أهلا ومرحبا بكم في هذه المقالة حيث سأناقش مفهومًا حاسمًا في مجال علم الاحتراق ، "الاشتعال الذاتي".
في هذه المقالة ، سأغطي جوانب مختلفة من الاشتعال الذاتي ، بما في ذلك التعريف ودرجة حرارة الاشتعال الذاتي للمواد المختلفة مثل الورق والديزل والإيثانول والهيدروجين و avgas والمزيد.
سأناقش أيضًا الفرق بين نقطة الوميض ، ونقطة النار ، ودرجة حرارة الاشتعال الذاتي ، وكيف يؤثر الضغط على درجة حرارة الاشتعال الذاتي.
بنهاية هذه المقالة ، سيكون لديك فهم شامل للاشتعال الذاتي وآثاره. اذا هيا بنا نبدأ!
ما هو الاشتعال الذاتي؟
التعريف الرسمي هو:
الاشتعال التلقائي لبعض أو كل خليط الوقود والهواء في غرفة الاحتراق بمحرك الاحتراق الداخلي. يُعرف أيضًا باسم الاحتراق التلقائي.
يحدث الاشتعال الذاتي عندما تبدأ مادة ما في الاحتراق من تلقاء نفسها ، دون أي مساعدة من مصدر خارجي. تتسبب الحرارة داخل المادة في اشتعال النيران من تلقاء نفسها.
ما هي درجة حرارة الاشتعال الذاتي؟
درجة حرارة الاشتعال الذاتي هي أدنى درجة حرارة تبدأ عندها المادة في الاحتراق في جو عادي. تتأثر درجة الحرارة هذه بأشياء مثل الضغط وتركيز الأكسجين وكمية الوقود في الهواء. من المهم أن تتذكر أن درجة الحرارة التي تبدأ عندها مادة ما في الاحتراق من تلقاء نفسها تعتمد على نوع المادة وتركيبها.
الاشتعال الذاتي في محركات الاحتراق الداخلي
يمكن لمحركات الاحتراق الداخلي أن تشتعل ذاتيًا بسبب حرارة الانضغاط وحدها أو عند دمج هذه الحرارة مع حقن الوقود. يُطلق على الاشتعال الذاتي أيضًا الاحتراق التلقائي ، ويمكن أن يحدث في غرفة الاحتراق بالمحرك.
عند العمل بمواد قابلة للاشتعال ، تعتبر درجة حرارة الاشتعال الذاتي عاملاً رئيسيًا في اكتشاف مخاطر نشوب حريق أو انفجار. يتم استخدامه لمعرفة مدى احتمالية اشتعال مادة ما من تلقاء نفسها في جو عادي ، دون شرارة أو لهب من الخارج.
فيديو
نصيحة: قم بتشغيل زر التسمية التوضيحية إذا كنت بحاجة إليه. اختر "ترجمة آلية" في زر الإعدادات ، إذا لم تكن معتادًا على اللغة الإنجليزية. قد تحتاج إلى النقر فوق لغة الفيديو أولاً قبل أن تصبح لغتك المفضلة متاحة للترجمة.
درجة حرارة الاشتعال الذاتي للمواد المختلفة
خشب:
تبلغ درجة الحرارة التي يبدأ عندها الخشب في الاحتراق من تلقاء نفسه حوالي 482 درجة فهرنهايت (250 درجة مئوية). عند 700 درجة فهرنهايت (371 درجة مئوية) ، يمكن أن تشتعل فيها النيران على الفور ، ولكنها تستغرق بضع دقائق بين 450 درجة فهرنهايت (232 درجة مئوية) و 500 درجة فهرنهايت (260 درجة مئوية).
عند الحد الأدنى من تدفق الحرارة اللازم لبدء اللهب المباشر ، تتراوح درجة حرارة السطح بين 300 و 365 درجة مئوية (572 و 689 درجة فهرنهايت).
Avgas (بنزين الطائرات):
درجة الحرارة التي يبدأ عندها الاحتراق من تلقاء نفسه هي 280 درجة مئوية (536 درجة فهرنهايت). Avgas هو نوع من البنزين مصنوع لمحركات الطائرات.
