История искусственных горючих газов

Инертные

Не вступают в химическое взаимодействие с металлами и практически не растворяются в металлах

Аргон (Ar) — бесцветный, без запаха, негорючий, неядовитый газ, почти в 1,5 раза тяжелее воздуха. В металлах нерастворим как в жидком, так и в твердом состояниях. Выпускается (ГОСТ 10157-79) двух сортов: высшего и первого.

В газе высшего сорта содержится 99,993 % аргона, не более 0,006 % азота и не более 0,0007 % кислорода. Рекомендуется для сварки ответственных металлоконструкций из активных и редких металлов и сплавов, цветных металлов.

В газе первого сорта содержится 99,98 % аргона, до 0,01 % азота и не более 0,002 % кислорода. Рекомендуется для сварки стали и чистого алюминия.

Гелий (Не) — бесцветный газ, без запаха, неядовитый, значительно легче воздуха и аргона. Выпускается (ГОСТ 20461-75) двух сортов: высокой чистоты (до 99,985 %) и технический (99,8%).

Используется реже, чем аргон, из-за его дефицитности и высокой стоимости. Однако при одном и том же значении тока дуга в гелии выделяет в 1,5 — 2 раза больше энергии, чем в аргоне. Это способствует более глубокому проплавлению металла и значительному увеличению скорости сварки.

Гелий применяют при сварке химически чистых и активных материалов, а также сплавов на основе алюминия и магния.

Азот (N₂) — газ без цвета, запаха п вкуса, неядовитый. Используется только для сварки меди и ее сплавов, по отношению к которым азот является инертным газом. Выпускается (ГОСТ 9293-74) четырех сортов: высшего — 99,9% азота; 1-го — 99,5%; 2-го — 99,0%; 3-го — 97,0%.

Активные

Защищают зону сварки от воздуха, но сами растворяются в жидком металле либо вступают с ним в химическое взаимодействие

Кислород (О 2)

— газ без цвета, запаха и вкуса. Негорючий, но активно поддерживающий горение. Технический газообразный кислород (ГОСТ5583-78) выпускается трех сортов: 1-й сорт — 99,7% кислорода; 2-й — 99,5%; 3-й — 99,2%. Применяется только как добавка к инертным и активным газам.

Углекислый газ (СО 2)

— бесцветный, со слабым запахом, с резко выраженными окислительными свойствами, хорошо растворяется в воде. Тяжелее воздуха в 1,5 раза, может скапливаться в плохо проветриваемых помещениях, в колодцах, приямках. Выпускается ( -85) трех сортов: высший-99,8% СО 2 , 1-й-99,5% и 2-й-98,8%. Двуокись углерода 2-го сорта применять не рекомендуется. Для снижения влажности СО 2 рекомендуется установить баллон вентилем вниз и через 1-2 ч открыть вентиль на 8-10 с для удаления воды. Перед сваркой из нормально установленного баллона выпускают небольшое количество газа, чтобы удалить попавший внутрь воздух.

В углекислом газе сваривают чугун, низко- и среднеуглеродистые, низколегированные конструкционные коррозионностойкие стали.

Газовые смеси

Служат для улучшения процесса сварки и качества сварного шва

Смесь аргона и гелия. Оптимальный состав: 50% + 50% или 40% аргона и 60% гелия. Пригоден для сварки алюминиевых и титановых сплавов.

Смесь аргона и кислорода при содержании кислорода 1-5% стабилизирует процесс сварки, увеличивает жидко текучесть сварочной ванны, перенос электродного металла становится мелкокапельным. Смесь рекомендуется для сварки углеродистых и нержавеющих сталей.

Смесь аргона и углекислого газа. Рациональное соотношение — 75-80% аргона и 20-25% углекислого газа. При этом обеспечиваются минимальное разбрызгивание, качественное формирование шва, увеличение производительности, хорошие свойства сварного соединения. Используется при сварке низкоуглеродистых и низколегированных конструкционных сталей.

