Пределы воспламеняемости газов
При смешении газа с воздухом образуется взрывоопасная смесь, при этом концентрация газа зависит от его состава. Пределы воспламеняемости — это то количество газа в смеси, при котором происходит воспламенение и самопроизвольное распространение пламени.
До нижнего предела воспламеняемости (т.е. до минимального количества газа в смеси) не происходит воспламенение и горение. Между нижним и верхним пределами воспламеняемости смесь начинает гореть, в том числе и после удаления источника зажигания.
Температура самовоспламенения — это минимальный показатель температуры, при которой начинается процесс горения без внешнего подвода теплоты. Значения в таблице являются экспериментальными данными, так как фиксированные показатели сложно получить на практике из-за влияния многих факторов: степени однородности газовоздушной смеси, содержания газа, давления, способа нагрева и т.д.
Пределы воспламеняемости и взрываемости
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:
где Lг — нижний или верхний предел воспламеняемости сложного газа (8.17)
где 1 2 — нижний или верхний предел воспламеняемости сложного газа в газовоздушной или газокислородной смеси, об. %; r,, r 2 . rn — содержание отдельных компонентов в сложном газе, об. %; r, + r 2 + . + rn = 100%; l,, l 2 . 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:
где Lg — верхний и нижний пределы воспламеняемости смеси с балластными примесями, об. %; L 2 — 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)
Опасные свойства природного газа
При транспортировании и сжигании природного газа необходимо учитывать его опасные свойства: удушающее действие, взрывопожароопасность, а также образование угарного газа при неполном сгорании.
Удушающее действие выражается в том, что при заполнении замкнутого объема (помещение, колодец и др.), природный газ вытесняет воздух, уменьшая содержание в нем кислорода. Воздух содержит 21% кислорода, снижение его содержания до 16% и ниже является смертельно опасным.
Природный газ взрывопожароопасен в смеси с воздухом. Пределы воспламенения природного газа при стандартных условиях (20 °С, 760 мм.рт.ст.) составляют от 5% до 15%. Минимальное количество газа в воздухе, при котором происходит процесс самопроизвольного горения, составляет 5%. Максимальное содержание газа в воздухе, выше которого газовоздушная смесь не горит, составляет 15%. При повышении температуры газовоздушной смеси пределы воспламенения расширяются: нижний предел уменьшается, а верхний растет. При нагреве газовоздушной смеси выше температуры воспламенения горение идет при любых концентрациях до полного выгорания одного из компонентов смеси.
Взрыв газа — мгновенное сгорание газовоздушной смеси, сопровождающееся образованием сжатых газов и выделением тепла.
Условиями взрыва являются:
— замкнутый объем;
— наличие взрывоопасной концентрации;
— наличие источника воспламенения.
Взрыв происходит в замкнутых объемах, в которых природный газ содержится во взрывоопасной концентрации, при наличии источника воспламенения. Давление на ограждающие конструкции, возникающее при взрыве природного газа, может достигать 0,85 МПа. При взрыве внутри помещений такое воздействие вызывает разрушение строительных конструкций. Замкнутым объемом, в котором возможен взрыв, может быть помещение, подвал, топка котла, колодец и др. Источником воспламенения может послужить открытый огонь, искра либо нагретое тело с температурой выше температуры воспламенения природного газа.
Нижний концентрационный предел распространения пламени (НКПР) — минимальное содержание горючего газа в смеси, при котором происходит самопроизвольное горение. Для природного газа НКПР составляет 5%. Опасная концентрация горючего газа — это объемная доля газа в воздухе, превышающая 20% от НКПР Дня природного газа опасная концентрация составляет 1%.
При неполном сгорании газа образуется оксид углерода СО (угарный газ), который оказывает отравляющее действие. Угарный газ имеет плотность 1,25 кг/м³, которая очень близка к плотности воздуха (1,29 кг/м³), поэтому он легко распространяется в воздухе. Угарный газ не имеет цвета и запаха, горюч, его пределы воспламенения составляют от 12,5% до 74,2%. Оксид углерода в 200-300 раз быстрее соединяться с гемоглобином крови, чем кислород, и образует с ним устойчивое соединение — карбоксигемоглобин. В результате кровь теряет способность переносить кислород к тканям организма. После отсоединения окида углерода от гемоглобина (диссоциации) он выводится через легкие. Диссоциация оксида углерода из крови происходит в течение 10-12 часов, что приводит к накоплению карбоксигемоглобина в крови.
Действие угарного газа на человека зависит от концентрации и продолжительности воздействия. Концентрация в воздухе в 0,01% в течение нескольких часов не оказывает заметного воздействия. При концентрации в 0,1% в течение 30 минут появляются признаки отравления — учащенное сердцебиение, стук в висках, головная боль, тошнота, человека клонит в сон. Воздействие концентрации в 0,5% в течение 30 минут приводит к смертельному отравлению.
Природный газ в сравнении с другими видами топлива имеет целый ряд преимуществ: низкая стоимость добычи и транспортировки, высокая степень автоматизации процессов сгорания, высокий коэффициент полезного действия газоиспользующего оборудования, минимальное содержание вредных веществ в продуктах сгорания. Вместе с тем в связи с наличием у природного газа опасных свойств его транспортирование и использование в качестве топлива должны вестись с соблюдением необходимых мер безопасности.
Нефть, Газ и Энергетика
Газ – без цвета, вкуса и запаха. Неядовит, нетоксичен. Обладает удушающим действием, т.е. при утечках вытесняет кислород из объёма помещений. Пожаровзрывоопасен. Примерно в два раза легче воздуха, поэтому при утечках скапливается в верхних слоях помещений.
Плотность воздуха: r возд.=1,29 кг/м 3 .
Плотность газа: r газа.=0,72 кг/м 3 .
При температуре –162 О С и атмосферном давлении (760 мм Hg . ст.) природный газ переходит в жидкое состояние.
Температура, развиваемая при сгорании газа от +1600 до +2000 О С.
Температура воспламенения +645 О С.
При сгорании одного кубометра газа выделяется 8500 Ккал тепла (Теплотворная способность природного газа).
1. Пределы взрываемости газа: от 5% до 15% по объёму.
При концентрации газа в воздухе помещений менее 5% или более 15% взрыва не будет. Будет пожар или возгорание. Когда меньше 5% — будет недостаток газа и меньше теплоты, которая поддерживает горение.
Во втором случае (концентрация более 15%) будет мало воздуха, т.е. окислителя, и малое количество тепла для поддержания горения.
2. Сила взрыва 8,5 кг/см 2 (давление взрывной волны).
3. Скорость взрывной волны от 1,5 до 3,5 км/сек (т.е. от взрыва не убежишь).
Опасные свойства газа (т.е. чем он опасен)
1. Обладает удушающим действием.
Условия для взрыва газа.
1. Наличие концентрации газа в воздухе помещения или на улице от 5% до 15% по объёму.
2. Наличие источника огня.
Источником огня может быть искра (возникающая при падении металлического инструмента; искра, возникающая при включении и выключении электроприборов; от сигареты; от статического электричества; от раскалённого предмета до температуры +645 О С, внесённого в помещение).