Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Нечаев М.А. Техника безопасности и противопожарная техника в городском газовом хозяйстве учеб. пособие для техникумов

.pdf
Скачиваний:
5
Добавлен:
23.10.2023
Размер:
6.99 Mб
Скачать

Газовоздушная смесь, содержащая газа менее нижнего пре­ дела воспламеняемости, не горит и не взрывается. Смесь с кон­ центрацией газа, соответствующей верхнему пределу воспла­ меняемости, тоже не горит, но она может гореть при подводе из­ вне дополнительного тепла или воздуха.

Если тепло, необходимое для наг.рева газовоздушной смеси, поступает от внешнего источника .нагрева, то величины преде­ лов воспламеняемости расширяются, т. е. нижний .предел умень­ шается, а верхний растет. Если смесь уже подогрета за счет внешнего источника тепла до температуры воспламенения, то такая нагретая газовоздушная смесь может воспламеняться и будет гореть при любом соотношении объемов газа ,и воздуха.

.Значения пределов воспламеняемости зависят не только от температуры, но и от ряда других физических условий состоя­ ния газовоздушной смеси и наличия в газе примесей. Так, с по­ вышением давления, под которым находится газовоздушная смесь, область ее воспламеняемости, т. е. диапазон между ниж­ ним и верхним пределами воспламеняемости, сужается, причем особенно это заметно у окиси углерода. Наличие в газе негорю­ чих балластных примесей также суживает область .воспламе­ няемости.

В табл. 2 приведены величины температур воспламенения и пределов воспламеняемости основных горючих газов.

Пределы

воспламеняемости смеси нескольких горючих га­

зов зависят

от пределов воспламеняемости составных частей

смеси и могут быть приближенно подсчитаны по формуле ЛеШателье:

п - - - .

»

Г

*

«•

(2>

а

о

с

а

 

 

A

^ B

^ C

D

 

 

где

Я с м — предел

воспламеняемости

(нижний

или

 

верхний)

смеси в %;

 

 

 

а, Ь, с и d—содержание

горючих составных частей в

 

смеси в %;

 

 

А,

В, С и D — значения

соответствующих

(верхних

или

 

нижних)

пределов воспламеняемости состав­

 

ных частей, принимаемые по

табл. 2.

 

Для газов, содержащих значительное количество негорючих (балластных) газов, приведенная формула не даст точных зна­ чений. Для таких газов пользуются более сложными формула­ ми или определяют пределы воспламеняемости опытным путем.

Теплота, выделяющаяся при горении газа, расходуется преж­ де всего на нагрев продуктов сгорания; поэтому чем больше количество последних, тем ниже температура, развивающаяся

Температуры

Газ

Т а б л и ц а 2

воспламенения и пределы воспламеняемости (взрываемости) газовоздушных смесей

воспламе­

 

Пределы

вос­

 

воспламе­

 

Пределы

вос­

 

(объемные

 

 

(объемные

 

 

пламеняемос­

 

 

 

пламеняемос­

 

 

ти при 20 3 С

 

 

 

ти

при 20'С

 

 

и

760

 

 

 

 

и

760

 

 

мм рт.

ст.

 

 

 

мм

рт.

ст.

Температура

°Свнения

проценты

газа

Газ

Температура

внения

проценты

газа

в газовоздуш -

 

в газовоздуш ­

 

 

ноіі

смеси)

 

 

 

ной

смеси)

 

 

нижний

верх­

 

 

 

нижний

верх ­

 

 

 

ний

 

 

 

 

ний

Бутан

(норм.) . .

490

1,9

8,5

 

455

2

9,7

 

 

445

1.7

9

 

530

3,1

12,5

 

 

510

4

75

 

510

3

28,6

 

 

645

5

15

 

640

5—6

30—32

Окись

углерода

610

12,5

75

Сланцевый

(быто­

 

 

 

 

510

2,1

9,5

вой)

700

6—8

30—40

при горении. С другой стороны, чем большей будет теплоемкость продуктов сгорания, т. е. чем больше тепла нужно, чтобы на­ греть единицу количества этих продуктов на 1°С, тем меньше будет температура горения топлива.

Температура, развивающаяся

при горении топлива,

зависит

и от той начальной

температуры,

которую имели

топливо' (газ)

и воздух до начала

горения. Чем более высокими

были

началь­

ные температуры таза' и воздуха, тем более высокая

темпера­

тура будет достигнута при горении.

 

 

Излишний воздух, поступающий в зону горения, требует за­ траты тепла на его нагрев, поэтому чем больше количество это­ го .воздуха, тем ниже температура, развивающаяся при горении,

Данные о максимальных температурах горения газов при теоретически необходимом расходе воздуха приведены в табл.3.

 

 

Т а б л и ц а 3

 

Максимальные температуры при горении газов

 

 

Температу­

 

Температу­

Газ

ра

Газ

ра

горения

горения

 

в °С

 

в °С

 

2120

 

2100

 

2230

Природный

2020

Метан

2043

Коксовый

2090

 

2110

Сланцевый (бытовой) газ . .

1900

 

2224

 

 

" В практике имеют место неизбежные тепловые потери, а по­ ступающее количество воздуха обычно не соответствует теоре­

тически необходимому его количеству,

поэтому

достигаемая в

реальных условиях температура

при

горении

топлива будет

всегда ниже той, которая получается по

расчету.

 

Если горючая газовоздушная смесь находится ,в замкнутом

объеме, например в помещении,

аппарате или

трубопроводе

большого диаметра, то при появлении в какой-либо точке этого объема источника тепла или пламени с температурой, достигаю­ щей или превышающей температуру воспламенения смеси, про­ исходит взрыв газовоздушной смеси.

Сгорание при взрыве сопровождается очень быстрым повы­ шением температуры и соответствующим повышением давления

нагретых

газов. Этот

практически

мгновенный резкий скачок

давления

в замкнутом

объеме,

который занимала горючая

смесь, приводит к взрыву.

 

Давление, возникающее при взрыве газовоздушных смесей, •может доходить до 7—8 кГ/см2, если смеси до взрыва были при нормальном атмосферном давлении. Если смеси до взрыва уже находились при повышенном давлении, то давление, возникаю­ щее при взрыве, 'будет более высоким, чем в первом случае, на­ столько, насколько ее первоначальное давление было выше нор­ мального.

Величину давления, развивающегося при взрыве газовоз­ душной смеси, можно определить по формуле

р

__

р

« в з р + 273°)

 

т_

 

 

 

В

З Р

'нач + 273°

 

'

а '

 

(

'

где Явзр давление

при взрыве в абсолютных атмосферах;

 

•Рпач начальное абсолютное давление смеси;

 

 

 

^взр температура,

развивающаяся

при взрыве,

которая

в

пределе может достигнуть

максимальной

величины,

указанной

в та'бл. З, в

град;

 

 

 

 

 

 

івач — начальная

температура

газовоздушной смеси в

град;

т — количество

молекул

(объемов)

 

продуктов

сгорания

газа с учетом азота воздуха

 

по уравнениям

реак­

ций горения;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

п — число молекул

(объемов)

газовоздушной

смеси до

взрыва с учетом азота воздуха

[по формулам

горе­

ния (1)].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Поскольку максимальные температуры горения практически не достигаются, а смесь с воздухом лишь случайно может ока­ заться такой, что ни избытка, ни недостатка воздуха в ней не будет, реально возможные давления при взрывах газа будут меньше тех величин, которые получаются по формуле (3).

Пример. Определим

давление,

 

развивающееся

при 'взрыве

метама, сме­

шанного с воздухом. Количество воздуха достаточно

для

полного

сгорания

метана. Давление

газовоздушной

смеси до взрыва

1 ата,

температура 20°С.

Температура

горения

метана

2043°С.

 

 

 

 

 

 

Согласно

формуле

(1), реакция

горения (или взрыва) метана

с учетом

азота

воздуха

выглядит

так:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CH 4 + 20 2 + 7,52N2 = C 0 2

+ 2 H 2 0 + 7,52 N,.

 

 

Из

этого

уравнения

видно,

что до реакции и после нее общее

количест­

во молекул одинаково и равно примерно 10,5.

 

 

 

 

 

Подставляя

известные и заданные величины

в

формулу

i(3), получим

максимальное

давление

при взрыве

 

 

 

 

 

 

 

Р

 

=

1 (2043°+

273°)

.

10,52

= 8 , 2 ото = 7,2

кГ/см2.

 

 

 

—і

 

 

 

 

 

гввр

 

 

200 + 273°

 

 

10,52

 

 

 

 

 

 

Особенно опасными с точки зрения возможности взрыва яв­ ляются газы с наиболее низкими пределами взрываемости, при которых скорее образуется способная воспламениться газовоз­ душная смесь. При близких величинах нижних пределов взры­ ваемости двух газов более опасным, следует считать газ, у ко­ торого шире область взрываемости и ниже температура воспла­ менения. Избыточное давление, возникающее при взрыве при­ родного и коксового газа, принимается до 7,5 кГ/см2, а пропана и бутана —до 8—8,5 кГ/см2.

При взрывах смесей горючих газов и паров с воздухом в

трубах

с достаточно

большими диаметром и длиной может иметь

место

другая форма

быстрого воспламенения, когда скорость

распространения пламени превосходит скорость распростране­

ния звука

и достигает ilOOO—4000

м/сек. Местное повышение

давления

при этих условиях

может

доходить до 80 кГ/см2 и вы­

ше. Это явление называется

детонацией.

Детонация объясняется возникновением и действием удар­ ных волн в сжимающейся и воспламеняющейся смеси. Быстродвижущаяся ударная волна вызывает резкое увеличение давле­ ния, температуры и плотности горючей смеси, что, в свою оче­ редь, вызывает ускорение химических реакций горения и усили­ вает разрушительный эффект.

Смеси горючих газов и паров с воздухом по степени

ихвзры-

во- и пожароопасное™ классифицируются «Правилами

изготов­

ления

взрывозащищенного и рудничного

электрооборудова­

ния»1 , утвержденными Госгортехнадзором

СССР 28 ноября

1967

г.

 

Согласно Правилам, горючие смеси подразделяются на кате­ гории и группы. Категория взрывоопасной смеси определяется в зависимости от величины зазора между двумя поверхностями фланцев шириной 25 мм, при котором частота передачи воспла­ менения через зазор; составляет 50% общего числа производив-

1 «Энергия»; 1969.

2 Зак. 599

33

шихся взрывов.

Объем оболочки,

в которой

производились

взрывы, составляет 2,5 л.

 

 

 

 

 

 

 

Категории взрывоопасных

смесей

приведены

в табл. 4.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Т а б л и ц а

4

Категории

взрывоопасных

газо-

и

паровоздушных смесей

 

 

Категория смесн

1

 

2

3

 

 

 

 

 

Более 1

0,65—1

0,35—0,65 Менее

0,35

Группы

взрывоопасных смесей

определяются

температурой

их воспламенения поданным табл. 5.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Т а б л и ц а

5

Группы

взрывоопасных

газо-

и паровоздушных

смесей

 

 

Группа

смеси

ті

 

Т2

 

тз

Т4

Т5

 

Температура

воспламе -

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Свыше 450 300—450 200—300

135—200 100—135

Обозначения категорий л групп смесей показывают требуе­ мую для них степень взрывобезопасности электрооборудования.

В табл. 6 приведены для сравнения обозначения основных встречающихся в газовом хозяйстве горючих газо- и паровоз­ душных смесей по старым «Правилам изготовления .взрывозащищенного электрооборудования» (ПИВЭ, 1963) и по новым «•Правилам изготовления взрывозащищенного и рудничного электрооборудования» (1967 г.) (ОАА.684.053—67).

Сравнивая маркировку различного электрооборудования, а также оборудования связи, электрической автоматики и прибо­ ров с приведенными в табл. 6 обозначениями горючих смесей, можно судить о возможности применения того или иного обо­ рудования в условиях возможного содержания в воздухе горю- чих-газов и паров.

 

 

 

Т а б л и ц а 6

- Обозначения горючих

газо- и паровоздушных смесей по старым и новым

правилам изготовления взрывозащищенного электрооборудования

 

 

Обозначение

Обозначение

Горючий компонент

старое

 

Горючий компонент

новое

 

новое

старое

Аммиак

1Т1

2Т1

Метан . . '

1Т1

2Т1

 

2Т1

ЗА

ЗТ1

 

 

 

Продолжение

табл. 6

 

Обвзначенне

Обозначение

Горючий компонент

 

новое

Горючий компонент

новое

 

старое

старое

 

ЗА

ЗТ1

2Т2

Водород

4Т1

2ТЗ

 

2Т2

4Т2

 

2Т2

4ТЗ

 

2Т2

 

 

§ 3. Физиологическое воздействие газов на человека

 

Составные части

газовых топлив и некоторые содержащиеся

в них примеси, попадая в организм человека, оказывают вред­ ное физиологическое действие: удушающее и отравляющее.

Удушающее действие обусловлено недостатком кислорода во вдыхаемом воздухе. При понижении содержания кислорода в воздухе до 16% начинаются одышка и сердцебиение, до 12% наблюдается сильное стеснение дыхания и при понижении со­ держания кислорода до 9% человек теряет' сознание. Удушаю­ щими свойствами обладают все газы, кроме кислорода.

Метан и азот при наличии в воздухе достаточного количест­ ва кислорода не оказывает на человека опасного действия. Окись углерода, сероводород и сернистый газ являются сильно ядовитыми газами.

Ниже приведены данные об основных свойствах и физиоло­ гическом действии составных частей и примесей газовых топ­ лив.

Метан СН4

легкий бесцветный газ без ощутимого

запаха.

Его удельный

вес 0,72

кг/м3, относительный

удельный

вес 0,55

(воздух—1). Метан

не

ядовит, однако длительное вдыхание сме­

си из 80% метана

и 20% кислорода может

вызвать головную

боль.

 

 

 

 

 

Сжиженные углеводородные газы, главным образом

пропан

С3 Н8 и бутан

С 4 Н 1 0 — тяжелые газы, трудно

смешивающиеся с

воздухом. Не обладают характерным запахом. Они не ядовиты, и их вдыхание в небольших количествах не оказывает вредного действия на человека. Так, при вдыхании в течение 10 мин воз­ духа, содержащего .1% пропана или бутана, отравления не на­ ступает. Вдыхание воздуха с 10%. пропана или бутана вызыва­ ет головокружение. Значительные концентрации этих углеводо­ родов вызывают опьяняющее действие. Другие сжиженные га­ зы-г-пропилен и бутилен — оказывают наркотическое действие. При содержании в воздухе 15% пропилена через 30 мин насту­ пает потеря сознания, при содержании 24% пропилена человек теряет сознание через 3 мин, 35—40% — через 20 сек.

2* Зок. 599

35

Т а б л и ц а 7

Действие

на человека

окиси

углерода,

вдыхаемой

с воздухом

Сод ержание

 

окиси

углерода

 

 

 

 

 

 

 

 

в

воздухе

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Длительность

ц

характер

воздействия

в % по объ ­

в

мг[м'

 

 

 

 

 

 

 

 

ему

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,01

 

 

125

При вдыхании

в течение

нескольких

часов за­

 

 

 

метного действия нет

 

 

 

 

0,05

 

 

625

В течение 1 ч заметного

действия нет

0,1

 

 

1250

Через

1 ч головная

боль,

тошнота

и недомо­

 

 

 

гание

20—-30 мин наступает

 

 

СГ, 5

 

 

6250

Через

смерть-

 

1,0

 

12 500

После

несколько

вдохов

потеря сознания, через

 

 

 

\—2мин

очень

сильное

отравление

или смерть

Окись углерода

СО бесцветный

газ с очень слабым

запа­

хом.

Окись углерода немного легче воздуха.

Удельный вес

1,25

кг/м3, относительный удельный

вес 0,967.

Окись углерода

чрезвычайно ядовита. Ее вредное действие заключается

.в том,

что она вытесняет

кислород из оксигемоглобина

крови

и всту­

пает

в соединение

с гемоглобином,

образуя

кар'боксигемогло-

бин, который мешает усвоению кислорода красными кровяными

шариками. При исчезновении окиси углерода во вдыхаемом

воз­

дух

карбоксигемоглобин постепенно разрушается, снова

обра­

зуя

оксигемоглобин.

 

Физиологическое воздействие окиси кислорода на человека зависит от ее концентрации в воздухе и длительности вдыхания (табл. 7).

Углекислота С0 2 , или двуокись углерода, — бесцветный газ, без запаха, с кисловатым вкусом. Она в 1,5 раза тяжелее возду­ ха. Удельный вес 1,97 кг/м3, относительный удельный вес 1,52.

Углекислота не ядовита, но обладает наркотическим дейст­ вием и способна раздражать слизистые оболочки.

Сероводород H2 S бесцветный газ, несколько тяжелее воз­ духа, с сильным запахом тухлых яиц. Ясно ощутимый запах се­

роводорода ощущается при содержании его в воздухе

1,4—

2,3 мг/м3; сильный, но еще не тягостный запах —при 33

мг/м3;

тягостный запах даже для привыкших людей при содержании 7—М мг/м3. Удельный вес сероводорода 1,52 кг/м3, относитель­ ный вес 1,.19.

По своему физиологическому воздействию на человека серо­ водород является сильным ядом, действующим на нервную си-

56

стему. Оказывает также раздражающее действие на дыхатель­ ные пути и глаза.

Характер действия сероводорода в зависимости от его кон­ центрации в воздухе и длительности вдыхания указан в табл. 8.

Т а б л и ц а 8

Действие на человека сероводорода, вдыхаемого с воздухом

Содержание

сероводорода

 

 

 

 

 

 

 

в

воздухе

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Длительность и характер действия

 

в % по о б ъ ­

в мг?м*

 

 

 

 

 

 

 

ему

 

 

 

 

 

 

 

 

0,01—0,015

150—230

После нескольких часов вдыхания признаки лег­

 

 

310

кого отравления

 

 

 

 

 

0,02

 

Через

5—8 мин сильное

раздражение глаз, носа

 

 

 

и горла

1 ч сильное отравление

 

 

 

0,05—0,07

770—1080

Через

 

 

 

0,1—0,3

 

1540—4620

Быстрый смертельный исход

 

 

 

Сероводород опасен

не только сам по себе, но и потому, что

в результате

его сгорания получается'другой

весьма

ядовитый

газ — двуокись серы, .или сернистый газ S02 .

 

 

 

 

Сернистый газ S 0 2

бесцветен, обладает

резким

запахом

и

сладковатым

вкусом.

Его удельный вес 2,93 кг/м3,

относитель­

ный вес 2,26.

 

 

 

 

 

 

 

 

Сернистый газ сильно раздражает дыхательные пути.

 

Характер;

действия

сернистого газа при различных его кон­

центрациях в воздухе в зависимости

от длительности

вдыхания

указан в табл. 9.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Т а б л и ц а

9

Действие на человека сернистого газа,

вдыхаемого с

воздухом

 

Содержание сернистого газа

ввоздухе

 

 

Длительность и характер действия

в % по

о б ъ ­

в мг/м'

ему

 

0,0005

14,6

Длительное вдыхание неопасно

0,001—0,002

29—58 .

При

длительном Lвдыхании [раздражение горла

 

и

кашель

0,005—0,01

146—293

При

вдыхании до 1 ч серьезной опасности еще

0,05

нет

 

1460

Кратковременное вдыхание опасно для жизни

Сернистый газ находится в продуктах сгорания соединений серы, содержащихся иногда в довольно значительных количест­ вах в искусственных и природных газах некоторых месторожде­ нии, а также меркаптановых и других серосодержащих одорантов.

Г л а в а III

КОНТРОЛЬ ЗА УТЕЧКАМИ ГАЗОВ

§ 1. Одоризация газов

Своевременное обнаружение газа в воздухе, быстрое и точ­ ное определение мест его утечек для немедленного устранения являются важнейшими предпосылками безопасности эксплуата­ ции газовых хозяйств населенных мест и потребителей газовогэ топлива.

Наиболее просто и доступно газ обнаруживают по запаху.

Согласно «Правилам

безопасности

в газовом

хозяйстве» Гос-

гортехнадзора СССР,

запах нетоксичных

газов

(в частности,

природного газа) человек должен

ощущать

при содержании

их

в воздухе не более Vs величины нижнего предела

взрываемое™,

для природного газа

1%, для углеводородов

сжиженных

га­

зов 0,4—0,5% по объему газа в воздухе, а токсичных газов при содержании, допускаемом санитарными нормами.

В СССР для одоризации природного и сжиженного углево­

дородных газов

применяют-этилмеркаптан (C2 H5 SH),

имеющий

следуювд^ физико-химические свойства:

 

 

Молекулярный

вес

'

 

62

Содержание серы в связанном виде в %

 

51,4

Температура кипения в град

 

 

+37

Удельный

вес

жидкости (вода =

1)

 

0,83

Удельный

вес

паров при 0°С и 760 мм рт. ст.

в кг/нм?

2,77

Упругость

паров в мм рт. ст.

при температуре

в град:

 

10

 

 

 

 

291

20

 

 

 

 

440 "

30 .

 

 

 

 

644

Пределы взрываемости смесей паров этилмеркаптана с воз­ духом (в % по объему): нижний 2,8; верхний 18,2. Температу-

pa воспламенения паров: с

воздухом +299°С; с

кислородом

+26 ГС.

 

 

мг

 

Для получения нужной интенсивности запаха в

1000

при­

родного газа вводят 16 г этилмеркаптана, а также

около

8 г се­

ры, причем при сгорании 16

г этилмеркаптана в продуктах

горе­

ния появляется дополнительно 12,5 г токсического сернистого газа. Из сказанного видно, что высокое содержание серы являет­

ся отрицательным свойством

этилмеркаптана.

 

 

При одоризации сжиженных газов этилмеркаптаном, когда

последний вводится в жидкую фазу газа, проявляется

его

дру­

гое важное отрицательное

свойство — сравнительно

высокая

температура кипения и, как следствие, пониженная

упругость

паров по сравнению с основными

углеводородами сжиженных

газов. Температура кипения

при 760 мм. рт. ст: основных

ком­

понентов этой смеси составляют:

пропан —42°С;

н.

бутан

—0,6°С; изббутан —10,2°С; этилмеркаптан +37°С.

 

 

В результате при отборе газовой фазы из емкостей или бал­ лонов ее состав будет отличаться от состава остающейся жид­ кой фазы из-за разницы температур кипения и упругостей па­ ров компонентов, входящих в состав смеси. Поэтому >при по­ стоянном испарении в газовую фазу сначала .переходят более легкокипящие компоненты и, следовательно, составы .газовой и жидкой фазы будут изменяться с течением времени по мере расходования газа из емкостей. Будет, естественно, меняться и содержание этилмеркаптана в газовой фазе, поступающей к по­ требителям газа. Сначала оно будет меньшим, чем необходи­ мо, а затем постепенно станет увеличиваться, но все же значив тельная часть одоранта останется в емкостях и удалится из них с тяжелыми остатками, без каких-либо признаков утечки газа. Между тем именно в первый период, когда емкости только что наполнены, определение утечек особенно важно.

Впоследние годы требования к одоризации сжиженных га­ зов поставщиками уточнены в зависимости от состава используе­ мого газа. В 1969 г. Госгортехнадзором СССР и Министерством газовой промышленности утверждены «Временные нормы и тех­ нические условия одоризации сжиженных газов бытового и ком­ мунально-бытового назначения».

Втабл. 10 приведены нормы одоризации сжиженных газов, принятые в соответствии с Временными нормами и технически­ ми условиями.

Опыт эксплуатации показал, что одоранты химически свя­

зываются окислами железа в стальных трубах .и растворяются

в конденсатах, которые

могут находиться в газопроводах. Это

заставляет

периодически

проверять степень запаха газа в раз­

ных точках

разветвленных

газовых сетей.

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