Взрывоопасность, ядовитость и самовоспламенение ацетилена

Взрыв ацетилена

Поскольку горение ацетилена и взрыв возможны при отсутствии окислителей, в том числе и кислорода он, как и водород является наиболее взрывоопасным газом. Сходство с водородом заключается в том, что они имеют наименьшую энергию зажигания, но об этом чуть-чуть позже.

Взрывоопасность горючих газов и паров характеризуется показателем – величиной энергии зажигания. Вещество с низкой величиной является более взрывоопасно. Значения энергии зажигания (МДж) для стехиометрических газовых смесей при атмосферном давлении и температуре 20°C приведены в таблице ниже.

Из данных в таблице видно, что энергия зажигания смесей с воздухом примерно в 100 раз больше, чем смесей с кислородом.

Чистый ацетилен способен взрываться при быстром нагревании до 450-500°C и избыточном давлении свыше 1,5 кгс/см2. Наиболее взрывоопасны смеси с воздухом, содержащие от 7 до 13% C2H2. При наличии в смеси с воздухом C2H2 от 2,2 до 81% по объему смесь взрывается при атмосферном давлении.

Также при атмосферном давлении взрывоопасна смесь кислорода с ацетиленом от 2,8 до 93% по объему. Наиболее взрывоопасна смесь с кислородом, содержащая 30% C2H2. Поэтому сильный местный нагрев, пламя и даже искра может вызвать взрыв смеси ацетилена с кислородом или воздухом.

Взрываемость чистого ацетилена определяется давлением, температурой, а также зависит от чистоты, содержания в нем влаги, наличия катализаторов, характера возбудителя взрыва, размеров и формы сосуда, условий теплоотвода и ряда других причин. При повышении давления молекулы газообразного ацетилена сближаются, что облегчает распространение распада на всю массу газа. Это подтверждается, с одной стороны, тем, что жидкий ацетилен, у которого сближение молекул особенно велико, является даже при обычной температуре сильно взрывчатым веществом. С другой стороны, сжатый ацетилен утрачивает свою взрывчатость, если его молекулы будут каким-либо образом отделены друг от друга. Это достигается смешиванием ацетилена с азотом или инертными газами, не вступающими с ним во взаимодействие, а также абсорбируя ацетилен ацетоном или другим растворителем в присутствии пористого вещества. Так, например, влажный ацетилен менее взрывоопасен, чем сухой. Смесь, содержащая 1,15 объема C2H2 на один объем водяного пара, не способна к взрывчатому распаду. Это может быть объяснено аналогично сказанному выше разобщением молекул C2H2 парами воды.

Взрыв ацетилена или смеси его с кислородом и воздухом сопровождается выделением тепла, в результате чего повышается давление и температура. Следовательно, такие взрывы могут вызвать разрушения и несчастные случаи. Поэтому обращение с ацетиленом требует строгого соблюдения мер безопасности.

Давление, образуемое при взрыве, зависит от начальных параметров и характера взрыва, и возрастает примерно в 10-15 раз по сравнению с начальным давлением

При растворении ацетилена в жидкостях его взрывоопасность понижается. Лучше всего он растворяется в ацетоне, но подробнее об этом в статье о полимеризации и растворении ацетилена

При длительном соприкосновении C2H2 с медью, серебром и ртутью образуются взрывные соединения – ацетиленоиды. Ацетиленоиды взрываются при ударе или при нагреве выше 100°C. Поэтому для изготовления аппаратуры, соприкасающейся с ацетиленом, применяют сплавы с содержанием меди не более 70%.

Вот почему вся аппаратура для транспортировки и хранения ацетилена изготовлена из стали и имеет специфическую конструкцию, которая исключает возможность подключения оборудования для других газов.

Вентиль баллона с ацетиленом не имеет присоединительной резьбы и открывается специально предназначенным торцовым ключом, а редуктор подсоединяется хомутом.

При взаимодействии хлора с ацетиленом, содержащим даже небольшое количество воздуха, происходит взрыв. Чистый ацетилен при контакте с хлором взрывается при интенсивном освещении.

Основное о газовых баллонах

Незаменимость до настоящего времени газовых баллонов в быту может с уверенностью подтвердить значительная часть населения России.

На государственном уровне Ростехнадзором обозначены общие проблемы по использованию газовых сосудов, о которых необходимо знать, так как они связаны с их безопасным использованием:

• устаревший парк — около 90% всех баллонов не защищены от переполнения во время заправки;
• отсутствие чёткого государственного регулирования в области обращения баллонов на рынке, к чему можно отнести наличие нелегальных заправок;
• необходимость совершенствования и доведение норм технических параметров до международных стандартов.

Несоответствие этим требованиям и рекомендациям европейской комиссии накладывает сложность в обеспечении безопасности используемой в России и импортной газобаллонной продукции.

Кроме знания общих проблем, чтобы легче было представить причины, приводящие к взрыву, и условия, которые могут способствовать этому, полезным будет знать, какие существуют баллоны, разобраться с устройством, понять некоторые нюансы из физики взрыва и горения используемой в них смеси.

Виды сосудов для газа

В зависимости от области применения, используемого наполнителя и способов подключения, газовые сосуды могут отличаться как конструктивно, так и по материалу, из которого изготовлен корпус.

Наиболее популярны металлические баллоны, как новые, так и сосуды старого парка. Главная причина повышенного спроса на резервуары этого типа — относительно невысокая цена на них и большое количество предложений на рынке, в том числе, за счёт емкостей, изготовленных ещё в советские времена.

Но именно стальные баллоны подвержены наибольшей опасности взрыва и, следуя принципам безопасности, требуют соблюдения ряда условий при их хранении и эксплуатации. Поэтому подробней остановимся именно на них.

Как устроен баллон?

По конструкции газовый сосуд напоминает обычную зажигалку, ёмкость которой также заполнена веществом, находящимся в двух агрегатных состояниях. Часть резервуара занимает газ в жидкой фазе, оставшееся свободное пространство заполнено этим же веществом, но в газообразном (рабочем) виде. Через запорное устройство газ поступает в соответствующее оборудование для поджига и использования по назначению.

Стандартная комплектация газового баллона включает в себя:

1. Сам сосуд для газа или обечайка, цилиндрической формы и с минимальной толщиной стенок 2 мм.
2. Баллонный вентиль с запорным элементом и маховиком.
3. Кольцевая опора (башмак), обеспечивающая устойчивое вертикальное положение ёмкости с газом.
4. Кожух, защищающий вентиль от повреждений и загрязнений при транспортировке, хранении и эксплуатации.

На специальную резьбовую деталь — кольцо горловины баллона крепится колпак.

Его применение позволяет снижать, стабилизировать и поддерживать давление смеси в заданных для конкретного газового потребителя значениях. Такой адаптер легко устанавливается на баллонах любого вида.

Газовая смесь для бытовых баллонов

Наполнителем для баллонов служит углеводородный газ — смесь пропана и бутана, которая закачивается в сосуд под давлением до 15 МПа.

Соотношение этих углеводородов определяет сезонность использования смеси или конкретный регион. Дело в том, что при относительно одинаковых основных свойствах, пропан и бутан имеют существенную разницу значений температур испарения: бутан — 0,5 °С, пропан — 43 °С (со знаком минус).

Знание принципа смешения используемых в газовых резервуарах углеводородов имеет существенное значение не только в возможности удешевить топливо (бутан дешевле пропана), но и в снижении, из-за менее интенсивного испарения бутана, риска образования повышенного давления при значительном увеличении температуры окружающего воздуха. Резкое увеличение давления в резервуаре может послужить причиной его разгерметизации и, соответственно, взрыва или пожара.

Ядовитость ацетилена

Ядовитость ацетилена обусловлена наличием в нем вредных примесей. Ацетилен вызывает сонливость, а вредные примеси, находящиеся в нем, при продолжительном вдыхании отравляют организм и вызывают тошноту, головокружение, а иногда сильное общее отравление.

