وبلاگ
اندازه گیری نقطه اشتعال و نقطه احتراق
نقطه اشتعال یکی از مهمترین پارامترهای ایمنی است که برای بررسی خطر آتشسوزی مایعات و مواد نیمهجامد مورد استفاده قرار میگیرد. این پارامتر نه تنها در آزمایشگاه های کنترل کیفیت بلکه در فرآیندهای طبقهبندی، برچسبگذاری، حملونقل و نگهداری مواد شیمیایی و فرآوردههای نفتی نقشی مهمی ایفا میکند. در این مطلب، مفاهیم پایه، روشهای اندازهگیری و ملاحظات فنی مرتبط با نقطه اشتعال و نقطه احتراق را بهصورت جامع بررسی کنیم. برای مشاهده انواع مدل های دستگاه تست نقطه اشتعال ساخت آنتون پار با ما در ارتباط باشید.
تعریف نقطه اشتعال (Flash Point) و نقطه احتراق (Fire Point)
پایین ترین دمای نمونه آزمایش (اصلاحشده بر اساس فشار جوی ۱۰۱.۳ کیلوپاسکال) که در آن، اعمال یک منبع احتراق باعث میشود بخارات نمونه بهطور لحظه ای مشتعل شده و شعله روی سطح مایع گسترش یابد نقطه اشتعال نام دارد. نکته مهم این است که نقطه اشتعال یک ثابت فیزیکی مطلق نیست، بلکه نتیجهای است که به تجهیزات و روش آزمایش مورد استفاده وابسته است. به همین دلیل، مقایسه نتایج بهدستآمده از روشهای مختلف، بدون در نظر گرفتن نوع دستگاه و استاندارد، از نظر فنی صحیح نیست و همواره باید نام روش آزمون به همراه نتیجه گزارش شود.
در کنار نقطه اشتعال، مفهوم نقطه احتراق نیز مطرح میشود؛ یعنی پایینترین دمایی که در آن، پس از اعمال منبع اشتعال، احتراق بخارات بهطور پایدار ادامه مییابد، بهگونهای که گرمای تولیدشده به اندازهای است که حتی پس از برداشتن منبع اشتعال، سوختن ادامه پیدا کند.
شاخصهای اصلی اشتعالپذیری مواد
اشتعالپذیری یک ماده با دو ویژگی اصلی مشخص میشود:
- شرایطی که در آن ماده مشتعل میشود و شرایطی که در آن به سوختن ادامه میدهد؛ که بهترتیب با عنوان نقطه اشتعال و نقطه احتراق شناخته میشوند.
- محدوده غلظتی که در آن مخلوط بخار و اکسیدکننده قابل اشتعال است ، یعنی حدود بالا و پایین اشتعالپذیری. این حدود به نوع اکسیدکننده، فشار و حداقل غلظت اکسیژن لازم برای وقوع واکنش احتراق بستگی دارند.
چرا اندازهگیری نقطه اشتعال اهمیت دارد؟
دلیل اصلی نیاز به اندازهگیری نقطه اشتعال این است که خطر ایمنی یک مایع یا نیمه جامد از نظر اشتعال پذیری ارزیابی شود و سپس نمونه در یک گروه طبقهبندی گردد. هرچه دمای نقطه اشتعال پایینتر باشد، خطر اشتعال بیشتر است.
سپس از این طبقهبندی برای هشدار دادن درباره خطر و نیز برای اتخاذ اقدامات صحیح در هنگام استفاده، نگهداری یا حملونقل نمونه استفاده میشود.
در مشخصات فنی محصولات نیز از مقادیر نقطه اشتعال برای کنترل کیفیت و همچنین برای کنترل خطر اشتعالپذیری استفاده میشود. تغییر در نقطه اشتعال میتواند نشاندهنده وجود آلایندههای فرار خطرناک یا مخلوط شدن یک محصول با محصول دیگر باشد.
الزامات ایمنی و مقرراتی
طبقهبندی مواد شیمیایی، از جمله فرآوردههای نفتی، به شناسایی خطرات یک ماده یا فرآورده کمک میکند. این طبقهبندی باید به درستی انجام شود، زیرا در غیر این صورت ممکن است برچسب، برگه اطلاعات ایمنی (SDS) و بستهبندی به اشتباه تعیین شوند. این موضوع میتواند پیامدهای جدی برای مصرفکننده نهایی داشته باشد. بر همین اساس، آزمون نقطه اشتعال تنها یک آزمون آزمایشگاهی ساده نیست، بلکه بخشی از نظام تصمیمگیری ایمنی و قانونی در مورد مواد شیمیایی و فرآوردههای نفتی محسوب میشود.
