Вспышка керосина. — Под словом В. (flashing, Entflammung, inflammation), обыкновенно подразумевают быстрое, но спокойное и временное воспламенение небольшого количества горючего вещества, на открытом воздухе, когда нет ни разрушения преград (как при взрыве), ни сильного звука. Обыкновенный порох, пироксилин, динамит и другие взрывчатые вещества дают вспышку, будучи в малом количестве зажжены на открытом воздухе (см. Взрывчатые вещества). Смеси паров разных горючих жидкостей с известным количеством воздуха тоже производят вспышку — в присутствии накаленных тел. К таким жидкостям принадлежат, например, эфир, спирт, бензин, керосин и т. д. Наконец В. производят и горючие газы, каковы, например, водород, болотный газ, светильный газ и т. д. В этой статье будет рассмотрена вспышка керосина, служащая мерилом безопасности его практического применения. При определении вспышки керосина главное внимание обращается на ту температуру, при которой она происходит. В зависимости от этой температуры [1] находится большая или меньшая степень огнеопасности керосина, как осветительного вещества.
Определение вспышки керосина — есть определение той температуры, при которой пары керосина, смешиваясь с воздухом, образуют с ним вспыхивающую смесь, которая и воспламеняется от приближения к ней пламени какого-нибудь горящего тела. Керосин тем более огнеопасен, чем ниже та температура, при которой происходит его вспышка, потому что низкие температуры легче, чем высокие, достигаются в обычных условиях. Так, например, 40° Ц. не достигается керосином в обычных хороших лампах, а 25° Ц. очень часто, а потому керосин со вспышкой в 40° Ц. можно считать безопасным, а если вспышка его 25° Ц., то огнеопасность такого керосина очень велика. Отсюда видна важность установления известной законной нормы для наименьшей температуры вспышки керосина. В самом начале употребления керосина как осветительного вещества, вспышка его определялась крайне просто и неточно. В небольшую чашку наливали керосин и погружали в него термометр, затем чашка погружалась в подходящий сосуд с горячей водой. По мере нагревания керосина — к его поверхности приближали горящую бумажку или лучинку. В тот момент, когда происходила вспышка, т. е. когда выделяющиеся пары в смеси с воздухом вспыхивали, замечали показание термометра. При таком способе определения вспышки керосина получались очень разноречивые (до 10° Ц.), а потому и неточные результаты. Эта неточность результатов зависела от следующих обстоятельств: 1) скорости нагревания керосина; 2) незащищенности сосуда с керосином от действия тяги воздуха; 3) величины и природы пламени, которое употреблялось для произведения вспышки; 4) степени приближения этого пламени к поверхности керосина; 5) продолжительности и частоты приближения пламени к этой поверхности. Для устранения влияния перечисленных обстоятельств в Северной Америке были придуманы разные аппараты, из которых наиболее употребительными были до сравнительно недавнего времени аппараты Тальябу и Зейбольда. В настоящее время, однако, в общее употребление вошел более совершенный прибор английского химика Абеля. Этот аппарат был затем улучшен механиком Пенским, почему и носит у нас название аппарата Абеля-Пенского.
