Физико-химические свойства пропан-бутановой смеси

Сфера применения газа

Пропан-бутан представляет собой уникальное вещество на газовой основе, которое имеет в своем составе одноименные молекулы.
Общепризнанная химическая формула пропана состоит из молекул и атомов двух основных составляющих – пропана (С3Н8) и бутана (С4Н10).

Широко используемый в бытовых целях, этот газ применяется практически везде – начиная с приготовления еды на сковороде, и заканчивая резкой толстого слоя металла, активным использованием его на различных производствах вообще.

Также им все чаще заправляют свои автомобили люди, отказавшиеся от топлива на бензиновой основе.

Предупреждение взрыва бытового газа

Зная, из-за чего чаще всего взрывается газ в квартирах, можно составить перечень действий по предупреждению аварий.

В него войдут:

• эксплуатация разрешенного оборудования, находящегося в рамках срока годности;
• подключение и монтаж, выполненные профессионалами с допуском;
• грамотное хранение и установка баллонов ;
• согласование всех изменений проекта со службой газа;
• регулярная проверка газопровода, соединений и оборудования газовщиками;
• поддержание системы вентиляции в рабочем состоянии;
• готовка на газовой плите при постоянном присутствии взрослых дееспособных людей;
• использование оборудования строго по назначению.

Кроме того, важно прислушиваться к запахам и следить за герметичностью вентилей, кранов , фланцевых соединений. При малейшем подозрении обращаться в газовую службу, осуществляющую поставку горючего.

К сожалению, отзывы проживающих в газифицированных домах содержат немало сообщений о формальном подходе к обслуживанию газового оборудования. Чтобы этого избежать, стоит заглянуть в перечень обязательных работ и удостовериться, что все заявленные мероприятия проведены в полном объеме

Поскольку многоквартирные дома ставят жильцов в зависимость друг от друга, иногда приходится следить не только за собственным газовым оборудованием. В случае, если соседи нарушают технику безопасности, необходимо написать заявление в газовую службу.

В нем нужно указать точный адрес, причину обращения, фамилии жителей, подписавших заявление, сведения о нарушителях, дату фиксации. Причиной может быть наличие запрещенного оборудования, нарушение правил эксплуатации, запах газа.

Химические и физические свойства

Пропан-бутан обладает уникальнейшими химическими, физическим свойствами, что буквально и сделало его столь популярным среди потребителей всего мира.

Во-первых, этот представитель сжиженных углеродных газов остается в жидкой форме исключительно при большом давлении, которое равно 16-ти атмосферам. Поэтому при транспортировке вещество перевозят только в газовых баллонах с соответствующим давлением.

Температура горения пропана не равна какому-то определенному числу и колеблется в пределах между 800-1970 градусов по Цельсию. Столь высокие показатели полностью оправдывают ту пользу, которую он приносит в быту человека, ведь горение этой смеси имеет большой КПД при исполнении любых задач, связанных с использованием данного газа.

Температура кипения пропана составляет -42 градуса по Цельсию, что свидетельствует о гарантии безопасности эксплуатации в нормальных условиях.

Но так как мы рассматриваем смесь пропана с бутаном, то эта цифра может подняться до отметки -25 градусов и даже выше, в зависимости от процентного соотношения составляющих в веществе. Стоит учесть, что пропан замерзает при температуре -188 градусов.

При перевозке вещества не стоит забывать о температуре пропана в баллоне, которая не должна превышать отметку выше 15 градусов по Цельсию.

Такой подход считается наиболее безопасным, поскольку при транспортировке с высшей температурой газовых баллонов, существенно возрастает риск возгорания.

Кстати, что касается температуры воспламенения пропана-бутана, то и здесь они отличаются – у первого она составляет 504 градуса по Цельсию, а у второго – 430. Но, не смотря на столь большое количество отличий между своими составляющими, этот представитель сжиженных углеродных газов вполне конкурентный с бензиновыми горючими смесями.

Пропан, бутан

Сжиженные углеводородные газы (пропан, бутан)

К сжиженным углеводородным газам (СУГ) относятся такие газы, которые при нормальных физических условиях (т. е. при температуре 0 °С и давле­нии 760 мм рт. ст. (101,3 кПа)) находятся в газообразном состоянии, а при относительно небольшом повышении давления (без снижения температу­ры) переходят в жидкое состояние. Это позволяет перевозить и хранить их с удобствами, характерными для жидкостей, а сжигать — с удобствами, ха­рактерными для горючих газов. Сжиженные газы можно перевозить на боль­шие расстояния в железнодорожных и автомобильных цистернах, в баллонах различного объема, а также транспортировать по магистральным трубопро­водам. СУГ имеют высокую теплоту сгорания.

Источники получения сжиженных газов и их основной состав. Основ­ными компонентами СУГ являются пропан С3Н8 и бутан С4Н10. Сжиженный газ находится в двухфазном состоянии — парожидкостном. Получают сжи­женные газы на газобензиновых и нефтеперерабатывающих заводах путем переработки попутных нефтяных газов. С заводов сжиженный газ в желез­нодорожных цистернах поступает на газонаполнительные станции (ГНС) или пункты (ГНП).

Углеводородные сжиженные газы должны изготовляться в соответствии с требованиями ГОСТ 20448-90 «Газы углеводородные сжиженные топлив­ные для коммунально-бытового потребления. Технические условия» по тех­нологическому регламенту, утвержденному в установленном порядке.

ГОСТ 20448-90 предусматривает следующие марки газов и области при­менения: ПТ — пропан технический (массовая доля пропана и пропилена не менее 75%); СПБТ — смесь пропана и бутана технических (массовая доля бутанов и бутиленов не более 60%); БТ — бутан технический (массовая доля бутанов и бутиленов не менее 60%).

Сжиженный пропан можно использовать при температуре до — 30 °С. При более низкой температуре пары пропана конденсируются и газоснабжение прекращается при -42 °С. Пары технического бутана начинают конденсиро­ваться при -0,5 °С. Применение различных марок сжиженных газов в зави­симости от макроклиматических районов приведено в таблице.

Применение различных марок сжиженного газа

Примечания:

1. Все макроклиматические районы, за исключением холодного и очень холодного: летний период — с 1 апреля по 1 октября; зимний период — с 1 октября по 1 апреля.

2. Холодный район: летний период — с 1 июня по 1 октября; зимний период — с 1 октяб­ря по 1 июня.

3. Очень холодный район: летний период — с 1 июня по 1 сентября; зимний период — с 1 сен­тября по 1 июня.

Основные физико-химические свойства сжиженных углеводородных газов

Плотность пропана — 2 кг/м3; бутана — 2,7 кг/м3. Температура воспламенения: для пропана в воздухе при давлении 760 мм рт. ст. температура воспламенения составляет 466 °С, а для бутана — 405 °С. При работе со сжиженным газом необходимо учитывать его низкую температуру воспламенения: даже при отсутствии открытого огня может про­изойти воспламенение газа от сильно нагретых предметов.

Максимальная температура горения СУГ в смеси с воздухом — 2500 °С. Пределы воспламенения (взрываемости): СУГ образуют с воздухом взрывоо­пасные смеси при концентрации паров пропана 2,1 — 9,5%, бутана 1,5 — 8,5% (по объему) при давлении 98066 Па (1 атм) и температуре 15-20 °С. Если, например, в воздухе помещения каждые 100 м3 объема будут содержать не менее 1,5 м3 и не более 8,5 м3 С4Н10, то при наличии источника огня может произойти взрыв.

Состав СУГ меняется в зависимости от условий применения, соответст­венно резко меняется и диапазон его воспламенения. Пределы воспламене­ния пропан-бутановых смесей зависят от пределов воспламенения (взрыва­емости) отдельных компонентов, входящих в газовую смесь. Нижний или верхний предел воспламеняемости (взрываемости) для газовой смеси мож­но определить по формуле

BCM=100 / ( x/bx+y/by+z/bz).

