Концентраційні межі вибуховості. Межа вибуховості природного газу. Фізичні властивості газу. Різниця між вибухом і горінням

Під природним газом розуміють цілу суміш газів, які утворюються в надрах землі згодом анаеробного розкладання органічних речовин. Він є одним з найбільш важливих корисних копалин. Природний газ залягає в надрах планети. Це можуть бути окремі скупчення або газова шапка на нафтовому родовищі, однак може бути представлений у вигляді газогідратів, в кристалічному стані.

небезпечні властивості

Природний газ знаком практично всім жителям розвинених країн, і ще в школі діти вивчають правила користування газом в побуті. А тим часом вибухи природного газу - не рідкість. Але і крім цього, існує цілий ряд загроз, що виходять від настільки зручних приладів, що працюють на природному газі.

Природний газ токсичний. Хоча етан і метан в чистому вигляді неотруйні, при насиченні ними повітря людина буде відчувати задуху через нестачу кисню. Особливо це небезпечно вночі, під час сну.

Межа вибуховості природного газу

При контакті з повітрям, а точніше з його складової - киснем, природні гази здатні виникнення горючої суміші детонує суміш, яка може викликати вибух великої сили навіть від найменшого джерела вогню, наприклад, іскри від проводки або полум'я сірника, свічки. Якщо маса природного газу відносно невисока, то і температура спалахнення не буде високою, а ось сила вибуху залежить від тиску суміші, що вийшла: чим вище тиск газовоздушного складу, тим з більшою силою він вибухне.

Однак практично всі люди хоча б раз в житті стикалися з деякою витоком газу, виявленої за характерним запахом, і тим не менше ніяких вибухів не відбувалося. Справа в тому, що вибухнути природний газ може тільки при досягненні певних пропорцій з киснем. Є нижчий і вищий межа вибуховості.

Як тільки досягнуто нижча межа вибуховості природного газу (для метану це 5%), тобто концентрації, достатній для початку може статися вибух. Зменшення концентрації усуне можливість загоряння. Перевищення найвищої позначки (15% для метану) так само не дозволить початися реакції горіння, за браком повітря, а точніше - кисню.

Межа вибуховості природного газу зростає при підвищенні тиску суміші, а також в разі, якщо суміш містить інертні гази, наприклад азот.

Тиск природного газу в газопроводі не завжди однаковий, від 0,05 кгс / см 2 до 12 кгс / см 2.

Різниця між вибухом і горінням

Хоча на перший погляд здається, що вибух і горіння - дещо різні речі, насправді ці процеси однотипні. Єдине їх відмінність - це інтенсивність протікання реакції. Під час вибуху в приміщенні або будь-якому іншому замкнутому просторі реакція протікає неймовірно швидко. Детонационная хвиля поширюється зі швидкістю, в кілька разів перевищує швидкість звуку: від 900 до 3000 м / с.

Так як метан, який використовується в побутовому газопроводі, - газ природний, обсяг кисню, необхідний для займання, також підпорядковується загальним правилом.

Максимальна сила вибуху досягається в разі, якщо присутнього кисню теоретично досить для повного згоряння. Також повинні бути присутніми і інші умови: концентрація газу відповідає межі займання (вище від найнижчої межі, але нижче вищого) і присутній джерело вогню.

Струмінь газу без домішки кисню, тобто перевищує найвищу межу займання, вступаючи в повітря, буде горіти рівним полум'ям, фронт горіння поширюється зі швидкістю 0,2-2,4 м / с при нормальному атмосферному тиску.

властивості газів

Детонаційні властивості проявляються в вуглеводнях парафіну ряду від метану до гексана. Будова молекул і молекулярна маса визначають їх детонаційні властивості падають зі зменшенням молекулярної маси, а октанове число збільшується.

В входить кілька вуглеводнів. Перший з них - метан ( хімічна формула CH 4). Фізичні властивості газу такі: безбарвний, легший за повітря і не має запаху. Він досить горючий, але тим не менш досить безпечний в зберіганні, в разі, якщо повністю дотримана техніка безпеки. Етан (C 2 H 6) також не має кольору і запаху, але трохи важчий за повітря. Він горючий, але не використовується в якості палива.

