ: הפעל את לחצן הכיתוב אם אתה צריך את זה. בחר "תרגום אוטומטי" בכפתור ההגדרות, אם אינך בקי בשפה האנגלית. ייתכן שתצטרך ללחוץ תחילה על שפת הסרטון לפני שהשפה המועדפת עליך תהיה זמינה לתרגום.
טמפרטורת הצתה עצמית של חומרים שונים
עץ:
הטמפרטורה שבה העץ מתחיל לבעור מעצמו היא בערך 482°F (250°C). ב-700°F (371°C), זה יכול להתלקח מיד, אבל זה לוקח כמה דקות בין 450°F (232°C) ל-500°F (260°C).
בשטף החום המינימלי הדרוש להפעלת להבה ישירה, טמפרטורת פני השטח היא בין 300 ל-365 מעלות צלזיוס (572 ו-689 מעלות פרנהייט).
Avgas (בנזין תעופה):
הטמפרטורה שבה הוא מתחיל לבעור מעצמו היא 280°C (536°F). Avgas הוא סוג של בנזין המיועד למנועי מטוסים.
יש לו נקודת הבזק של -43°C (-45°F). זה כמו נפט, שיש לו גם טמפרטורה של 280 מעלות צלזיוס (536 מעלות פרנהייט) שבה הוא יכול להתחיל להישרף מעצמו.
http://large.stanford.edu/courses/2014/ph240/ukropina2
אתנול:
טמפרטורת ההצתה העצמית של אתנול היא 365°C (689°F), שהיא נמוכה מזו של דיאתיל אתר (160°C או 320°F) וגבוהה מזו של בנזין (247-280°C או 477-536°F) ).
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6266291
מֵימָן:
הטמפרטורה שבה מימן יתחיל לבעור מעצמו היא 535°C (995°F).
https://en.wikipedia.org/wiki/Autoignition_temperature
תחמוצת אתילן:
הטמפרטורה שבה אתילן תחמוצת מתחיל לבעור מעצמו היא 429°C (804.2°F). אבל אם יש חלודה, זה יכול להיות נמוך כמו 140°C (284°F).
בטמפרטורות מעל 10.7 מעלות צלזיוס (51.3°F), תחמוצת אתילן הוא גז חסר צבע שיכול להתלקח בעצמו.
https://www.petrochemistry.eu/wp-content/uploads/2018/01/Guidelines_EO_2013_UK_v6-final.pdf
דִיזֶל:
נקודת הצתה עצמית: כ-210 מעלות צלזיוס.
פְּלָדָה:
נקודת הצתה עצמית: בערך 1315°C (2399°F).
עיתון:
נקודת הצתה עצמית: כ-218 - 248 מעלות צלזיוס.
ברגע שמתחילה שריפה מנייר, החום במרכז יכול להגיע עד 815 מעלות צלזיוס.
גזים אחרים:
- מתאן: 580 מעלות צלזיוס
- פרופאן: 493 מעלות צלזיוס
- אתילן: 425 מעלות צלזיוס
- אצטילן: 305 מעלות צלזיוס
- נפטה: 290 מעלות צלזיוס
- פחמן די גופרתי: 102 מעלות צלזיוס
כיצד לזהות את ההבדלים בין התלקחות אוטומטית, נקודת הבזק ונקודת אש
לסיכום, נקודת הבזק, נקודת אש וטמפרטורת הצתה עצמית קשורות כולן למידת הדליק של חומר, אך כל מונח מתייחס להיבט אחר של אופן הפעולה של החומר כשהוא נחשף לחום ואש.
התלקחות עצמית
הצתה עצמית היא הטמפרטורה הנמוכה ביותר שבה חומר דליק יתחיל לבעור מעצמו, ללא ניצוץ או מקור הצתה אחר מבחוץ.
זה קורה כאשר טמפרטורת החומר מגיעה לטמפרטורת ההתלקחות שלו, והופכת אותו לגז דליק שמתחיל לבעור מעצמו.
נקודת רתיחה
נקודת הבזק, לעומת זאת, היא הטמפרטורה הנמוכה ביותר שבה נוזל שיכול להתלקח פולט מספיק אדים כדי להתלקח כשהוא בא במגע עם מקור הצתה.
עבור כל נוזל דליק, כמות האדים באוויר הדרושה כדי לשמור על אש שונה, וטמפרטורת נקודת ההבזק מראה את הטמפרטורה הנמוכה ביותר שבה נוזל דליק יתלקח כשהוא ליד מקור הצתה.
נקודת הבזק לעומת נקודת הצתה אוטומטית:
נקודת הבזק ונקודת הצתה עצמית הן שתי דרכים חשובות למדוד באיזו קלות חומר יתלקח.
שני המונחים מתייחסים לטמפרטורה שבה משהו יכול להתחיל לבעור, אבל הם מדברים על חלקים שונים של התהליך.
נקודת ההבזק היא הטמפרטורה שבה חומר יכול להתלקח ממקור חיצוני, ונקודת ההצתה היא הטמפרטורה שבה הוא יתלקח בעצמו.
נקודת אש
נקודת האש היא הטמפרטורה שבה אדי נוזל דליק ממשיכים לבעור לאחר הצתתו.
הוא גבוה מטמפרטורת נקודת ההבזק ומציג את הטמפרטורה הנמוכה ביותר שבה חומר ימשיך לבעור לאחר שעלה באש.
Expeltec הכינה אינפוגרפיקה ממש נחמדה כדי להסביר חזותית כמה הבדלים:
https://expeltec.com/5-terminology/flash-point-auto-ignition-temperature/
התלקחות עצמית לעומת תהליכים אחרים
בעירה ספונטנית שונה מהצתה עצמית מכיוון שהיא אינה זקוקה למקור אנרגיה חיצוני כדי להתחיל.
טמפרטורת הצתה עצמית היא הטמפרטורה הנמוכה ביותר שבה חומר יתלקח באטמוספירה רגילה ללא ניצוץ מבחוץ.
הצתה עצמית וחשיפה אוטומטית הם גם תהליכים שונים. חשיפה אוטומטית היא כאשר שריפה מתפשטת מקומה אחת לאחרת בבניין עם יותר מקומה אחת, והצתה עצמית היא הטמפרטורה הנמוכה ביותר שבה חומר דליק יתחיל לבעור מעצמו.
מדדים של עמידות דלק בפני התלקחות עצמית
דירוג אוקטן
בקיצור, דירוג האוקטן הוא מדד עד כמה דלק יכול לעמוד בפני פיצוץ והצתה, והוא גם מראה עד כמה הוא יכול להתנגד להתנעה מעצמה.
דירוג האוקטן הוא דרך סטנדרטית למדוד עד כמה קשה דלקים כמו בנזין ודיזל להתחיל לבעור מעצמם במנועי הצתה.
דירוג זה מבוסס על הלחץ שבו הדלק יתלקח אוטומטית (יתחיל לבעור מעצמו) בסביבה מבוקרת.
דירוג האוקטן נכתב כמספר אוקטן המחקר (RON) או כמספר האוקטן של המנוע (MON).
ככל שדירוג האוקטן גבוה יותר, כך הדלק עמיד יותר בפני הצתה עצמית, ופחות הסיכוי שמנוע SI ידפוק או יפלוט במהלך הדחיסה.
הצתה עצמית ומאפייניה
במעלות זווית ארכובה, עיכוב ההצתה האוטומטי הוא משך הזמן בין תחילת הזרקת הדלק (SOI) לבין תחילת הבעירה (SOC) (CADs).
זה נקרא גם זמן עיכוב הצתה (IDT), והוא מראה כמה זמן לוקח לתערובת של דלק ואוויר להגיב בטמפרטורה ולחץ מסוימים.
טמפרטורת התלקחות
אתנול יכול להתחיל לבעור בטמפרטורה של 685°F (363°C). זוהי הטמפרטורה שבה תערובת של דלק ואוויר תידלק מעצמה, ללא כל עזרה ממקור חיצוני.
דרך אחת להבין את טמפרטורת ההצתה העצמית היא למדוד את עליית הטמפרטורה בין סוף מהלך הדחיסה לתחילת אירוע ההצתה העצמית.
דרך נוספת היא למצוא את טמפרטורות ההדלקה האוטומטיות של 1-propanol ו-2-propanol.
הצתה עצמית והעברת חום קרינה
זה קורה כאשר נוזל דליק מחומם מעל טמפרטורת ההצתה שלו והאדים שמשתחררים נדלקים מעצמם כאשר הם נחשפים לקרינה כמו קרינת אינפרא אדום מחפצים חמים או ערמות אש.
ישנם שני סוגים שונים של הצתה: הצתה מנוסה והצתה אוטומטית. החומר הדליק זקוק למקור חום חיצוני, כמו ניצוץ או להבה, כדי להתחיל בהצתה מנוסה.
הצתה עצמית, לעומת זאת, אינה זקוקה למקור חום חיצוני. במקום זאת, הוא משתמש באנרגיה של החומר עצמו כדי להצית אש.
טמפרטורת התלקחות
טמפרטורת הצתה עצמית של חומר היא הטמפרטורה הנמוכה ביותר שבה הוא מתחיל להישרף. זוהי הטמפרטורה שבה משהו יכול להתחיל לבעור מעצמו.
הבנת החשיבות של טמפרטורת הצתה עצמית
טמפרטורת הצתה העצמית היא מושג מפתח במדע הבעירה. המשמעות היא הטמפרטורה הנמוכה ביותר שבה חומר יתלקח מעצמו ויתלקח ללא ניצוץ מבחוץ.
הטמפרטורה שבה חומר יתחיל לבעור מעצמו יכולה להשתנות בהתאם לדברים כמו מה עוד נמצא באזור.
כאשר מדובר בתערובות דלק שעלולות להתלקח, טמפרטורת הצתה העצמית היא הטמפרטורה הנמוכה ביותר בה הדלק יתלקח לבד ללא ניצוץ מבחוץ.
