Основни физико-химични концепции за експлозии в доменни пещи и стоманодобивни цехове

Експлозиите в доменни пещи и открити огнища са причинени от различни причини, но всички те са резултат от бърз преход (трансформация) на вещество от едно състояние в друго, по-стабилно, придружено от отделяне на топлина, газообразни продукти и повишаване на налягането на мястото на експлозията.

Основният признак на експлозия е внезапността и рязкото повишаване на налягането в околната среда около мястото на експлозията.

Външният признак на експлозия е звукът, чиято сила зависи от скоростта на преминаване на веществото от едно състояние в друго. В зависимост от силата на звука има трясъци, експлозии и детонации. Пукането се отличава с тъп звук, много шум или характерно пукане. Скоростта на трансформации в обема на материята по време на пляскане не надвишава няколко десетки метра в секунда.

Експлозиите произвеждат отчетлив звук; скоростта на разпространение на трансформациите в обема на веществото е много по-висока, отколкото при изскачане - няколко хиляди метра в секунда.

Най-високата скорост на преминаване на веществото от едно състояние в друго се случва по време на детонация. Този тип експлозия се характеризира с едновременно запалване на веществото в целия обем, като моментално се отделя най-голямо количество топлина и газове и се извършва максимална работа по унищожаване. Отличителна чертаТози тип експлозия е почти пълна липса на период на натрупване на налягане в средата поради огромната скорост на трансформациите, достигаща няколко десетки хиляди метра в секунда.

Газови експлозии

Експлозията е вид процес на горене, при който реакцията на горене протича бурно и с висока скорост.

Изгарянето на газове и пари от запалими вещества е възможно само в смес с въздух или кислород; Времето на горене се състои от два етапа: смесване на газ с въздух или кислород и самия процес на горене. Ако смесването на газ с въздух или кислород се случи по време на процеса на горене, тогава неговата скорост е малка и зависи от потока на кислород и горим газ в зоната на горене. Ако газът и въздухът се смесват предварително, тогава процесът на горене на такава смес протича бързо и едновременно в целия обем на сместа.

Първият вид горене, наречено дифузия, е широко разпространен във фабричната практика; използва се в различни пещи, пещи и устройства, където топлината се използва за нагряване на материали, метали, полуготови продукти или продукти.

Вторият вид горене, когато газът се смесва с въздух преди да започне горенето, се нарича експлозивен, а смесите са експлозивни. Този тип горене рядко се използва във фабричната практика; понякога възниква спонтанно.

При тихо горене, получените газообразни продукти, нагрети до висока температура, свободно увеличават обема си и отдават топлината си по пътя от горивната камера до димните устройства.

При експлозивно горене процесът протича „мигновено“; завършва за част от секундата в целия обем на сместа. Нагрятите до висока температура продукти от горенето също „мигновено“ се разширяват, образувайки ударна вълна, която се разпространява с висока скорост във всички посоки и предизвиква механично разрушаване.

Най-опасни са експлозивните смеси, които възникват неочаквано и спонтанно. Такива смеси се образуват в прахоуловители, газови канали, газопроводи, горелки и др газови устройстваах доменни пещи, мартенови и други цехове. Те се образуват и в близост до газови устройства на места, където няма движение на въздуха и газовете изтичат през течове. На такива места взривоопасните смеси се запалват от постоянни или случайни източници на огън, след което възникват неочаквани експлозии, нараняващи хора и причиняващи големи щети на производството.

Граници на експлозия на газове

Експлозиите на газово-въздушни смеси възникват само при определено съдържание на газ във въздуха или кислорода, като всеки газ има свои присъщи граници на експлозия - долна и горна. Между долната и горната граница всички смеси на газ с въздух или кислород са експлозивни.

Долната граница на експлозия се характеризира с най-ниското съдържание на газ във въздуха, при което сместа започва да експлодира; горна - най-високото съдържание на газ във въздуха, над което сместа губи експлозивните си свойства. Ако съдържанието на газ в смес с въздух или кислород е по-малко от долната граница или повече от горната граница, тогава такива смеси не са експлозивни.

Например долната граница на експлозия на водород, смесен с въздух, е 4,1%, а горната 75% обемни. Ако съдържанието на водород е по-малко от 4,1%, тогава сместа му с въздух не е експлозивна; не е експлозивен, дори ако съдържанието на водород в сместа е повече от 75%. Всички смеси на водород с въздух стават експлозивни, ако съдържанието на водород в тях е в диапазона от 4,1% до 75%.

Необходимо условие за образуване на взрив е и възпламеняването на сместа. Всички запалими вещества се запалват само когато се нагреят до температурата на запалване, което също е много важна характеристика на всяко горимо вещество.

Например водородът в смес с въздух се запалва спонтанно и настъпва експлозия, ако температурата на сместа стане по-висока или равна на 510 ° C. Не е необходимо обаче целият обем на сместа да се нагрява до 510 ° C , Ще настъпи експлозия, ако поне малко количество се нагрее до температурата на самозапалване част от сместа.

Процесът на самозапалване на сместа от източник на огън протича в следния ред. Въвеждането на източник на огън в газовъздушната смес (искра, пламък на горящо дърво, изпускане на горещ метал или шлака от пещ и др.) Води до нагряване на частиците на сместа, заобикалящи източника на огън, до авто- температура на запалване. В резултат на това ще възникне процес на запалване в съседния слой на сместа, ще настъпи нагряване и разширяване на слоя; топлината се предава на съседни частици, те също ще се запалят и ще предадат топлината си на частици, разположени по-далеч и т.н. В този случай спонтанното запалване на цялата смес става толкова бързо, че се чува един звук на пукане или експлозия.

Задължително условие за всяко горене или експлозия е количеството отделена топлина да е достатъчно, за да загрее средата до температурата на самозапалване. Ако няма достатъчно генерирана топлина, няма да възникне изгаряне и следователно експлозия.

От термична гледна точка границите на експлозивност са границите, когато при изгарянето на дадена смес се отделя толкова малко топлина, че не е достатъчно за загряване на горивната среда до температурата на самозапалване.

Например, когато съдържанието на водород в сместа е по-малко от 4,1%, толкова малко топлина се отделя по време на горенето, че средата не се нагрява до температурата на самозапалване от 510 ° C. Такава смес съдържа много малко гориво (водород ) и много въздух.

Същото се случва, ако сместа съдържа повече от 75% водород. Тази смес съдържа много запалимо вещество (водород), но много малко въздух, необходим за горенето.

Ако цялата газово-въздушна смес се нагрее до температурата на самозапалване, газът ще се запали без запалване при всяко съотношение с въздуха.

В табл Таблица 1 показва границите на експлозивност на редица газове и пари, както и техните температури на самозапалване.

Границите на експлозивност на газове, смесени с въздух, варират в зависимост от началната температура на сместа, нейната влажност, мощността на източника на запалване и др.

Таблица 1. Граници на експлозия на някои газове и пари при температура 20° и налягане 760 mm Hg

С повишаване на температурата на сместа границите на експлозивност се разширяват - долната намалява, а горната се увеличава.

Ако газът се състои от няколко запалими газове (генераторен газ, коксов газ, смес от коксови и доменни газове и т.н.), тогава експлозивните граници на такива смеси се намират чрез изчисление, като се използва формулата на правилото за смесване на Le Chatelier:

където а е долната или горната граница на експлозия на смес от газове с въздух в обемни проценти;

k1,k2,k3,kn - съдържание на газ в сместа в обемни проценти;

n1,n2,n3,nn - долна или горна граница на експлозивност на съответните газове в обемни проценти.

Пример. Газовата смес съдържа: водород (H2) - 64%, метан (CH4) - 27,2%, въглероден оксид (CO) -6,45% и тежък въглеводород (пропан) -2,35%, т.е. kx = 64; k2 = 27,2; k3 = 6,45 и k4 = 2,35.

Нека определим долната и горната граница на експлозия на газовата смес. В табл 1 намираме долната и горната експлозивна граница на водород, метан, въглероден окис и пропан и заместваме техните стойности във формула (1).

Долни граници на експлозивност на газовете:

n1 = 4,1%; n2 = 5,3%; n3= 12,5% ​​и n4 = 2,1%.

Долна граница an = 4,5%

Горни граници на експлозивност на газовете:

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

Замествайки тези стойности във формула (1), намираме горната граница ав = 33%

Границите на експлозия на газове с високо съдържание на инертни незапалими газове - въглероден диоксид (CO2), азот (N2) и водни пари (H20) - могат да бъдат удобно намерени с помощта на диаграмни криви, конструирани въз основа на експериментални данни (фиг. 1).

Пример. Използвайки диаграмата на фиг. 1 намираме границите на експлозия за генераторния газ със следния състав: водород (H2) 12,4%, въглероден оксид (CO) 27,3%, метан (CH4) 0,7%, въглероден диоксид (CO2) 6,2% и азот (N2) 53,4%.

Нека разпределим инертните газове C02 и N2 между горими; добавяме въглероден диоксид към водорода, тогава общият процент на тези два газа (H2 + CO2) ще бъде 12,4 + 6,2 = 18,6%; добавите азот към въглеродния оксид, техният общ процент (CO + N2) ще бъде 27,3 + + 53,4 = 80,7%. Метанът ще се взема предвид отделно.

Нека определим съотношението на инертен газ към гориво във всяка сума от два газа. В смес от водород и въглероден диоксид съотношението ще бъде 6,2/12,4= 0,5, а в смес от въглероден оксид и азот съотношението ще бъде 53,4/27,3= 1,96.

На хоризонталната ос на диаграмата на фиг. 1 намираме точките, съответстващи на 0,5 и 1,96, и начертаваме перпендикуляри нагоре, докато срещнат кривите (H2 + CO2) и (CO + N2).

Ориз. 1. Диаграма за намиране на долната и горната граница на експлозия на запалими газове, смесени с инертни газове

Първото пресичане с кривите ще се случи в точки 1 и 2.

Начертаваме хоризонтални прави линии от тези точки, докато срещнат вертикалната ос на диаграмата и намираме: за смес (H2 + CO2) долната експлозивна граница е an = 6%, а за смес от газове (CO + N2) an = 39,5%.

Продължавайки перпендикуляра нагоре, пресичаме същите криви в точки 3 и 4. Прокарваме хоризонтални прави линии от тези точки, докато срещнат вертикалната ос на диаграмата и намираме горните граници на експлозивност на смесите aв, които са равни на 70,6 и 73 %, съответно.

Според таблицата 1 намираме границите на експлозивност на метана an = 5,3% и av = 15%. Замествайки получените горни и долни граници на експлозивност за смеси от горими и инертни газове и метан в общата формула на Льо Шателие, намираме границите на експлозивност на генераторния газ.

Климатични условия в мините. Разликите им от климатичните условия на повърхността.

Климатичните условия (топлинният режим) на минните предприятия оказват голямо влияние върху благосъстоянието на човека, неговата производителност на труда и нивото на наранявания. Освен това те влияят върху работата на оборудването, поддръжката на изработките и състоянието на вентилационните конструкции.

