Умови, що визначають концентрацію горючих парів у ємностях та пиловибухових сумішей у повітрі
Умови, що визначають концентрацію горючих парів у ємностях та пиловибухових сумішей у повітрі
Суміш парів нафтопродуктів з повітрям за певних умов здатна до хімічної реакції, тобто взаємодії молекул нафтопродуктів з молекулами кисню повітря.
Хімічні реакції, які протікають зі швидкостями, що досягають понад тисячу метрів за секунду, супроводжуються виділенням великої кількості тепла та газоподібних продуктів, що називаються вибуховими.
Вибух відрізняється від горіння миттєвою швидкістю реакції. Суміш газів і пари з повітрям вибухає за наявності джерела вогню і лише за певного кількісного співвідношенні (об'ємної концентрації) їх.
Пари нафтопродуктів можуть горіти лише над вантажними танками та іншими ємностями, в яких вони накопичуються.
Перенасичена пароповітряна суміш усередині танків не спалахне, тому що для її горіння недостатньо кисню повітря. Вона горить лише у повітрі чи за додатковому припливі останнього в резервуар.
При прямому контакті полум'я вогню або іскри з потоками парів нафтопродуктів, що виходять назовні з вантажного танка, вибухових концентрацій не виникає, відбувається запалення та полум'яне горіння їх.
Характер горіння газів і пар залежить від того, змішуються вони з повітрям до займання або в процесі горіння. При попередньому змішуванні їх із повітрям горіння відбувається у формі вибуху, при змішуванні в процесі горіння спостерігається повільне горіння.
Суміш горючих парів і газів з повітрям має цілком певні, властиві даної рідини, концентраційні межі займистості або вибуховості (табл. 1). Ці межі зазвичай даються ввідсотках, рідше у міліграмлітрах повітря.
Ступінь пожежної небезпеки рідини, що знаходиться в закритій ємності, визначається також температурними межами вибуховості насиченої пари. Знаючи температурні межі даної рідини, можна встановити ступінь пожежної небезпеки або передбачити її настання при зміні температури.
Наприклад, температурні межі вибуховості бензолу (табл. 1) від -14 до +12 ° С. Це означає, що в зазначеному температурному інтервалі можливі вибухи його парів, що знаходяться над поверхнею рідини в закритій ємності (резервуарі, танку, цистерні тощо) .), якщо є джерело займання (іскра, нагріте тіло, відкрите полум'я, розряд статичної електрики або грозовий розряд).
Захист закритих ємностей з рідкими горючими речовинами вибухів зводиться до того, щоб створити такі умови
всередині них, які навіть за випадкових джерел запалювання виключали б займання горючих парів.
Це залежить не тільки від виду нафтопродукту, а й від рівня його наливу, тобто співвідношення обсягу ємності, зайнятої нафтопродуктом, та обсягу ємності, не заповненої ним, від температури навколишнього повітря, ступеня герметичності ємності та інших умов.
У процесі наливу нафтопродукту та вивантаження його змінюються співвідношення обсягів заповненого та вільного простору у вантажних танках. При цьому концентрація пари у вільному просторі ємності віддаляється від меж вибуху або наближається до них. Графік залежності концентрації пар різних нафтопродуктів у вільному просторі ємності від рівня їх наливу наведено на рис. 3.
При нормальному заповненні танків нафтопродуктом, коли від вантажу вільний лише незначний підпалубний простір, небезпека вибуху виключена,оскільки концентрація парів нафти у ньому значно перевищує межі вибуховості.
Якщо у вантажних танках залишається невелика кількість нафтопродукту, концентрація його пар є вибухонебезпечною, особливо при низьких температурах зовнішнього повітря.
На рис. 4 наведено експериментально встановлену зміну відсоткового вмісту горючих парів зольненської та туймазинської сирої нафти в підпалубному просторі залежно від зміни температури в межах від +40 до -10°С.
При зберіганні і транспортуванні необхідно мати на увазі, що змішання нафтопродуктів різних класів, що допускається, також значно змінює інтенсивність їх випаровування, а отже, і концентрацію парів у вільному просторі ємності. Суміш мазуту прямої перегонки із залишками сирої нафти та іншими продуктами 1-го класу вибухонебезпечна.
Концентрація пар суміші в повітряному підпалубному просторі при нормальному заповненні вантажних танків судна при змішуванні мазуту з сирою нафтою або іншими продуктами 1-го класу лежить в області меж взрываемости.
У коффердамах та сухих відсіках завантажених суден пари нафтопродуктів можуть досягати вибухових концентрацій у літній період. Такі нафтопродукти, як тракторний гас 1-го класу, палива Т-1, Т-4, утворюють вибухові концентрації в підпалубному просторі завантажених суден як у літній, так і у весняно-осінній періоди.
Щоб виключити можливість вибуху навіть при вибуховій концентрації пари, повітряний простір вводять охолоджені димові гази, що містять не менше 7,5% вуглекислого газу і не більше 4,0-5,0% кисню. До цього річковим транспортом вдаються лише під час перевезення темних нафтопродуктів. При транспортуванні світлих нафтопродуктів (бензину та ін.) задимлення димовимигазами підпалубного простору нафтоналивних суден немає, оскільки домішки, які у складі димових газів, різко знижують якість нафтопродукту.
Вибухобезпечним середовищем ВНДІПО вважає концентрацію газу або пари в повітрі всередині технологічного апарату, що не перевищує 50% величини нижньої межі займання.
Забезпечення вибухобезпечності середовища всередині апаратури за нормального технологічного режиму, за «включенням ВНДІПО, ще не свідчить про те, що це обладнання є вибухобезпечним. Гранично допустимою вибухобезпечною концентрацією парів та газів при роботах з вогнем та іскристим інструментом ВНДІПО вважає концентрацію, яка не перевищує
5% величини нижньої межі займання даної пари або газу в повітрі.
Температура вибуху більшості газів перебуває у межах 1500—3000°С; тиск при звичайному вибуху газів та
парів не перевищує 11 кгс/см2. При збільшенні концентрації
кисню (понад 21%) тиск під час вибуху різко зростає і може досягти 20 кгс/см²
Швидкість поширення полум'я при нормальному горінні газоповітряних сумішей у трубач для більшості газів.
дорівнює 30-270 см/сек. При згорянні газоповітряних сумішей
(водню, метану) у судинах порівняно невеликих розмірів
(До 1 м²) вона становить 650 1000 см/сек і більше. Полум'я при
вибуху газів і пар може розповсюджуватися швидкістю, що дорівнює десяткам і сотням метрів в секунду.