Смесь углекислого газа и кислорода. Оптимальный состав: 60-80% углекислого газа и 20-40% кислорода. Повышает окислительные свойства защитной среды и температуру жидкого металла. При этой смеси используют электродные проволоки с повышенным содержанием раскислителей, например Св-08Г2СЦ. Шов формируется несколько лучше, чем при сварке в чистом углекислом газе. Смесь применяют для сварки углеродистых, легированных и некоторых высоколегированных конструкционных сталей.

Транспортировка

Газопровод

Основным видом транспортировки природного газа является его прокачка по трубопроводу.

Стандартный диаметр трубы магистрального газопровода составляет 1,42 м. Газ в трубопроводе прокачивается под давлением 75 атм. По мере продвижения по трубе, газ, за счет преодоления сил трения, постепенно теряет энергию, которая рассеивается в виде тепла. В связи с этим, через определенные промежутки на газопроводе сооружаются специальные компрессорные станции подкачки. На них газ дожимается до необходимого давления и охлаждается.

Для доставки непосредственно до потребителя от магистрального газопровода отводят трубы меньшего диаметра — газораспределительные сети.

Транспортировка СПГ

Что делать с труднодоступными районами, находящимися вдали от основных магистральных газопроводов? В такие районы газ транспортируется в сжиженном состоянии (сжиженный природный газ, СПГ) в специальных криогенных емкостях по морю, и по суше.

По морю сжиженный газ перевозится на газовозах (СПГ-танкерах), судах оборудованных изотермическими емкостями.

СПГ перевозят также и сухопутным транспортом, как железнодорожным, так и автомобильными. Для этого используются специальных цистерны с двойными стенками, способными поддерживать необходимую температуру определенное время.

Пожары класса C: горение газообразных веществ

К классу C относятся группы пожаров, связанные с горением бытового пропана и других газов.

В разных сферах деятельности человека применяются следующие газы, которые легко возгораются:

1. Безводный аммиак. Вещество обладает резким запахом, не поддерживает дыхание. Применяется в качестве удобрения в сельском хозяйстве, в промышленности (холодильные установки). Взрыв может произойти при утечке из баллона или при хранении газа под высоким давлением.
2. Ацетилен. Возгорание возможно пи утечке из емкости. Газ легко воспламеняется и хорошо горит.
3. Природный газ, применяемый в быту и на производстве (сжиженный). Не ядовитый, но не поддерживает дыхание и может привести к удушению. Возгорание может произойти при утечке в закрытом помещении без доступа кислорода.

Газы опасны тем, что они не имеют запаха и незаметны. Сжиженный газ тушится только после выполнения следующих условий:

1. Эвакуация людей из опасного помещения, вынос техники, которая может загореться, на безопасное расстояние.
2. Перекрытие потока газа, направленного в помещение, отсутствие опасных зон (открытый огонь, горячие отопительные приборы и т.д.).
3. Определение вероятного направления движения газового облака, оценка общей загазованности, которая может возникнуть после тушения пламени.

Тушение выполняется только после выполнения всех условий. Применяются порошковые устройства. Огнетушитель направляется на основание факела горящего газа для отрыва огня и полного тушения.

К классу D относятся пожары, связанные с горением металлов:

1. D1: горение легких металлов; щелочные к этой подгруппе не относятся.
2. D2: возгорания калия и натрия.
3. D3: воспламенение различных соединений металлов.

При горении металлы представляют следующую опасность:

1. Порошок чугуна, алюминия и стали может взорваться при воздействии огня, а от искр воспламеняются горючие материалы, которые находятся рядом.
2. Кадмий при воздействии огня выделяет токсичные пары, поэтому при тушении необходимо надевать защитную маску.
3. Калий, натрий, литий и другие щелочные металлы при взаимодействии с водой воспламеняются, потому что происходит химическая реакция с выделением большого количества теплоты.
4. Температура плавления титана — +2000°С. Он не горит, если представляет собой большую конструкцию, но маленькие титановые детали способны воспламениться.
5. Магний придает прочность легким металлам и делает их пластичными. Горят его хлопья и порошок.

Горящие металлы могут причинить сильные травмы и ожоги, поэтому при их хранении необходимо соблюдать правила пожарной безопасности.

Это интересно: Лесной пожар: излагаем обстоятельно

Урок 5Классификация пожаров

КЛАССИФИКАЦИЯ ПОЖАРОВ

По внешним признакам горения пожары подразделяют на наружные, внутренние, одновременно наружные и внутренние, открытые и скрытые.

К наружным относят пожары, у которых признаки горения (пламя, дым) можно установить визуально. Такие пожары бывают при горении зданий и их конструкций, штабелей лесопиломатериалов, угля, торфа и других материальных ценностей, размещенных на открытых складских площадках; при горении нефтепродуктов в резервуарах, на открытых технологических установках и эстакадах; лесных массивов, торфяных полей, зерновых культур и др. Наружные пожары всегда бывают открытыми.

К внутренним относят пожары, которые возникают и развиваются внутри зданий. Они могут быть открытыми и скрытыми.

При открытых пожарах признаки горения можно установить при осмотре помещений (например, при горении имущества в зданиях различного назначения; оборудования и материалов в производственных цехах, перегородок, полов, покрытий и т. д.).

У скрытых пожаров горение протекает в пустотах строительных конструкций, вентиляционных шахтах и каналах, внутри торфяной залежи. При этом признаками горения бывают выход дыма через щели, изменение цвета штукатурки, нагретость конструкций (земли при горении торфа). Огонь бывает виден при вскрытии или разборке штабелей и конструкций.

С изменением обстановки изменяется и вид пожара. Так, при развитии пожара в здании скрытое внутреннее горение может перейти в открытое внутреннее, а внутреннее — в наружное, и наоборот.

Пожары различают и по месту возникновения. Они бывают в зданиях, сооружениях, на открытых площадках складов и на сгораемых массивах (лесных, степных, торфяных, а также на хлебных полях).

Пожары на промышленных предприятиях и в населенных пунктах могут быть отдельные (в здании или сооружении) и массовые (совокупность отдельных пожаров, охватывающих более 90% зданий комплексной застройки).

Как правило, пожар в здании имеет три стадии развития:• начальная стадия (15—30 мин) с небольшими температурой горения и скоростью распространения огня;
• стадия разгорания (30—60 мин), для которой характерно резкое увеличение температуры горения (до 1000 °С) и скорости распространения огня;
• завершающая стадия — ослабление силы пожара по мере выгорания огнеопасных материалов.

РАСПРОСТРАНЕНИЮ ПОЖАРА способствуют следующие условия:• скопление значительного количества горючих веществ и материалов на производственных и складских площадях;
• наличие путей, создающих возможность распространения пламени и продуктов горения на смежные установки, в соседние помещения;
• внезапное появление в процессе пожара факторов, ускоряющих его развитие;
• запоздалые обнаружение возникшего пожара и сообщение о нем в пожарную часть;
• отсутствие или неисправность стационарных и первичных средств тушения пожара;
• неправильные действия людей при тушении пожара.

Различают линейное и объемное распространение пожара.

При линейном распространении пожара перемещение пламени происходит по поверхности горючих веществ в том или ином направлении и в той или иной плоскости (например, перемещение пламени по поверхности горючей жидкости, по горючим конструкциям). Охваченная пламенем поверхность может иметь форму круга, прямоугольника или другой геометрической фигуры. Соответственно этому различают распространения пожара круговое, прямолинейное, угловое и т. п.

Объемное распространение пожара возможно в пределах одного помещения, между помещениями, в пределах здания, а также между зданиями.

Распространение пожара на соседние здания или сооружения возможно в результате излучения пламени, переброса на значительные расстояния горящих конструктивных элементов (головней) и несгоревших частиц.

Для пожаров в зданиях и сооружениях характерны быстрое повышение температуры, задымление помещений, распространение огня скрытыми путями и потеря конструкциями несущих способностей.

