Gaze industriale cu pericol de incendiu

Gaze industriale cu pericol de incendiu

1.HIDROGENUL

Hidrogenul prezinta un accentuat pericol de incendiu si explozie,are limitele de explozie foarte largi,ele fiind cuprinse intre 4 si 75% hidrogen in aer.In amestec cu aerul,in proportie de 17-60% detoneaza cu usurinta atunci cind vine in contact cu o sursa de aprindere.

In cazul detonatie unda de soc este extrem de puternica,presiunea creste de aproape 20 de ori in comparatie cu cea initiala.Daca unda de soc se poate reflecta,presiunea se mareste aproape de 40 de ori.

Arderea hidrogenului in oxigen provoaca o reactie in lant,care se propaga cu viteza ridicata prin radicalii liberi care se formeaza.

Viteza de propagare depinde de: temperatura,presiune,proportia dintre hidrogen si oxigen,prezenta unor molecule de gaz inert.

Pentru aprinderea amestecului de hidrogen-aer,la temperatura obisnuita este necesar o sursa de aprindere care sa initieze reactia in lant.La un amestec de 27-30% hidrogen in aer,aprinderea poate fi initiata de scintei electrice cu energii foarte reduse (0,019 m/J).

Sub actiunea caldurii,amestecurile de hidrogen-aer se aprind la temperaturi variind intre 400 si 580˚C in functie de presiune (la presiunea atmosferica aprinderea se produce la 575˚C).

Amestecurile de hidrogen aer mai pot fi aprinse si de undele de soc provocate de explozii sau de orice obiect puternice incalzit (conductor electric topit).De asemenea,aceste amestecuri se mai pot aprinde si de la unele impuritati solide (de ex. rugina) existente in jeturi puternice de hidrogen comprimat,precum si de la foc deschis,scinteile de natura mecanica.

Hidrogenul avind cel mai mic volum molecular,poate difuza prin pori foarte mici spre deosebire de alte gaze care nu au aceasta proprietate.Datorita acestei proprietati,pericolul formarii amestecurilor explozive,hidrogen-aer este intruncatva redus,deoarece in atmosfera deschisa se risipeste usor.In spatii inchise el se acumuleaza sub plafon.

Din punct de vedere chimic,hidrogenul prezinta o mare afinitate fata de carbon,se poate combina cu acest element,care exista in compozitia multor oteluri,micsorindu-le din aceasta cauza rezistenta mecanica.

Hidrogenul se transporta comprimat la 150 atm in recipiente de otel.Explozia poate fi favorizata de impurificarea hidrogenului cu oxigen de coroziunea recipientelor sau de nerespectarea masurilor de prevenire a incendiilor.

Depozitarea hidrogenului in gazometre umede sau uscate se face astfel incit sa nu fie posibila formarea amestecurilor explozive.

2.OXIGENUL

Oxigenul este unul dintre cele mai active elemente chimice.Are propietatea de a forma foarte usor si energic combinatii chimice cu toate elementele.Reactiile care se produc in prezenta oxigenului se numesc reactii de oxidare.

Procesele de ardere care au loc in oxigen decurg mult mai energie.De exemplu,daca intr-un vas cu oxigen se introduce un chibrit in stare de incandescenta,arderea continua cu flacara vie.

Limitele inferioare de explozie ale gazelor combustibile in amestec cu oxigenul sunt mai coborite fata de amestecurile cu aer.

Uleiurile si grasimile in contact cu oxigenul comprimat se pot autoaprinde.

Combustibilii solizi cu structura poroasa (turba,carbune etc.) daca se imbina cu oxigen lichid produc explozii puternice atunci cind se aprind in spatii inchise.

Oxigenul se foloseste in industrie pentru obtinerea unor temperaturi ridicate necesare topirii sau taierii unor metale.

Pentru aceasta se arde acetilena sau hidrogen in oxigen.De exemplu,prin ardere acetilenei in oxigen se obtine temperatura de aproximativ 3500˚C.

Oxigenul se transporta si se foloseste comprimat in recipiente la presiunea de 150 atm.

De retinut,posibilitatea producerii de explozii in compresoarele de oxigen,atunci cand oxigenul comprimat vine in contact cu uleiul (explozia uleiului).Explozia este cu atat mai puternica,cu cat presiunea si temperatura sunt mai ridicate,deci oxidarea se face mai intens.