где х, у, z — содержание компонентов, % (об.);

bx. by. bz — верхний или нижний предел воспламеняемости (взрываемости) отдельных компонентов, входящих в газовую смесь,

Упругость насыщенных паров. При использовании сжиженных угле-водородных газов приходится иметь дело с двухфазной системой жид­кость — пар. При этом в общем случае происходит или конденсация па­ра, или испарение жидкости. Давление, при котором жидкость находится ; равновесном состоянии с паром, называется упругостью насыщенных трое. Определенной температуре соответствует определенная упругость насыщенных паров, и наоборот, заданной упругости насыщенных паров соответствует определенная температура. Иными словами, упругость на­сыщенных паров — это давление газа в закрытой емкости (баллоне) при данных условиях.

Если, поддерживая постоянную температуру, сжимать пар, находя­щийся над жидкостью, то происходит его конденсация; наоборот, если уве­личивать объем, занимаемый паром, то продолжается испарение жидкости.

Давление (упругость) насыщенных паров углеводородов, входящих в состав сжиженного газа, имеет важное практическое значение. С одной стороны, желательно, чтобы давление насыщенных паров в емкости со сжижен­ным газом было невысокое, так как снижается металлоемкость и стоимость оборудования. С другой стороны, при любой температуре среды в емкос­ти должно быть такое давление насыщенных паров, чтобы обеспечивались нормальная подача газа на газовые приборы. Согласно ГОСТ 20448-90 давление насыщенных паров СУГ при температуре плюс 45 °С не более — 6 кгс/см2. Для ПТ при минус 20 °С давление насыщенных паров должно быть не менее 1,6 кгс/см2.

Охлаждающие свойства. При газоснабжении сжиженным газом возмож­ны случаи максимального отбора паровой фазы из баллонов. Жидкая фаза будет кипеть и переходить в паровую, на что будет расходоваться большое количество теплоты. В первую очередь это тепло будет отбираться от самой жидкой фазы, и жидкость будет постепенно охлаждаться. Тепло будет также отбираться и от окружающей среды, от оборудования, в контакте с которым была жидкость. Наружная поверхность емкости (баллона) при этом покро­ется снежной «шубой».

Обмерзание баллонов и арматуры возможно как в зимнее, так и в лет­нее время года, как на открытом воздухе, так и в отапливаемом помещении. Отрицательные температуры вызывают опасные воздействия на материалы (чугун, сталь, резину), которые становятся хрупкими (хладоломкими) и раз­рушаются при обычных механических нагрузках.

Упругость насыщенных паров углеводородных газов, МПа (абс.)

Другой вид охлаждения газа происходит за счет эффекта Джоуля-Томсона:

газ, находящийся под высоким давлением, проходя через дроссель (отверс­тие, вентиль, клапан) из области высокого давления в область более низкого давления, при отсутствии подвода тепла охлаждается. Иногда это охлажде­ние настолько значительно, что на участке, по которому идет газ, выступает иней, а капельки воды, образовавшиеся от конденсации водяных паров, име­ющихся в атмосфере, даже замерзают.

При применении материалов и оборудования для хранения, транспорти­ровки сжиженных газов необходимо учитывать их работу при отрицательных температурах. Для предупреждения несчастных случаев необходимо исклю­чить возможность попадания сжиженных газов на человека. Персонал, ра­ботающий со сжиженными газами, должен иметь защитные средства. На ру­ки необходимо надевать прорезиненные или кожаные перчатки (рукавицы). Хлопчатобумажные и шерстяные перчатки не защищают руки от обморажи­вания, а, напротив, способствуют их поражению, так как быстро впитывают жидкую фазу. Глаза следует защищать специальными очками с боковыми окрылками (при попадании в глаза жидкой фазы возможна потеря зрения). Для защиты тела необходимо использовать прорезиненный фартук.

Объемное сжатие. Для эксплуатационных характеристик сжиженного га­за важное значение имеет его способность сжиматься и сжижаться, причем при сжижении объем углеводородных газов значительно уменьшается. Так, 1 м3 сжиженного метана при испарении в газообразном виде займет объем 625 м3,1 м3 сжиженного пропана — 290 м3. Сжимаемость (уменьшение перво­начального объема жидкости при сжатии) сжиженных углеводородных газов по сравнению с жидкостями очень велика, например, сжимаемость пропана в 16 раз больше, чем воды.

Объемное расширение. Сжиженные углеводороды имеют весьма высокий коэффициент объемного расширения. Это свойство необходимо учитывать особенно при заполнении баллонов, которые не оборудованы предохрани­тельными клапанами.