Горючие газы можно разделить на две группы:

1. Сжимаемые или сжатые- это такие газы, которые в обычных условиях хранения не превращаются в жидкое состояние ( примеры сжатых газов: метан, водород, многокомпонентные газы)
2. Сжиженные это газы, которые при обычных условиях хранения имеют жидкое состояние ( пропан, бутан и их смеси)

Сжиженный газ по сравнению со сжатым обладает следующими преимуществами:

• в баллонах одинаковой емкости сжиженного газа помещается примерно в 2 раза больше, чем сжатого;
• сжиженный газ при сгорании выделяет теплоты в 3 раза больше, чем такое же объемное количество сжатого газа;
• сжиженный газ хранят в резервуарах при давлении более чем в 10 раз меньшем по сравнению со сжатым, что снижает стоимость

Подтверждение класса

Подтверждение класса горючести осуществляется как в лабораторных условиях, так и на открытой местности с применением специального оборудования. При этом применяются стандартные методики, различные для негорючих и горючих строительных материалов.

В случае, когда проверяемая продукция состоит из нескольких различных материалов (или слоев), на горючесть в обязательном порядке проверяется каждый входящий в нее материал (слой), при этом конечный результат — присвоенный продукту в целом класс горючести — будет равен наиболее высокому классу из всех, присвоенных отдельным составным частям продукции.

При лабораторной проверке предъявляются особые требования к помещению — в нем должна поддерживаться комнатная температура и нормальная влажность, должны отсутствовать сквозняки и излишне яркий естественный или искусственный свет, мешающий снимать показания с дисплеев. Применяемый прибор должен быть откалиброван, проверен и предварительно прогрет.

На первом этапе образец измеряют, выдерживают в комнатной температуре не менее 2-3 дней, затем закрепляют в специальной полости печи и мгновенно (допускается задержка до 5 сек) включают регистраторы.

Затем печь включают и образец нагревают. Нагрев прекращают в тот момент, когда зарегистрированное в течение 10 минут изменение температуры составляет менее 2°С — это считается «достижением баланса температур».

Затем образец вынимают из печи, охлаждают в специальном устройства (эксикатор), после чего проводят процедуры взвешивания и измерения.

Горение топлива.

Горением называют химический процесс соединения топлива с окислителем, сопровождающийся интенсивным тепловыделением и быстрым подъемом температуры продуктов сгорания.

Объем движущихся газов, в котором совершаются процессы горения, называется пламенем.

В зависимости от величины коэффициента расхода n (отношение действительного расхода к теоретическому), условий смешения окислителя и топлива, горение топлива бывает полное или неполное.

1. Полное горение топлива получается при n ≥ 1 и полном смешении топлива с окислителем.

Продуктами полного горения являются СО2, Н2О, SO2,.

1. Неполное горение:

1. химический недожог получается при n ≤ 1;

2. механический недожог получается при n ≥ 1 из-за плохого смешения окислителя с топливом, кроме того, унос частиц с газом, провалом твердого топлива сквозь колосниковую решетку.

Неполное горение вызывает потерю тепла (топлива). При неполном горении в продуктах горения наряду с CO2, O2, SO2, H2O, N2 содержится CO, H2, CH4.

Следует помнить, что основную роль для обеспечения полного сжигания топлива при n ≥ 1 играет стадия смешения топлива с окислителем.

Горение газообразного топлива.

Процесс горения любого топлива разделяется на две стадии: воспламенение и непосредственное горение.

Полное сгорание основных горючих составляющих газообразных топлив происходит по следующим реакциям:

CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O + 8580ккал/нм3;

H2 + ½O2 = H2O + 2580ккал/нм3;

CO + ½O2 = CO2 + 3022ккал/нм3.

Неполное горение метана:

СН4 + ½О2 = СО + 2Н2 + 396ккал/нм3.

Горение газообразного топлива бывает кинетическое и диффузорное:

• под кинетическим горением понимают горение газовой смеси горючего и окислителя; в этом случае полное время процесса определяется только скоростью химической реакции;

• при диффузорном горении процессы смешения и горения происходят в одном объеме; лимитирующим процессом является процесс смешения – физический процесс, протекающий с меньшей скоростью, чем собственно процесс горения.

Горение жидкого топлива.

В условиях промышленных печей жидкое топливо (обычно мазут) сжигают в распыленном состоянии. Кинетика горения: жидкое топливо, распыленное до мелких капель, попадая в пространство печи, нагретое выше температуры самовоспламенения, начинает испаряться, дальше смешивается с окислителем и горит.