3.METANUL

Metanul se aprinde cu usurinta de la o scanteie sau de la foc deschis.Flacara care ia nastere se propaga cu mare viteza in masa gazului,fenomenul respectiv producandu-se instantaneu.El are temperatura teoretica de ardere in aer in jur de 2000˚C,dar din cauza pierderilor de caldura in procesul de ardere,aceasta temperatura este mai redusa.

Temperatura de autoaprindere a metanului este de 650˚C in aer si de 556˚C in oxigen.

Metanul nu se combina prin aditie cu nici o substanta.Prin ardere in aer se transforma in dioxid de carbon si apa cu dezvoltare de 8400 kcal/m³.Prin incalzire la aproximativ 900˚C se descompune in hidrogen si carbon (CH₄→C+2H₂),iar la temperaturi mai inalte,in anumite conditii in acetilena si hidrogen.

Analiza: Formalismul Lagrangeian privind determinarea starii si evolutiei starilor Proiect: Arzator mixt cu aer insuflat gaz - instructiuni pentru instalare, utilizare si intretinere

Un amestec de metan aer explodeaza la aprindere,daca proportia de metan este de 6-16%.Viteza de explozie este de circa 2300 m/s.El este descompus de clor si de alti halogeni la temperaturi de 300-400˚C in prezenta unor catalizatori formand produsi de „substitutie”.

Prin arderea incompleta a metanului sau prin disociere se obtine negru de fum,folosit in industria cauciucului ,cernelurilor etc.

Metanul este mai usor ca aerul (densitatea fata de aer 0,55),ceea ce permite o aerisire usoara a spatiilor inchise.

Deoarece metanul nu are miros,pentru a putea fi recunoscut cu usurinta se adauga substante puternic mirositoare ca de exemplu etilc-mercaptan (16 grame sau 19,1 cm³ de etil-mercaptan la 1000m³ gaz metan).In aceasta situatie o concentratie de 1% volum in aer poate fi sesizata.

Uneori este folosit drept gaz inert,in lipsa azotului,la unele reactii chimice la care nu este permisa prezenta aerului.In acest caz se pot produce amestecuri explozive metan-oxigen.

4.ACETILENA

Acetilena este un gaz incolor,combustibil cu miros caracteristic,densitatea in raport cu aerul este de 0,907.Acetilena este o hidrocarbura nesaturata cu tripla legatura,care se descompune cu usurinta in elementele sale constitutive: carbon si hidrogen.

Tripla legatura a atomilor de carbon confera acetilenei unele insusiri caracteristice,cea mai importanta fiind nestabilitatea termodinamica,adica tendinta de descompunere in carbon si hidrogen cu degajare considerabila de caldura 54 kcal/mol,caldura si temperatura de ardere foarte ridicate si o mare capacitate de reactie.

Cele mai multe din reactiile acetilenei sunt reactii de aditie in care moleculele altor substante se alipesc celei de acetilena.Reactiile sunt exoterme (cu degajare de caldura).

Descompunerea chimica a acetilenei are loc cu dezvoltarea unei mari cantitati de energie (2080 kcal/kg),iar in cazul unei descompuneri explozive,temperatura ajunge pana la 3000˚C,producandu-se si o crestere a volumului hidrogenului.

Acetilena formeaza cu aerul amestecuri explozive destul de periculoase a caror limite sunt mult mai largi decat a celorlalte hidrocarburi (limita inferioara este de 3,5% iar cea superioara de 82% volum in aer).Cele mai periculoase sunt amestecurile care contin intre 7 si 13% volum acetilena.

Efectul exploziilor este deosebit,acesta fiind cu mult mai mare decit in cazul altor hidrocarburi.

In cazul cind exploziile au loc in spatii inchise (rezervoare,conducte,instalatii etc),presiunea ajunge sa fie de circa 12 ori mai mare decit cea initiala.Din aceasta cauza toate utilajele se dimensioneaza la presiunea de proba de 12 atm.

In anumite conditii,descompunerea acetilenei poate avea loc cu detonatie in care caz datorita efectului undei de detonatie,presiunea creste de citeva sute de ori (in comparatie cu cea initiala),fapt ce duce inevitabil la distrugerea instalatiilor respective.

Acetilena se descompune spontan sub actiunea unor factori,cum ar fi: temperatura ridicata,scintei,incalziri locale ,ridicare presiunii peste 1 atm,reactii de polimerizare insotite de degajari intense de caldura,descompunerea substantelor chimice explozive,actiunea substantelor foarte reactive fata de acetilena,exemplu clorul.