Изменение объема сжиженных углеводородов при изменении температу­ры среды характеризуется коэффициентом объемного расширения. Его зна­чение для сжиженных углеводородных газов значительно больше, чем для некоторых жидкостей. Коэффициент объемного расширения жидкого про­пана в 16 раз больше, чем воды, бутана — в 11 раз. Сосуды и арматуру для транспортировки и хранения сжиженных газов необходимо рассчитывать на прочность по максимальной температуре окружающей среды.

При 100%-ном заполнении сосуда, цистерны или баллона жидкими углево­дородами и последующем увеличении температуры окружающей среды про­изойдет разрушение сосудов от объемного расширения жидкой фазы. Поэтому необходимо предусматривать значительные резервные незаполняемые объемы, что приводит к увеличению расхода металла на тонну транспортируемого или хранимого сжиженного газа. Максимальное заполнение сосудов, включая и транс­портные цистерны, не должно превышать 85% геометрического объема.

Требования безопасности при работе с СУГ. Сжиженные углеводород­ные газы пожаро- и взрывоопасны, малотоксичны, по степени воздействия на организм относятся по ГОСТ 12.1.007-76 к 4-му классу опасности.

Под токсичностью понимают отравляющее действие вещества на живые организмы.

Предельно допустимая концентрация в воздухе рабочей зоны пропана и бутана — 300 мг/м3.

Сжиженные газы, попадая на тело человека, вызывают обмораживание, напоминающее ожог.

Пары сжиженного газа могут скапливаться в низких и непроветривае­мых местах.

Человек, находящийся в атмосфере с небольшим содержанием паров сжи­женного газа в воздухе, испытывает кислородное голодание, а при значитель­ных концентрациях в воздухе может погибнуть от удушья.

Сжиженные углеводородные газы действуют на организм наркотически. Признаками наркотического действия являются недомогание и головокру­жение, затем наступает состояние опьянения, сопровождаемое беспричинной веселостью, потерей сознания.

Пары сжиженных углеводородных газов быстро накапливаются в орга­низме при вдыхании и столь же быстро выводятся через легкие, в организме человека не накапливаются.

При высоких концентрациях сжиженных углеводородных газов необхо­димо использовать шланговые изолирующие противогазы с принудительной подачей чистого воздуха. При небольших концентрациях используют филь­трующие противогазы (БКФ коробка желтого цвета).

В помещениях производства и хранения сжиженных углеводородных газов запрещается обращение с открытым огнем, искусственное освещение долж­но быть выполнено во взрывозащищенном исполнении, все работы следует проводить инструментами, не дающими при ударе искры.

Все производственные помещения должны быть оборудованы приточно-вытяжной вентиляцией, обеспечивающей десятикратный воздухооб­мен в течение 1 ч и чистоту воздуха рабочей зоны производственных по­мещений.

В производственных помещениях и на открытых площадках должен быть периодический контроль содержания углеводородов в воздухе ра­бочей зоны. Для анализа используют анализаторы типа УГ-2 и аналогич­ные приборы.

Защита оборудования от вторичных проявлений молний и статическо­го электричества должна соответствовать правилам защиты от статического электричества производств химической, нефтехимической и нефтеперераба­тывающей промышленности.

При загорании применяют следующие средства пожаротушения: углекислотные огнетушители и пенные марки ОХП-10, воду в виде компактных и распыленных струй в тонкораспыленном виде, сухой песок, водяной пар, асбестовое полотно и др.

Основные физико-химические свойства компонентов СУГ и продуктов их сгорания

К основным характеристикам СУГ относят:

• температуру испарения/конденсации;
• температуру воспламенения;
• теплоту сгорания;
• плотность;
• объемное расширение.

Важными характеристиками являются пределы взрываемости при смешении с воздухом, быстрота распространения огня при горении, условия для полного сгорания.

Температура испарения/конденсации

При нормальном давлении составляет:

• для пропана – минус 42 °C;
• для бутана – минус 0,5 °C.

Если температура газов поднимается выше этих значений, они начинают испаряться, при опускании ниже – конденсироваться. Как правило, сжиженный газ поставляется в форме смеси (бутан+пропан). Поэтому фактическая температура испарения/конденсации зависит от их соотношения.

