1
WA
AŚCIWOŚCI WYBUCHOWE I POŻAROWE SUBSTANCJI
1. Parametry zapalności i wybuchowości mieszanin pyłowo-powietrznych
Głównymi parametrami zapalności i wybuchowości wszystkich pyłów są:
-� maksymalne ciśnienie wybuchu Pmax
dP
ć� ��
-� maksymalna szybkość narastania ciśnienia wybuchu
�� ��
dt
Ł� ł�max
D�P
-� standardowa szybkość narastania wybuchu
D�t
Ciśnienie wybuchu i szybkość narastania ciśnienia wybuchu oznacza się dla za-
kresu stężeń od dolnej granicy wybuchowości do stężeń wyższych co najmniej o dwa-
dzieścia procent od stężenia, dla którego występuje maksymalna wartość ciśnienia
wybuchu i maksymalna wartość szybkości narastania wybuchu.
Wartość ciśnienia wybuchu i szybkość narastania ciśnienia wybuchu określa się
na podstawie wykresu przebiegu ciśnienia w komorze urządzenia w czasie wykony-
wania oznaczenia wg rysunku 1.
p
p
2
1
P
0
a�
P
w
t
Rys. 1. Przebieg ciśnienia w komorze pomiarowej w czasie oznaczania parametrów
wybuchowości mieszanin pyłowo-powietrznych [NR]
1  krzywa narastania ciśnienia, 2  styczna określająca maksymalny gradient narasta-
nia ciśnienia, ą  kąt między styczną do krzywej narastania ciśnienia w punkcie wy-
stępowania największego gradientu ciśnienia, a osią odciętych, pw  ciśnienie
w komorze przed rozpoczęciem procesu rozpylania, MPa, po  ciśnienie otoczenia lub
ciśnienie początkowe w przypadku wykonywania oznaczeń w warunkach podwyższo-
nego ciśnienia, MPa, p  ciśnienie wybuchu, MPa. [5]
W przypadku, kiedy po, jest równe ciśnieniu otoczenia, wystarczy podać wartość ci-
śnienia wybuchu p, natomiast jeżeli po nie równa się ciśnieniu otoczenia, oprócz war-
tości ciśnienia wybuchu p należy podać również wartość ciśnienia początkowego po.
 2
Dopuszcza się także podawanie bezwzględnej wartości ciśnienia wybuchu lub bez-
wymiarowej wartości przyrostu ciśnienia wybuchu obliczonych wg wzorów:
p
p =�
(1)
p0
p
(2)
p' =� -�1
p0
w których:
p
- bezwymiarowa wartość ciśnienia wybuchu, -
p'
- bezwymiarowa wartość przyrostu ciśnienia wybuchu, -.
Szybkość narastania ciśnienia wybuchu należy obliczyć w MPa��s-1 wg wzoru:
dp SC
=� tga�
dt St
w którym:
Sc  skala ciśnienia, MPa��(jednostka długości l)-1.
St - skala czasu, s��(jednostka długości l)-1 (obie wyżej wymienione jednostki długości
powinny być takie same).
Maksymalne ciśnienie wybuchu  jest największą wartością ciśnienia wybu-
chu, uzyskaną z oznaczeń wykonanych w całym zakresie stężeń wybuchowych mie-
szaniny.
Maksymalna szybkość narastania ciśnienia wybuchu - największa wartość
szybkości narastania ciśnienia wybuchu, uzyskaną z oznaczeń wykonanych w całym
zakresie stężeń wybuchowych mieszaniny.
Maksymalna standardowa szybkość narastania ciśnienia wybuchu - naj-
większa wartość standardowej szybkości narastania ciśnienia wybuchu, uzyskana
z oznaczeń wykonanych w całym zakresie stężeń wybuchowych mieszaniny.
Optymalne stężenie wybuchowe - stężenie paliwa w gazowym utleniaczu, dla
którego uzyskuje się maksymalne ciśnienie wybuchu oraz maksymalną szybkość nara-
stania ciśnienia wybuchu.
W przypadku, gdy maksymalne ciśnienie wybuchu i maksymalna szybkość na-
rastania ciśnienia wybuchu występują przy różnych stężeniach, za optymalne stężenie
wybuchowe przyjmuje się średnią arytmetyczną ze stężeń, dla których występuje mak-
symalne ciśnienie wybuchu i maksymalna szybkość narastania ciśnienia wybuchu.