Пропан (C 3 H 8) - отруйний газ без кольору і запаху, здатний скраплюватися при невеликому тиску. це корисна властивість дозволяє не тільки безпечно транспортувати пропан, але і виділяти його з суміші з іншими вуглеводнями.

Бутан (C 4 H 10): фізичні властивості газу близькі до пропану, проте його щільність вище, а по масі бутан удвічі важчий за повітря.

знайомі всім

Вуглекислий газ (CO 2) теж входить до складу природного. Фізичні властивості газу знають, мабуть, усі: не має запаху, але характерний кислим присмаком. Він входить в ряд газів з найменшою токсичністю і є єдиним (за винятком гелію) негорючим газом в складі природного.

Гелій (He) - дуже легкий газ, другий після водню, безбарвний і не має запаху. Він дуже інертний і в звичайних умовах не здатний реагувати з будь-яким речовиною, не бере і в процесі горіння. Гелій безпечний, нетоксичний, при підвищеному тиску, поряд з іншими інертними газами, вводить людину в стан наркозу.

Сірководень (H 2 S) - газ без кольору з характерним запахом тухлих яєць. Важкий і дуже отруйний, може викликати параліч нюхового нерва навіть при незначній концентрації. До того ж межа вибуховості природного газу дуже широкий, від 4,5% до 45%.

Є ще два вуглеводню, які по застосуванню близькі до природного газу, але в його склад не входять. Етилен (C 2 H 4) - близький за властивостями до етану, що володіє приємним запахом і не має кольору газ. Від етану його відрізняє менша щільність і горючість.

Ацетилен (C 2 H 2) - безбарвний вибухонебезпечний газ. Він дуже горючий, вибухає, якщо стався сильний стиск. Зважаючи на це ацетилен небезпечно використовувати в побуті, в основному ж використовується при зварювальних роботах.

застосування вуглеводнів

Як пальне в побутових газових приладах використовується метан.

Пропан і бутан служать паливом для автомобілів (наприклад, гібридних), а в зрідженому вигляді пропаном заправляють запальнички.

А ось етан рідко використовують як пальне, його основне призначення в промисловості - отримання етилену, який виробляється на планеті у величезних кількостях, адже саме він є сировиною для поліетилену.

Ацетилен служить для потреб металургії, з його допомогою досягаються високі температури для зварювання та різання металів. Так як він вкрай горючий, його неможливо використовувати в якості палива, і при зберіганні газу обов'язково суворе дотримання умов.

Хоча сірководень і токсичний, у вкрай малих кількостях він застосовується в медицині. Це так звані сірководневі ванни, дія яких заснована на антисептичних властивостях сірководню.

Основне корисне - його невелика щільність. Цим інертним газом користуються при польотах на аеростатах і дирижаблях, їм заповнюють летючі повітряні кульки, популярні серед дітей. Займання природного газу неможливо: гелій не горить, тому можна без остраху нагрівати його над відкритим вогнем. Водень, що сусідить з гелієм в таблиці Менделєєва, ще легше, проте легко займається. Гелій є єдиним газом, які не мають твердої фази ні за яких умов.

Правила користування газом в побуті

Кожна людина, що користується газовими приладами, зобов'язаний проходити інструктаж з техніки безпеки. Перше правило - стежити за справністю приладів, періодично перевіряти тягу і димар, якщо в приладі передбачено відведення продуктів згоряння. після виключення газового приладу потрібно закривати крани і перекривати вентиль на балоні, якщо є такий. У разі, якщо раптово перервався подача газу, а також при виявленні несправностей потрібно негайно телефонувати в газову службу.

Якщо в квартирі або іншому приміщенні відчувається запах газу, необхідно відразу ж припинити будь-яке було використання приладів, не включати електроприлади, відкрити вікно або кватирку для провітрювання, потім залишити приміщення і викликати аварійну службу (Телефон 04).