قوانین و مقررات متعددی در حوزه ایمنی و سلامت، چنین طبقهبندی را الزامی میکنند، از جمله:
- CPSC: کمیسیون ایمنی محصولات مصرفی ایالات متحده
- DOT: وزارت حملونقل ایالات متحده
- EPA: سازمان حفاظت محیط زیست ایالات متحده
- NFPA: انجمن ملی حفاظت از حریق
- OSHA: اداره ایمنی و بهداشت شغلی ایالات متحده
- UN: طبقهبندی کالاهای خطرناک سازمان ملل
- ADR: موافقتنامه اروپایی حملونقل بینالمللی کالاهای خطرناک از طریق جاده
- ECHA: آژانس مواد شیمیایی اروپا، راهنمای مقررات طبقهبندی، برچسبگذاری و بستهبندی مواد و مخلوطها (CLP)
عامل موثر بر نقطه اشتعال
حضور آلایندهها، بهویژه ترکیبات فرارتر از ماده اصلی، میتواند تأثیر قابلتوجهی روی نقطه اشتعال بگذارد. برای مثال، اتیلن گلیکول خالص نقطه اشتعالی برابر با ۱۱۱ درجه سانتیگراد دارد؛ اما با حضور تنها ۲ درصد استالدهید، این مقدار به ۲۹ درجه سانتیگراد کاهش مییابد. نمونه دیگر، اتانول است که افزودن آب تأثیر چشمگیری روی قابلیت اشتعال آن دارد ( جدول 1).
برای حلالهایی که در آب حل نمیشوند، افزودن آب تأثیر چندانی بر نقطه اشتعال ندارد.
| درصد اتانول در آب | نقطه اشتعال تقریبی (C°) |
|---|---|
| 100 | 13.0 |
| 90 | 14.5 |
| 75 | 20.5 |
| 50 | 23.5 |
| 25 | 31.5 |
| 10 | 47.5 |
| 5 | 61.5 |
انتخاب روش مناسب اندازه گیری
اگر روش خاصی برای اندازه گیری نقطه اشتعال در مشخصات فنی محصول یا مقررات مربوطه تعیین شده باشد، همان روش باید در اولویت قرار گیرد. در آزمایشهای مرتبط با آلودگی یا آلایندهها، روشهای تعادلی معمولاً مناسبتر هستند. هنگام انتخاب روش، باید اطمینان حاصل شود که نوع محصول در دامنه کاربرد روش قرار دارد و محدوده دمایی محصول توسط آن روش پوشش داده میشود؛ در غیر این صورت دقت اعلامشده روش ممکن است خطا داشته باشد. همچنین در آزمایش مواد شیمیایی، فرآوردههای معدنی یا مواد خورنده، لازم است از سازگاری جنس ظرف آزمایش با نمونه اطمینان حاصل شود؛ به همین دلیل بسیاری از دستگاههای اندازهگیری نقطه اشتعال با کاپ آزمایش از جنس فولاد ضد زنگ ساخته میشوند.
انواع روش های آزمون
بهطور کلی، دو دسته اصلی از آزمونهای نقطه اشتعال وجود دارد: نقطه اشتعال باز (Open Cup) و نقطه اشتعال بسته (Closed Cup)
روش نقطه اشتعال باز
روش کاپ باز که در ابتدا برای ارزیابی خطرات ناشی از ریختن یا نشت مایعات توسعه یافت، به این صورت است که یک منبع اشتعال بهطور افقی روی سطح مایع در حال گرمشدن عبور داده میشود تا مشخص شود بخارات مشتعل میشوند یا خیر. اگر این آزمایش در دماهای بالاتر تکرار شود، ممکن است به نقطهای برسیم که نمونه بدون نیاز به اعمال مجدد منبع اشتعال به سوختن ادامه دهد؛ این همان نقطه احتراق است. دقت آزمونهای کاپ باز معمولاً کمتر از کاپ بسته است، زیرا بخارات تولیدشده آزادانه به اتمسفر پراکنده میشوند و بیشتر تحت تأثیر شرایط محیطی آزمایشگاه قرار میگیرند. به همین دلیل، نتایج روش باز در دماهای بالاتر از دمای محیط، معمولاً بالاتر از نتایج روش بسته گزارش میشود.