Температурата и влажността в подземните мини зависят от тези на повърхността.

Докато въздухът се движи през подземните изработки, неговата температура и влажност се променят.

През зимата въздухът, постъпващ в мината, охлажда стените на въздушните изработки и се нагрява. През лятото въздухът нагрява стените на мините и се охлажда. Топлообменът се извършва най-интензивно във въздушните изработки и на известно разстояние от устието им той избледнява и температурата на въздуха става близка до температурата на скалите.

Основните фактори, определящи температурата на въздуха в подземните минни изработки са:

1. Пренос на топлина и маса със скали.

2. Естествено компресиране на въздуха, докато се движи надолу по вертикални или наклонени изработки.

3. Окисляване на скали и опорни материали.

4. Охлаждане на скалната маса при транспортирането й през изработки.

5. Процеси на масообмен между въздух и вода.

6. Отделяне на топлина при работа на машини и механизми.

7. Излъчване на топлина от хора, охлаждане на електрически кабели, тръбопроводи, горене на лампи и др.

Максимално допустимата скорост на движение на въздуха в различни изработки варира от 4 m/s (в дънни пространства) до 15 m/s (във вентилационни шахти, които не са оборудвани с повдигане).

Въздухът, подаван към подземните изработки през зимата, трябва да се загрее до температура от +2 o C (5 m от границата на нагревателния канал с шахтата).

Оптимални и допустими норми за температура, относителна влажност и скорост на въздуха в работна средапроизводствени помещения (включително преработвателни предприятия) са дадени в GOST 12.1.005-88 и SanPiN - 2.2.4.548-96.

Оптималните микроклиматични условия са такива комбинации от метеорологични параметри, които осигуряват усещане за топлинен комфорт.

Допустими са такива комбинации от метеорологични параметри, които не причиняват щети или здравословни проблеми.

По този начин допустимият температурен диапазон през студения период на годината за работа от I категория на тежест е 19-25 o C; II категория – 15-23 o C; III категория – 13-21 o C.

В топлия период на годината тези граници са съответно 20-28 o C; 16-27 o C; 15-26 o с.ш.

Концентрационни граници на запалимост и експлозивност на метан. Фактори, влияещи върху интензивността на запалимост и експлозивност

Метан (CH 4)- газ без цвят, мирис и вкус, при нормални условия е много инертен. Относителната му плътност е 0,5539, в резултат на което се натрупва в горни частиизработки и помещения.

Метанът образува запалими и експлозивни смеси с въздуха и гори с бледосинкав пламък. В подземните мини изгарянето на метан протича в условия на липса на кислород, което води до образуването на въглероден окис и водород.

Когато съдържанието на метан във въздуха е до 5-6% (при нормално съдържание на кислород), той гори в близост до източник на топлина (открит огън), от 5-6% до 14-16% избухва, над 14-16% не експлодира, но може да изгори при приток на кислород отвън. Силата на експлозията зависи от абсолютното количество метан. Експлозията достига най-голяма сила, когато въздухът съдържа 9,5% CH 4 .

Температурата на запалване на метана е 650-750 o C; температурата на продуктите на експлозията в неограничен обем достига 1875 o C, а в затворен обем 2150-2650 o C.

Метанът се образува в резултат на разлагането на фибрите в органичната материя под въздействието на сложни химични процеси без достъп на кислород. Важна роля в това играе жизнената активност на микроорганизмите (анаеробни бактерии).

В скалите метанът е в свободно (изпълва пространството на порите) и свързано състояние. Количеството метан, съдържащо се в единица маса въглища (скала) при естествени условия, се нарича газово съдържание.

Има три вида изпускане на метан в изработките на въглищни мини: обикновени, респираторни, внезапни емисии.

Основната мярка за предотвратяване на опасни натрупвания на метан е вентилацията на минните изработки, осигуряваща поддържането на допустими газови концентрации. Съгласно правилата за безопасност съдържанието на метан в рудничния въздух не трябва да надвишава стойностите, посочени в табл. 1.3.

Допустимо съдържание на метан в минните изработки

Ако е невъзможно да се осигури допустимото съдържание на метан чрез вентилация, се използва обезгазяване на мините.

За предотвратяване на запалването на метан е забранено използването на открит огън и пушенето в минните изработки. Електрическото оборудване, използвано в опасни от газ мини, трябва да бъде взривобезопасно. За взривни операции трябва да се използват само безопасни експлозиви и средства за взривяване.

Основни мерки за ограничаване на вредните последици от експлозия: разделяне на мината на отделно вентилирани помещения; ясна организация на спасителната служба; запознаване на всички работещи със свойствата на метана и предпазните мерки.

1. Газ – без цвят, вкус и мирис. Не е отровен, нетоксичен. Има задушаващ ефект, т.е. при течове измества кислорода от обема на помещенията.

2. Опасност от пожар и експлозия.

3. Той е приблизително два пъти по-лек от въздуха, така че по време на течове се натрупва в горните слоеве на помещенията.

Плътност на въздуха:rвъздух.=1,29 kg/m3.

Газова плътност:rгаз.=0,72 kg/m 3 .

4. При температура от –162 O C и атмосферно налягане(760 ммHg. чл.), природният газ преминава в течно състояние.

5. Температурата, която се развива при изгаряне на газ, е от +1600 до +2000 O C.

6. Температура на запалване +645 O C.

7. При изгаряне на един кубичен метър газ се отделя 8500 Kcal топлина (калоричност природен газ).

8. Граници на газова експлозия: от 5% до 15% обемни.

