3 июня 2011

–	Нижний предел взрываемости	Верхний предел взрываемости
Бензин Б-70	0,8	5,1
Керосин тракторный	1,4	7,5
Пропан	2,1	9,5
н-Бутан	1,5	8,5
Метан	5	15
Аммиак	15	28
Сероводород	4,3	45,5
Окись углерода	12,5	75
Водород	4	75
Ацетилен	2	82

Взрыв — мгновенное химическое превращение, сопровождающееся выделением энергии и образованием сжатых газов.

При взрывах газо-воздушных смесей выделяется большое количество тепла и образуется большое количество газов.

Газы за счет выделившегося тепла нагреваются до высокой температуры, резко увеличиваются в объеме и, расширяясь, давят с большой силой на ограждающие конструкции зданий или стенки аппаратов, в которых происходит взрыв.

Давление в момент взрыва газовых смесей достигает 10 кгс/см 2 , температура колеблется в пределах 1500—2000° С, а скорость распространения взрывной волны достигает нескольких сотен метров в секунду. Взрывы, как правило, вызывают большие разрушения и пожары.

Пожароопасные свойства горючих веществ характеризуются рядом показателей: температурой вспышки, воспламенения, самовоспламенения и др.

К другим свойствам горючих веществ относятся давление взрыва, минимальное взрывоопасное содержание кислорода, ниже которого вослламенение и горение смеси становятся невозможными при любой концентрации горючего вещества в смеси, характер взаимодействия со средствами пожаротушения и др.

«Охрана труда и техника безопасности в газовом хозяйстве»,
А.Н. Янович, А.Ц. Аствацатуров, А.А. Бусурин

Показатели Метан Пропан н-Бутан Авиационный бензин Керосин тракторный Масло индустриальное Температура вспышки паров, °С —188 — —77 —34 27 200 Температура самовоспламенения, °С 537 600—588 490—569 300 250 380 Концентрационные пределы воспламенения, % по объему 6,3—15 2,2—9,5 1,9—8,5 0,8—5,2 1,4—7,5 1—4 Температурные пределы воспламенения паров над жидкостью, °С —188/+180 — —(77/52) —(34/4) 27—69 146—191 Скорость…

Взрывоопасные концентрации сжиженных и природных газов образуются во время отключения трубопроводов, резервуаров и аппаратов, когда газ удален не полностью и при его смешивании с поступающим воздухом создается взрывоопасная смесь. В связи с этим до начала работ газопроводы и резервуары промывают водой, пропаривают, продувают инертным газом. Чтобы из других резервуаров или трубопроводов не попал газ, ремонтируемые…

Анализ пожаров, происшедших на эксплуатируемых кустовых базах сжиженного газа, свидетельствует о том, что основными типами аварий являются следующие: наличие утечек газа, разрывы трубопроводов и гибких шлангов, пробои фланцевых соединений и срывы заглушек, пробои сальниковых уплотнений на запорной арматуре, неплотно закрытые вентили, разрушение емкостей сжиженного газа вследствие их переполнения; различные поломки на трубопроводах и резервуарах (разрушение…

При испарении газа происходит образование взрывоопасной газовоздушной смеси. При авариях в помещениях взрывоопасные концентрации газа возникают в первую очередь, вблизи места утечки газа, а затем распространяются по всему помещению. При испарении газа на открытых площадках вблизи места утечки образуется зона загазованности, распространяющаяся по территории склада. Величина зоны загазованности при аварийном истечении газа зависит от многих…

Главная трудность при тушении пожаров газов — борьба с загазованностью и повторным воспламенением после тушения пожара. Ни одно из известных средств тушения не устраняет опасности загазованности и повторного воспламенения. Основная задача при борьбе с пожарами газов — локализация пожара. Она должна осуществляться путем ограничения времени истечения и объема вытекающего газа, а так-же путем тепловой защиты…

Что такое нижний и верхний пределы взрываемости (НПВ и ВПВ)?

Для образования взрывоопасной атмосферы необходимо наличие воспламеняющегося вещества в определённой концентрации.

В основном, для воспламенения всех газов и паров необходим кислород. При избытке кислорода и его недостатке смесь не воспламенится. Единственным исключением является ацетилен, для воспламенения которого не требуется кислород. Низкая и высокая концентрация называется "пределом взрываемости".

Нижний предел взрываемости (НПВ): предел концентрации газо-воздушной смеси, ниже которой газо-воздушная смесь не может воспламенится.
Верхний предел взрываемости (ВПВ): предел концентрации газо-воздушной смеси, выше которой газо-воздушная смесь не может воспламенится.

Пределы взрываемости для взрывоопаснной среды:

Если концентрация вещества в воздухе слишком низкая (обеднённая смесь) или слишком высокая (насыщенная смесь), то взрыва не произойдёт, а скорее всего, может произойти реакция медленного сгорания или же её вообще не произойдёт.
Реакция воспламенения с последующей реакцией взрыва произойдёт в диапазоне между нижним (НПВ) и верхними (ВПВ) пределами взрываемости.
Пределы взрываемости зависят от давления окружающей атмосферы и концентрации кислорода в воздухе.

Примеры нижнего и верхнего пределов взрываемости для различных газов и паров:

Пыль, также является взрывоопасной, при определённых концентрациях:

Нижний предел взрываемости пыли: в пределах приблизительно от 20 до 60 г/м3 воздуха.
Верхний предел взрываемости пыли: в пределах приблизительно от 2 до 6 кг/м3 воздуха.

Эти параметры могут изменяться для разных типов пыли. Особо воспламеняющиеся виды пыли могут образовывать воспламеняющуюся смесь в концентрациях вещества менее 15 г/м3.