Горение твердого топлива.

Процесс горения твердого топлива может быть разделен на следующие стадии:

• подогрев и подсушка топлива;

• процесс пирогенного разложения топлива с выделением летучих и образованием коксового остатка;

• горение летучих, горение коксового остатка (углерод).

Полное горение углерода:

С + О2 = СО2 + 7980ккал/(кг оС);

Неполное горение углерода:

2С + О2 = 2СО + 2340ккал/(кг оС).

Какие опасности для здоровья связаны со сжатыми газами?

Многие сжатые газы токсичны или очень токсичны. Они могут вызывать различные проблемы со здоровьем в зависимости от конкретного газа, его концентрации, продолжительности воздействия и пути воздействия (вдыхание, попадание в глаза или на кожу). Контакт между кожей или глазом и сжиженными газами в жидкой форме может привести к замерзанию ткани и вызвать ожогоподобную травму. Обучение технике безопасности особенно обучение по обслуживанию сосудов под давлением видится весьма актуальным.

В чем опасность инертного газа?

Инертные газы, такие как аргон, гелий, неон и азот, не токсичны, не горят и не взрываются. Тем не менее, они могут привести к травме или смерти, если они присутствуют в достаточно высоких концентрациях. Они могут вытеснить достаточно воздуха, чтобы снизить уровень кислорода. Если уровень кислорода достаточно низок, люди, попадающие в зону, могут потерять сознание или умереть от удушья. Низкие уровни кислорода могут быть особенно проблемой в плохо проветриваемых замкнутых пространствах.

Каковы коррозионные опасности сжатых газов?

Некоторые сжатые газы едкие. Они могут сжечь и разрушить ткани тела при контакте. Коррозионные газы также могут атаковать и разъедать металлы. Обычные едкие газы включают аммиак, хлористый водород, хлор и метиламин.

Какие опасности давления связаны с баллонами со сжатым газом?

Все сжатые газы опасны из-за высокого давления внутри баллонов. Газ может быть выпущен преднамеренно, при открытии клапана баллона, или случайно из сломанного или протекающего клапана или из предохранительного устройства. Даже при относительно низком давлении газ может быстро вытекать из открытого или протекающего цилиндра

Именно поэтому так важно производить обучение рабочих на право обслуживания установок с газовыми горелками

Было много случаев, когда поврежденные цилиндры становились неуправляемыми ракетами или вертушками и вызывали тяжелые травмы и повреждения. Эта опасность возникла, когда незащищенные баллоны без крышки были опрокинуты, что привело к поломке клапана баллона и быстрому выходу газа высокого давления. 

Большинство цилиндровых клапанов ограничивают скорость выделения газа и уменьшают скорость цилиндра. Этот предел может препятствовать «ракетному движению» более крупных и тяжелых цилиндров, хотя более маленькие или более легкие цилиндры могут взлететь

Учитывая это важно к обслуживанию газоиспользующего оборудования допускать лишь обученного слесаря по эксплуатации и ремонту газового оборудования

Колошниковый газ

Колошниковый газ – это побочный продукт доменных печей, восстановленный на выходе из печи.

Вместе с газом из доменной печи выносится значительное количество пыли, содержание которой при плавке на подготовленной руде составляет 30-40 г/м3, а при применении пылеватых руд достигает 50-100 г/м3. Применение в качестве топлива газа, загрязненного пылью, для многих современных горелок и агрегатов недопустимо. Поэтому газ очищают от пыли до остаточной концентрации 0,01-0,02 г/м3.

Газ подвергают последовательно грубой, полутонкой и тонкой очистке. При грубой очистке пыль осаждают в результате увеличения объема газа и снижения его скорости, когда газ переходит из меньшего сечения в большее. Это происходит в пылеуловителях с радиальным подводом газа и циклонах с тангенциальным подводом газа. В этих пылеуловителях осаждается до 80 % всей пыли и содержание пыли уменьшается до 1-4 г/м3.