 3
2. Deflagracja i detonacja mieszanin gazowych
Przemieszczanie się płomienia w mieszaninach gazowych może przebiegać na
zasadzie deflagracji lub detonacji. Przy spalaniu deflagracyjnym płomień może mieć
charakter uwarstwiony (laminarny) lub burzliwy (turbulentny).
Deflagracja polega na wymianie ciepła i masy w obszarze spalania. Świeża
mieszanina jest ogrzewana ciepłem wywiązującym się w strefie spalania. Wymiana
ciepła następuje w wyniku przewodzenia, promieniowania i konwekcji. Jednocześnie
do świeżej mieszaniny dyfundują wolne rodniki i silnie zaktywowane cząstki, a do
strefy spalania cząsteczki świeżej mieszaniny.
1
1 4 2
a)
+
3
5
-
4
c) 4
b)
3 3
1 2 2 1
Rys.2. Schemat spalania burzliwego
a) burzliwość małej intensywności, b) burzliwość średniej intensywności, c) burzli-
wość dużej intensywności
1  spaliny, 2  świeża mieszanina, 3  kierunek przemieszczania się płomienia, 4 
warstwa płomienia laminarnego, 5  elektrody urządzenia zapłonowego [1]
Na rysunku 2 przedstawiono schemat przejścia spalania uwarstwionego
w burzliwe w rurze otwartej z jednej strony, wypełnionej palną mieszaniną gazową. Po
zapłonie przy zamkniętym końcu rury regularne początkowo czoło płomienia szybko
ulega deformacji. Gorące spaliny, zwiększając wielokrotnie objętość początkową, wy-
tłaczają świeżą mieszaninę w kierunku wylotu rury i przepływ staje się burzliwy.
Z postępem płomienia gazy spalinowe ulegają częściowemu ochłodzeniu i płomień
zarzyna pulsować. Jednocześnie występują większe różnice w prędkości liniowej ga-
zów wzdłuż osi rury i przy chłodniejszej ściance. W tych warunkach powierzchnia
płomienia zwiększa się, a wraz z nią - prędkość spalania.
 4
Detonacja może powstać w mieszaninach palnych gazów lub par z powietrzem
lub z tlenem o stężeniu mieszczącym się w przedziałach węższych niż granice wybu-
chowości. W tabeli 1 podano granice detonacji wybranych miesznin gazowych. Doda-
tek gazu obojętnego zwęża granice detonacji.
Tab. 1.Granice detonacji mieszanin gazów i par z powietrzem lub tlenem [2]
Mieszaniny z powietrzem Mieszaniny z tlenem
Składnik palny
granica dolna granica górna granica dolna granica górna
% obj. % obj. % obj. % obj.
Acetylenek 4,2 50 3,5 93
Amoniak 25,4 75,4
Izobutan 2,8 31,1
Eter etylowy 2,8 4,5 2,7 40
Metan 8,5 11 10 56
Propan 3,2 37
Tlenek węgla 38 90
Tlenek węgla
+wodór 19 58,7 17,2 91
Wodór 18,2 58,9 15 90
3. PARAMETRY WYBUCHU MIESZANIN GAZOWYCH
Podobnie jak w przypadku pyłów rozróżnia się trzy podstawowe parametry
określające dynamikę wybuchu mieszanin gazowych
-� maksymalne ciśnienie wybuchu Pmax,
D�P
-� średnia szybkość wzrostu ciśnienia ,
D�t
dP
ć� ��
-� maksymalną szybkość wzrostu ciśnienia .
�� ��
dt
Ł� ł�max
Tab. 2. Maksymalne ciśnienie wybuchu mieszanin gazów i par z powietrzem oznaczo-
ne wg przepisów VDE 0173 [1]
Składnik palny Maksymalne ciśnienie
kPa
Aceton 873
Aldehyd octowy 716
Amoniak 588
Chlorobenzen 559
Eter etlowy 902
Wodór 726
Styren 647
 5
Do parametrów wybuchu należy też temperatura wybuchu.
Wartości liczbowe tych parametrów zależne są od rodzaju i stężenia składnika palnego
w mieszaninie początkowego ciśnienia i temperatury, a także od mocy i usytuowania
z
ródła zapłonu, wielkości i kształtu naczynia oraz stanu ruchowego mieszaniny.
Maksymalne ciśnienie wybuchu jest parametrem ważnym dla naczyń zamknię-
tych, których ścianki mają przejąć obciążenia wynikające ze wzrostu ciśnienia. Ci-
śnienie to mierzone wg przepisów VDE w naczyniu o poj. 5 dm3 dla warunków po-
czątkowych (temp. 20�C i ciśnienie 101,3 kPa) podano w tabeli 2.
