Selvantenning: En Omfattende Definisjon (Autoignition)

Hei og velkommen til denne artikkelen hvor jeg skal diskutere et avgjørende konsept innen forbrenningsvitenskap, "Autoignition".

I denne artikkelen vil jeg dekke ulike aspekter ved selvantenning, inkludert definisjonen, selvantenningstemperaturen til forskjellige stoffer som papir, diesel, etanol, hydrogen, avgas og mer.

Jeg vil også diskutere forskjellen mellom flammepunkt, brannpunkt og selvtenningstemperatur, og hvordan trykk påvirker selvantennelsestemperaturen.

Ved slutten av denne artikkelen vil du ha en omfattende forståelse av selvantenning og dens implikasjoner. Så la oss komme i gang!

Hva er selvtenning?

Den formelle definisjonen er:

Spontan antennelse av noe eller hele drivstoff-luftblandingen i forbrenningskammeret til en forbrenningsmotor. Også kjent som spontan forbrenning.

Selvantenning er når et stoff begynner å brenne av seg selv, uten hjelp fra en ekstern kilde. Varmen inne i stoffet gjør at det tar fyr av seg selv.

Hva er selvantenningstemperaturen?

Selvantennelsestemperaturen er den laveste temperaturen som et stoff vil begynne å brenne ved i en normal atmosfære. Denne temperaturen påvirkes av ting som trykk, oksygenkonsentrasjon og mengden drivstoff til luft. Det er viktig å huske at temperaturen som et stoff vil begynne å brenne ved av seg selv, avhenger av stoffets type og sammensetning.

Selvtenning i forbrenningsmotorer

Forbrenningsmotorer kan selvantenne på grunn av kompresjonsvarmen alene eller når denne varmen kombineres med drivstoffinnsprøytning. Selvantenning kalles også selvantennelse, og det kan skje i motorens forbrenningskammer.

Når du arbeider med brennbare materialer, er selvantennelsestemperaturen en nøkkelfaktor for å finne ut risikoen for brann eller eksplosjon. Det brukes til å finne ut hvor sannsynlig det er at et stoff tar fyr av seg selv i en normal atmosfære, uten gnist eller flamme utenfra.

Video

Tips: Slå på bildetekstknappen hvis du trenger det. Velg "automatisk oversettelse" i innstillingsknappen hvis du ikke er kjent med det engelske språket. Du må kanskje klikke på språket til videoen først før favorittspråket ditt blir tilgjengelig for oversettelse.

Selvantennelsestemperatur for forskjellige stoffer

Tre:

Temperaturen der treet begynner å brenne av seg selv er omtrent 250 °C (482 °F). Ved 700 °F (371 °C) kan det ta fyr med en gang, men det tar noen minutter mellom 450 °F (232 °C) og 500 °F (260 °C).

Ved minimum varmefluks som er nødvendig for å starte en direkte flamme, er overflatetemperaturen mellom 300 og 365 °C (572 og 689 °F).

https://www.cfitrainer.net/programs/35a84de0-e505-4899-be34-f31de9d9d570/document/2005_CCAI_Wood_ignition.pdf

Avgas (flybensin):

Temperaturen der den begynner å brenne av seg selv er 280 °C (536 °F). Avgas er en type bensin laget for flymotorer.

Den har et flammepunkt på -43°C (-45°F). Det er som parafin, som også har en temperatur på 280°C (536°F) der det kan begynne å brenne av seg selv.

http://large.stanford.edu/courses/2014/ph240/ukropina2

Etanol:

Selvantennelsestemperaturen til etanol er 365 °C (689 °F), som er lavere enn for dietyleter (160 °C eller 320 °F) og høyere enn for bensin (247–280 °C eller 477–536 °F) ).

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6266291

Hydrogen:

Temperaturen der hydrogen vil begynne å brenne av seg selv er 535 °C (995 °F).

https://en.wikipedia.org/wiki/Autoignition_temperature

Etylenoksid:

Temperaturen der etylenoksid begynner å brenne av seg selv er 429 °C (804,2 °F). Men hvis det er rust, kan det være så lavt som 140 °C (284 °F).

Ved temperaturer over 10,7 °C (51,3 °F) er etylenoksid en fargeløs gass som kan ta fyr av seg selv.

https://www.petrochemistry.eu/wp-content/uploads/2018/01/Guidelines_EO_2013_UK_v6-final.pdf

Diesel:

Selvantennelsespunkt: ca. 210°C.

Stål:

Selvantennelsespunkt: ca. 1315°C (2399°F).

Papir:

Selvantennelsespunkt: Omtrent 218 - 248°C.

Når en papirbrann starter, kan varmen i midten nå opp til 815°C.