تبلغ نقطة الوميض -43 درجة مئوية (-45 درجة فهرنهايت). إنه مثل الكيروسين ، الذي تبلغ درجة حرارته أيضًا 280 درجة مئوية (536 درجة فهرنهايت) حيث يمكن أن يبدأ في الاحتراق من تلقاء نفسه.
http://large.stanford.edu/courses/2014/ph240/ukropina2
الإيثانول:
درجة حرارة الاشتعال الذاتي للإيثانول هي 365 درجة مئوية (689 درجة فهرنهايت) ، وهي أقل من درجة حرارة ثنائي إيثيل الأثير (160 درجة مئوية أو 320 درجة فهرنهايت) وأعلى من درجة حرارة البنزين (247-280 درجة مئوية أو 477-536 درجة فهرنهايت). ).
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6266291
هيدروجين:
درجة الحرارة التي سيبدأ عندها الهيدروجين في الاحتراق من تلقاء نفسه هي 535 درجة مئوية (995 درجة فهرنهايت).
https://en.wikipedia.org/wiki/Autoignition_temperature
أكسيد الإثيلين:
درجة الحرارة التي يبدأ عندها أكسيد الإيثيلين في الاحتراق من تلقاء نفسه هي 429 درجة مئوية (804.2 درجة فهرنهايت). ولكن إذا كان هناك صدأ ، فقد يصل إلى 140 درجة مئوية (284 درجة فهرنهايت).
عند درجات حرارة أعلى من 51.3 درجة فهرنهايت (10.7 درجة مئوية) ، يكون أكسيد الإيثيلين غازًا عديم اللون يمكن أن يشتعل من تلقاء نفسه.
https://www.petrochemistry.eu/wp-content/uploads/2018/01/Guidelines_EO_2013_UK_v6-final.pdf
ديزل:
نقطة الاشتعال الذاتي: حوالي 210 درجة مئوية.
فُولاَذ:
نقطة الاشتعال الذاتي: حوالي 1315 درجة مئوية (2399 درجة فهرنهايت).
ورق:
نقطة الاشتعال الذاتي: حوالي 218 - 248 درجة مئوية.
بمجرد أن يبدأ حريق الورق ، يمكن أن تصل الحرارة في المركز إلى 815 درجة مئوية.
غازات أخرى:
- الميثان: 580 درجة مئوية
- البروبان: 493 درجة مئوية
- الإيثيلين: 425 درجة مئوية
- الأسيتيلين: 305 درجة مئوية
- النفثا: 290 درجة مئوية
- ثاني كبريتيد الكربون: 102 درجة مئوية
كيف تتحقق من الاختلافات بين الاشتعال التلقائي ونقطة الوميض ونقطة النار
باختصار ، ترتبط كل من نقطة الوميض ونقطة الحريق ودرجة حرارة الاشتعال الذاتي بمدى قابلية المادة للاشتعال ، ولكن يشير كل مصطلح إلى جانب مختلف من كيفية عمل المادة عند تعرضها للحرارة والنار.
الاشتعال الذاتي
الاشتعال الذاتي هو أدنى درجة حرارة تبدأ عندها مادة قابلة للاشتعال بالاحتراق من تلقاء نفسها ، بدون شرارة أو مصدر اشتعال آخر من الخارج.
يحدث هذا عندما تصل درجة حرارة المادة إلى درجة الاشتعال الذاتي ، وتحولها إلى غاز قابل للاشتعال يبدأ في الاحتراق من تلقاء نفسه.
نقطة الوميض
نقطة الوميض ، من ناحية أخرى ، هي أدنى درجة حرارة ينطلق عندها السائل الذي يمكن أن يشتعل فيه النيران بخارًا كافيًا ليشتعل فيه النيران عندما يتلامس مع مصدر الاشتعال.
لكل سائل قابل للاشتعال ، تختلف كمية البخار في الهواء اللازمة للحفاظ على استمرار الحريق ، وتوضح درجة حرارة نقطة الوميض أدنى درجة حرارة يشتعل عندها السائل القابل للاشتعال عندما يكون بالقرب من مصدر الاشتعال.