Zgodnie z podziałem ujętym w tabeli spalanie wybuchowe przebiegające na za-
sadzie defagracji można umownie podzielić na wyfuknięcie i eksplozję. Wyfuknięcie
następuje w obszarze mieszanin o składzie bliskim granic wybuchowości. Eksplozja
jest charakterystyczna dla mieszanin o stężeniu bliższym stechiometrycznemu.
4. Spalanie cieczy ze swobodnej powierzchni
Spalanie cieczy ma charakter dyfuzyjny i przebiega w fazie parowo-
powietrznej. Zapłon następuje w momencie, gdy temperatura cieczy przekroczy tem-
peraturę zapłonu. Jest to zapłon wymuszony z
ródłem ciepła o wystarczającej energii.
Przestrzeń nad lustrem cieczy można podzielić na trzy strefy.
Po zapłonie powstaje płomień dyfuzyjny, w którym strefa spalania zajmuje co-
raz większą przestrzeń.
Dynamika spalania cieczy w zbiornikach jest zależna od:
 lotności cieczy i jej podatności na spalanie
 średnicy zbiornika
 przebiegu nagrzewania się cieczy w głąb warstwy
 zawartości w cieczy wody emulgowanej lub odstanej na dnie.
5. Spalanie ciał stałych
Spalanie naturalnych tworzyw i paliw o strukturze organicznej oraz zwęglają-
cych się tworzyw sztucznych (bakelit, żywice epoksydowe i in.) jest procesem wielo-
etapowych przemian fizykochemicznych, do których należy wstępne podgrzewanie,
wydzielanie części lotnych, rozkład termiczny (piroliza) połączony z wydzieleniem
lotnych produktów palnych, spalanie tych produktów i w końcu spalanie koksowej
pozostałości. Poszczególne etapy w pierwszej fazie (po zapłonie) przebiegają kolejno
po sobie, a następnie nakładają się na siebie.
 6
Zapłon
Spalanie
Piroliza
2
1
Produkty rozkładu Produkty
Materiał
termicznego
-Q2 spalania
-Q1
Sprzężenie termiczne
Rys. 4. Schemat przepływu ciepła przy spalaniu ciał stałych
-Q1  ciepło procesów endotermicznych, +Q2  ciepło spalania lotnych produktów
rozkładu i pozostałości koksowej
Pierwsze z wymienionych etapów (do pirolizy włącznie) należą do procesów
endotermicznych przebiegających z początku pod wpływem ciepła dostarczonego ze
z
ródła zapłonu, a następnie kosztem ciepła wytwarzanego w procesie spalania produk-
tów lotnych. Schemat omawianego zjawiska przedstawiono na rysunku 4. Im większa
jest przewaga procesów egzotermicznych, tym spalanie przebiega szybciej.
Tworzywa i paliwa stałe charakteryzują się małym ciepłem właściwym i złym
przewodzeniem ciepła, co przyczynia się do szybkiego nagrzewania ich powierzchni i
powolnych przemian warstw położonych głębiej. Jeżeli jednak spalany materiał ma
dużą powierzchnię właściwą, wówczas o szybkości spalania decyduje tylko nagrzanie
powierzchniowe. Dlatego najbardziej pożarowo niebezpieczne są:
 materiały włókniste i inne w stanie rozdrobnionym (np. bawełna, wełna drzewna,
wióry),
 materiały spienione i gąbczaste (np. gąbki lateksowe, pianki),
 materiały w postaci folii, arkuszy, płyt itp., składowane w stanie zapewniającym
obustronny dostęp powietrza.
LITERATURA
1. Ryng M.: Bezpieczeństwo techniczne w przemyśle chemicznym, Wydawnic-
two Naukowo-techniczne, Warszawa 1985.
2. Alloway B.J., Ayres D.C.: Chemiczne podstawy zanieczyszczenia środowiska,
PWN, Warszawa 1999.
3. Praktyczny poradnik dla specjalisty BHP, Alfa-Weka sp. z.o.o., Wydawnictwo
Informacji Zawodowej, Warszawa 1998.
4. Adamczyk A.: Encyklopedia fizyki współczesnej, pod red. nauk. Piotra Decow-
skiego, PWN, Warszawa 1983.
5. Polska Norma PN-84 C-01200/10, Parametry zapalności i wybuchowości