(обязательное)
Таблица А.1 - Контрольные значения для испытаний на воспламенение со смесью пропана в воздухе при температуре смеси 40 °С
Диаметр сердцевины волокна, мкм | Минимальная воспламеняющая мощность при 1064 нм (поглощение - 83%, 5% пропана от объема), мВт | Минимальная воспламеняющая мощность при 805 нм (поглощение - 93%, 4% пропана от объема), мВт |
62,5 (оболочка 125 мкм) | 250 | |
400 | 842 | 690 |
600 | 1200 | |
1500 | 3600 | |
| Примечание - Поглотитель был нанесен на конец оптического волокна и постоянно облучался. | ||
Примечание - Других данных контрольных испытаний (например, для сердцевины диаметром 8 мкм и длины волны 1550 нм) в настоящее время нет.
Приложение В (справочное). Механизмы воспламенения
Приложение В
(справочное)
_______________
* 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.
| Площадь стремится к | Время стремится к | Критерий воспламенения | |
| (1) | нулю | Бесконечности | минимальная мощность |
| (2) | бесконечности | Бесконечности | минимальная энергетическая освещенность |
| (3) | нулю | нулю | минимальная энергия |
| (4) | бесконечности | нулю | энергетическая экспозиция |
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/мм2 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)
83%, 93)Группа см. IEC 60079-0 | Горючее вещество (повышенная температура смеси) | ТСВ, °С | БЭМЗ, мм | Концентрация горючего вещества при минимальной воспламеняющей мощности РТВ* (1064 нм), об. % | Минимальная воспламеняющая мощность Волокно 62,5 мкм РТВ (1064 нм), мВт | Минимальная воспламеняющая мощность Волокно 400 мкм РТВ (1064 нм), мВт | Концентрация горючего вещества при минимальной воспламеняющей мощности HSL* (803 нм), об. % | Минимальная воспламеняющая мощность Волокно 400 мкм HSL (803 нм), мВт | Минимальная воспламеняющая мощность Волокно 600 мкм HSL (803 нм), мВт | Минимальная воспламеняющая мощность Волокно 1500 мкм HSL (803 нм), мВт |
| IIА | Метан | 595 | 1,14 | 5,0 | 304 | 1125 | 6,0 | 960 | 1650 | 5000 |
| Ацетон | 535 | 1,04 | - | - | - | 8 | 830 | - | - | |
| 2-пропанол | 425 | 0,99 | 4,5 | 273 | 660 | - | - | - | - | |
| n-пентан | 260 | 0,93 | 3,0 | 315 | 847 | 3,0 | 720 | 1100 | 3590 | |
| Бутан | 410 (365) | (0,98) | - | - | - | 4,6 | 680 | - | - | |
| Пропан | 470 | 0,92 | 5,0 | 250 | 842 | 4,0 | 690 | 1200 | 3600 | |
| Неэтилированный бензин | 300 (350) |  0,9 | - | - | - | 4,3 | 720 | - | 3650 | |
| n-гептан (110 °С) | 220 | 0,91 | 3,0 | - | 502 | - | - | - | - | |
| Метан/водород | 595 | 0,90 | 6,0 | 259 | 848 | - | - | - | - | |
| IIВ | Диэтиловый эфир/n-гептан (110 °С) | 200 | 0,90 | 4,0 | - | 658 | - | - | - | - |
| Тетрагидрофуран | 230 | 0,87 | 6,0 | 267 | - | - | - | - | - | |
| Диэтиловый эфир | 175 | 0,87 | 12,0 | 89 | 127 | 23,0 | 110 | 180 | 380 | |
| Пропанол (110 °С) | 190 | 0,84 | 2,0 | - | 617 | - | - | - | - | |
| Диметиловый эфир | 240 | 0,84 | 8 | 280 | - | - | - | - | - | |
| Этилен | 425 | 0,65 | 7,0 | 202 | 494 | 7,5 | 530 | - | 2007 | |
| Метан/водород | 565 | 0,50 | 7,0 | 163 | 401 | - | - | - | - | |
| IIC | Сероуглерод | 95 | 0,37 | 1,5 | 50/24** | 149 | - | - | - | - |
| Ацетилен | 305 | 0,37 | 25,0 | 110 | 167 | - | - | - | - | |
| Водород | 560 | 0,29 | 10,0 | 140 | 331 | 8,0 | 340 | 500 | 1620 | |
| Примечание - ТСВ и БЭМЗ взяты из публикации [25] списка литературы.* HSL = Лаборатория по охране труда Инспекции по охране труда и технике безопасности Великобритании.РТВ = Physikalisch-Technische Bundesanstalt (Германия).** Значение 24 мВт было получено для горючего облучаемого вещества (угля) | ||||||||||
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:
- длины импульса и скорости повторения;
- длины волны;
- облучаемого материала (поглотителя);
- энергетической освещенности и энергетической экспозиции.