نقطة فلاش مقابل نقطة الاشتعال الذاتي:
نقطة الوميض ونقطة الاشتعال الذاتي هما طريقتان مهمتان لقياس مدى سهولة اشتعال مادة ما.
يشير كلا المصطلحين إلى درجة الحرارة التي يمكن أن يبدأ عندها شيء ما في الاحتراق ، لكنهما يتحدثان عن أجزاء مختلفة من العملية.
نقطة الوميض هي درجة الحرارة التي يمكن أن تشتعل فيها مادة ما من مصدر خارجي ، ونقطة الاشتعال الذاتي هي درجة الحرارة التي ستشتعل فيها النيران من تلقاء نفسها.
نقطة اطلاق النار
نقطة الحريق هي درجة الحرارة التي يستمر عندها احتراق بخار السائل القابل للاشتعال بعد إشعال النار فيه.
إنه أعلى من درجة حرارة نقطة الوميض ويظهر أدنى درجة حرارة تستمر فيها المادة في الاحتراق بعد أن تشتعل فيها النيران.
صمم Expeltec رسمًا بيانيًا رائعًا حقًا لشرح بعض الاختلافات بصريًا:
https://expeltec.com/5-terminology/flash-point-auto-ignition-temperature/
الاشتعال الذاتي مقابل العمليات الأخرى
يختلف الاحتراق التلقائي عن الاشتعال الذاتي لأنه لا يحتاج إلى مصدر خارجي للطاقة ليبدأ.
درجة حرارة الاشتعال الذاتي هي أدنى درجة حرارة تشتعل فيها مادة ما في جو عادي بدون شرارة من الخارج.
الإشعال الذاتي والتعرض التلقائي هما أيضًا عمليتان مختلفتان. يحدث التعرض التلقائي عندما ينتشر حريق من طابق إلى آخر في مبنى به أكثر من طابق ، ويكون الاشتعال الذاتي هو أدنى درجة حرارة تبدأ عندها مادة قابلة للاشتعال بالاحتراق من تلقاء نفسها.
مقاييس مقاومة الوقود للاشتعال الذاتي
تقييم أوكتان
باختصار ، تصنيف الأوكتان هو مقياس لمدى قدرة الوقود على مقاومة التفجير والاشتعال المسبق ، كما يُظهر مدى قدرته على مقاومة البدء من تلقاء نفسه.
يعتبر تصنيف الأوكتان طريقة قياسية لقياس مدى صعوبة بدء احتراق الوقود مثل البنزين والديزل من تلقاء نفسه في محركات الاشتعال بالشرارة.
يعتمد هذا التصنيف على الضغط الذي سيشتعل عنده الوقود تلقائيًا (يبدأ الاحتراق من تلقاء نفسه) في بيئة خاضعة للرقابة.
يتم كتابة تصنيف الأوكتان إما برقم أوكتان البحث (RON) أو رقم أوكتان المحرك (MON).
كلما ارتفع تصنيف الأوكتان ، زادت مقاومة الوقود للاشتعال الذاتي ، وقل احتمال قيام محرك SI بالطرق أو اختبار الاتصال أثناء الضغط.
الاشتعال الذاتي وخصائصه
في درجات زاوية الكرنك ، يكون تأخير الاشتعال الذاتي هو مقدار الوقت بين بداية حقن الوقود (SOI) وبدء الاحتراق (SOC) (CAD).
يُطلق عليه أيضًا وقت تأخير الاشتعال (IDT) ، ويوضح المدة التي يستغرقها خليط الوقود والهواء للتفاعل عند درجة حرارة وضغط معينين.
درجة حرارة الاشتعال الذاتي
يمكن أن يبدأ الإيثانول في الاحتراق عند درجة حرارة 685 درجة فهرنهايت (363 درجة مئوية). إنها درجة الحرارة التي يضيء عندها خليط الوقود والهواء من تلقاء نفسه ، دون أي مساعدة من مصدر خارجي.