Ако концентрацията на газ във въздуха на закрито е по-малка от 5% или повече от 15%, няма да има експлозия. Ще има пожар или пожар. Когато е по-малко от 5%, ще има липса на газ и по-малко топлина, която поддържа горенето.

Във втория случай (концентрация над 15%) ще има малко въздух, т.е. окислител и малко количество топлина за поддържане на горенето.

3 юни 2011 г

–	Долна граница на експлозивност	Горна граница на експлозивност
Бензин B-70	0,8	5,1
Тракторен керосин	1,4	7,5
Пропан	2,1	9,5
n-бутан	1,5	8,5
Метан	5	15
Амоняк	15	28
Водороден сулфид	4,3	45,5
Въглероден окис	12,5	75
Водород	4	75
ацетилен	2	82

Експлозията е мигновена химическа трансформация, придружена от освобождаване на енергия и образуване на сгъстени газове.

При експлозии на газово-въздушни смеси се отделя голямо количество топлина и се образува голямо количество газове.

Благодарение на отделената топлина газовете се нагряват до висока температура, рязко увеличават обема си и, разширявайки се, притискат с голяма сила ограждащите конструкции на сградите или стените на апаратите, в които възниква експлозия.

Налягането в момента на експлозия на газови смеси достига 10 kgf / cm 2, температурата варира между 1500-2000 ° C, а скоростта на разпространение на взривната вълна достига няколкостотин метра в секунда. Експлозиите обикновено причиняват големи разрушения и пожари.

Пожароопасните свойства на горимите вещества се характеризират с редица показатели:температура на възпламеняване, температура на запалване, температура на самозапалване и др.

Други свойства на запалимите вещества включват налягане на експлозия, минимално експлозивно съдържание на кислород, под което запалването и изгарянето на сместа става невъзможно при всякаква концентрация на запалимо вещество в сместа, естеството на взаимодействие с пожарогасителни агенти и др.

„Здраве и безопасност при работа в газовата индустрия“,
А.Н. Янович, А.Ц. Аствацатуров, А.А. Бусурин

Индикатори Метан Пропан n-Бутан Авиационен бензин Тракторен керосин Индустриално масло Точка на запалване на парите, °C -188 - -77 -34 27 200 Температура на самозапалване, °C 537 600-588 490-569 300 250 380 Концентрационни граници на възпламеняване, % по обем 6 .3—15 2.2—9.5 1.9—8.5 0.8—5.2 1.4—7.5 1—4 Температурни граници на възпламеняване на парите над течността, °C —188/+180 — —(77/52) —(34/4 ) 27—69 146—191 Скорост...

Експлозивни концентрации на втечнени и природни газове се образуват при спиране на тръбопроводи, резервоари и апарати, когато газът не е напълно отстранен и при смесване с входящия въздух се образува експлозивна смес. В тази връзка, преди да започне работа, газопроводите и резервоарите се измиват с вода, пара и се продухват с инертен газ. За да се предотврати навлизането на газ от други резервоари или тръбопроводи, ремонтираният...

Анализ на пожари, възникнали в действащи клъстерни бази втечнен газ, сочи, че основните видове аварии са следните: наличие на изтичане на газ, разкъсвания на тръбопроводи и гъвкави маркучи, аварии на фланцови връзки и аварии на тапи, аварии на салникови уплътнения на спирателни кранове, хлабаво затворени кранове, разрушаване на съдовете за втечнен газ поради препълването им; различни повреди в тръбопроводи и резервоари (разрушаване...

Когато газът се изпари, се образува експлозивна газовъздушна смес. В случай на аварии в помещения, експлозивни концентрации на газ възникват първо в близост до точката на изтичане на газ и след това се разпространяват в помещенията. Когато газът се изпари на открити места в близост до мястото на изтичане, се образува зона на замърсяване с газ, която се разпространява в целия склад. Размерът на зоната на замърсяване с газ при аварийно изтичане на газ зависи от много...

Основната трудност при гасенето на газови пожари е борбата срещу замърсяването с газ и повторното запалване след гасене на пожара. Нито един от известните гасителни агенти не елиминира опасността от замърсяване с газ и повторно запалване. Основната задача при гасене на газови пожари е локализирането на пожара. Тя трябва да се извърши чрез ограничаване на времето на потока и обема на изтичащия газ, както и чрез термична защита...

Метан, или „руден газ“, природен газ, който е без цвят и мирис. Химична формула - CH 4. През ноември 2011 г. въглищният метан беше признат за независим минерален ресурс и включен във Всеруската класификация на минералните ресурси и подземните води.

Метанът се намира в различни форми(от свободни към свързани) във въглища и вместващи скали и се образуват там на етапа на коалификация на органични останки и метаморфизация на въглища. В изработките метанът се отделя главно от въглища (има находища, където относителното отделяне на метан надвишава 45 m³ метан на тон въглища, отбелязани са и случаи на отделяне на метан от около 100 m³/t), главно по време на процеса на разрушаване (счупване), по-рядко - от естествени кухини - резервоари.

В мините метанът се натрупва в кухини сред скали, главно под покрива на изработки, и може да създаде експлозивни смеси метан-въздух. За да възникне експлозия, концентрацията на метан в рудничната атмосфера трябва да бъде от 5 до 16%; най-експлозивната концентрация е 9,5%. При концентрация над 16% метанът просто изгаря, без експлозия (при наличие на приток на кислород); до 5-6% - изгаря при наличие на източник на топлина. Ако във въздуха има суспендиран въглищен прах, той може да експлодира дори при концентрация под 4-5%.