Основные физико-химические понятия взрывов в доменных и сталеплавильных цехах

Взрывы в доменных и мартеновских цехах вызываются разными причинами, но все они являются результатом быстрого перехода (превращения) вещества из одного состояния в другое, более устойчивое, сопровождающееся выделением тепла, газообразных продуктов и повышением давления в месте взрыва.

Основным признаком взрыва является внезапность и резкое повышение давления в среде, окружающей место взрыва.

Внешним признаком взрыва является звук, сила которого зависит от скорости перехода вещества из одного состояния в другое. В зависимости от силы звука различаются хлопки, взрывы и детонация. Хлопки отличаются глухим звуком, большим шумом или характерным треском. Скорость превращений в объеме вещества при хлопках не превышает нескольких десятков метров в секунду.

При взрывах издается отчетливый звук; скорость распространения превращений в объеме вещества значительно выше, чем при хлопках,—несколько тысяч метров в секунду.

Наибольшая скорость перехода вещества из одного состояния в другое получается при детонации. Этот вид взрывов характеризуется одновременным воспламенением вещества во всем объеме, причем мгновенно выделяется наибольшее количество тепла и газов и совершается максимальная работа разрушения. Отличительная особенность этого вида взрывов — почти полное отсутствие периода нарастания давления в среде вследствие огромной скорости превращений, достигающей нескольких десятков тысяч метров в секунду.

Взрывы газов

Взрыв представляет собой один из видов процесса горения, при котором реакция горения протекает бурно и с большими скоростями.

Горение газов и паров горючих веществ возможно только в смеси с воздухом или кислородом; время горения складывается из двух стадий: смешения газа с воздухом или кислородом и собственно процесса горения. Если смешение газа с воздухом или кислородом происходит во время процесса горения, то скорость его небольшая и зависит от поступления кислорода и горючего газа в зону горения. Если же газ и воздух смешаны заранее, то процесс горения такой смеси протекает бурно и одновременно во всем объеме смеси.

Первый вид горения, называемый диффузионным, получил широкое распространение в заводской практике; он применяется в различных топках, печах, аппаратах, где используется тепло для нагревания материалов, металлов, полуфабрикатов или изделий.

Второй вид горения, когда смешение газа с воздухом происходит до начала горения, называется взрывчатым, а смеси взрывоопасными. Такой вид горения в заводской практике применяется редко; он возникает иногда самопроизвольно.

При спокойном горении образующиеся газообразные продукты, нагретые до высокой температуры, свободно увеличиваются в объеме и отдают свое тепло на пути от топки к дымовым устройствам.

При взрывчатом горении процесс протекает «мгновенно»; завершается в доли секунды во всем объеме смеси. Нагретые до высокой температуры продукты горения также «мгновенно» расширяются, образуют ударную волну, которая с большой скоростью распространяется во все стороны и производит механические разрушения.

Наиболее опасными являются взрывчатые смеси, возникающие неожиданно и самопроизвольно. Такие смеси образуются в пылеуловителях, газовых каналах, газопроводах, горелках и других газовых устройствах доменных, мартеновских и других цехов. Они также образуются вблизи газовых устройств в местах, где отсутствует движение воздуха, а газы через неплотности просачиваются наружу. В таких местах взрывоопасные смеси воспламеняются от постоянных или случайных источников огня и тогда неожиданно возникают взрывы, травмирующие людей и причиняющие большой ущерб производству.

Пределы взрываемости газов

Взрывы газо-воздушных смесей происходят лишь при определенных содержаниях газа в воздухе или кислороде, причем каждый газ имеет свои, присущие ему одному, пределы взрываемости — нижний и верхний. Между нижним и верхним пределами все смеси газа с воздухом или кислородом взрывоопасны.

Нижний предел взрываемости характеризуется наименьшим содержанием газа» в воздухе, при котором смесь начинает взрываться; верхний — наибольшим содержанием газа в воздухе, выше которого смесь теряет свойства взрываемости. Если содержание газа в смеси с воздухом или кислородом будет меньше нижнего предела или больше верхнего, то такие смеси не взрывоопасны.

Например, нижний предел взрываемости водорода в смеси с воздухом равен 4,1% и верхний 75% по объему. Если водорода меньше 4,1%, то смесь его с воздухом не взрывоопасна; она не взрывоопасна и в том случае, если водорода в смеси больше 75%. Все смеси водорода с воздухом становятся взрывоопасными, если содержание в них водорода находится в пределах от 4,1% до 75%.

Необходимым условием образования взрыва является также воспламенение смеси. Все горючие вещества воспламеняются лишь тогда, когда они нагреты до температуры воспламенения, которая также является очень важной характеристикой всякого горючего вещества.

Например, водород в смеси с воздухом самовоспламеняется и происходит взрыв, если температура смеси станет больше или равной 510° С. Однако не обязательно, чтобы весь объем смеси был нагрет до 510° С. Взрыв произойдет, если до температуры самовоспламенения будет нагрета хотя бы небольшая часть смеси.

Процесс самовоспламенения смеси от источника огня происходит в следующем порядке. Ввод в газо-воздушную смесь источника огня (искры, пламени горящего дерева, выброса из печи раскаленного металла или шлака и т. п.) приводит к нагреву частиц смеси, окружающих источник огня до температуры самовоспламенения. В результате в прилегающем слое смеси возникнет процесс воспламенения, произойдет нагрев и расширение слоя; тепло передается соседним частицам, они также воспламенятся и передадут свое тепло расположенным дальше частицам и т. д. При этом самовоспламенение всей смеси происходит настолько быстро, что слышится один звук хлопка или взрыва.

Непременное условие всякого горения или взрыва состоит в том, чтобы количество выделяющегося тепла было достаточно для нагрева среды до температуры самовоспламенения. Если тепла будет выделяться недостаточно, то горение и, следовательно, взрыв не произойдет.