تتمثل إحدى طرق معرفة درجة حرارة الاشتعال الذاتي في قياس الارتفاع في درجة الحرارة بين نهاية ضربة الضغط وبداية حدث الاشتعال الذاتي.
طريقة أخرى هي العثور على درجات حرارة الاشتعال الذاتي لـ 1-بروبانول و 2-بروبانول.
الإشعال الذاتي ونقل الحرارة الإشعاعي
يحدث هذا عندما يتم تسخين سائل قابل للاشتعال فوق درجة حرارة اشتعاله والأبخرة التي يتم إطلاقها تشتعل ذاتيًا عند تعرضها للإشعاع مثل الأشعة تحت الحمراء من الأجسام الساخنة أو أعمدة النار.
هناك نوعان مختلفان من الإشعال: الإشعال التجريبي والاشتعال الذاتي. تحتاج المادة القابلة للاشتعال إلى مصدر خارجي للحرارة ، مثل الشرارة أو اللهب ، لبدء الاشتعال التجريبي.
من ناحية أخرى ، لا يحتاج الاشتعال الذاتي إلى مصدر خارجي للحرارة. بدلاً من ذلك ، تستخدم طاقة المادة نفسها لإشعال النار.
درجة حرارة الاشتعال الذاتي
درجة حرارة الاشتعال الذاتي للمادة هي أدنى درجة حرارة تبدأ عندها في الاحتراق. إنها درجة الحرارة التي يمكن أن يبدأ عندها شيء ما في الاحتراق من تلقاء نفسه.
فهم أهمية درجة حرارة الاشتعال الذاتي
تعتبر درجة حرارة الاشتعال الذاتي أحد المفاهيم الأساسية في علم الاحتراق. وهي تعني أدنى درجة حرارة تشتعل فيها المادة نفسها بنفسها وتشتعل فيها النيران بدون شرارة من الخارج.
يمكن أن تتغير درجة الحرارة التي تبدأ عندها المادة في الاحتراق من تلقاء نفسها اعتمادًا على أشياء مثل الأشياء الأخرى الموجودة في المنطقة.
عندما يتعلق الأمر بمخاليط الوقود التي يمكن أن تشتعل فيها النيران ، فإن درجة حرارة الاشتعال الذاتي هي أدنى درجة حرارة يشتعل فيها الوقود من تلقاء نفسه دون شرارة من الخارج.
يعد فهم درجة حرارة الاشتعال الذاتي للمادة أمرًا مهمًا للسلامة من الحرائق وللاستخدام الآمن وتخزين الأشياء التي يمكن أن تشتعل فيها النيران.
غاز الهيدروجين والاشتعال الذاتي
عندما يتم وضع غاز الهيدروجين في المحرك ، فإنه يغير الطريقة التي يعمل بها الاشتعال الذاتي بطريقة فريدة. تتأثر طريقة الاحتراق بحقيقة أن درجة حرارة الاشتعال الذاتي والتوصيل الحراري أعلى من تلك الخاصة بالوقود مثل الميثان.
تأثير الهيدروجين على الاشتعال الذاتي
عندما يتم خلط الهيدروجين بأنواع الوقود الأخرى ، فإن ارتفاع درجة الحرارة التي يشتعل عندها من تلقاء نفسه يزيد من معدل الاحتراق ويزيد الضغط في الأسطوانة.
لكن استخدام الهيدروجين يمكن أن يسبب أيضًا مشاكل مثل مشكلات السلامة والاشتعال المبكر والنتيجة العكسية وقلة الطاقة.
عندما يتم وضع أحمال معينة على المحركات ذات الإشعال بالشرارة ، يمكن أن يتسبب الاشتعال الذاتي غير المنضبط في خبط المحرك.
في المحركات التي يمكن أن تستخدم كلاً من وقود الديزل والهيدروجين ، يمكن أن يؤدي وضع الهيدروجين في مشعب السحب إلى بدء حرق وقود الديزل من تلقاء نفسه.