Рис. 6. Колошниковый газ горит

Рис. 7. Колошниковый газ в структурной схеме плавки чугуна

Полутонкую очистку газа обычно осуществляют в мокрых пылеуловителях, например в скрубберах, в которых газ проходит через деревянные насадки, а навстречу ему движется поток воды, разбрызгиваемой форсунками. Пыль захватывается водой и уносится вместе с ней. Производительность скрубберов составляет более 25 тыс. м3 газа в час при расходе воды до 0,0027 м3/м3 газа. Степень очистки при работе печей на низком давлении – около 0,5 г/м3, а при высоком давлении достигает 0,05 г/м3.

Тонкую очистку газа осуществляют чаще всего по мокрому способу в электрофильтрах или дезинтеграторах и иногда сухим способом в фильтрах из тканей или синтетических материалов.

Основные представления

Горение – это процесс окисления, сопровождающийся выделением тепла. Вещества, которые не поддерживают горение и не выделяют при нагревании загорающихся продуктов, могут находиться в различных агрегатных состояниях. Известны следующие негорючие молекулярные структуры:

• газообразные;
• жидкие;
• кристаллические или порошкообразные.

Огнеупорные качества проверяют экспериментальной методикой, в процессе выполнения которой образец нагревают, постоянно контролируя увеличение температуры и потерю массу.

В случае возникновения пламени фиксируют продолжительность горения. Хорошей считается способность терять не более 50 % массы при нагревании на 50 ℃ и существование устойчивого пламени не более 10 секунд.

Требования норм

Учитывая, что горючие материалы, вещества используются во многих отраслях промышленности, включая добычу, хранение, переработку углеводородного сырья, древесины на объектах нефтехимии, лесного, лесохимического комплексов; а также в массовом строительстве, существует много норм, регламентирующих их применение, устанавливающих противопожарные характеристики:

• Федеральный закон РФ № 116-ФЗ, актуальный для проектировщиков, руководителей особо опасных производственных объектов, в том числе тех, где обращаются взрывопожароопасные газы, ЛВЖ, так как в этом законе установлены требования промышленной безопасности к ним.
• СП 231.1311500.2015 – о требованиях ПБ к обустройству нефтегазовых месторождений от площадок добычи до врезок в магистральные трубопроводы.
• СП 155.13130.2014 – то же для складов нефти, нефтепродуктов.
• СП 156.13130.2014 – то же для автозаправочных станций.
• Лесной кодекс РФ, в редакции 2019 года, обязывающий граждан соблюдать правила ПБ в лесных массивах, а также указывающий на возможность ограничения их пребывания там в пожароопасные периоды.
• ГОСТ Р 57972-2017 – об объектах обустройства лесов против пожаров, включая создание противопожарных минерализованных полос, разрывов, просек, пожарных водоемов и подъездов к ним.
• СП 114.13330.2016 – о противопожарных нормах для складов лесных материалов, пиломатериалов и отходов их заготовки, переработки.
• СНиП 21-01-97* – о ПБ зданий, сооружений в части ограничения использования горючих строительных, отделочных материалов при проектировании, создании объектов I–III степеней стойкости к огню.
• ГОСТ 12.1.044-89 – о методиках установления перечня характеристик взрывопожарной опасности материалов.
• ГОСТ 30244-94, регламентирующий испытания материалов на горючесть, устанавливающий классификацию по группам горючести; ГОСТ Р 51032-97 – по группам распространения пламени; ГОСТ 30247.1-94 – об испытаниях на огнестойкость несущих, ограждающих конструкций объектов, в том числе горючих строительных материалов, применяемых при обустройстве кровель, полов.
• «ППБ на морских судах», «ППБ на судах водного транспорта РФ», в части соблюдения противопожарных требований при загрузке, транспортировке, выгрузке горючих сыпучих материалов, нефтепродуктов.
• РД 34.03.307-87 – о правилах ПБ при проведении огневых работ на объектах энергетического комплекса, насыщенных горючим сырьем, материалами во всех трех агрегатных состояниях, используемыми как топливо.

Общие требования ПБ при обращении с ЛВЖ, ГЖ, нормы хранения, использования других горючих материалов на защищаемых объектах подробно указаны в «Правилах противопожарного режима в РФ».