آشنایی با ویژگی‌های مواد قابل اشتعال برای به حداقل رساندن خطرات احتمالی آتش‌سوزی اهمیت زیادی دارد. فلش پوینت (Flash Point) یا نقطه اشتعال عبارت است از پایین‌ترین دمایی که در آن، تحت شرایط استاندارد معین، یک مایع به اندازه‌ای بخارات تولید می‌کند که قادر به تشکیل مخلوط هوا / بخارات قابل اشتعال باشد.
فلش پوینت چیست؟
چنانکه در ابتدا اشاره کردیم، فلش پوینت پایین‌ترین دمایی است که در آن، یک ماده مایع (معمولاً فرآورده‌های نفتی) در هوای نزدیک سطح بخاراتی ایجاد می‌کند که با قرار گرفتن در معرض شعله می‌تواند مشتعل شود. نقطه اشتعال با واحد درجه سلسیوس یا همان سانتی‌گراد نشان داده می‌شود.
نقطه اشتعال یک نشانگر کلی است که اشتعال‌پذیری یا احتراق‌پذیری یک مایع را نشان می‌دهد. در پایین‌تر از این دما، بخارات کافی برای ایجاد احتراق وجود ندارد. در دمایی بالاتر از فلش پوینت، مایع بخارات کافی تولید می‌کند تا احتراق امکان‌پذیر باشد (این دما تحت عنوان فایر پوینت یا نقطه آتش شناخته می‌شود).
تاریخچه فلش پوینت
استفاده از فلش پوینت به عنوان معیاری برای اندازه‌گیری خطرناک بودن مایعات به قرن نوزدهم میلادی بازمی‌گردد. قبل از بنزین، نفت سفید فرآورده نفتی اصلی بود که عمدتاً به عنوان سوخت برای چراغ‌های نفتی و اجاق‌ها استفاده می‌شد. قبل از اینکه بنزین به اصلی‌ترین فرآورده سوختی در جهان تبدیل شود، این تمایل از سوی تقطیرکنندگان نفت وجود داشت که تا حد امکان بنزین را، که در آن زمان ارزش تجاری چندانی نداشت، از نفت سفید جدا نکنند تا بتوانند فروش محصول بیشتری داشته باشند.
ترکیب نفت سفید با بنزین بسیار فرار دلیل اصلی وقوع آتش‌سوزی و انفجارهای متعدد در مخازن ذخیره‌سازی و چراغ‌های نفتی بود. از همین رو، اقدامات قانونی برای مهار خطرات احتمالی اتخاذ شده و روش‌های تست مختلفی برای مشخص کردن حداقل نقطه اشتعال فرآورده‌های نفتی تعیین شد.
تفاوت فلش پوینت با فایر پوینت
فلش پوینت گاهی اوقات با دمای خوداشتعالی (Autoignition) اشتباه گرفته می‌شود. دمای خوداشتعالی دمایی است که باعث احتراق خودبه‌خودی می‌شود. فایر پوینت پایین‌ترین دمایی است که بخارات پس از حذف منبع احتراق، به سوختن ادامه می‌دهند.
فایر پوینت دمایی بالاتر از فلش پوینت است، زیرا در نقطه اشتعال، بخارات ممکن است به اندازه کافی سریع تولید نشوند که بتوانند ادامه یافتن فرآیند احتراق را حفظ کنند. نه نقطه اشتعال و نه نقطه آتش به طور مستقیم به دمای منبع احتراق بستگی ندارد، اما دمای منبع احتراق به مراتب بالاتر از نقطه اشتعال یا نقطه آتش است و همچنین، می‌تواند دمای سوخت را بالاتر از دمای معمول محیط افزایش دهد تا فرآیند احتراق را تسهیل کند.
فلش پوینت مایعات سوختی مختلف چقدر است؟
فلش پوینت یک مشخصه توصیفی است که برای تمایز بین سوخت‌های قابل اشتعال مانند بنزین و سوخت‌های قابل احتراق مانند دیزل استفاده می‌شود. همچنین، از فلش پوینت برای مشخص کردن خطرات آتش‌سوزی مایعات سوختی استفاده می‌شود. مایعات سوختی که نقطه اشتعال آن‌ها کمتر از ۳۷.۸ درجه سانتی‌گراد باشد، قابل اشتعال نامیده می‌شوند. سوخت‌‌هایی که نقطه اشتعال آن‌ها بالاتر از این دما باشد، قابل احتراق هستند.