Amestecurile explozive cuprinse intre 7 si 13% explodeaza prin incalzire la temperaturi peste 500˚C,si mai ales prin comprimare la presiuni de peste 3 atm.

In prevenirea initierii descompunerii acetilenei,prezenta umiditatii constituie un factor important.Prin asigurarea saturarii cu vapori de apa se micsoreaza posibilitatea producerii unei explozii.

Varietatea conditiilor in care se produce explozia acetilenei se explica in parte prin faptul ca la ridicarea temperaturii descompunerea ei este precedata de polimerizare.La temperaturi de peste 400˚C,moleculele de acetilena se combina cu moleculele mai complexe (benzen,stiren etc.).Caldura degajata la polimerizare duce la cresterea temperaturii acetilenei si creaza conditii favorabile pentru producerea exploziei.

La dizolvarea acetilenei,moleculele ei sunt separate de moleculele solventului,ceea ce micsoreaza capacitatea de descompunere.Astfel acetilena dizolvata in acetona nu explodeaza la presiuni pina la 10 atm.

5.AMONIACUL

Amoniacul este un gaz combustibil incolor cu un miros caracteristic puternic,cu densitatea in raport cu aerul de 0,771.Puterea calorica este de 4450 kcal/kg.Este solubil in apa 40% la 10˚C si 18,5% la 50˚C,cu formare de hidroxid de amoniu.

In stare gazoasa nu arde in aer,la temperaturi obisnuite,fiind considerat adeseori inofensiv din punct de vedere al pericolului de incendiu si explozie.

Desi nu este o combinatie organica,amoniacul formeaza cu aerul amestecuri explozive,intre limitele de 15 si 27% volum in aer,in oxigen intre 13,5 si 79% in volum.Energia minima de aprindere este de 680 MJ iar presiunea de explozie este de 6 kgf/cm².

Temperatura de inflamabilitate este de -2˚C,iar cea de autoinflamare de 630˚C.

Prezenta uleiului sau a altor materiale combustibile mareste pericolul de incendiu.In contact cu bioxidul de clor se poate aprinde sau exploda.

In reactie cu mercurul,clorul,iodul,bromul,acidul fluorhidric,anhidru,se poate aprinde sau exploda.

Amoniacul in oxigen se aprinde la temperaturi obisnuite cu formare de oxid de azot (MO),care se combina cu usurinta un oxidant foarte puternic care cu vaporii a multor substante organice formeaza amestecuri explozive.

Chiar si in lipsa aerului amoniacul gazos se descompune in elementele componente-azot si hidrogen-prin incalzire la temperaturi de peste 800˚C sau datorita unor descarcari electrice.Amoniacul gazos ataca organele respiratorii si distruge glandele lacrimale.In aer,concentratia maxima admisa este de 0,02 g/m³.

Amoniacul se transporta in vase inchise in stare lichida.Pe timpul depozitarii si transportului o parte din amoniac trece in faza gazoasa,in vas creandu-se o presiune corespunzatoare temperaturii mediului exterior.De exemplu,la 20˚C presiunea este de 7,7 atm iar in cazul cand temperatura este de 40˚C presiunea ajunge la 14,9 atm.

6.CLORUL

Clorul este un gaz de culoare galbena-verzuie,cu miros puternic iritant,incombustibil mai greu ca aerul (densitatea in aer 2,49).Majoritatea produselor combustibile reactioneaza cu clorul,tot asa ca si cu oxigenul.De exemplu,reactioneaza in mod special cu acetilena,terebentina,eterul,amoniacul gazos,gazele combustibile,hidrocarburile,hidrogenul si metalele fin divizate.

Amestecurile de metan si clor sunt explozive intre limitele de la 6 pina la 63% in volum.Amestecurile de benzen si clor sunt explozive intr-un interval de explozie larg: limita inferioara de explozie este de 8,2-9,2% iar limita superioara de la 32,6 pana la 35%.

Amestecurile de clor,etan si metan se autoinflameaza intr-un interval larg de explozie.Astfel,amestecul de metan-clor se autoinflameaza intre 370 si 450˚C,la o concentratie de 10%,respectiv 7%,iar amestecul de etan-clor intre 360 si 400˚C, concentratia fiind de 5%,respectiv 40%.