Поэтому помещения, где получают ацетилен и где ведутся работы с его применением, должны иметь хорошую вентиляцию.

Самовоспламенение ацетилена

Температура самовоспламенения ацетилена колеблется в пределах 240-630°C в зависимости от давления и присутствия в нем различных веществ. Она снижается при повышении давления или при наличии в ацетилене других веществ, которые увеличивают поверхности контакта.

Зависимость температуры самовоспламенения от давления представлена в таблице ниже.

На практике же в зависимости от давления допустимо нагревание ацетилена до температур:

• до 300°C — при абсолютном давлении 0,1 МПа (1 кгс/см2);
• до 150-180°C — при абсолютном давлении 0,25 МПа (2,5 кгс/см2);
• до 100°C — при более высоких давлениях.

При сжигании ацетилена в смеси с кислородом в инжекторных горелках и резаках необходимо учитывать с возможность проникновения пламени в ацетиленовый канал и распространения его в направлении, обратном обычному течению газа. Это явление называется обратный удар пламени и может послужить причиной взрыва в ацетиленопроводе или генераторе.

Техника безопасности в процессе газосварочных работ

Отдельные требования касаются одежды сварщика. Выполнять газовую сварку можно только в спецодежде, которая была сшита из спецматериалов, имеющих огнестойкую пропитку. Перед началом работ одежда проверяется на отсутствие прожженных и рваных мест.

Газосварочные работы могут выполнять исключительно совершеннолетние граждане, которые предварительно прошли обучение (теоретическое и практическое). В процессе выполнения работ сварщик должен находиться в средствах индивидуальной защиты: робе, маске и рукавицах.

Роба и рукавицы предохраняют не только от расплавленного металла, но также от излучения (теплового или ультрафиолетового). Сварочная маска может защитить глаза рабочего от УФ-излучения, ИК-света, брызг металла.

Сварщики должны пользоваться светофильтрами в процессе выполнения работ. Если производится резка и сварка, а также другие процессы газопламенной обработки, то сварщикам предстоит работа в защитных очках со стеклами Г1, 2, 3 (уровень отличается степенью затемнения, где 3 является наиболее темным), а вспомогательный персонал – стеклами В-1, 2, 3.

На сварочном посту недопустимо курить. Осмотр рабочего места стоит производить не только перед началом работ, но и в процессе сваривания. Нужно отслеживать, чтобы рядом с местом сварочных работ не выполнялись иные работы: например, по обезжириванию и окрашиванию.

Перед тем как зажигать горелку, нужно приоткрыть вентиль кислорода, а затем – ацетилена. После продувки шлангов зажигается горючая смесь. Недопустима работа горелкой с загрязненными каналами, так как это может привести к хлопкам и обратным ударам.

Строго недопустимо брать горелку замасленными руками, так как масло в данном случае может стать детонатором. При возникновении обратного удара пламени сразу перекрываются вентили на резаке, баллонах и заторе.

Огонь распространяется по шлангам достаточно медленно, поэтому при незамедлительных действиях можно избежать взрыва. Но для того чтобы не допускать обратных ударов при сварке, нужно следить, чтобы не возникали такие ситуации, как:

1. Резкое снижение давления кислорода, когда он заканчивается в баллоне, либо замерзание редуктора или засорение инжектора.
2. Приближение работающего мундштука к предмету, который уменьшает скорость течения газа.
3. Перегрев мундштука и труб резака.
4. Засорение мундштука (уменьшение проходного сечения и падение скорости истечения).

При эксплуатации генератора не допускается загрузка карбида в мокрую тару, превышение давления на большую величину, чем это указано в паспорте, или использование неисправных загрузочных устройств.

При работе нужно следить за недопущением утечки газа из кранов и пробок. Для этого может использоваться мыльный раствор.

Недопустимо проведение сварки емкостей и трубопроводов, которые находятся под давлением. Сварка емкостей и трубопроводов осуществляется только после их полной очистки, промывки и пропарки.

Вентили на горелке при технических перерывах должны быть плотно закрыты, а при длительном перерыве перекрываются и баллоны.

