Файл: Нечаев М.А. Техника безопасности и противопожарная техника в городском газовом хозяйстве учеб. пособие для техникумов.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 05.07.2024

Просмотров: 89

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

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