В России установлено законом, что керосин должен иметь, при нормальном давлении барометра в 760 мм, температуру вспышки не менее 28° Ц., а для определения этой температуры вспышки — должен употребляться аппарат именно Абеля-Пенского. На прилагаемом рисунке аппарат Абеля-Пенского изображен почти в 1/12 долю его натуральной величины. Главные составные части этого аппарата следующие: AA — цилиндрический медный сосуд с двойными стенками a и b, которые образуют воздушную полость BB, предохраняющую внутреннюю часть сосуда C, наполненного горячей водой, от быстрого охлаждения. В сосуд C, представляющий водяную баню, вода наливается через воронку D; в него же вставлен медный стакан E, заполненный воздухом, через посредство которого теплота воды сосуда C передается керосину, находящемуся в медном стакане F. Резервуар для керосина F поддерживается на кольце из рогового каучука при помощи заплечиков gg. Керосин наливается в стакан F всегда до одной и той же высоты, определенной концом острия штифта H. Крышка P резервуара F снабжена термометром J, посредством которого и определяется та температура испытуемого керосина, при которой происходит его вспышка. На этой же крышке P находятся, кроме того: 1) маленькая лампочка K, которой пламя производит воспламенение горючей смеси паров керосина с воздухом через отверстие M; 2) пружинный механизм L, который служит для правильного открывания и закрывания отверстия M и в то же время производит наклонение лампочки K с той целью, чтобы ее пламя коснулось отверстия M в то время, как оно открыто. Термометр N служит для определения температуры воды в сосуде C. Весь аппарат стоит на солидной треноге, а внизу аппарата на подставке помещается спиртовая лампочка O, служащая для подогрева воды в сосуде C. Аппарат вставляется обыкновенно в деревянный ящик, на крышке которого укреплен металлический барометр-анероид, по показаниям которого вводится определенная по особым опытам поправка в наблюдаемую температуру вспышки керосина. Аппарат Абеля-Пенского дает возможность определять температуру вспышки керосина с точностью до 1/2° Ц., то есть данный керосин покажет по этому прибору температуру В. такую, что при новых определениях разность не будет превосходить 1/2° Ц.
Установление той или другой нормы для температуры вспышки находится в зависимости от той наибольшей температуры, до которой нагревается керосин в резервуарах комнатных ламп, во время самого процесса освещения. Из опытов, произведенных разными исследователями, оказалось, что при хороших горелках температура керосина в ламповых резервуарах повышается, сравнительно с температурой окружающего воздуха, не более как на 10—12° Ц. У нас в России комнатная температура летом иногда достигает 25° Ц., так что керосин в ламповых резервуарах может быть нагрет до 35—37° Ц. Ввиду этого обстоятельства и установлена норма вспышки в 28°, так как из опытов германской комиссии выяснилось, что керосин становится опасен, когда его температура в ламповом резервуаре больше температуры вспышки по аппарату Абеля-Пенского не менее как на 10° Ц. Воспламенение паров керосина, выделяющихся из лампового резервуара, происходит при температурах высших, чем это установлено для аппарата Абеля-Пенского, вследствие того, что в ламповых горелках пары керосина могут уходить в окружающий воздух и быть уносимы его тягой. В аппарате Абеля-Пенского стакан F настолько плотно закрыт, что не дает возможности парам керосина улетучиваться в воздух не в то время, когда бывает открыто отверстие M. Вследствие этого вспышка происходит при первом же достаточном накоплении горючих паров. Ламповые горелки обыкновенно не столь герметично преграждают выход парам керосина из резервуара и потому нужно более обильное выделение паров, а следовательно, и большее нагревание резервуара с керосином, чтобы могло произойти воспламенение.
Подробнее ознакомиться с частностями приемов для определения вспышки в аппарате Абеля можно по наставлению, прилагаемому к прибору. В сочинениях же В. К. Долинина («Температура вспышки керосина» и проч.), Шедлера («Die Technologie der Fette and Oele der Fossilien (Mineraloele)», 2-ая часть, pp. 404—464) и многих других, касающихся или нефтяного производства, или приемов технических испытаний, можно найти сведения о различных других приборах, применявшихся для определения вспышки керосина.
В. И. Святский. Δ.