В тепловом отношении пределы взрываемости являются границами, когда при сгорании смеси выделяется так мало тепла, что его недостаточно, чтобы нагреть среду горения до температуры самовоспламенения.

Например, при содержании водорода в смеси меньше 4,1% при горении выделяется так мало тепла, что среда не нагревается до температуры самовоспламенения 510° С. В такой смеси содержится очень мало горючего (водорода) и очень много воздуха.

То же самое происходит, если в смеси содержание водорода будет больше 75%. В такой смеси находится очень много горючего вещества (водорода), но очень мало необходимого для горения воздуха.

Если всю газо-воздушную смесь нагреть до температуры самовоспламенения, то газ воспламенится без поджигания при любых соотношениях его с воздухом.

В табл. 1 приводятся пределы взрываемости ряда газов и паров, а также их температуры самовоспламенения.

Пределы взрываемости газов в смеси с воздухом меняются в зависимости от начальной температуры смеси, ее влажности, мощности источника зажигания и др.

Таблица 1. Пределы взрываемости некоторых газов и паров при температуре 20° и давлении 760 мм ртутного столба

При повышении температуры смеси пределы взрываемости расширяются — нижний понижается, а верхний увеличивается.

Если газ состоит из нескольких горючих газов (генераторный, коксовый, смесь коксового и доменного и т. п.), то пределы взрываемости таких смесей находят расчетом, пользуясь формулой правила смешения Ле-Шателье:

где а — нижний или верхний предел взрываемости смеси газов с воздухом в объемных процентах;

k1,k2,k3,kn — содержание газов в смеси в объемных процентах;

n1,n2,n3,nn — нижний или верхний пределы взрываемости соответствующих газов в объемных процентах.

Пример. В газовой смеси содержатся: водород (Н2)— 64%, метан (СН4) — 27,2%, окись углерода (СО) —6,45% и тяжелый углеводород (пропан) —2,35%, т. е. kx = 64; k2 = 27,2; k3 = 6,45 и k4 = 2,35.

Определим нижний и верхний пределы взрываемости газовой смеси. В табл. 1 находим нижний и верхний пределы взрываемости водорода, метана, окиси углерода и пропана и их значения подставим в формулу (1).

Нижние пределы взрываемости газов:

n1 = 4,1%; n2 = 5,3%; п3= 12,5% и n4 = 2,1%.

Нижний предел aн = 4,5%

Верхние пределы взрываемости газов:

n1 = 75%; n2 = 15%; n3 = 75%; n4 = 9,5%.

Подставляя эти значения в формулу (1), находим верхний предел ав = 33%

Пределы взрываемости газов с большим содержанием инертных негорючих газов — углекислоты (С02), азота (N2) и паров воды (Н20) — удобно находить по кривым диаграммы, построенным на основании опытных данных (рис. 1).

Пример. Пользуясь диаграммой на рис. 1, найдем пределы взрываемости для генераторного газа следующего состава: водорода (Н2) 12,4%, окиси углерода (СО) 27,3%, метана (СН4) 0,7%, углекислого газа (С02) 6,2% и азота (N2) 53,4%.

Распределим инертные газы С02 и N2 между горючими; углекислый газ присоединим к водороду, тогда суммарный процент этих двух газов (Н2 + С02) будет 12,4 + 6,2=18,6%; азот присоединим к окиси углерода, суммарный процент их (СО + N2) будет 27,3 + + 53,4 = 80,7%. Метан учтем отдельно.

Определим в каждой сумме двух газов отношение инертного газа к горючему. В смеси водорода и углекислого газа отношение составит 6,2/12,4= 0,5, а в смеси окиси углерода и азота отношение 53,4/27,3= 1,96.

На горизонтальной оси диаграммы рис. 1 находим точки, соответствующие 0,5 и 1,96 и проводим вверх перпендикуляры до встречи с кривыми (Н2 + С02) и (CO + N2).

Рис. 1. Диаграмма для нахождения нижнего и верхнего пределов взрываемости горючих газов в смеси с инертными газами

Первое пересечение с кривыми произойдет в точках 1 и 2.

Проводим из этих точек горизонтальные прямые до встречи с вертикальной осью диаграммы и находим: для cмеси (Н2 + С02) нижний предел взрываемости aн = = 6%, а для смеси газов (СО + N2) ан = 39,5%.

Продолжая перпендикуляр вверх, пересекаем те же кривые в точках 3 и 4. Проводим из этих точек горизонтальные прямые до встречи с вертикальной осью диаграммы и находим верхние пределы взрываемости смесей aв, которые.соответственно равны 70,6 и 73% .

По табл. 1 находим пределы взрываемости метана ан = 5,3% и ав = 15%. Подставляя полученные верхние и нижние пределы взрываемости смесей горючего и инертного газов и метана в общую формулу Ле-Шателье, находим пределы взрываемости генераторного газа.

Метан , или «рудничный газ», природный газ без цвета и без запаха. Химическая формула - CH 4 . В ноябре 2011 года метан угольных пластов признан самостоятельным полезным ископаемым и внесен в Общероссийский классификатор полезных ископаемых и подземных вод.

Метан содержится в разных формах (от свободной до связанной) в угле и вмещающих породах и образовался там на стадии углефикации органических останков и метаморфизации углей. В выработки метан выделяется преимущественно из угля (есть месторождения, где относительное метановыделение превышает 45 м³ метана на тонну угля, отмечены также случаи метановыделения порядка 100 м³/т), в основном - в процессе его разрушения (отбойки), реже - из естественных полостей-резервуаров.