Установлено, что микросекундные и наносекундные импульсы со значением энергии, близким к МЭВ, воспламеняют взрывчатые смеси, как показано в таблице В.2. В этом случае облучаемый материал - горючая сажа - самый эффективный поглотитель. Свойства сажи создают благоприятные условия для пробоя по сравнению с инертным материалом, выбранным в испытаниях с постоянным излучением (очень высокое поглощение, высокая температура разложения, обогащенная электронами структура и горючесть). Для миллисекундных импульсов без пробоя, но с нагревом облучаемого материала, энергия воспламенения более чем на порядок превышает значение МЭВ. Здесь инертное серое тело является идеальным поглотителем.
Таблица В.2 - Сравнение минимальной измеренной воспламеняющей оптической импульсной энергии (
) при диаметре пучка 90 мкм и значениях температуры самовоспламенения (ТСВ) и минимальной энергии воспламенения (МЭВ), [25] при концентрации в объемных долях (
)
) при диаметре пучка 90 мкм и значениях температуры самовоспламенения (ТСВ) и минимальной энергии воспламенения (МЭВ), [25] при концентрации в объемных долях ( )Горючее вещество | , мкДж |  , % | ТСВ, °С | МЭВ, мкДж |  , % |  |
| Остроконечный импульс 70 мкс | ||||||
| n-пентан | 669 | 3 | 260 | 280 | 3,3 | 2,4 |
55000 | 6,4 | |||||
| Пропан | 784 | 5,5 | 470 | 240 | 5,2 | 3,3 |
| Диэтиловый эфир | 661 | 3,4 | 175 | 190 | 5,2 | 3,5 |
1285 | 5,2 | 6,8 | ||||
| Этилен | 218 | 5,5 | 425 | 82 | 6,5 | 2,7 |
| Водород | 88 | 21 | 560 | 17 | 28 | 5,2 |
| Сероуглерод | 79 | 6,5 | 95 | 9 | 8,5 | 9,3 |
| Наносекундные импульсы (от 20 нс до 200 нс) | ||||||
| Пропан | 499 | 4,0 | 470 | 240 | 5,2 | 2,1 |
| Этилен | 179 | 5,5 | 425 | 82 | 6,5 | 2,2 |
| Водород | 44 | 12 | 560 | 17 | 28 | 2,6 |
46 | 21 | 2,7 | ||||
| Примечание Облучаемый материал - сажа. | ||||||
Импульсы более 1 с должны рассматриваться как непрерывное излучение.
Для серий импульсов критерий воспламенения каждого импульса - это указанный выше критерий энергии, если длительность импульса менее 1 с. При большей частоте повторения предыдущий импульс может оказывать влияние на характеристики участка, облучаемого действующим импульсом. При частоте повторения более 100 Гц средняя мощность должна быть ограничена до предела незатухающей волны. В соответствии с этим ограничением необходима максимальная частота повторения для определенной энергии импульса. Чем короче импульс, тем выше допустимая максимальная мощность, но продолжительнее рабочий цикл. Это дает время для охлаждения облучаемого материала, затухания искры или охлаждения горячего материала. Испытания показали [20], что для наносекундных импульсов в диапазоне МЭВ (до 400 мкДж) время существования искры не может быть более 100 мкс для пучка оптического излучения диаметром 90 мкм. Для импульса продолжительностью 1 с максимальная мощность должна быть ограничена до соответствующего предела для непрерывного излучения.
Остальные сочетания основных параметров, например, короткое время при бесконечной площади, можно оценить по результатам испытаний для других режимов.
Приложение С (обязательное). Оценка опасности воспламенения
Приложение С
(обязательное)
Взрывоопасная воздушная среда может воспламеняться оптическим излучением при условии, что интенсивность пучка оптического излучения превышает искробезопасный уровень, и в пучке присутствует поглощающее твердое тело, что может вызвать появление места перегрева и, соответственно, источника воспламенения, или применяют условия разрыва волокна (превышение порога энергетической освещенности). См. рисунок С.1
Рисунок С.1 - Оценка опасности воспламенения
Если эти условия существуют, следует применять виды защиты b) и с), приведенные в 5.1.
Если эти условия отсутствуют, опасности воспламенения может не существовать.
Необходимо осуществить дополнительную оценку с учетом всех условий, необходимых для воспламенения:
- в особых случаях или для специального оборудования,
- с учетом требований для разных уровней защиты оборудования в соответствии с 4.2 и принять соответствующие меры.