Правила користування газом в побуті важливо дотримуватися, адже найменша несправність може привести до плачевних наслідків.

вибухонебезпечність промислових підприємств визначається особливостями технологічного процесу і властивостями вибухонебезпечних речовин.
До особливостей технологічного процесу відносяться виробничі фактори, які визначаються призначенням і характером виконуваного процесу.
Так в хімічній, нафтовій, газовій та інших галузях промисловості в даний час використовується понад 2000 різних газів або парів, які в суміші з окислювачем (повітрям, киснем, хлором і т. Д.) Створюють пожежонебезпечні та вибухонебезпечні суміші. Подібними властивостями володіють і пилоповітряні суміші - дисперсні системи, що складаються з твердих частинок певних розмірів.
Для однозначної оцінки фізико-хімічних властивостей зазначених сумішей вводять певні поняття і визначення, розглянуті нижче.
горіння - складна хімічна реакція окислення, що супроводжується виділенням тепла і світла.
тління - горіння без світіння, зазвичай опознаваемое по появі диму.
вибух - швидке перетворення речовин (інакше, вибухове горіння), яке супроводжується виділенням енергії і утворенням стислих газів, здатних виробляти роботу.
Очевидно горіння або вибухове горіння (вибух) можливо при наявності трьох факторів:
а) горючої речовини (газу, пари або дисперсної системи, що складається з твердих частинок, тобто пилу);
б) окислювача (в даній області в якості окислювача розглядається тільки кисень повітря);
в) джерела запалювання.
Якщо хоча б один із зазначених факторів відсутній, то горіння (вибух) неможливо.
горючі речовини - речовини, здатні займатися джерела запалювання та самостійно горіти після його видалення.
горюча середовище - суміш горючих речовин з повітрям в певній концентрації.
В області електроустановок у вибухонебезпечних зонах як джерела запалювання розглядаються тільки ті, які безпосередньо пов'язані з нормальною роботою електрообладнання або при його несправності: нагріті поверхні; електричні дуги і іскри; полум'я. Джерело запалювання, нагріваючи горючу середу, забезпечує температурні умови виникнення горіння (вибуху).
Очевидно, горіння в певній мірі залежить також від умов навколишнього середовища (атмосферних умов).
Нормальні атмосферні умови відповідають тиску 101,3 кПа (760 мм рт. ст; 1013 мбар; 1 атм) і температурі 20 ° С. У нормальні атмосферні умови входять також коливання тиску і температури, які не перевищують і не можуть бути нижче еталонного 101,3 кПа при 20 ° С за умови, що ці коливання надають зневажливо малий вплив на вибухонебезпечні властивості горючих речовин.

2. Потенційно вибухонебезпечні середовища.

Вибухонебезпечна суміш (ВЗОС) - суміш з повітрям при нормальних атмосферних умовах горючого газу, пари, туману або горючого пилу, Волокон, здатна вибухати при виникненні джерела запалювання.
вибухонебезпечне середовище - середовище, яке утворює вибухонебезпечна суміш.
Пальним газом, пальним паром, пальним туманом називається газ, пар горючої рідини, що знаходяться в підвішеному стані в повітрі, краплі горючої рідини (туман), які в суміші з повітрям у відповідній пропорції утворюють вибухонебезпечне середовище - газову вибухонебезпечне середовище.
Дисперсна система, що складається з твердих частинок (пилу, волокон) розміром менше 850 мкм (0,85 мм), що знаходяться в підвішеному стані, яка в суміші з повітрям у відповідній пропорції утворює вибухонебезпечне середовище, називається горючим пилом, а неділя - пилоповітряної вибухонебезпечної середовищем.
Будь-яка вибухова система характеризується перш за все наявністю пального і окислювача.
Однією з характеристик такої системи є концентраційний межа вибуховості, тобто така концентрація палива в суміші, при якій ще можливе поширення вибухового горіння.
Межі вибуховості визначаються фізико-хімічними властивостями горючої суміші, наявністю в ній домішок, в тому числі інертних розріджувачів, і залежать від теплопровідності, теплоємності, теплотворення, тиску, температури і т.д.
розрізняють верхній концентраційний межа запалення (ВКМЗ) , Аналог - верхня межа вибуховості (ВПВ), і нижній концентраційний межа запалення (НКМЗ) , Аналоги - нижня межа вибуховості (НПВ) .
ВКМЗ (ВПВ) і НКМЗ (НПВ) - відповідно максимальна і мінімальна концентрація горючих газів, парів, пилу, волокон в повітрі, вище і нижче яких вибуху не відбудеться навіть при виникненні джерела ініціювання вибуху (джерела запалювання).
Більш вибухонебезпечними є газопаропилоповітряні суміші з маленькими значеннями НКМЗ (НПВ) і більш широким діапазоном меж вибуховості, тобто різницею між ВКМЗ (ВПВ) і НКМЗ (НПВ).
Концентрація в повітрі горючих газів і парів прийнята у відсотках до обсягу повітря, а концентрація пилу і волокон - в грамах на кубічний метр повітря.
Слід мати на увазі, що хоча суміші з концентрацією в них горючих речовин вище ВКМЗ (ВПВ) і не утворюють вибухонебезпечного середовища, необхідно зважати на їх небезпекою, тому що до досягнення свого верхньої межі концентрація повинна пройти весь діапазон займання.

3. Горючі речовини.

Горючі речовини, в залежності від реальної небезпеки вибухонебезпечного середовища при їх застосуванні в виробничих умовах, підрозділяються на вибухонебезпечні і пожежонебезпечні .

Горючі гази:

Горючі гази відносяться до вибухонебезпечних при будь-якій температурі навколишнього середовища.
Залежно від відносної щільності, тобто відносини об'ємної маси газу до об'ємної маси повітря при тиску 101,3 кПа і температурі 20 ° С, горючі гази поділяються на легкі (0,8 і менше) і важкі (Понад 0,8).
Горючий газ, який при температурі навколишнього середовища менше 20 ° С або при тиску понад 100 кПа або при спільній дії обох цих факторів звертається в рідину, називається зрідженим газом. установки з зрідженими газами у вимогах глави 7.3 ПУЕ прирівняні до установок з важкими газами.
Дані щодо межі вибуховості деяких газів і парів при тиску 101,3 кПа і температурі суміші 20 ° С наведені в табл. .

горючі пилу

Горючі пил та волокна з НКМЗ не більше 65г / м 3 віднесені до вибухонебезпечних, а з НКМЗ більше 65 г / м 3 - до пожежонебезпечних.
Окремі показники пожежо-вибухонебезпечності горючих пилу дані в табл. .