В шахтах метан скапливается в пустотах среди пород, в основном, под кровлей выработок и может создавать взрывоопасные метановоздушные смеси. Для взрыва необходимо, чтобы концентрация метана в рудничной атмосфере была от 5 до 16 %; самая взрывоопасная концентрация - 9,5 %. При концентрации более 16 % метан просто горит, без взрыва (при наличии притока кислорода); до 5-6 % - горит в присутствии источника тепла. При наличии в воздухе взвешенной угольной пыли может рвануть и при меньшей, чем 4-5 %, концентрации.

Причиной взрыва может стать открытый огонь, горячая искра. В старину шахтёры брали с собой в шахту клетку с канарейкой, и пока слышалось пение птицы можно было работать спокойно: в шахте нет метана. Если же канарейка замолкала на долгое время, а еще хуже - навсегда, значит - рядом смерть. В начале XIX века известный химик Х. Дэви изобрел безопасную шахтерскую лампу, затем на смену ей пришло электричество, но взрывы на угольных шахтах продолжались.

В настоящее время концентрация метана в рудничной атмосфере контролируется автоматическими системами газовой защиты. На газоносных пластах предпринимаются меры по дегазации и изолированному газоотводу.

В СМИ часто оперируют фразами «шахтеры отравились метаном» и т. п. Налицо неграмотная интерпретация фактов удушения, вызванных уменьшением концентрации кислорода в насыщенной метаном атмосфере. Сам же метан - нетоксичен .

В сообщениях СМИ , художественной литературе и даже опытные горняки метан ошибочно называют «гремучим газом». На самом деле гремучий газ - это смесь водорода и кислорода. При поджигании они соединяются почти мгновенно, происходит сильный взрыв. А метан испокон веков назывался «рудничным» (или «болотным», если речь не о шахте) газом.

Метан горюч, что обуславливает возможность его применения в качестве топлива. Возможно использование метана для заправки автомобильного транспорта, а также на тепловых электростанциях. В химической промышленности метан применяется как углеводородное сырьё.

Большинство отечественных шахт выбрасывают метан в атмосферу и только некоторые внедрили или внедряют установки для его утилизации. За рубежом ситуация обратная. Более того, активно внедряются проекты скважинной добычи пластового метана, в том числе в рамках предварительной дегазации шахтных полей.

Взрывоопасная концентрация природного газа

Метан, или «рудничный газ», природный газ без цвета и без запаха. Химическая формула - CH 4 . В ноябре 2011 года метан угольных пластов признан самостоятельным полезным ископаемым и внесен в

Опасные свойства природного газа

Опасные свойства природного газа.

Токсичность (опасные свойства природного газа). Опасным свойством природных газов является их токсичность, зависящая от состава газов, способности их при соединении с воздухом образовывать взрывоопасные смеси, воспламеняющиеся от электрической искры, пламени и других источников огня.

Чистые метан и этан не ядовиты, но при недостатке кислорода в воздухе вызывают удушье.

Взрываемость (опасные свойства природного газа). Природные газы при соединении с кислородом и воздухом образуют горючую смесь, которая при наличии источника огня (пламени, искры, раскаленных предметов) может взрываться с большой силой. Температура воспламенения природных газов тем меньше, чем выше молекулярная масса. Сила взрыва возрастает пропорционально давлению газовоздушной смеси.

Природные газы могут взрываться лишь при определенных пределах концентрации газа в газовоздушной смеси: от некоторого минимума (низший предел взрываемости) до некоторого максимума (высший предел взрываемости).

Низший предел взрываемости газа соответствует такому содержанию газа в газовоздушной смеси, при котором дальнейшее уменьшение его делает смесь невзрываемой. Низший предел характеризуется количеством газа, достаточным для нормального протекания реакции горения.

Высший предел взрываемости соответствует такому содержанию газа в газовоздушной смеси, при котором дальнейшее его увеличение делает смесь невзрываемой. Высший предел характеризуется содержанием воздуха (кислорода), недостаточным для нормального протекания реакции горения.

С повышением давления смеси значительно возрастают пределы ее взрываемости. При содержании инертных газов (азот и др.) пределы воспламеняемости смесей также возрастают.

Горение и взрыв - однотипные химические процессы, но резко отличающиеся по интенсивности протекающей реакции. При взрыве реакция в замкнутом пространстве (без доступа воздуха к очагу воспламенения взрывоопасной газовоздушной смеси) происходит очень быстро.

Скорость распространения детонационной волны горения при взрыве (900-3000 м/с) в несколько раз превышает скорость звука в воздухе при комнатной температуре.

Сила взрыва максимальна, когда содержание воздуха в смеси приближается к количеству, теоретически необходимому для полного сгорания.

При концентрации газа в воздухе в пределах воспламенения и при наличии источника воспламенения произойдет взрыв; если же газа в воздухе меньше нижнего предела или больше верхнего предела воспламенения, то смесь не способна взорваться. Струя газовой смеси с концентрацией газа выше верхнего предела воспламенения, поступая в объем воздуха и смешиваясь с ним, сгорает спокойным пламенем. Скорость распространения фронта волны горения при атмосферном давлении составляет около 0,3-2,4 м/с. Нижнее значение скоростей - для природных газов, верхнее - для водорода.

Детонационные свойства углеводородов парафинного ряда. Детонационные свойства проявляются от метана до гексана, октановое число которых зависит как от молекулярной массы, так и то строения самих молекул. Чем меньше молекулярная масса углеводорода, тем меньше его детонационные свойства, тем выше его октановое число.

