Основные опасности сжиженных газов

В материале описаны химические вещества под воздействием окружающих факторов с опасностями которым можно столкнуться во время транспортировки газов на специальном судне.

Разберём некоторые физические и химические свойства газов с точки зрения опасностей, которые возникают при их транспортировке. А также визуально исследуем возникающие ситуации при погрузке и выгрузке газовозов.

Воздействие низких температур (Brittle Fracture)

Многие металлы и материалы под воздействием низких температур склонны изменять свои свойства. При температуре ниже 0 °С механические характеристики корабельной стали ухудшаются. У обычной корабельной стали при температурах ниже –10 °С меняется структура металла, ослабляются связи между атомами в кристаллической решетке, в результате чего металл теряет пластичность и прочность. Металл растрескивается даже без явного внешнего механического воздействия.

Добавка к стали никеля, или использование специальных алюминиевых сплавов в конструкциях грузовых танков и трубопроводов, позволяют обрабатывать грузы с очень низкими температурами кипения (–164 °С для метана).

Всплескивание груза (Sloshing)

Поскольку сжиженный газ обладает всеми свойствами жидкости, то при его транспортировке должное внимание необходимо уделять воздействию свободной поверхности жидкости на остойчивость судна. Более того, при неполном заполнении танка грузом, и значительной свободной поверхности жидкости в танке, гидродинамические удары, возникающие в танке, могут привести к разрушению, как устройств и механизмов внутри танка, так и самого танка. Именно для уменьшения гидродинамических ударов и для уменьшения воздействия свободной поверхности жидкости, грузовые танки больших газовозов имеют продольную переборку или же сужающуюся верхнюю часть танка. Всплескивание груза приводит также к образованию внутри груза пузырьков с воздухом, которые увеличивают электростатический заряд в танке.

Переворачивание груза (Rollover)

Практически все жидкие углеводороды подвержены переворачиванию в той или иной степени. Однако наиболее ярко оно проявляется у криогенных жидкостей. Самым опасным грузом в этом смысле является природный газ (LNG), и его способность к спонтанному перемешиванию зависит от фракционного состава, температуры и давления, при которых происходит его обработка и хранение.

Если, Основы химии газовпри хранении сжиженного газа в береговых емкостях или же в грузовых танках газовоза происходит отбор выпара компрессорными установками, то за счет испарения понижается температура поверхностного слоя жидкости, в результате чего слегка повышается его плотность. Таким образом, слой жидкости вблизи поверхности танка становится несколько тяжелее, чем жидкость на нижних уровнях танка. Как только расслоение по плотности достигнет критической величины (обычно разность температур должна составить 5-7 °С), поверхностный слой груза как бы моментально «проваливается» вглубь танка.

Такое спонтанное перемешивание представляет значительную опасность для больших судов с мембранными или полу-мембранными танками (рабочее давление 0,25 бара), поскольку, при перемешивании, теплый груз оказывается у поверхности, усиливается его парообразование, значительно и резко повышается давление в танке. В лучшем случае это приведет к срабатыванию предохранительных клапанов, а в худшем – к разрушению танка.

Для возникновения перемешивания, не требуется никаких внешних воздействий – вибрации или подачи дополнительного груза в танк. Достаточно лишь небольшого изменения температуры внутри груза, и сила тяжести произведет быстрое перемешивание содержимого танка.

Для того чтобы избежать переворачивания, необходимо производить регулярное перемешивание груза с помощью грузовых насосов. Спонтанное переворачивание груза может возникнуть и в том случае, если на судне производится охлаждение двух партий совместимых грузов или одного и того же груза, но с разными температурами в танках. В таком случае, если, например, конденсат, сбрасываемый в танк, имеет температуру выше чем груз в танке, существует опасность расслоения груза и образования в нижней части танка слоя груза с пониженной плотностью.