Горючі рідини:
Горючі рідини в залежності від величини температури спалаху парів поділяються на легкозаймисті та горючі.
Легкозаймиста рідина (ЛЗР) – горюча рідина, Здатна займатися від короткочасного (до 30с) впливу джерела підпалювання з низькою енергією (полум'я сірника, іскри, тліючої цигарки і т.п.) і має температуру спалаху не вище 61 ° С.
Горюча рідина (ГР) - рідина, здатна займатися джерела підпалювання, самостійно горіти після його видалення і має температуру спалаху більше 61 ° С.
До вибухонебезпечним відносяться ЛЗР, у яких температура спалаху не перевищує 61 ° С, а тиск парів при температурі 20 ° С становить менше 100 кПа, і нагріті в умови виробництва до і вище температури спалаху ГР.
температурою спалаху називається сама низька температура горючої рідини, при якій в умовах спеціальних випробувань над її поверхнею утворюються пари, які здатні спалахувати від джерела підпалювання, але швидкість їх утворення ще недостатня для стійкого горіння.
При подальшому нагріванні рідини збільшується швидкість пароутворення і при певній температурі досягає такої величини, що раз підпалена суміш продовжує горіти після видалення джерела підпалювання. Найменша температура речовини, при якій вона виділяє горючі пари або гази з такою швидкістю, що після їх підпалювання виникає стійке горіння, називається температурою займання.
Температура займання вище температури спалаху приблизно на 1 - 5 ° С для ЛЗР і на 30 - 35 ° С для ГР.
Вибухонебезпечна газове середовище не утворюється, якщо температура спалаху значно перевищує максимально можливу температуру рідини в умовах виробництва. Однак, в деяких випадках горюча рідина викидається у вигляді туману, який при температурі, меншій, ніж температура спалаху, може утворити вибухонебезпечну газову середу.
Межі вибуховості парів горючих рідин в повітрі можуть характеризуватися також температурними межами вибуховості.
Нижній температурний межа вибуховості (НТПВ) - найнижча температура рідини, при якій насичені пари її з повітрям в замкнутому просторі утворюють суміш, здатну займатися при піднесенні до неї джерела запалення. Концентрація парів при НТПВ відповідає нижньому концентраційного межі вибуховості.
Верхній температурний межа вибуховості (ВТПВ) - найвища температура рідини, при якій насичені пари її з повітрям в замкнутому просторі утворюють суміш, здатну зайнятися при піднесенні до неї джерела запалення. При більш високій температурі утворюється суміш насичених парів рідини з повітрям, не здатна горіти. Концентрація парів при ВТПВ відповідає верхньому концентраційного межі вибуховості.
Для оцінки горючих і легкозаймистих рідин в закритих ємкостях та апаратах рекомендується користуватися температурними межами, а в умовах приміщень і на повітрі, де можуть утворюватися концентрації парів в ненасиченому стані, необхідно знати і концентраційні межі вибуховості.

Самозаймання і тління
Швидкість екзотермічної реакції окислення залежить від температури нагріву суміші горючої речовини з повітрям. При невисокій температурі, а, отже, малій швидкості реакції виділилося тепло розсіюється в навколишнє середовище і самонагрівання суміші не відбувається. При нагревах суміші до більш високої температури швидкість реакції значно збільшується, не всі виділилося тепло встигає відводитися в навколишнє середовище і починається самонагрівання суміші. В результаті самонагрівання суміш, уже без зовнішнього джерела тепла, нагрівається до виникнення стійких процесів полум'яного горіння або тління (для тліючих пилу), які можуть поширитися по суміші до повного її вигоряння.
Ті мінімальні температури горючої речовини, при яких в умовах спеціальних випробувань відбувається різке збільшення швидкості екзотермічних реакцій, закінчується виникненням тління або полум'яного горіння, називаються температурою тління і температурою самозаймання, відповідно.
При поширенні горіння тепло, що виділилося в результаті реакції, витрачається на нагрів свіжої суміші, ініціюючи в ній горіння, і частково втрачається в навколишньому просторі.
Якщо з якої-небудь причини втрати тепла перевищать тепловиділення, відбудеться прогресивне зниження температури і поширення горіння припиниться.
На підставі цього конструюються всілякі сітчасті і щілинні вогнеперепинювачів, призначені для запобігання поширенню горіння або передачі вибуху, який виник в оболонках, в навколишнє середовище.

Контрольні питання

1. Дати визначення понять: "тління", "горіння", "вибух" і вказати фактори, їх реалізують.
2. Що є вибухонебезпечною сумішшю, вибухонебезпечним середовищем?
3. Що є джерелом запалювання у вибухонебезпечних зонах?
4. Що утворює вибухонебезпечну газову середу?
5. Чим утворюється пилоповітряна вибухонебезпечне середовище?
6. Дати визначення НКМЗ і ВКМЗ (НПВ і ВПВ).
7. Як оцінюється небезпечна ВЗОС за значеннями НКМЗ і ВКМЗ?
8. Дати визначення горючих газів і їх класифікацію на легкі, важкі і зріджені.
9. Дати визначення горючих рідин і їх класифікацію на ЛЗР і ГР.
10. Дати визначення НТПВ і ВТПВ і їх використання для оцінки газопароповітряних ВЗОС.
11. Дати визначення понять: "температура спалаху", "температура займання".
12. Що таке самозаймання і тління? Дати визначення температури самозаймання і температури тління.