ГОСТ 31610.28-2012/IEC 60079-28:2006 Взрывоопасные среды. Часть 28. Защита оборудования и передающих систем, использующих оптическое излучение

Приложение В
(справочное)

     
Механизмы воспламенения*

_______________

* Информация, приведенная в настоящем приложении, взята из [17].

Потенциальная опасность, связанная с оптическим излучением в инфракрасной области спектра и в видимом спектре электромагнитных волн зависит от следующих факторов:

- длины волны лазера (свойства поглощения);

- поглощающего материала (инертный, реактивный);

- топлива;

- давления;

- облучаемой площади;

- времени облучения.

Существует огромное число сочетаний этих факторов, которые влияют на опасность воспламенения от оптики во взрывоопасной среде и, по меньшей мере, на механизм воспламенения. Наиболее неблагоприятные условия возникают в присутствии поглотителя. Когда размеры зоны облучения или поглотителя снижаются до значения менее расстояния гашения взрывоопасного газа, воспламенение может рассматриваться как точечное. Однако излучение от конца волоконно-оптического кабеля быстро рассеивается, и облучаемый участок может достигать площади нескольких квадратных сантиметров. Условия воспламенения можно охарактеризовать с точки зрения основных параметров энергии, площади и времени.

Бесконечное время означает непрерывное излучение. Результаты исследований для малых и больших площадей приведены в таблице В.1, на рисунках В.1 и В.2. В обоих режимах воспламенение происходит от воспламенения горячей поверхности, когда пучок оптического излучения попадает на поглотитель. Чем меньше поверхность, тем выше воспламеняющая энергетическая освещенность. Это означает, что поверхность меньшей площади необходимо нагреть до более высокой температуры, чтобы произошло воспламенение. Воспламенение не происходит при мощности оптического излучения менее 50 мВт ни для одной из смесей газ/пар (кроме сероуглерода). Это подтверждает, что максимально допустимое значение мощности составляет 35 мВт, с учетом коэффициента безопасности, который должен также учитывать абсорбцию неидеального серого тела инертного поглотителя. Эксперименты с реактивными поглотителями (уголь, сажа и тонер) показали, что хотя они и имеют более высокое поглощение, однако менее эффективны как источники воспламенения. N-алканы не вызывают воспламенения при мощности ниже 200 мВт (150 мВт, включая коэффициент безопасности). Для больших площадей облучения допустимое значение 5 мВт/мм более целесообразно, чем критерий ограничивающей мощности.

Таблица В.1 - ТСВ (температура самовоспламенения), БЭМЗ (безопасный экспериментальный максимальный зазор) и измеренные значения воспламеняющей мощности выбранных горючих веществ для инертных поглотителей в качестве облучаемого материала (83%, 93)

     
Рисунок В.1 - Минимальная воспламеняющая мощность излучения с инертным поглотителем в качестве облучаемого материала (83%, 93) при непрерывном облучении в волновом диапазоне 1064 нм

Примечание 1 - Данные взяты из [17], [23].

Примечание 2 - Приведенные значения даны для каждого горючего вещества в его наиболее легко воспламеняемой смеси.

Рисунок В.2 - Минимальная воспламеняющая мощность излучения с инертным поглотителем в качестве облучаемого материала (83%, 93) при непрерывном облучении (РТВ: 1064 нм, HSL: 805 нм, [24]: 803 нм) для некоторых n-алканов

На небольшой площади в кратковременном режиме лазерный импульс может создавать источник воспламенения, подобный электрической искре, за счет пробоя в воздухе. Такая искра [26], с энергией, приближающейся к минимальной энергии воспламенения (МЭВ), способна воспламенить взрывоопасную смесь в оптимизированных условиях (микросекундные и наносекундные импульсы).

Эффективность этого процесса воспламенения зависит от следующих факторов: