Учебный вопрос № 4. Определение содержания ацетилена, масла и вредных примесей в кислороде

Ацетилен попадает в блок разделения воздухоразделительной установки с атмосферным воздухом. Среднее содержание ацетилена в 1 м3 атмосферного воздуха колеблется в пределах 0,001…0,1 см3. Вблизи ацетиленовых станций содержание ацетилена в атмосферном воздухе может возрасти до 30 см3/м3.

Ацетилен растворяется в жидком воздухе или в жидком кислороде до предела растворимости, который равен 5 см3/дм3. При содержании в 1 м3 воздуха менее 0,037 см3 ацетилена последний может находится в жидком кислороде только в растворенном виде, что не опасно.

При температуре равной 74 К (-199˚С) ацетилен переходит в твердое состояние и может накапливаться в аппаратах блока разделения воздуха. Система «твердый ацетилен – жидкий кислород» является взрывоопасной! Наличие в этой системе масла уменьшает энергию инициирования взрыва, то есть увеличивает его вероятность.

Причиной взрыва могут быть удары газовых волн, которые возникают при резком открытии или закрытии вентилей, резком повышении давления, быстром вскипании жидкого кислорода или воздуха. Другие возможные причины взрыва – трение и удары частичек твердого ацетилена о стенки и между собой.

При работе воздухоразделительной установки периодически необходимо брать анализ на содержание ацетилена в аппаратах блока разделения. Допустимое содержание ацетилена в жидком обогащенном воздухе – 0,4 см3/дм3, в жидком кислороде из аппаратов блока разделения – 0,04 см3/дм3. В медицинском кислороде согласно ГОСТ 6331-78 содержание ацетилена недопустимо.

Для осуществления контроля содержания ацетилена в жидком кислороде и в воздухе применяют следующие методы:

Хроматографический. Данный метод позволяет с большой точностью и быстро установить содержание ацетилена. Сущность метода заключается в предварительном обогащении микропримесей ацетилена в специальном концентраторе при низкой температуре и использовании высокочувствительного ионизационного способа детектирования. Чувствительность метода 10-8…10-9 об.%.

Экспрессный. Метод основан на адсорбции ацетилена при испарении пробы жидкости стеклотканью, помещенной в сосуд для испарения пробы, последующим поглощением ацетилена при отогревании сосуда поглотительным раствором и колориметрирования окрашенного раствора. Метод рекомендуется для определения ацетилена в условиях:

кислородных установок небольшой производительности;

в период пуска крупных блоков разделения воздуха при недостаточном количестве жидкости в конденсаторах и кубе колонны;

при необходимости проведения экспрессных анализов в условиях возможного быстрого увеличения концентрации ацетилена в колонне воздухоразделительной установки.

Ошибка определения ацетилена экспрессным методом составляет около 30 %.

Адсорбционно-колориметрический. Метод основан на поглощении ацетилена из анализируемого жидкого кислорода адсорбентом с последующим извлечением его из адсорбента газообразным азотом и пропусканием этой газовой смеси через раствор реактива, который улавливает ацетилен и меняет свою окраску при этом. Степень окраски реактива зависит от количества поглощенного ацетилена. По степени окраски реактива, пользуясь колориметрической шкалой прибора, определяется количество ацетилена в анализируемой жидкости.

Конденсационно-колориметрический. Метод основан на вымораживании ацетилена из газообразных продуктов, образующихся при испарении испытуемых жидкостей, возгонке ацетилена и его поглощении аммиачным раствором одновалентной меди с образованием окрашенного коллоидного раствора ацетиленовой меди. Содержание ацетилена в окрашенном растворе определяется колориметрическим методом. Определение ацетилена в воздухе основано на адсорбции ацетилена активированным углем и его вымораживании при температуре жидкого азота, последующей сублимации ацетилена и колориметрическом его определении.

Масло попадает в жидкий кислород при его производстве из поршневых компрессоров и детандеров через неплотности поршневых уплотнений. Наличие масла в кислороде недопустимо, так как реакция взаимодействия углеводородных масел с газообразным кислородом является экзотермической и может привести к взрыву.

Определение содержания масла в жидком кислороде производят двумя методами анализа: качественным и количественным.

Качественный метод выражается в том, что определенное количество жидкого кислорода (1 л) наливают в стеклянную колбу и дают ей испариться. После полного испарения пробы кислорода на внутренней поверхности колбы не должно оставаться пленки масла, капель влаги и твердых образований.

Количественный метод заключается в определении количества содержащегося в жидком кислороде или жидком воздухе масла нефелометрическим или люминесцентным методами.

Нефелометрический метод основан на образовании эмульсии при добавлении воды к раствору масла в смеси эфира и уксусной кислоты и сравнении мутности раствора с эталонами искусственной нефелометрической шкалы.

Люминесцентный метод основан на свойстве минеральных масел флуоресцировать под действием ультрафиолетовых лучей. При этом используются приборы:

люминесцентный компаратор ЛК-1;

фотоэлектрический флуориметр ФЛЮМ.

Качество люминесцентного метода зависит от природы растворенного масла, растворителя, типа применяемого прибора. Для проведения анализа с помощью прибора ФЛЮМ дозу испытуемого раствора вливают в кювет прибора, измеряют интенсивность люминесценции раствора и по градуированному графику определяют концентрацию масла в растворе.

При использовании компаратора ЛК-1 сравнивают интенсивность люминесценции исследуемого и эталонного растворов.

Нефелометрический и люминесцентный методы могут применяться также при количественном определении содержания масла в растворителях, используемых для обезжиривания кислородной аппаратуры.

Производимый газодобывающими станциями медицинский кислород может содержать не только определенное, но и опасное количество вредных примесей.

Основными вредными примесями газообразного кислорода, которые подлежат определению, являются:

окись углерода (СО);

двуокись углерода (СО2);

озон (О3) и другие окислители;

газообразные кислоты и основания.

Вдыхание медицинского кислорода с концентрациями вредных примесей выше допускаемых ГОСТ приводит к удушью, потере сознания или смерти.

Определение содержания вредных примесей в газообразном кислороде производится при помощи походной лаборатории ПКЛ-1, в комплект которой входит: химическая посуда, приспособления и химические реактивы, позволяющие в короткий срок определить наличие в кислороде указанных вредных примесей.