Основные причины взрыва газа

Чтобы понять, от чего может взорваться обычный бытовой газ, достаточно обратиться к сводкам газовых служб. «Почетное» первое место по распространенности занимает безграмотное хранение баллонов с пропаном.

Дающие утечку старые емкости годами лежат на антресолях, в чуланах, кухонных нишах под окном. Для взрыва скопившегося горючего бывает достаточно одной небольшой искры.

Распространенная ошибка – резкое перемещение емкостей с газом из холода в тепло. Часто наблюдается при хранении баллонов на балконе. Изменение температуры провоцирует быстрое расширение вещества, взрыв

На втором месте расположились ошибки, связанные с небрежной установкой оборудования – падение баллонов или нагревание их расположенными поблизости отопительными приборами довольно часто становится причиной детонации.

На третье вышли неисправности магистрального газопровода , утечки из-за ошибок монтажа: негерметичные соединения, износ шлангов, неправильное подключение плит . Сюда же относятся несанкционированные изменения проекта, исключающие эффективную вентиляцию, самостоятельные подключения дополнительного оборудования.

Четвертое место отведено невнимательности пользователей, допускающих заливание форсунок плиты жидкостью. Попав на сопло, вода гасит огонь, но не перекрывает выход газа. Скопление взрывчатого вещества при отсутствии проветривания быстро достигает критических значений.

Нередко жильцы многоквартирных домов пользуются газовой плитой для обогрева помещения. Некоторые даже оставляют оборудование включенным на ночь. Делать этого нельзя, так как оставшаяся без наблюдения плита – источник опасности

И последнее, пятое место долгие годы удерживает безответственность владельцев старых баллонов. Решив дать емкости новую жизнь, практичные жильцы распиливают, разрезают, различными способами вскрывают резервуар , чтобы приспособить для разных нужд. Это грубая ошибка.

Даже кажущийся абсолютно пустым баллон всегда содержит остаточный газ. Поэтому каждое действие, направленное на самостоятельное вскрытие – шаг к катастрофе.

Технические характеристики

На вопрос: «Каким образом химические и физические свойства связаны с техническими особенностями этой смеси?», стоит рассматривать все возможные варианты ответов.

• Во-первых, благодаря своему высокому давлению «удержания» в жидком состоянии, этот газ слишком инертный. То есть легко поддается переходу из жидкого состояния в газообразное.Это очень полезная особенность на производствах, где это является крайней необходимостью.
• Во-вторых, низкая температура кипения и замерзания делает пропан-бутановую смесь стойкой к «столкновениям» с веществами азотного происхождения. Следовательно, гарантирует ей безопасность от замерзания и кипения.
• Ну и, конечно же, стоит отметить высокую температуру горения пропана, без которой его польза была бы не столь существенной для достижения определенных бытовых или производственных целей.

Порядок действий при угрозе взрыва

Неправильно вскрытый или упавший баллон не оставит выбора – вещество сдетонирует мгновенно. А при обнаружении утечки почти всегда есть время для нейтрализации газа. Утечка может быть обнаружена четырьмя способами: посредством газоанализаторов, методом намыливания стыков, при появлении запаха, ощущении исходящего холода от соединений.

Во всех случаях необходимо:

1. Организовать интенсивное проветривание.
2. Перекрыть газовый вентиль.
3. Вывести из помещения людей и животных, предупредить соседей.
4. Обратиться в аварийный отдел газовой службы.

Звонить спасателям лучше, уже выйдя на улицу. До приезда специалистов желательно следить за входом в дом, чтобы никто не мог проникнуть в загазованные квартиры.

Для быстрого ориентирования в аварийных ситуациях следует заранее узнать особенности набора экстренных номеров своего мобильного оператора. Абоненты Мегафона, МТС и ТЕЛЕ2 могут вызвать службу газа, набрав 040. Пользуясь услугами Билайна, необходимо набирать 004, находясь на обслуживании у Мотива – 104

Главное, при обнаружении утечки – быстро и без паники покинуть помещение. Поэтому, если обнаруживаются трудности с поиском кранов или открыванием окон, лучше оставить все как есть и выйти на улицу.