Причината за експлозията може да бъде открит огън или гореща искра. В старите времена миньорите взеха със себе си в мината клетка с канарче и докато се чуваше пеенето на птиците, те можеха да работят спокойно: в мината нямаше метан. Ако канарчето замлъкне за дълго време или още по-лошо - завинаги, това означава, че смъртта е близо. В началото на 19 век известният химик Х. Дейви изобретява безопасна миньорска лампа, след което тя е заменена от електричество, но експлозиите във въглищните мини продължават.

В момента концентрацията на метан в рудничната атмосфера се контролира автоматични системигазова защита. В газоносните пластове се предприемат мерки за обезгазяване и изолирано газоотвеждане.

Медиите често използват фразите „миньорите са били отровени от метан“ и т.н. Има неграмотно тълкуване на фактите за задушаване, причинено от намаляване на концентрацията на кислород в наситена с метан атмосфера. самият метан - нетоксичен.

В репортажите в медиите, художествената литература и дори опитните миньори метанът погрешно се нарича "експлозивен газ". Всъщност детониращият газ е смес от водород и кислород. При запалване те се свързват почти моментално, предизвиквайки силна експлозия. И от незапомнени времена метанът се наричаше „руден“ (или „блатен“, ако не говорим за мина) газ.

Метанът е запалим, което прави възможно използването му като гориво. Възможно е използването на метан за гориво на превозни средства, както и в топлоелектрически централи. В химическата промишленост метанът се използва като въглеводородна суровина.

Повечето домашни мини изхвърлят метан в атмосферата и само няколко са внедрили или внедряват инсталации за неговото оползотворяване. В чужбина ситуацията е обратната. Освен това активно се изпълняват проекти за сондажно производство на метан, включително като част от предварителната дегазация на минни полета.

Експлозивна концентрация на природен газ

Метанът или „рудничен газ“ е природен газ, който е без цвят и мирис. Химична формула - CH 4. През ноември 2011 г. метанът от въглищни находища беше признат за независим минерален ресурс и включен в

Опасни свойства на природния газ

Опасни свойства на природния газ.

Токсичност (опасни свойства на природния газ). Опасно свойство на природните газове е тяхната токсичност, която зависи от състава на газовете и способността им при свързване с въздуха да образуват експлозивни смеси, които се възпламеняват от електрическа искра, пламък и други източници на огън.

Чистият метан и етан не са токсични, но при липса на кислород във въздуха причиняват задушаване.

Експлозивност (опасни свойства на природния газ). Природните газове, когато се комбинират с кислород и въздух, образуват запалима смес, която при наличие на източник на огън (пламък, искра, горещи предмети) може да експлодира с голяма сила. Колкото по-високо е молекулното тегло, толкова по-ниска е температурата на запалване на природните газове. Силата на експлозията нараства пропорционално на налягането на газовъздушната смес.

Природните газове могат да експлодират само в определени граници на концентрация на газ в сместа газ-въздух: от определен минимум (долна граница на експлозивност) до определен максимум (най-висока граница на експлозивност).

Най-ниската граница на експлозивност на даден газ съответства на съдържанието на газ в сместа газ-въздух, при което по-нататъшното намаляване прави сместа неексплозивна. Долната граница се характеризира с количеството газ, достатъчно за нормално протичане на реакцията на горене.

Най-високата граница на експлозивност съответства на съдържанието на газ в сместа газ-въздух, при което по-нататъшното й увеличаване прави сместа неексплозивна. Най-високата граница се характеризира със съдържание на въздух (кислород), което е недостатъчно за нормалното протичане на реакцията на горене.

С увеличаване на налягането на сместа границите на нейната експлозивност се увеличават значително. Когато съдържат инертни газове (азот и др.), Границите на запалимост на смесите също се увеличават.

Горенето и експлозията са еднотипни химични процеси, но се различават рязко по интензивността на реакцията. По време на експлозия реакцията в затворено пространство (без достъп на въздух до източника на запалване на експлозивната смес газ-въздух) протича много бързо.

Скоростта на разпространение на вълната на детонационното горене по време на експлозия (900-3000 m / s) е няколко пъти по-висока от скоростта на звука във въздуха при стайна температура.

Силата на експлозията е най-голяма, когато съдържанието на въздух в сместа се доближи до теоретично необходимото количество за пълно изгаряне.

Ако концентрацията на газ във въздуха е в обхвата на възпламеняване и ако има източник на запалване, ще възникне експлозия; ако газът във въздуха е по-малко от долната граница или повече от горната граница на запалимост, тогава сместа не е в състояние да експлодира. Струя газова смес с концентрация на газ над горната граница на възпламеняване, навлизайки в обема на въздуха и смесвайки се с него, гори със спокоен пламък. Скоростта на разпространение на фронта на вълната на горене при атмосферно налягане е около 0,3-2,4 m/s. Долната стойност на скоростта е за природните газове, горната е за водорода.

Детонационни свойства на парафиновите въглеводороди . Детонационните свойства се проявяват от метан до хексан, чието октаново число зависи както от молекулното тегло, така и от структурата на самите молекули. Колкото по-ниско е молекулното тегло на въглеводорода, толкова по-ниски са неговите детонационни свойства, толкова по-високо е октановото му число.

Свойства на отделните компоненти на природния газ (разгледайте подробния състав на природния газ)

Метан(Cp) е безцветен газ без мирис, по-лек от въздуха. Той е запалим, но все пак може да се съхранява сравнително лесно.
Етан(C2p) е газ без цвят, мирис и цвят, малко по-тежък от въздуха. Също запалим, но не се използва като гориво.
Пропан(C3H8) е безцветен газ без мирис, отровен. Има полезно свойство: пропанът се втечнява под ниско налягане, което улеснява отделянето му от примесите и транспортирането му.
Бутан(C4h20) – свойствата му са подобни на пропана, но има по-висока плътност. Два пъти по-тежък от въздуха.
Въглероден двуокис(CO2) е безцветен газ без мирис и кисел вкус. За разлика от други компоненти на природния газ (с изключение на хелия), въглеродният диоксид не гори. Въглеродният диоксид е един от най-малко токсичните газове.
Хелий(He) е безцветен, много лек (вторият най-лек газ след водорода), без цвят и мирис. Изключително инертен, при нормални условия не реагира с нито едно от веществата. Не гори. Не е токсичен, но при повишено налягане може да причини наркоза, както и другите инертни газове.
Водороден сулфид(h3S) е безцветен тежък газ с мирис на развалени яйца. Силно отровен, дори при много ниски концентрации причинява парализа на обонятелния нерв.
Свойства на някои други газове, които не са част от природния газ, но имат приложения, близки до използването на природния газ
Етилен(C2p) – Безцветен газ с приятна миризма. Свойствата му са подобни на етана, но се различава от него с по-ниска плътност и запалимост.
ацетилен(C2h3) е изключително запалим и експлозивен безцветен газ. Може да експлодира при силно компресиране. Не се използва в ежедневието поради много високия риск от пожар или експлозия. Основното приложение е при заваръчни работи.

Метанизползвани като гориво в газови печки. Пропан и бутан– като гориво в някои автомобили. Запалките също се пълнят с втечнен пропан. ЕтанРядко се използва като гориво; основната му употреба е да произвежда етилен. Етилене едно от най-произвежданите органични вещества в света. Той е суровина за производството на полиетилен. ацетиленизползвани за създаване на много високи температури в металургията (проверка и рязане на метали). ацетиленТой е силно запалим, поради което не се използва като гориво в автомобили, а и без това трябва стриктно да се спазват условията за съхранение. Водороден сулфид, въпреки своята токсичност, се използва в малки количества в т.нар. сероводородни вани. Те използват някои от антисептичните свойства на сероводорода.
Основен полезно свойство хелийе неговата много ниска плътност (7 пъти по-лек от въздуха). Балоните и дирижаблите се пълнят с хелий. Водородът е дори по-лек от хелия, но в същото време е запалим. Те са много популярни сред децата въздушни балони, напомпан с хелий.

Всички въглеводороди, когато са напълно окислени (излишен кислород), отделят въглероден диоксид и вода. Например:
Cp + 3O2 = CO2 + 2h3O
В случай на непълна (липса на кислород) - въглероден окис и вода:
2Cp + 6O2 = 2CO + 4h3O
С още по-малко кислород се отделя фино диспергиран въглерод (сажди):
Cp + O2 = C + 2h3O.
Метанът гори със син пламък, етанът е почти безцветен като алкохола, пропанът и бутанът са жълти, етиленът е светещ, въглеродният окис е светлосин. Ацетиленът е жълтеникав и дими силно. Ако имате дом газова печкаи вместо обичайния син пламък виждате жълт - знайте, че метанът се разрежда с пропан.

Хелий, за разлика от всеки друг газ, не съществува в твърдо състояние.
Смехотворен газе тривиалното име за азотен оксид N2O.

Опасни свойства на природния газ

Опасни свойства на природния газ. Токсичност (опасни свойства на природния газ). Експлозивност (опасни свойства на природния газ).

SIB Controls LLC

Граници на експлозия (LEL и ERW)

Какви са долната и горната граница на експлозивност (LEL и ERL)?

За образуването на експлозивна атмосфера е необходимо наличието на запалимо вещество в определена концентрация.

По принцип е необходим кислород, за да се възпламенят всички газове и пари. При излишък на кислород и липса на него сместа няма да се запали. Единственото изключение е ацетиленът, който не изисква кислород за запалване. Ниските и високите концентрации се наричат ​​„граница на експлозия“.

• Долна граница на експлозивност (LEL): границата на концентрация на смес газ-въздух, под която сместа газ-въздух не може да се запали.
• Горна граница на експлозия (ELL): границата на концентрация на смес газ-въздух, над която сместа газ-въздух не може да се запали.

Граници на експлозия за експлозивна атмосфера:

Ако концентрацията на дадено вещество във въздуха е твърде ниска (бедна смес) или твърде висока (наситена смес), тогава няма да настъпи експлозия, а по-скоро може да настъпи бавна реакция на горене или изобщо да не настъпи.
Реакция на запалване, последвана от реакция на експлозия, ще възникне в диапазона между долната (LEL) и горната (EL) граници на експлозия.
Границите на експлозия зависят от налягането на околната атмосфера и концентрацията на кислород във въздуха.

Примери за долни и горни граници на експлозивност за различни газове и пари:

Прахът също е експлозивен при определени концентрации:

• Долна граница на експлозивност на праха: варира от приблизително 20 до 60 g/m3 въздух.
• Горна граница на експлозия на прах: приблизително 2 до 6 kg/m3 въздух.

Тези параметри могат да варират за различните видове прах. Особено запалими видове прах могат да образуват запалима смес при концентрации на веществото под 15 g/m3.

Има три подкатегории на категория II: IIA, IIB, IIC. Всяка следваща подкатегория включва (може да замени) предходната, тоест подкатегория C е най-високата и отговаря на изискванията на всички категории - A, B и C. Следователно тя е най-„строгата“.

Системата IECEx има три категории: I, II и III.
Прахът от категория II е причислен към категория III. (Категория II - за газове, категория III - за прах.)

Системите NEC и CEC предоставят по-разширена класификация на експлозивни смеси от газове и прахове, за да осигурят по-голяма безопасност в класове и подгрупи (клас I група A; клас I група B; клас I група C; клас I група D; клас I група E ; клас II група F; клас II група G). Например, за въглищни мини се произвежда с двойна маркировка: клас I група D (за метан); Клас II Група F (за въглищен прах).

Характеристики на експлозивните смеси

За много често срещани експлозивни смеси експериментално са конструирани така наречените характеристики на запалване. За всяко гориво има минимална енергия на запалване (MEF), която съответства на идеалното съотношение на гориво и въздух, в което сместа се възпламенява най-лесно. Под MEP възпламеняването е невъзможно при всяка концентрация. За концентрация, по-ниска от стойността, съответстваща на MEP, количеството енергия, необходимо за запалване на сместа, се увеличава, докато стойността на концентрация стане по-малка от стойността, при която сместа не може да се възпламени поради малкото количество гориво. Тази стойност се нарича долна граница на експлозия (LEL). По същия начин, когато концентрацията се увеличава, количеството енергия, необходимо за запалване, се увеличава, докато концентрацията надвиши стойност, при която не може да възникне запалване поради недостатъчен окислител. Тази стойност се нарича горна граница на експлозия (ULL).

От практическа гледна точка, NGV е по-важно и значимо количество от IGV, тъй като установява, в процентно отношение, минималното количество гориво, необходимо за образуване на експлозивна смес. Тази информация е важна при класифицирането на опасни зони.

Съгласно GOST се прилага следната класификация по температура на самозапалване:

• Т1 – водород, воден газ, светлинен газ, водород 75% + азот 25%”;
• Т2 – ацетилен, метилдихлорсилан;
• Т3 – трихлорсилан;
• T4 – неприложимо;
• Т5 – въглероден дисулфид;
• T6 – неприложимо.

• Т1 – амоняк, ..., ацетон, ..., бензен, 1,2-дихлорпропан, дихлороетан, диетиламин, ..., доменен газ, изобутан, ..., метан (промишлен, със съдържание на водород 75 пъти по-голям от този в мините метан), пропан, ..., разтворители, петролен разтворител, диацетон алкохол, ..., хлоробензен, ..., етан;
• Т2 – алкилбензен, амилацетат, ..., бензин B95\130, бутан, ...разтворители..., алкохоли, ..., етилбензен, циклохексанол;
• Т3 – бензини А-66, А-72, А-76, „галош”, Б-70, екстракция. Бутил метакрилат, хексан, хептан, ..., керосин, нефт, петролев етер, полиетер, пентан, терпентин, алкохоли, гориво Т-1 и TS-1, уайт спирт, циклохексан, етил меркаптан;
• Т4 – ацеталдехид, изомаслен алдехид, бутиралдехид, пропионов алдехид, декан, тетраметилдиаминометан, 1,1,3 – триетоксибутан;
• Т5 и Т6 – не се прилагат.

• Т1 – коксов газ, циановодородна киселина;
• Т2 – дивинил, 4,4 – диметилдиоксан, диметилдихлоросилан, диоксан, ..., нитроциклохексан, пропилей оксид, етилен оксид, ..., етилен;
• Т3 – акролеин, винилтрихлоросилан, сероводород, тетрахидрофуран, тетраетоксисилан, триетоксисилан, дизелово гориво, формалгликол, етилдихлорсилан, етил целозолв;
• Т4 – дибутилов етер, диетилов етер, етилен гликол диетилов етер;
• Т5 и Т6 – не се прилагат. Както се вижда от представените данни, категория IIC е излишна за повечето случаи на използване на комуникационно оборудване на реални обекти.

Допълнителна информация.

Категории IIA, IIB и IIC се определят от следните параметри: безопасна експериментална максимална междина (BEMZ - максималната междина между фланците на корпуса, през която експлозията не се пренася от корпуса в околната среда) и стойността на MTV (отношението на минимален ток на запалване на смес от експлозивен газ и минимален ток на запалване метан).

Температурен клас.

Температурният клас на електрическото оборудване се определя от максималната температура в градуси по Целзий, която повърхностите на взривозащитеното оборудване могат да изпитат по време на работа.

Температурният клас на оборудването се установява въз основа на минималната температура на съответния температурен диапазон (лявата му граница): оборудването, което може да се използва в газове с температура на самозапалване от клас T4, трябва да има максимална температура на повърхностните елементи под 135 градуса ; Т5 е под 100, а Т6 е под 85.

Маркировка на оборудването за категория I в Русия:

Пример за маркиране: РВ1В

ExdIIBT4

Ex – знак за взривобезопасно оборудване по стандарт CENELEC; d – тип на взривозащита (взривобезопасна обвивка); IIB – категория на опасност от експлозия на газова смес II вариант B (виж по-горе); Т4 – група на сместа според температурата на запалване (температура не по-висока от 135 C°)

FM маркировка според NEC, CEC стандарт:

Обозначения за взривозащита според американския FM стандарт.

Factory Mutual (FM) по същество са идентични с европейските и руските стандарти, но се различават от тях във формата на запис. Американският стандарт определя и условията за използване на оборудването: експлозивен клас на средата (Class), условия на работа (Division) и групи смеси според температурата им на самозапалване (Group).

Класът може да има стойности I, II, III: клас I - експлозивни смеси от газове и пари, клас II - горим прах, клас III - горими влакна.

Раздел може да има стойности 1 и 2: Раздел 1 е пълен аналог на зона B1 (B2) - експлозивна смес присъства при нормални работни условия; Раздел 2 е аналог на зона B1A (B2A), в която експлозивна смес може да се появи само в резултат на авария или нарушаване на технологичния процес.

За работа в зона Div.1 е необходимо специално взривозащитено оборудване (по отношение на стандарта - искробезопасно), а за работа в зона Div.2 - необходимо е взривозащитено оборудване от Non-Incendive клас.

Експлозивните въздушни смеси, газове и пари образуват 7 подгрупи, които имат директни аналогии в руските и европейските стандарти:

• Група А – смеси, съдържащи ацетилен (IIC T3, T2);
• Група B – смеси, съдържащи бутадиен, акролеин, водород и етиленов оксид (IIC T2, T1);
• Група С – смеси, съдържащи циклопропан, етилен или етилов етер (IIB T4, T3, T2);
• Група D – смеси, съдържащи алкохоли, амоняк, бензен, бутан, бензин, хексан, лакове, пари на разтворители, керосин, природен газ или пропан (IIA T1, T2, T3, T4);
• Група E - въздушни суспензии от горими метални прахови частици, независимо от тяхната електрическа проводимост, или прах с подобни характеристики на опасност, имащи специфична обемна проводимост по-малка от 100 KOhm - вижте.
• Група F - смеси, съдържащи запалим прах от сажди, дървени въглищаили кокс със съдържание на запалимо вещество повече от 8 обемни %, или суспензии с проводимост от 100 до 100 000 ohm-cm;
• Група G - суспензии от горим прах със съпротивление над 100 000 ohm-cm.

ATEX е новият европейски стандарт за взривобезопасно оборудване.

В съответствие с Директива 94/9/EC на ЕС, от 1 юли 2003 г. е въведен нов стандарт ATEX. Новата класификация ще замени старата CENELEC и се въвежда в европейските страни.

ATEX е съкращение за ATmospheres Explosibles (експлозивни смеси от газове). Изискванията ATEX се отнасят за механично, електрическо и защитно оборудване, предназначено за използване в потенциално експлозивни атмосфери, както под земята, така и над земята.

Стандартът ATEX затяга изискванията на стандартите EN50020/EN50014 по отношение на IS (искробезопасно) оборудване. Тези затягания включват:

• ограничаване на капацитивните параметри на веригата;
• използване на други класове на защита;
• нови изисквания към електростатиката;
• използване на защитен кожен калъф.

Нека да разгледаме класификационната маркировка на взривозащитено оборудване съгласно ATEX, използвайки следния пример:

Екологична страна

Граници на експлозивност за смеси от водород и въздух

Някои газове и пари в определени смеси с въздух са експлозивни. Смеси от въздух с ацетилен, етилен, бензен, метан, въглероден окис, амоняк и водород са силно експлозивни. Експлозия на смес може да възникне само при определени съотношения на запалими газове с въздух или кислород, характеризиращи се с долни и горни граници на експлозия. Долната граница на експлозивност е минималното съдържание на газ или пари във въздуха, което при запалване може да доведе до експлозия. Отгоре - отдолу Границата на експлозивност е максималното съдържание на газ или пари във въздуха, при което в случай на възпламеняване все още може да възникне експлозия. Опасната експлозивна зона се намира между долната и горната граница. Концентрацията на газове или пари във въздуха на промишлените помещения под долната и над горната граница на експлозия е невзривоопасна, тъй като в нея не възниква активно горене и експлозия - в първия случай поради излишък на въздух, а в второто поради липсата му.

Водородът, когато се смеси с въздуха, образува експлозивна смес - така нареченият детониращ газ. Този газ е най-експлозивен, когато обемното съотношение на водород и кислород е 2:1, или водород и въздух е приблизително 2:5, тъй като въздухът съдържа приблизително 21% кислород.

Смята се, че експлозивни концентрации на водород и кислород възникват от 4% до 96% от обема. При смесване с въздух от 4% до 75 (74)% обемни. Такива цифри сега се появяват в повечето справочници и могат да се използват за груби оценки. Все пак трябва да се има предвид, че по-нови изследвания (около края на 80-те години) разкриха, че водородът в големи обеми може да бъде експлозивен дори при по-ниски концентрации. Колкото по-голям е обемът, толкова по-ниската концентрация на водород е опасна.

Източникът на тази широко разпространена грешка е, че опасността от експлозия е изследвана в лаборатории на малки обеми. Тъй като реакцията на водород с кислород е верижна химическа реакция, която протича чрез механизъм на свободните радикали, „смъртта“ на свободните радикали по стените (или, да речем, повърхността на праховите частици) е критична за продължаването на веригата. В случаите, когато е възможно да се създадат „гранични“ концентрации в големи обеми (стаи, хангари, работилници), трябва да се има предвид, че действително експлозивната концентрация може да се различава от 4% както повече, така и по-малко.

Още статии по темата

Разработване на мерки за защита и опазване на атмосферния въздух по време на експлоатацията на завод за каучук
Дипломният проект се изпълнява на базата на знания, придобити по дисциплините „Обща екология и неоекология“, „Обща химия“, „Висша математика“, „Биология“, „Физика“ и др. Целта на дипломния проект е да се развият умения за самостоятелно прилагане.

Основни екологични проблеми на Алтайския край
Величествената тайга и ослепителните снежни върхове, бързите реки и чистите езера няма да оставят безразличен дори и най-безчувствения човек. Не е изненадващо, че природният резерват Алтай (включително уникалното езеро Teletskoye) и няколко наблизо.

Екологична страна Граници на експлозивност за смеси от водород и въздух Някои газове и пари в определени смеси с въздух са експлозивни. Смеси от въздух с