نقطه اشتعال با حرارت دادن مایع تا دماهای خاص تحت شرایط کنترل‌شده و سپس، اعمال شعله اندازه‌گیری می‌شود. این آزمایش در یک دستگاه «فنجان باز» یا «فنجان بسته» یا هر دو انجام می‌شود تا شرایط انبار و محل کار را تقلید کند. در بخش‌های بعدی، در این باره بیشتر توضیح خواهیم داد. فلش پوینت برخی مایعات سوختی به شرح زیر است:
- بنزین خودرو: ۴۳- درجه سانتی‌گراد
- اتیل الکل: ۱۳ درجه سانتی‌گراد
- اتانول: ۱۶.۶ درجه سانتی‌گراد
- سوخت دیزل خودرو: ۳۸ درجه سانتی‌گراد
- نفت سفید: ۷۲-۴۲ درجه سانتی‌گراد
- گاز سفید: ۴- درجه سانتی‌گراد
- سوخت جت: بیشتر از ۳۸ درجه سانتی‌گراد
- روغن حرارتی: ۵۲ تا ۹۶ درجه سانتی‌گراد
- روغن موتور خودرو: ۲۱۶ درجه سانتی‌گراد
- روغن گیاهی: ۳۲۷ درجه سانتی‌گراد
- بیودیزل: بیشتر از ۱۳۰ درجه سانتی‌گراد
محصولات تجاری بایستی به نقطه اشتعال خاصی که توسط استانداردها و سازمان‌های نظارتی تعیین می‌شوند، پایبند باشند.
مکانیسم فلش پوینت
همه مایعات دارای فشار بخار خاصی هستند که تابعی از دمای آن مایع و قانون بویل است. با افزایش دما، فشار بخار افزایش می‌یابد. با افزایش فشار بخار، غلظت بخار یک مایع قابل اشتعال یا قابل احتراق در مجاورت هوا افزایش پیدا می‌کند. از این رو، دما غلطت بخار مایع قابل اشتعال را در هوا تعیین می‌کند.
غلظت میعنی از بخار قابل اشتعال یا احتراق برای حفظ فرآیند احتراق در مجاورت هوا ضروری است و این غلطت برای هر مایع قابل اشتعال یا احتراق مقدار متفاوتی دارد. همانطور که گفته شد، نقطه اشتعال پایین‌ترین دمایی است که در آن، بخارات قابل اشتعال کافی برای ایجاد و حفظ فرآیند احتراق، در هنگام اعمال منبع احتراق، وجود داشته باشد.
روش‌های اندازه‌گیری نقطه اشتعال
دو روش اصلی برای اندازه‌گیری نقطه اشتعال وجود دارد که عبارتند از:
- فنجان باز (Open Cup)
- فنجان بسته (Closed Cup)
فنجان باز
در دستگاه‌های فنجان یا جام باز، نمونه مایع در یک فنجان باز قرار می‌گیرد که حرارت داده می‌شود و در فواصل زمانی، شعله‌ای روی سطح قرار می‌گیرد. فلش پوینت اندازه‌گیری‌شده در واقع با ارتفاع شعله بالای سطح مایع تغییر می‌کند و در ارتفاع کافی، دمای فلش پوینت اندازه‌گیری‌شده با فایر پوینت منطبق خواهد شد. شناخته‌شده‌ترین مثال، دستگاه تستر جام باز کلیولند (COC) است.
فنجان بسته
دو نوع دستگاه تستر جام بسته وجود دارد که عبارتند از:
- غیرتعادلی مانند دستگاه تستر پنسکی مارتنز که در آن، بخارات بالای مایع با مایع در تعادل دمایی نیستند.
- تعادلی مانند دستگاه تستر اسمول اسکیل که در آن، بخارات با مایع در تعادل دمایی هستند.
در هر دو نوع، فنجان‌ها با درب بسته می‌شوند که از طریق آن می‌توان منبع احتراق را وارد محفظه کرد. تسترهای فنجان بسته معمولاً مقادیر کمتری برای فلش پوینت نسبت به انواع فنجان باز ارائه می‌دهند و برای تعیین تقریبی دمایی که فشار بخار در آن به حد اشتعال‌پذیر پایین می‌رسد، گزینه بهتری هستند.
عوامل مؤثر در تعیین فلش پوینت و استانداردهای مربوطه
فلش پوینت در واقع یک معیار اندازه‌گیری تجربی است تا یک پارامتر فیزیکی. از جمله عوامل مؤثر در تعیین فلش پوینت، می‌توانیم به موارد زیر اشاره کنیم:
- نوع تجهیزات
- متغیرهای پروتکل آزمایش
- نرخ رمپ دما
- زمان مجاز برای به تعادل رسیدن نمونه
- حجم نمونه
- هم‌زدن یا هم‌نزدن نمونه
روش‌های تعیین نقطه اشتعال یک مایع در استانداردهای مختلفی مشخص شده‌اند. به عنوان مثال، آزمایش با روش فنجان بسته پنسکی مارتنز، در استانداردهای ASTM D93، IP34، ISO 2719، DIN 51758، JIS K2265 و AFNOR M07-019 به تفصیل آمده است. تعیین فلش پوینت با استفاده از دستگاه تستر اسمول اسکیل، در استانداردهای ASTM D3828 و D3278، EN ISO 3679 و ۳۶۸۰ و IP523 و IP524 به تفصیل آمده است.
نتیجه‌گیری:
فلش پوینت یا نقطه اشتعال حداقل دمایی است که در آن یک مایع در ظرف آزمایشی، بخار با غلظت کافی تولید می‌کند که با قرارگیری در مجاورت هوا می‌تواند مخلوط قابل اشتعال به وجود آورد. هر چه فلش پوینت یک مایع کمتر باشد، مشتعل شدن آن آسان‌تر است. به همین دلیل است که مایعات سوختی مانند بنزین بسیار اشتعال‌پذیر هستند.