La combinarea clorului cu hidrogenul,pentru a forma acidul clorhidric se produce o explozie la incalzirea amestecului de gaze sau la o iluminare puternica (lumina solara directa,magneziu incandescent etc).Dupa o prealabila aprindere,amestecul continua sa arda linistit.

Cu acetilena,clorul formeaza amestecuri care pot exploda numai sub actiunea luminii.

Clorul este un gaz otravitor.Ataca caile respiratorii,iar la concentratii mai mari poate provoca asfixierea.Concentratia maxima admisa pentru halele de fabricatie este de 0,01 mgCl₁/l aer.

Efectele provocate de inspiratia aerului la diferite concentratii de clor sunt:

- de la 0,001 pina la 0,006 mg/l aer,se produc efecte iritante;

- la 0,00834 mg/l aer degaja miros neplacut,simptome dupa 1-2 ore;

- 0,0350 mg/l aer reprezinta cantitatea minima care cauzeaza iritatia imediata a gitului;

- 2,80 mg/l aer provoaca moartea.

Clorul se transporta in stare lichefiata la presiunea de 6 at in tuburi de otel.

7.GAZE PETROLIERE LICHEFIATE

Sub denumirea de gaze lichefiate se intelege,in general,amestecurile de hidrocarburi volatile cu unul pina la 6 atomi de carbon in molecula care in limitele de temperatura de la -40˚C pina la 40˚C,respectiv la presiuni de 0,2 atmosfere pina la pina 15 atmosfere se gasesc in stare lichefiata.

La temperatura si presiune atmosferica normale gazele lichefiate se prezinta in stare gazoasa.Ele se pot insa lichefia chiar si la presiune relativ scazuta.Un gaz lichefiat sub presiunea are intotdeauna tendinta sa treaca in stare gazoasa.El se evaporta la suprafata,pina cind se formeaza in spatiul umplut cu gaz o presiunea care corespunde presiunii de vapori a gazului lichefiat.Aceasta presiune de vapori depinde de temperatura gazului lichefiat.

Pericolul este mare cind rezervorul de gaz lichefiat este supus,in cazul incendiului,unei cresteri permanente a temperaturii.Cresterea temperaturii in interiorul rezervorului corespunzator curbei presiunii de vapori,nu continua decit atit timp deasupra gazului lichefiat se afla un spatiu umplut cu gaz.Cind temperatura creste,gazul lichefiat se dilata,putindu-se ajunge ca intregul volum al rezervorului sa fie umplut cu gaz lichefiat,fara sa mai existe vreun spatiu de gaz.Incepind din acest moment la cresterea temperaturii,presiunea creste mult mai rapid decit conform curbei presiunii de vapori.Marimea presiunii este de 7 pina la 8 atmosfere pentru fiecare grad de crestere a temperaturii.

Ca urmare a compresibilitatii reduse a gazului lichefiat si a capacitatii elastice de dilare,de asemenea mica,a peretilor rezervoarelor aceastea explodeaza.

Intre gazele lichefiate se citeaza: propanul,butanul,propilena,izobutanul,butilenele,butadiena precum si amestecurile acestor hidrocarburi in diferite proportii.

Gazele petroliere se produc prin distilarea fractionata a gazolinei sau a gazelor de rafinarie.Ele se utilizeaza ca combustibili casnici si industriali,agenti de racire in instalatii frigorifice,solventi pentru uleiuri si in diferite sinteze chimice.

Gazele petroliere lichefiate sunt usor inflamabile.Temperatura de aprindere este 430-455˚C.Temperatura de ardere a gazelor lichefiate este de aproximativ 1950˚C.Greutatea specificare mare (de 1,5-2 ori mai grele decit aerul) mareste considerabil pericolul de incendiu si explozie,deoarece se acumuleaza in partile inferioare ale incaperilor.

Densitatea in stare lichefiata variaza intre 0,45 si 0,60.Gazele lichefiate formeaza cu aerul amestecuri explozive.

Limita inferioara de explozie variaza intre 1,5 si 2% iar cea superioara intre 8,5 si 9,5%.

Pentru a putea sesiza prezenta lor in caz de scapari,ele se odorizeaza cu mercaptan.

Gazele lichefiate scapate,chiar in cantitati mici genereaza prin evaporare o cantitate mare de vapori inflamabili.De exemplu,dintr-un litru de propan lichefiat se formeaza peste 33 l vapori in conditii normale de temperatura si presiune.