Причину огнеопасности и разнообразия температуры вспышки различных сортов керосина составляет содержание в них изменчивых количеств тех летучих составных начал нефти (см. это слово), которые известны в отдельности под названием газолина, лигроина, бензина (см. эти слова) и т. п. Удаляя их, можно повышать температуру вспышки. Такое удаление достигается легко через отгонку и, собирая выделяющиеся пары, через охлаждение, при этом получают бензин и подобные ему летучие жидкости, ценность которых ныне повсюду гораздо выше ценности керосина (например, если без акциза керосин в Москве стоит 40 коп., с акцизом 80 коп., то бензин не менее 2 руб. за пуд), а потому на первый раз кажется непонятным существование в торговле сортов керосина, дающих низкие температуры вспышки, тем более, что при первоначальном получении керосина (см. это слово) легко достичь желаемой степени отделения от него бензина, так что для этого не требуется особого заводского приема. Дело объясняется совершенно иными соображениями керосинозаводчиков, основывающих свои расчеты на сбыте наиболее важного своего продукта — керосина, от которого потребители требуют таких качеств, которые дозволяли бы ему гореть в обычных, всюду распространенных керосиновых лампах американского типа. Лампы эти устроены так, что керосин должен, особенно при выгорании лампы, высоко подниматься по светильне и, свободно поднимаясь по ней, притекать к пламени по мере сгорания с достаточной степенью быстроты, сообразной с притоком воздуха к горелке и с возможностью в ней полного горения (без копоти). Такие, всюду распространенные, керосиновые лампы требуют керосина, отличающегося (кроме хорошей очистки) малой вязкостью (см. это слово), большой подвижностью (отсутствием густоты, свойственной, например, смазочным маслам) и невысоким удельным весом. Если же при перегонке нефти особо отбирать разные порции и испытывать их горение в таких лампах, то окажется, что только смесь порций, имеющих удельный вес (по моим опытам) от 0,72 до 0,81 в американской нефти и от 0,75 до 0,83 в обычной бакинской или балахинской зеленой нефти, удовлетворительно горит в обычных лампах. При меньшей плотности легко происходит передача пламени внутрь лампы и в этом опасность пожаров и взрывов, а при большей плотности — копчение и неравномерное горение пламени, особенно при выгорании керосина, когда ему приходится высоко подниматься по светильне. Вышеуказанных порций перегонки нефти или надлежащих сортов керосина, пригодного для распространенных видов ламп, очень мало в нефти: в американской (типа, добывавшегося в 1870-х гг.) нефти преобладают бензины или более легкие порции перегонки, а в бакинской нефти преобладают более тяжелые порции (промежуточные, соляровые, смазочные масла, вазелин и т. п., см. эти слова) [2]. Но если к керосину подбавить, с одной стороны, легких видов бензина, а с другой стороны — тяжелых порций нефтяной перегонки, перегоняющихся после истинного керосина, то получается смесь хорошо горящая в вышеуказанных лампах, и чем больше прибавляется бензинов, тем больше можно добавлять и более тяжелых порций нефти. Поэтому заводчики и прибавляют бензин, поэтому керосин и обладает различной вспышкой.
Чтобы еще более уяснить понятие о вспышке керосина, должно ясно отличать температуру вспышки (по-английски flashing point) от температуры воспламенения (burning point). Последняя в обычном керосине лежит на 7—10—15° Ц. выше первой, и разность их уменьшается по мере того, как удаляются наиболее летучие части, ибо для однородной жидкости (например, для эфира, или для отдельной составной части нефти) обе температуры совпадают. Температурой воспламенения называется такая, при которой загорается вся свободная (соприкасающаяся с воздухом) поверхность жидкости, тогда как при температуре вспышки загорается только смесь воздуха и паров, выделяемых жидкостью. Чтобы показать существенное различие этих температур, достаточно произвести следующий опыт: в обычном керосине сперва определить обе эти температуры, а потом повторить определение после пропускания через керосин некоторого количества углекислого газа, который унесет наиболее летучие порции. Окажется, что температура вспышки значительно поднимется, температура же воспламенения сохранится. Очевидно, что пожарная опасность, в сущности, определяется температурой воспламенения, но температура вспышки, предупреждая ее и легче определяясь, дает лучшее ручательство.