Статическое электричество

Феномен статического электричества известен давно и каждый из нас сталкивается с проявлениями его почти ежедневно. При одевании или снимании одежды из синтетического материала, контакте с экраном телевизора или компьютера, зачастую возникает ощутимый электрический разряд. В современном мире эффект статического электричества получил широкое практическое применение (печатные и копировальные аппараты, окраска).

Однако разряд статического электричества может привести и к трагическим последствиям. Впервые, возможности статического электричества вызывать возникновение взрыва и пожара были обнаружены в 1893 году американцем Рихтером, который пытался улучшить процесс сухой химчистки одежды, и попробовал ввести порошок магнезии в бензол, используемый в процессе чистки, для увеличения его токопроводности.

В топливной и химической индустрии проблему возникновения зарядов статического электричества начали глубоко изучать в начале 30-х годов, после нескольких взрывов на заводах компании SHELL.

Читайте также: Специальные системы газовозов

На морском же транспорте изучением этой проблемы занялись несколько позже – в середине 60-х годов, опять же, после серии взрывов на танкерах, перевозящих сырую нефть.

Были проведены фундаментальные исследования в области возникновения зарядов статического электричества на танкерах при различных технологических операциях и определены международные требования по предотвращению образования электростатических разрядов.

Рассмотрим природу образования электростатического заряда.

Причины возникновения зарядов статического электричества

Существует три этапа, последовательно приводящие к возникновению опасности воспламенения горючих смесей при воздействии статического электричества, а именно:

• разделение заряда;
• накопление заряда;
• разряд статического электричества.

Известно, что атомы состоят из положительно заряженного ядра, вокруг которого вращаются отрицательно заряженные частицы – электроны. Сумма всех отрицательных зарядов в теле по абсолютному значению равна сумме всех положительных зарядов в нем. Поэтому в целом тело электрически нейтрально и не имеет заряда.

Электроны, находящиеся на периферийных орбитах атома, могут сравнительно легко покидать своё место и переходить на орбиты атомов другого тела или вещества. Тот атом, который потеряет электроны, будет испытывать недостаток электронов и получит положительный заряд. Атом же, на орбиты которого перейдет оторвавшийся электрон, будет иметь избыток электронов, а заряд его будет отрицательным. Иначе говоря, при перемещении электронов с орбиты одного атома на орбиту другого происходит перераспределение зарядов и при этом один атом получает положительный заряд, а другой отрицательный. Такие заряженные атомы называются ионами.

При электризации тел заряды не создаются, а только разделяются: часть отрицательных зарядов переходит с одного тела на другое. Например, при трении эбонитовой палочки о шерсть, эбонит получает отрицательный заряд, а шерсть заряжается положительно.

Перетекание электронов происходит только в случае взаимодействия атомов с различной плотностью электронов.

Всякий раз, когда в контакт входят два неоднородных материала, на поверхности, разделяющей эти материалы, происходит разделение заряда. Эта поверхность может разделять два твердых тела, твердое тело и жидкость или две несмешивающиеся жидкости. На поверхности раздела заряд одного знака, например положительного, перемещается от материала А к материалу В, таким образом, что материалы А и В становятся соответственно положительно и отрицательно заряженными. Пока эти материалы неподвижны и контактируют друг с другом, заряды находятся чрезвычайно близко друг от друга. В таком случае незначительная разность потенциалов между зарядами противоположного знака не представляет какой-либо угрозы.

Интенсивное разделение зарядов происходит в результате таких действий как:

• Прохождение потока жидкости через трубы или мелкоячеистые фильтры.
• Осаждение частиц твердого тела или несмешивающейся жидкости через другую жидкость.
• Выброс мелких капель или частиц из сопла.
• Всплескивание или взбалтывание жидкости при её соприкосновении с твердой поверхностью.
• Сильное трение друг о друга некоторых материалов.

Когда заряды разъединяются, между ними образуется большая разность потенциалов. При этом в окружающем пространстве также происходит распределение разности потенциалов, иначе говоря, формируется электрическое поле (то есть во время мойки танка при распылении жидкости электростатическое поле возникает во всем объёме танка).