Свойства отдельных составляющих природного газа (рассмотрим подробный состав природного газа)

Метан (Cp) – это бесцветный газ без запаха, легче воздуха. Горюч, но всё же его можно хранить с достаточной лёгкостью.
Этан (C2p) – бесцветный газ без запаха и цвета, чуть тяжелее воздуха. Также горюч, но не используется как топливо.
Пропан (C3H8) – бесцветный газ без запаха, ядовит. У него имеется полезное свойство: пропан сжижается при небольшом давлении, что позволяет легко отделять его от примесей и транспортировать.
Бутан (C4h20) – по свойствам близок к пропану, но имеет более высокую плотность. Вдвое тяжелее воздуха.
Углекислый газ (CO2) – бесцветный газ без запаха, но с кислым вкусом. В отличие от других компонентов природного газа (за исключением гелия), углекислый газ не горит. Углекислый газ – один из самых малотоксичных газов.
Гелий (He) – бесцветный, очень лёгкий (второй из самых лёгкий газов, после водорода) без цвета и запаха. Крайне инертен, при нормальных условиях не реагирует ни с одним из веществ. Не горит. Не токсичен, но при повышенном давлении может вызывать наркоз, как и другие инертные газы.
Сероводород (h3S) – бесцветный тяжелый газ с запахом тухлых яиц. Очень ядовит, даже при очень маленькой концентрации вызывает паралич обонятельного нерва.
Свойства некоторых других газов, не входящих в состав природного газа, но имеющих применение, близкое к применению природного газа
Этилен (C2p) – Бесцветный газ с приятным запахом. По свойствам близок к этану, но отличается от него меньшей плотностью и горючестью.
Ацетилен (C2h3) – чрезвычайно горючий и взрывоопасный бесцветный газ. При сильном сжатии способен взрываться. Он не используется в быту из-за очень большого риска пожара или взрыва. Основное применение – в сварочных работах.

Метан используется как горючее в газовых плитах. Пропан и бутан – в качестве топлива в некоторых автомобилях. Также сжиженным пропаном заполняют зажигалки. Этан в качестве горючего используют редко, основное его применение – получение этилена. Этилен является одним из самых производимых органических веществ в мире. Он является сырьём для получения полиэтилена. Ацетилен используется для создания очень высокой температуры в металлургии (сверка и резка металлов). Ацетилен очень горюч, поэтому в качестве топлива в автомобилях не используется, да и без этого условия его хранения должны строго соблюдаться. Сероводород , несмотря на его токсичность, в малых количествах применяется в т.н. сероводородных ваннах. В них используются некоторые антисептические свойства сероводорода.
Основным полезным свойством гелия является его очень маленькая плотность (в 7 раз легче воздуха). Гелием заполняют аэростаты и дирижабли. Водород ещё более лёгок, чем гелий, но в то же время горюч. Большую популярность среди детей имеют воздушные шарики, надуваемые гелием.

Все углеводороды при полном окислении (избыток кислорода) выделяют углекислый газ и воду. Например:
Cp + 3O2 = CO2 + 2h3O
При неполном (недостаток кислорода) – угарный газ и воду:
2Cp + 6O2 = 2CO + 4h3O
При ещё меньшем количестве кислорода выделяется мелкодисперсный углерод (сажа):
Cp + O2 = C + 2h3O.
Метан горит голубым пламенем, этан – почти бесцветным, как спирт, пропан и бутан – жёлтым, этилен – светящимся, угарный газ – светло-голубым. Ацетилен – желтоватым, сильно коптит. Если у Вас дома стоит газовая плита и вместо обычного голубого пламени вы видите жёлтое – знайте, это метан разбавляют пропаном.

Гелий , в отличие от любого другого газа, не существует в твёрдом состоянии.
Веселящий газ – это тривиальное название закиси азота N2O.

Опасные свойства природного газа

Опасные свойства природного газа. Токсичность (опасные свойства природного газа). Взрываемость (опасные свойства природного газа).

ООО «СиБ Контролс»

Пределы взрываемости (НПВ и ВПВ)

Что такое нижний и верхний пределы взрываемости (НПВ и ВПВ)?

Нижний предел взрываемости (НПВ): предел концентрации газо-воздушной смеси, ниже которой газо-воздушная смесь не может воспламенится.
Верхний предел взрываемости (ВПВ): предел концентрации газо-воздушной смеси, выше которой газо-воздушная смесь не может воспламенится.

Пределы взрываемости для взрывоопаснной среды:

Примеры нижнего и верхнего пределов взрываемости для различных газов и паров:

Пыль, также является взрывоопасной, при определённых концентрациях:

Нижний предел взрываемости пыли: в пределах приблизительно от 20 до 60 г/м3 воздуха.
Верхний предел взрываемости пыли: в пределах приблизительно от 2 до 6 кг/м3 воздуха.

Существуют три подкатегории категории II: IIA, IIB, IIC. Каждая последующая подкатегория включает (может заменить) предшествующую, то есть, подкатегория С является высшей и соответствует требованиям всех категорий – А, В и С. Она, таким образом, является самой «строгой».

В системе МЭКEx (IECEx) предусмотрено три категории: I, II и III.
Из категории II выделена пыль в III категорию. (Категория II – для газов, категория III – для пыли.)

В системе NEC и CEC предусмотренна более расширенная классификация взрывоопасных смесей газов и пыли для обеспечения большей безопасности по классам и подгруппам (Class I Group A; Class I Group B; Class I Group C ;Class I Group D ;Class I Group E; Class II Group F; Class II Group G). Так например, для угольных шахт изготавливается с двойной маркировкой: Class I Group D (для метана); Class II Group F (для угольной пыли).