درجة حرارة الاشتعال الذاتي للهواء
الهواء غير قابل للاشتعال ، لذلك ليس له درجة حرارة يبدأ عندها في الاحتراق من تلقاء نفسه. غالبًا ما يتم تحديد درجات حرارة الاشتعال الذاتي للوقود والمواد الكيميائية مثل البوتان وفحم الكوك والهيدروجين والبترول.
درجة حرارة الاشتعال الذاتي هي أدنى درجة حرارة تبدأ عندها المادة في التسخين الذاتي ، مما قد يؤدي إلى نشوب حريق.
ضغط الاشتعال الذاتي
يتراوح الضغط الذي يبدأ عنده حرق الهيدروجين بين 3.5 و 7 ميجا باسكال (35-70 بار). تزداد احتمالية الاشتعال التلقائي عندما يكون ضغط الإطلاق الأولي مرتفعًا وتكون الصدمة الرئيسية قوية.
يعتمد الضغط اللازم لبدء الحريق على كمية الأكسجين والهيليوم الموجودة في الهواء.
تأثير الضغط على الاشتعال الذاتي
مع ارتفاع الضغط ، تنخفض درجة الحرارة التي يمكن أن يبدأ عندها خليط من الغازات أو الأبخرة في الاحتراق من تلقاء نفسه.
وذلك لأن الضغوط العالية تسرع التفاعل ، مما يقلل درجة الحرارة التي يبدأ عندها التفاعل.
تخزين الهيدروجين على متن الطائرة
تعمل معظم أنظمة تخزين الهيدروجين الموجودة على متن الطائرة في ضغوط تصل إلى 700 بار. يتم استخدام ضغوط أعلى في محطات التزود بالوقود لهذه الأنواع من التخزين.
يمكن أن تفقد الغازات المشتعلة داخليًا الحرارة من خلال تفريغ الصدمة الذي يتسبب في خروج اللهب قبل اشتعال الحجم بالكامل. هذا يمكن أن يمنع الغاز من اشتعال نفسه.
اختبار الاشتعال الذاتي للنفط الخام
يتم إجراء اختبار الاشتعال الذاتي على النفط الخام لمعرفة أدنى درجة حرارة ستشتعل فيها النيران تلقائيًا في درجة حرارة الغرفة العادية.
وضعت الجمعية الأمريكية للاختبار والمواد (ASTM) معايير لاختبار قدرة النفط الخام على الاشتعال الذاتي.
ASTM E659: درجات الحرارة التي تبدأ عندها مادة ما في الاحتراق من تلقاء نفسها
ASTM E659 هو الاختبار القياسي المستخدم لمعرفة ما إذا كان النفط الخام سيشتعل من تلقاء نفسه. توضح طريقة الاختبار هذه كيفية العثور على درجات حرارة الاشتعال الذاتي لللهب الساخن واللهب البارد لمادة كيميائية سائلة في الهواء عند الضغط الجوي في وعاء مسخن بشكل منتظم.
تظهر نتائج هذا الاختبار أدنى درجة حرارة يشتعل فيها النفط الخام عادة.
مقارنة ASTM E659 و ASTM D2155
تعتبر ASTM E659 طريقة أكثر حداثة لاختبار النفط الخام للاشتعال الذاتي مقارنة بـ ASTM D2155. على الرغم من اختلاف الأدوات لكل طريقة ، فإن النتائج هي نفسها.
ASTM D93A: تحديد نقطة الوميض
ASTM D 93A هي طريقة لمعرفة نقطة الوميض للبترول والمنتجات المصنوعة من البترول. لكنها لا تغطي اختبارات الاشتعال الذاتي.
نقطة الوميض هي درجة الحرارة التي يعطي عندها منتج ذو قاعدة بترولية بخارًا كافيًا لشعلة صغيرة لإشعال حريق واستمراره.
درجة حرارة نقطة الوميض تختلف عن درجة حرارة الاشتعال الذاتي. درجة حرارة الاشتعال الذاتي هي درجة الحرارة التي تبدأ عندها المادة في الاحتراق من تلقاء نفسها دون شرارة من الخارج.
مشاركه فى…