הבנת טמפרטורת ההצתה העצמית של חומר חשובה לבטיחות אש ולשימוש בטוח ואחסון של דברים שעלולים להתלקח.
גז מימן והצתה עצמית
כאשר גז מימן מוכנס למנוע, זה משנה את אופן פעולת ההצתה האוטומטית בצורה ייחודית. האופן בו הוא בוער מושפע מהעובדה שטמפרטורת ההצתה האוטומטית והמוליכות התרמית שלו גבוהים מאלה של דלקים כמו מתאן.
השפעת המימן על התלקחות עצמית
כאשר מימן מעורבב עם דלקים אחרים, הטמפרטורה הגבוהה יותר שבה הוא מתלקח מעצמו מאיץ את קצב הבעירה ומעלה את הלחץ בצילינדר.
אבל שימוש במימן יכול גם לגרום לבעיות כמו בעיות בטיחות, הצתה מוקדמת, אש לאחור ופחות כוח.
כאשר עומסים מסוימים מונחים על מנועים עם הצתת ניצוץ, הצתה עצמית בלתי מבוקרת עלולה לגרום למנוע לדפוק.
במנועים שיכולים להשתמש גם בסולר וגם במימן, הכנסת מימן לסעפת היניקה עלולה לגרום לסולר להתחיל לבעור מעצמו.
טמפרטורת הצתה עצמית של אוויר
האוויר אינו דליק, ולכן אין לו טמפרטורה שבה הוא מתחיל לבעור מעצמו. דלקים וכימיקלים כמו בוטאן, קולה, מימן ונפט ניתנות לעתים קרובות לטמפרטורות ההצתה העצמית שלהם.
טמפרטורת הצתה העצמית שלו היא הטמפרטורה הנמוכה ביותר שבה חומר מתחיל להתחמם מעצמו, מה שעלול להוביל לשריפה.
לחץ התלקחות עצמית
הלחץ שבו מימן יתחיל לבעור הוא בין 3.5 ל-7 Mpa (35-70 בר). הצתה ספונטנית סביר יותר כאשר לחץ השחרור הראשוני גבוה וההלם המוביל חזק.
הלחץ הדרוש כדי להדליק שריפה תלוי בכמות החמצן וההליום שיש באוויר.
השפעת הלחץ על התלקחות עצמית
ככל שהלחץ עולה, הטמפרטורה שבה תערובת של גזים או אדים יכולה להתחיל לבעור בעצמה יורדת.
הסיבה לכך היא שלחצים גבוהים יותר מאיצים את התגובה, מה שמוריד את הטמפרטורה שבה מתחילה התגובה.
אחסון מימן על הסיפון
רוב מערכות אחסון המימן המשולבות פועלות בלחצים של עד 700 בר. לחצים גבוהים אף יותר משמשים בתחנות תדלוק לאחסון מסוג זה.
גזים ניצתים פנימיים עלולים לאבד חום באמצעות פריקת הלם שגורמת ללהבה לכבות לפני שכל הכרך בוער. זה יכול לעצור את הדלקת הגז בעצמו.
בדיקת התלקחות עצמית של נפט גולמי
בדיקת הצתה עצמית נעשית על נפט גולמי כדי לגלות את הטמפרטורה הנמוכה ביותר שבה הוא יתלקח באופן ספונטני בטמפרטורת החדר הרגילה.
האגודה האמריקאית לבדיקות וחומרים (ASTM) קבעה סטנדרטים לבדיקת יכולת התלקחות עצמית של נפט גולמי.
ASTM E659: טמפרטורות שבהן חומר מתחיל לבעור מעצמו
ASTM E659 הוא המבחן הסטנדרטי המשמש כדי לראות אם נפט גולמי יתלקח בעצמו. שיטת בדיקה זו מראה כיצד למצוא את טמפרטורת ההצתה העצמית של להבה חמה ושל להבה קרירה של כימיקל נוזלי באוויר בלחץ אטמוספרי בכלי מחומם באופן אחיד.
התוצאות של בדיקה זו מראות מהי הטמפרטורה הנמוכה ביותר שבה נפט גולמי בדרך כלל יתלקח.
השוואת ASTM E659 ו-ASTM D2155
ASTM E659 היא דרך עדכנית יותר לבדיקת נפט גולמי להצתה עצמית מאשר ASTM D2155. למרות שהכלים לכל שיטה שונים, התוצאות זהות.
ASTM D93A: קביעת נקודת הבזק
ASTM D 93A היא דרך להבין את נקודת ההבזק של נפט ומוצרים העשויים מנפט. אבל זה לא מכסה בדיקות להצתה עצמית.
נקודת ההבזק היא הטמפרטורה שבה מוצר המבוסס על נפט פולט מספיק אדים כדי להבה קטנה להצית אש ולשמור עליה.
טמפרטורת נקודת ההבזק אינה זהה לטמפרטורת ההצתה האוטומטית. טמפרטורת הצתה עצמית היא הטמפרטורה שבה חומר יתחיל לבעור מעצמו ללא ניצוץ מבחוץ.
תשתף…