Характеристики взрывоопасных смесей

Для многих распространенных взрывоопасных смесей экспериментальным путем построены так называемые характеристики воспламенения. Для каждого топлива существует минимальная энергия поджигания (МЭП), которая соответствует идеальной пропорции топлива и воздуха, в которой смесь легче всего воспламеняется. Ниже МЭП поджигание невозможно при любой концентрации. Для концентрации ниже, чем величина, соответствующая МЭП, количество энергии, требующейся для воспламенения смеси, увеличивается до тех пор, пока значение концентрации не станет меньше значения, при котором смесь не может воспламениться из-за малого количества топлива. Эта величина называется нижней границей взрыва (НГВ). Аналогичным образом при увеличении концентрации количество необходимой для воспламенения энергии растет, пока концентрация не превысит значения, при котором воспламенение не может произойти из-за недостаточного количества окислителя. Это значение называется верхней границей взрыва (ВГВ).

С практической точки зрения, НГВ является более важной и существенной величиной, чем ВГВ, потому что она устанавливает в процентном отношении минимальное количество топлива, необходимого для образования взрывоопасной смеси. Эта информация важна при классификации опасных зон.

Согласно ГОСТу, действует следующая классификация по температуре самовоспламенения:

Т1 – водород, водяной газ, светильный газ, водород 75% + азот 25%»;
Т2 – ацетилен, метилдихлорсилан;
Т3 – трихлорсилан;
Т4 – не применяется;
Т5 – сероуглерод;
Т6 – не применяется.

Т1 – аммиак, …, ацетон, …, бензол, 1,2-дихлорпропан, дихлорэтан, диэтиламин, …, доменный газ, изобутан, …, метан (промышленный, с содержанием водорода в 75 раз большим, чем в рудничном метане), пропан, …, растворители, сольвент нефтяной, спирт диацетоновый,…, хлорбензол, …, этан;
Т2 – алкилбензол, амилацетат, …, бензин Б95\130, бутан, …растворители…, спирты, …, этилбензол, циклогексанол;
Т3 – бензины А-66, А-72, А-76, «галоша», Б-70, экстракционный. Бутилметакрилат, гексан, гептан, …, керосин, нефть, эфир петролейный, полиэфир, пентан, скипидар, спирты, топливо Т-1 и ТС-1, уайт-спирит, циклогексан, этилмеркаптан;
Т4 – ацетальдегид, альдегид изомасляный, альдегид масляный, альдегид пропионовый, декан, тетраметилдиаминометан, 1,1,3 – триэтоксибутан;
Т5 и Т6 – не применяются.

Т1 – коксовый газ, синильная кислота;
Т2 – дивинил, 4,4 – диметилдиоксан, диметилдихлорсилан, диоксан, …, нитроциклогексан, окись пропилена, окись этилена, …, этилен;
Т3 – акролеин, винилтрихлорсилан, сероводород, тетрагидрофуран, тетраэтоксисилан, триэтоксисилан, топливо дизельное, формальгликоль, этилдихлорсилан, этилцеллозольв;
Т4 – дибутиловый эфир, диэтиловый эфир, диэтиловый эфир этиленгликоля;
Т5 и Т6 – не применяются. Как видно из приведенных данных, категория IIC является избыточной для большинства случаев применения аппаратуры связи на реальных объектах.

Дополнительная информация.

Категории IIA, IIB и IIC определяются следующими параметрами: безопасным экспериментальным максимальным зазором (БЭМЗ – максимальный зазор между фланцами оболочки, через который не происходит передача взрыва из оболочки в окружающую среду) и величиной МТВ (отношением минимального тока воспламенения смеси взрывоопасного газа и минимального тока воспламенения метана).

Температурный класс.

Температурный класс электрооборудования определяется предельной температурой в градусах Цельсия, которую могут иметь при работе поверхности взрывозащищенного оборудования.

Температурный класс оборудования устанавливается исходя из минимальной температуры соответствующего температурного диапазона (его левой границы): оборудование, которое может применяться в среде газов с температурой самовоспламенения класса Т4, должно иметь максимальную температуру элементов поверхности ниже 135 градусов; Т5 – ниже 100, а Т6 – ниже 85.

Маркировка оборудования для категории I в России:

Пример маркировки: РВ1В

ExdIIBT4

Ex – знак взрывозащищенного оборудования по стандарту CENELEC; d – тип взрывозащиты (взрывонепроницаемая оболочка); IIB – категория взрывоопасности газовой смеси II вариант В (см. выше); T4 – группа смеси по температуре воспламенения (температура не выше 135 С°)

Маркировка FM по стандарту NEC, CEC:

Обозначения взрывозащищенности по американскому стандарту FM.

Factory Mutual (FM) по своей сути тождественны европейскому и российскому стандартам, но отличаются от них по форме записи. В американском стандарте также указываются условия применения аппаратуры: класс взрывоопасности среды (Class), условия эксплуатации (Division) и группы смеси по их температуре самовоспламенения (Group).

Class может иметь значения I, II, III: Class I – взрывоопасные смеси газов и паров, Class II – горючая пыль, Class III – горючие волокна.

Division может иметь значения 1 и 2: Division 1 – это полный аналог зоны В1(В2) – взрывоопасная смесь присутствует при нормальных условиях работы; Division 2 – аналог зоны В1А (В2А), в которой взрывоопасная смесь может появиться только в результате аварии или нарушений технологического процесса.

Для работы в зоне Div.1 требуется особо взрывобезопасное оборудование (в терминах стандарта – intrinsically safe), а для работы в зоне Div.2 – взрывобезопасное оборудование класса Non-Incendive.