Поднять температуру вспышки (но не воспламенения) на несколько градусов очень легко, если через керосин продувать мелкими струями воздух, уносящий самые летучие части, дающие вспышку. А потому, не касаясь вопроса о точном определении предела вспышки керосина, безопасного для всеобщего пользования, укажем лишь на то, что в лампах часто наблюдается температура выше окружающей на 10—15° Ц., а окружающая температура в обычных условиях нередко летом и в сильно нагретых помещениях достигает 30—35°, а потому для вполне безопасного керосина должно требовать температуру вспышки в 40—50° Ц., а воспламенения еще на 5—10° выше. Обычные виды керосина и обычные сорта ламп, для него устроенные, этому требованию далеко не удовлетворяют и правительства не могут предъявить такой нормы для керосина, потому что его нельзя ныне добыть в желаемом количестве, если не изменить устройства существующих ламп (см. это слово и Горелки). Но так как лампы такого рода, в которых отлично может сгорать подобный керосин, уже давно известны (но еще очень мало распространены) и так как бакинская нефть (как будет показано в статье Керосин) может давать до 50—60% своего веса такого керосина, обладающего вспышкой в 50—60° Ц. (а со вспышкою 28° Ц. дает только 25—35%), то: 1) обычный керосин повсюду справедливо считается, даже при назначении нормы вспышки в 25—30° Ц., огнеопасным материалом, а потому и поныне избегается многими (например, на кораблях, в зажиточных домах Франции и Англии и т. п.); 2) разработка и обширное распространение ламп, могущих вполне хорошо сжигать тяжелые виды керосина, имеющие вспышку 50—70° Ц., составляет насущный вопрос как всемирного пользования дешевейшим освещением, так и всемирного распространения тяжелых продуктов бакинских нефтяных местностей. Североамериканские Соединенные Штаты, ныне все еще преобладающие на керосиновых рынках всего мира, взятого в целом, выработкой для своего типа нефти соответственной лампы приобрели себе громадный заработок, а ныне черед России снабдить мир более безопасным освещением при помощи выработки соответственных ламп для тяжелого керосина и занять надлежащее место в мировой торговле этим продуктом. Кроме всего прочего, здесь получится та выгода, что нефтяные «остатки», ныне сжигаемые как топливо (см. Вазелин, Нефть, Керосин), приобретут иную, высшую ценность и доставят России капиталы, необходимые для разработки ее каменных углей в широких размерах.
В заключение приведу из своей статьи («По нефтяным делам», I, в «Вестнике Промышленности», 1885) несколько чисел, касающихся опытных исследований над составом бакинской нефти и температурой В. ее продуктов. Отношение между плотностью d и температурой вспышки t отдельных из числа первых порций однократной перегонки бакинской нефти:
| d | 0,79 | 0,80 | 0,81 | 0,82 | 0,83 |
| t | 7° Ц. | 15° Ц. | 25° Ц. | 34° Ц. | 50° Ц. |
При вторичной перегонке отдельных порций те же данные и средняя температура кипения T в парах:
| d | t | T |
|---|---|---|
| 0,79 | 16° Ц. | 150° Ц. |
| 0,80 | 25° Ц. | 163° Ц. |
| 0,81 | 35° Ц. | 175° Ц. |
| 0,82 | 47° Ц. | 191° Ц. |
| 0,83 | 59° Ц. | 209° Ц. |
| 0,84 | 75° Ц. | 227° Ц. |
| 0,85 | 92° Ц. | 245° Ц. |
| 0,86 | 110° Ц. | — |
После первой перегонки температура воспламенения была на 12—15° Ц. выше температуры В., после второй — на 7—9°.
По опыту оказалось, что легкие (с низкой t) порции, прибавленные к тяжелым, понижают их температуру вспышки больше, чем следует по пропорции веса или объема, и чем больше добавлено легкого продукта, тем пропорциональное его влияние на t вспышки значительнее. Когда были взяты, например, равные веса двух керосинов, имевших t=120° (d=0,867) и 27,5° (d=0,813), то получится керосин с t=38,5° (а по пропорции 73,7°). Зависит это от законов изменения упругости паров смешанных жидкостей (см. Упругость паров растворов).
Примечания
править- ↑ Petroleum Fire-test y американцев называется вообще испытание нефти и керосина на их огнеопасность, температура же вспышки в частности называется flashing point. Ее должно ясно отличать от температуры воспламенения (burning point). При ней вся масса (а не одни уже выделившиеся пары) керосина загорается и горение на воздухе продолжается само собой. Δ.
- ↑ Для примера привожу состав одного сорта балахинской (около Баку) нефти, довезенной до Москвы, судя по однократной (первой) перегонке, причем p означает процент по весу, d — плотность при 15°:
p — 5% d — 0,779 5% 0,808 10% 0,827 10% 0,850 20% 0,875 10% 0,889 5% 0,900 10% 0,920 25% 0,944 Нефть 0,881