Техника безопасности при работе с ацетиленом

Теперь, зная, чем опасен ацетилен, стало понятно почему при работе с ним необходимо соблюдать особые меры безопасности.

Основные требования по технике безопасности при работе с данным газом изложены в ГОСТ 12.2.054, РД 34.03.204 и других нормативных документах, а здесь мы лишь кратко рассмотрим самые важные моменты:

1. Запрещено хранить баллоны с кислородом в одном помещении с баллонами с ацетиленом.
2. На специальной ручной тележке разрешена совместная транспортировка непосредственно к рабочему месту не более одного баллона с кислородом и одного баллона с ацетиленом.
3. Запрещено полное использования всего газа из баллона. Баллон ацетилена должен иметь остаточное давление не менее:
   

   Температура, °С	ниже 0	0-15	16-25	26-35
   Минимально допустимое остаточное давление по манометру, МПа (кгс/см2) 0,049	0,049 (0,5)	0,098 (1,0)	0,196 (2,0)	0,294 (3,0)

4. С целью уменьшения потерь ацетона, в котором растворен ацетилен, отбор газа производят из баллонов, расположенных только в вертикальном положении.
5. Баллоны с ацетиленом разрешено хранить в специальных складах или на открытых площадках под навесом, защищающим их от атмосферных осадков и прямых солнечных лучей.
6. Для изготовления деталей, которые непосредственно соприкасаются с ацетиленом, запрещено применение:

• меди и сплавов, в которых содержание меди более 65%;
• серебра и его сплавов;
• ртути;
• магния;
• цинка;
• и др.

Причины взрыва газовых баллонов

Баллоны со сжиженным газом могут взорваться по нескольким причинам. Во-первых, нельзя допускать, чтобы они нагревались. Когда температура повышается, газ начинает расширяться. Следом за температурой и пропорционально её повышению растёт и давление внутри баллона.
Во-вторых, взрыв может произойти, если неисправна винтовая нарезка, расположенная на горловине баллона. В этом случае вентиль может вырвать, после чего газ начнёт быстро выходить из ёмкости.

В-третьих, выходящий из баллона газ, смешиваясь с воздухом, может взорваться, если поблизости окажется источник воспламенения. Когда газ выходит из баллона, ёмкость под воздействием реактивной силы струи газа начинает перемещаться в пространстве с высокой скоростью.

В-четвёртых, взрыв может произойти, если баллон упадёт со значительной высоты или ударится о твёрдую поверхность или предмет.

Что происходит при взрыве газового баллона

При взрыве газовых баллонов разрушаются не только сами ёмкости и рядом расположенное оборудование. Зачастую разрушению подвергает всё здание.

В результате неправильной эксплуатации баллонов специалисты получают производственные травмы. Это могут быть ожоги, механические повреждения и отравление.

Поэтому прежде чем заправить газовый баллон, необходимо убедиться в его полной исправности. Каждая ёмкость, в которой будет храниться газ, должна пройти освидетельствование в Гостехнадзоре. Специалисты этого ведомства осматривают как наружную, так и внутреннюю поверхность баллона, проверяют его вес и вместительность, проводят испытания под давлением, которое в полтора-два раза превышает показатели рабочего давления ёмкости.

Баллоны проверяются на наличие коррозии, трещин, вмятин и других повреждений. Запрещается наполнять ёмкости, на внешней поверхности которых обнаружены какие-либо повреждения. Также нельзя заправлять баллоны, неокрашенные в цвет, соответствующий газу, который в нём будет храниться.

Важным моментом, препятствующим взрыву газового баллона, также является соблюдение норм наполнения. Если баллоны будут переполнены, то под воздействием нагревательных приборов или солнечного света они могут взорваться.

В производственных помещениях, где будут выполняться работы с использованием газовых баллонов, должна быть установлена хорошая вентиляция, позволяющая проветривать помещение и в рабочее, и в нерабочее время. Безопасность использования ёмкостей с газом также зависит от герметичности всей аппаратуры, шлангов, трубопроводов.

источник