Взрывоопасные воздушные смеси, газы, пары образуют 7 подгрупп, у которых есть прямые аналогии в российском и европейском стандартах:

Group A – смеси, содержащие ацетилен (IIC T3, T2);
Group B – смеси, содержащие бутадиен, акролеин, водород и окись этилена (IIС T2, T1);
Group C – смеси, содержащие циклопропан, этилен или этиловый эфир (IIB T4, T3, T2);
Group D – смеси, содержащие спирты, аммиак, бензол, бутан, бензин, гексан, лаки, пары растворителей, керосин, природный газ или пропан (IIA T1, T2, T3, T4);
Group E – воздушные взвеси частиц горючей металлической пыли вне зависимости от ее электрической проводимости, либо пыль с подобными характеристиками опасности, имеющая удельную объемную проводимость менее 100 КОм – см.
Group F – смеси, содержащие горючую пыль сажи, древесного угля или кокса с содержанием горючего вещества более 8% объема, или взвеси, имеющие проводимость от 100 до 100 000 ом-см;
Group G – взвеси горючей пыли, имеющие сопротивление более 100 000 ом-см.

АТЕХ – новый европейский стандарт взрывозащищенного оборудования.

В соответствии с директивой Евросоюза 94/9/EC с 01 июля 2003 года вводится новый стандарт АТЕХ. Новая классификация заменит старую CENELEC и вводится в действие на территории европейских стран.

АТЕХ – сокращение от ATmospheres Explosibles (взрывоопасные смеси газов). Требования АТЕХ распространяются на механическое, электрическое оборудование и защитные средства, которые предполагается использовать в потенциально взрывоопасной атмосфере, как под землей, так и на поверхности земли.

В стандарте АТЕХ ужесточены требования стандартов EN50020/EN50014 в части IS (Intrinsically Safe) оборудования. Эти ужесточения предусматривают:

ограничение емкостных параметров схемы;
использование других классов защиты;
новые требования к электростатике;
использование защитного кожаного чехла.

Классификационную маркировку взрывозащищенного оборудования по АТЕХ рассмотрим на следующем примере:

Ecology Side

Пределы взрывоопасности смесей водорода и воздуха

Некоторые газы и пары в определенной смеси с воздухом взрывоопасны. Повышенной взрывоопасностью отличаются смеси воздуха с ацетиленом, этиленом, бензолом, метаном, окисью углерода, аммиаком, водородом. Взрыв смеси может произойти только при определенных соотношениях горючих газов с воздухом или кислородом, характеризуемых нижним и верхним пределами взрываемости. Нижним пределом взрываемости называется то минимальное содержание газа или пара в воздухе, которое при воспламенении может привести к взрыву. Верх – ниш пределом взрываемости называется то максимальное содержание газа или пара в воздухе, при котором в случае воспламенения еще может произойти взрыв. Опасная зона взрываемости лежит между нижним и верхним пределами. Концентрация газов или паров в воздухе производственных помещений ниже нижнего и выше верхнего предела взрываемости невзрывоопасна, так как при ней не происходит активного горения и взрыва – в первом случае из-за избытка воздуха, а во втором из-за его недостатка.

Водород при смеси с воздухом образует взрывоопасную смесь – так называемый гремучий газ. Наибольшую взрывоопасность этот газ имеет при объёмном отношении водорода и кислорода 2:1, или водорода и воздуха приближённо 2:5, так как в воздухе кислорода содержится примерно 21 %.

Считается, что взрывоопасные концентрации водорода с кислородом возникают от 4 % до 96 % объёмных. При смеси с воздухом от 4 % до 75 (74) % по объёму. Такие цифры фигурируют сейчас в большинстве справочников, и ими вполне можно пользоваться для ориентировочных оценок. Однако, следует иметь в виду, что более поздние исследования (примерно конец 80-х) выявили, что водород в больших объёмах может быть взрывоопасен и при меньшей концентрации. Чем больше объём, тем меньшая концентрация водорода опасна.

Источник этой широко растиражированной ошибки в том, что взрывоопасность исследовалась в лабораториях на малых объёмах. Поскольку реакция водорода с кислородом – это цепная химическая реакция, которая проходит по свободнорадикальному механизму, «гибель» свободных радикалов на стенках (или, скажем, поверхности пылинок) критична для продолжения цепочки. В случаях, когда возможно создание «пограничных» концентраций в больших объёмах (помещения, ангары, цеха), следует иметь в виду, что реально взрывоопасная концентрация может отличаться от 4 % как в большую, так и в меньшую стороны.

Еще статьи по теме

Разработка мероприятий по защите и охране атмосферного воздуха при работе резинотехнического предприятия
Дипломный проект выполняется на основе знаний, полученных по дисциплинам «Общая экология и неоэкология», «Общая химия», «Высшая математика» «Биология», «Физика», и др. Цель дипломного проекта – развитие навыков самостоятельно осуществле.

Основные экологические проблемы Алтайского края
Величественная тайга и ослепительные снежные вершины, быстрые речки и чистейшие озера не оставят равнодушным даже самого черствого человека. Не удивительно, что Алтайский заповедник (в том числе и уникальное Телецкое озеро) и несколько бли.

Ecology Side Пределы взрывоопасности смесей водорода и воздуха Некоторые газы и пары в определенной смеси с воздухом взрывоопасны. Повышенной взрывоопасностью отличаются смеси воздуха с

Газовоздушные смеси могут воспламеняться (взрываться) только тогда, когда содержание газа в смеси находится в определенных (для каждого газа) пределах. В связи с этим различаютнижний и верхний концентрационные пределы воспламеняемости. Нижний предел соответствует минимальному, а верхний — максимальному количеству газа в смеси, при котором происходят их воспламенение (при зажигании) и самопроизвольное (без притока тепла извне) распространение пламени (самовоспламенение). Эти же пределы соответствуют и условиям взрываемости газовоздушных смесей.

Таблица 8.8 . Степень диссоциации водяного пара H2O и диоксида углерода CO2 в зависимости от парциального давления

Температура,

Парциальное давление, МПа

Водяной пар H2O

Диоксид углерода CO2

Если содержание газа в газовоздушной смеси меньше нижнего предела воспламеняемости, такая смесь гореть и взрываться не может, поскольку выделяющейся вблизи источника зажигания теплоты для подогрева смеси до температуры воспламенения недостаточно. Если содержание газа в смеси находится между нижним и верхним пределами воспламеняемости, подожженная смесь воспламеняется и горит как вблизи источника зажигания, так и при удалении его. Такая смесь является взрывоопасной.