روش نقطه اشتعال بسته
در روش بسته، بخارات تولیدشده در محفظه باقی میمانند و این آزمایش عملاً شرایطی را شبیهسازی میکند که در آن یک منبع اشتعال بهطور تصادفی وارد یک ظرف دربسته میشود. در این روش، نمونه در ظرفی قرار میگیرد که با درپوشی پوشانده میشود؛ سپس نمونه گرم شده و در فواصل زمانی مشخص، دریچههایی روی درپوش باز میشود تا هوا وارد شده و منبع اشتعال درون بخارات فرو برده شود. به دلیل دقت بالاتر، روش ظرف بسته در اغلب مشخصات فنی و مقررات، روش مرجع محسوب میشود.
مقایسه نقطه اشتعال چند نمونه در دو روش باز و بسته
| نمونه | نقطه اشتعال (C°) – روش باز | نقطه اشتعال (C°) – روش بسته |
|---|---|---|
| استیک اسید | 43 | 40 |
| استون | -9 | -17 |
| n- بوتانول | 44 | 29 |
| متانول | 16 | 10 |
| تولوئن | 7 | 4 |
اتوماسیون در اندازهگیری نقطه اشتعال
در آزمون دستی نقطه اشتعال، اپراتور در تمام مراحل آزمون حضور فعال دارد و کنترل شرایطی مانند دما، همزدن و اعمال منبع اشتعال را بر عهده میگیرد. همچنین تشخیص اینکه آیا اشتعال رخ داده است یا نه، بر عهده اپراتور است. به همین دلیل، در موارد اختلاف، آزمونهای دستی بهعنوان مرجع در نظر گرفته میشوند.
در مقابل، دستگاههای خودکار تعیین نقطه اشتعال بهگونهای طراحی شدهاند که تمام الزامات روش دستی، مانند ابعاد، نرخ گرمایش و تشخیص اشتعال را رعایت کنند، اما این کار را با استفاده از نرمافزار و مکانیزمهای خودکار انجام میدهند. این موضوع باعث کاهش زمان موردنیاز اپراتور و افزایش بهرهوری آزمایشگاه میشود. با این حال، پذیرش این دستگاهها منوط به آن است که انطباق آنها با الزامات روش آزمون اثبات شده باشد.
4 مدل مختلف دستگاه فلش پوینت آنتون پار
ارتباط بین روشهای مختلف اندازهگیری
شواهد نشان میدهند که آزمونهای ظرف باز معمولا در دماهای بالاتر از دمای محیط، دمای اشتعال بالاتری نسبت به آزمونهای ظرف بسته ارائه میدهند. با این حال، از آنجا که روشهای مختلف نقطه اشتعال از تجهیزات، نرخ گرمایش و همزدن و شیوه های آماده سازی نمونه متفاوتی استفاده میکنند، همه این عوامل بر نتایج تاثیرگذار هستند؛ بهویژه زمانی که ماده مورد آزمایش فرار یا حاوی ترکیبات فرار باشد. به همین دلیل، نمیتوان ادعا کرد که بین روشهای مختلف آزمون، برای همه انواع نمونهها، همبستگی ثابت یا اختلاف نسبی مشخصی وجود دارد.
دستگاه مناسب برای این منظور کدام است؟
کمپانی آنتون پار ، تامینکننده دستگاههای اندازهگیری نقطه اشتعال شامل مدلهای ظرف باز اتوماتیک (CLA 5) و ظرف بسته اتوماتیک (PMA 500) است که با رعایت کامل الزامات استانداردهای بینالمللی مانند ASTM D92/D93 طراحی شدهاند. این تجهیزات با دقت، تکرارپذیری و قابلیت اطمینان بالا، امکان انجام آزمونهای نقطه اشتعال را مطابق با نیازهای آزمایشگاههای کنترل کیفیت، تحقیقاتی و صنعتی فراهم میکنند.
جمعبندی
اندازهگیری دقیق نقطه اشتعال و نقطه احتراق، نقشی تعیینکننده در ارزیابی ایمنی، طبقهبندی صحیح مواد و رعایت الزامات قانونی صنایع شیمیایی و نفتی دارد. انتخاب روش مناسب آزمون، مانند روش باز یا روش بسته، دستی یا اتوماتیک، باید متناسب با نوع محصول، استانداردهای مرتبط و کاربرد نهایی صورت گیرد.
گردآوری شده توسط تیم فنی وارش شیمی بهار