Andre gasser:

• Metan: 580 °C
• Propan: 493 °C
• Etylen: 425 °C
• Acetylen: 305 °C
• Nafta: 290 °C
• Karbondisulfid: 102 °C

Hvordan fortelle forskjellene mellom selvtenning, flammepunkt og brannpunkt

Oppsummert er flammepunkt, brannpunkt og selvantennelsestemperatur alle relatert til hvor brannfarlig et stoff er, men hvert begrep refererer til et annet aspekt av hvordan stoffet virker når det utsettes for varme og brann.

Selvantenning

Selvantenning er den laveste temperaturen der et brennbart materiale vil begynne å brenne av seg selv, uten gnist eller annen antennelseskilde utenfra.

Dette skjer når materialets temperatur når sin selvantennelsestemperatur, og gjør det til en brennbar gass som begynner å brenne av seg selv.

Flammepunkt

Flammepunkt er derimot den laveste temperaturen der en væske som kan ta fyr avgir nok damp til å ta fyr når den kommer i kontakt med en antennelseskilde.

For hver brennbar væske er mengden damp i luften som trengs for å holde en brann i gang forskjellig, og flammepunkttemperaturen viser den laveste temperaturen som en brennbar væske vil ta fyr ved når den er i nærheten av en antennelseskilde.

Flammepunkt vs selvtenningspunkt:

Flammepunkt og selvantennelsespunkt er to viktige måter å måle hvor lett et stoff tar fyr.

Begge begrepene refererer til temperaturen der noe kan begynne å brenne, men de snakker om forskjellige deler av prosessen.

Flammepunktet er temperaturen der et stoff kan ta fyr fra en ekstern kilde, og selvantennelsespunktet er temperaturen der det vil ta fyr av seg selv.

Brannpunkt

Brannpunktet er temperaturen der en brennbar væskes damp fortsetter å brenne etter at den har blitt påtent.

Den er høyere enn flammepunkttemperaturen og viser den laveste temperaturen som et stoff vil fortsette å brenne ved etter at det har tatt fyr.

Expeltec laget en veldig fin infografikk for å visuelt forklare noen forskjeller:

https://expeltec.com/5-terminology/flash-point-auto-ignition-temperature/

Selvtenning vs andre prosesser

Spontan forbrenning er forskjellig fra selvantenning fordi den ikke trenger en ekstern energikilde for å starte.

Selvantennelsestemperatur er den laveste temperaturen der et stoff vil ta fyr i en normal atmosfære uten gnist utenfra.

Selvtenning og autoeksponering er også forskjellige prosesser. Autoeksponering er når en brann sprer seg fra en etasje til en annen i en bygning med mer enn én etasje, og selvantenning er den laveste temperaturen der et brennbart materiale begynner å brenne av seg selv.

Mål for drivstoffmotstand mot selvtenning

Oktantall

Kort oppsummert er oktantallet et mål på hvor godt et drivstoff kan motstå detonasjon og fortenning, og det viser også hvor godt det kan motstå å starte av seg selv.

Oktantallet er en standard måte å måle hvor hardt drivstoff som bensin og diesel er for å begynne å brenne av seg selv i gnist-tenningsmotorer.

Denne vurderingen er basert på trykket som drivstoffet vil selvantenne ved (begynner å brenne av seg selv) i et kontrollert miljø.

Oktantallet skrives som enten forskningsoktantallet (RON) eller motoroktantallet (MON).

Jo høyere oktantall, jo mer motstandsdyktig er drivstoffet mot selvantenning, og jo mindre sannsynlig er det at en SI-motor vil banke eller pinge under kompresjon.

Selvtenning og dens egenskaper

I sveivvinkelgrader er selvtenningsforsinkelsen tiden mellom starten av drivstoffinnsprøytning (SOI) og starten av forbrenningen (SOC) (CAD).

Det kalles også ignition delay time (IDT), og det viser hvor lang tid det tar før en blanding av drivstoff og luft reagerer ved en viss temperatur og trykk.

Selvantennelsestemperatur

Etanol kan begynne å brenne ved en temperatur på 685 °F (363 °C). Det er temperaturen der en blanding av drivstoff og luft vil lyse av seg selv, uten hjelp fra en ekstern kilde.

En måte å finne ut selvantenningstemperaturen på er å måle temperaturstigningen mellom slutten av kompresjonsslaget og begynnelsen av selvtenningshendelsen.

En annen måte er å finne selvantennelsestemperaturene til 1-propanol og 2-propanol.

Selvantenning og strålingsvarmeoverføring

Dette skjer når en brennbar væske varmes opp over antennelsestemperaturen og dampene som frigjøres selvantenner når de utsettes for stråling som infrarød stråling fra varme gjenstander eller brannfyr.

Det er to forskjellige typer tenning: pilotert tenning og selvtenning. Det brennbare materialet trenger en ekstern varmekilde, som en gnist eller flamme, for å starte en pilotert tenning.

Selvantenning, derimot, trenger ikke en ekstern varmekilde. I stedet bruker den materialets egen energi til å starte en brann.