Чем шире будет диапазон пределов воспламеняемости (называемых также пределами взрываемости) и ниже нижний предел, тем более взрывоопасен газ. И наконец, если содержание газа в смеси превышает верхний предел воспламеняемости, то количества воздуха в смеси недостаточно для полного сгорания газа.

Существование пределов воспламеняемости вызывается тепловыми потерями при горении. При разбавлении горючей смеси воздухом, кислородом или газом тепловые потери возрастают, скорость распространения пламени уменьшается, и горение прекращается после удаления источника зажигания.

Пределы воспламеняемости для распространенных газов в смесях с воздухом и кислородом приведены в табл. 8.11-8.9. С увеличением температуры смеси пределы воспламеняемости расширяются, а при температуре, превышающей температуру самовоспламенения, смеси газа с воздухом или кислородом горят при любом объемном соотношении.

Пределы воспламеняемости зависят не только от видов горючих газов, но и от условий проведения экспериментов (вместимости сосуда, тепловой мощности источника зажигания, температуры смеси, распространения пламени вверх, вниз, горизонтально и др.). Этим объясняются отличающиеся друг от друга значения этих пределов в различных литературных источниках. В табл. 8.11-8.12 приведены сравнительно достоверные данные, полученные при комнатной температуре и атмосферном давлении при распространении пламени снизу вверх в трубке диаметром 50 мм и более. При распространении пламени сверху вниз или горизонтально нижние пределы несколько возрастают, а верхние снижаются. Пределы воспламеняемости сложных горючих газов, не содержащих балластных примесей, определяются по правилу аддитивности:

L г = (r 1 + r 2 + … + r n)/(r 1 /l1 + r2 /l2 + … + rn/ln) (8.17)

где L г — нижний или верхний предел воспламеняемости сложного газа (8.17)

где 12 — нижний или верхний предел воспламеняемости сложного газа в газовоздушной или газокислородной смеси, об. %; r, r2 ,..., rn — содержание отдельных компонентов в сложном газе, об. %; r, + r2 + ... + rn = 100%; l, l2 ,..., ln — нижние или верхние пределы воспламеняемости отдельных компонентов в газовоздушной или газокислородной смеси по данным табл. 8.11 или 8.12, об. %.

При наличии в газе балластных примесей пределы воспламеняемости могут быть определены по формуле:

L6 = LJ 1 + Б/(1 - Б);00]/ (8.18)

где Lg — верхний и нижний пределы воспламеняемости смеси с балластными примесями, об. %; L2 — верхний и нижний пределы воспламеняемости горючей смеси, об. %; Б — количество балластных примесей, доли единицы.

Таблица 8.11. Пределы воспламеняемости газов в смеси с воздухом (при t = 20°C и p = 101,3 кПа)

					Максимальное давление взрыва, МПа	Коэффициент избытка воздуХа а при пределах воспламенения
	При пределах воспламеняемости		При стехиометрическом составе смеси	При составе смеси, дающем максимальное давление взрыва
	нижнем	верхнем	При стехиометрическом составе смеси	При составе смеси, дающем максимальное давление взрыва		нижнем	верхнем

Оксид углерода




Изобутан


Пропилен

Ацетилен

Таблица 8.12. Пределы воспламеняемости газов в смеси с кислородом (при t = 20ºC и p =

При расчетах часто необходимо знать коэффициент избытка воздуха а при разных пределах воспламеняемости (см. табл. 8.11), а также давление, возникающее при взрыве газовоздушной смеси. Коэффициент избытка воздуха, соответствующий верхнему или нижнему пределам воспламеняемости, можно определить по формуле

α = (100/L - 1) (1/VT) (8.19)

Давление, возникающее при взрыве газовоздушных смесей, можно определить с достаточным приближением по следующим формулам: для стехиометрического соотношения простого газа с воздухом:

Р вз = Рн(1 + β tк) (m/n) (8.20)

для любого соотношения сложного газа с воздухом:

Рвз = Рн(1 + βtк) Vвлпс /(1 + αV m) (8.21)

где Р вз — давление, возникающее при взрыве, МПа; рн — начальное давление (до взрыва), МПа; в — коэффициент объемного расширения газов, численно равный коэффициенту давления (1/273); tK — калориметрическая температура горения, °С; т — число молей после взрыва, определяемое по реакции горения газа в воздухе; п — число молей до взрыва, участвующих в реакции горения; V mn ,. — объем влажных продуктов сгорания на 1 м 3 газа, м 3 ; V„, — теоретический расход воздуха, м 3 /м 3 .

Давления взрыва, приведенные в табл. 8.13 или определенные по формулам, могут возникнуть только в том случае, если происходит полное сгорание газа внутри емкости и ее стенки рассчитаны на эти давления. В противном случае они ограничены прочностью стенок или их наиболее легко разрушающихся частей — импульсы давления распространяются по невоспламененному объему смеси со скоростью звука и достигают ограждения гораздо быстрее, чем фронт пламени.

Эта особенность — различие скоростей распространения пламени и импульсов давления (ударной волны) — широко используется на практике для защиты газовых устройств и помещений от разрушения при взрыве. Для этого в проемах стен и перекрытий устанавливаются легко открывающиеся или разрушающиеся фрамуги, рамы, панели, клапаны и т.д. Возникающее при взрыве давление зависит от особенностей конструкции устройств защиты и коэффициента сброса kc6, представляющего собой отношение площади защитных устройств к объему помещения.