Selvantennelsestemperatur

Et stoffs selvantennelsestemperatur er den laveste temperaturen det begynner å brenne ved. Det er temperaturen der noe kan begynne å brenne av seg selv.

Forstå betydningen av selvtenningstemperatur

Selvantenningstemperaturen er et nøkkelbegrep i vitenskapen om forbrenning. Det betyr den laveste temperaturen der et stoff vil selvantenne og ta fyr uten gnist utenfra.

Temperaturen som et materiale vil begynne å brenne ved av seg selv kan endre seg avhengig av ting som hva annet er i området.

Når det gjelder drivstoffblandinger som kan ta fyr, er selvantennelsestemperaturen den laveste temperaturen der drivstoffet vil ta fyr av seg selv uten gnist utenfra.

Å forstå et stoffs selvantennelsestemperatur er viktig for brannsikkerheten og for sikker bruk og oppbevaring av ting som kan ta fyr.

Hydrogengass og selvtenning

Når hydrogengass settes inn i en motor, endrer det måten selvtenning fungerer på en unik måte. Måten den brenner på påvirkes av det faktum at dens selvantennelsestemperatur og varmeledningsevne er høyere enn for drivstoff som metan.

Hydrogens effekt på selvantenning

Når hydrogen blandes med annet drivstoff, øker den høyere temperaturen som det selv antenner ved, forbrenningshastigheten og øker trykket i sylinderen.

Men bruk av hydrogen kan også forårsake problemer som sikkerhetsproblemer, for tidlig tenning, tilbakeslag og mindre strøm.

Når visse belastninger påføres motorer med gnisttenning, kan ukontrollert selvtenning få motoren til å banke.

I motorer som kan bruke både diesel og hydrogen, kan det å sette hydrogen inn i inntaksmanifolden føre til at diesel begynner å brenne av seg selv.

Luftens selvantennelsestemperatur

Luft er ikke brannfarlig, så den har ikke en temperatur der den begynner å brenne av seg selv. Drivstoff og kjemikalier som butan, koks, hydrogen og petroleum har ofte selvantennelsestemperaturer.

Selvantennelsestemperaturen er den laveste temperaturen der et materiale begynner å selvoppvarmes, noe som kan føre til brann.

Selvtenningstrykk

Trykket som hydrogen vil begynne å brenne ved er mellom 3,5 og 7 Mpa (35-70 bar). Spontan antennelse er mer sannsynlig når det innledende utløsningstrykket er høyt og ledende sjokk er sterkt.

Trykket som trengs for å starte en brann avhenger av hvor mye oksygen og helium som er i luften.

Effekt av trykk på selvantenning

Når trykket øker, går temperaturen ned der en blanding av gasser eller damper kan begynne å brenne av seg selv.

Dette er fordi høyere trykk fremskynder reaksjonen, noe som senker temperaturen der reaksjonen starter.

Hydrogen ombord lagring

De fleste hydrogenlagringssystemer ombord fungerer ved trykk på opptil 700 bar. Enda høyere trykk brukes på bensinstasjoner for denne typen lagring.

Internt antente gasser kan miste varme gjennom en sjokkutladning som får flammen til å slukke før hele volumet er i brann. Dette kan stoppe gassen fra å antenne seg selv.

Selvtenningstesting av råolje

Selvtenningstesting utføres på råolje for å finne den laveste temperaturen der den spontant vil ta fyr i normal romtemperatur.

American Society for Testing and Materials (ASTM) har satt standarder for testing av råoljes evne til å selvantenne.

ASTM E659: Temperaturer der et stoff begynner å brenne av seg selv

ASTM E659 er standardtesten som brukes for å se om råolje vil ta fyr av seg selv. Denne testmetoden viser hvordan man finner selvantennelsestemperaturene med varm flamme og kjølig flamme for et flytende kjemikalie i luft ved atmosfærisk trykk i et jevnt oppvarmet kar.

Resultatene av denne testen viser hva den laveste temperaturen er der råolje normalt vil ta fyr.

Sammenligner ASTM E659 og ASTM D2155

ASTM E659 er en mer oppdatert måte å teste råolje for selvantenning enn ASTM D2155. Selv om verktøyene for hver metode er forskjellige, er resultatene de samme.

ASTM D93A: Flammepunktbestemmelse

ASTM D 93A er en måte å finne ut flammepunktet til petroleum og produkter laget av petroleum. Men den dekker ikke tester for selvantenning.

Flammepunktet er temperaturen der et petroleumsbasert produkt avgir nok damp til at en liten flamme kan starte en brann og holde den i gang.

Flammepunkttemperaturen er ikke den samme som selvantennelsestemperaturen. Selvantennelsestemperaturen er temperaturen der et stoff vil begynne å brenne av seg selv uten en gnist utenfra.