Если в электростатическое поле поместить незаряженный проводник, то он получит примерно такой же потенциал, как и поле, в котором он находится. Более того, поле приводит в движение заряды внутри проводника, заряд одного знака притягивается полем к одному концу проводника, на другом же конце проводника формируется равный по величине заряд противоположного знака. Заряды, разделенные таким образом, называются индуцированными зарядами, они накапливаются в электростатическом поле.

Заряд может возникать и там, где не происходит непосредственного контакта между заряженными телами. Электростатический заряд может возникать также при воздействии на материал другого заряженного тела, что вызывает формирование положительных и отрицательных ионов. Например, при прохождении грозового облака над высоким зданием или судном, в последних происходит формирование положительных и отрицательных ионов, хотя непосредственного контакта между материалами или зарядами нет. Это приводит к тому, что одно и тоже вещество или тело может нести противоположные заряды.

Рекомендуется к прочтению: Обеспечение безопасности экипажа на танкере-газовозе

Вокруг заряженного тела происходит формирование электрического поля, своего рода отображение пространства вокруг заряженного тела. В двух противоположных точках электрического поля, определяется разность потенциалов в вольтах. Напряженность электростатического поля определяется в вольтах на метр (В/м).

В однородном электрическом поле напряженность поля определяется как разность потенциала на метр. Величина напряженности поля определяет возможность возникновения разряда. В сухом воздухе искровой электрический разряд может произойти при величине напряженности электрического поля около 3.000.000 В/м. Однако если поместить в поле заземленный проводник, то даже при слабой напряженности поля можно получить значительный электрический разряд.

Накопление заряда

Ранее разделенные заряды стремятся вновь соединиться между собой и нейтрализовать друг друга. Этот процесс известен как релаксация заряда. Если один из материалов или оба эти материала, несущие электростатический заряд, обладают низкой токопроводностью, то повторное соединение зарядов затруднено, и данный материал аккумулирует (накапливает) заряд на себе.

Если же проводимость материала высока, то заряды соединяются очень быстро, тем самым препятствуя процессу их разъединения, в результате чего происходит очень незначительное аккумулирование заряда или же он не аккумулируется совсем. Материал с такой проводимостью может сохранять или аккумулировать заряд только в том случае, если он окружен диэлектриком. В таком случае скорость потери им заряда, будет зависеть от времени релаксации диэлектрика.

Можно сказать, что наиболее важным фактором, определяющим время релаксации материала, является электропроводность материалов.

Проводники и диэлектрики

Все материалы по степени их токопроводности условно можно разделить на три основные группы.

Первая группа – проводники. К твердым проводникам относится большинство металлов, а к жидким – целый диапазон водных растворов солей, включая морскую воду. Человеческое тело, более чем на 60 % состоящее из воды, также является проводником электрического тока. К важным свойствам жидких проводников относится не только их неспособность удерживать электрических заряд, если они не изолированы, но также и то, что когда они изолированы и существует возможность электрического разряда, весь имеющийся в них заряд почти мгновенно разряжается. То есть, полученный заряд распространяется равномерно по всему материалу, а при соприкосновении с заземлением – мгновенно исчезает.

Очень часто разряды между двумя проводниками происходят в виде искры, и в таком случае они гораздо более опасны, чем разряды, возникающие между проводником и диэлектриком. В случае релаксации заряда между проводником и диэлектриком возникают не искровые, а коронные или кистевые разряды.

Вторая группа материалов – диэлектрики или изоляторы. Если заряд возникает только в месте соприкосновения или разъединения материалов, то такие материалы называются диэлектриками.

Заряженные диэлектрики доставляют заряд в место, где может произойти непосредственный контакт заряда с проводником. Сильно заряженные диэлектрики могут непосредственно инициировать воспламеняющие искры. Жидкости рассматриваются как диэлектрики, если их проводимость менее 50 Пико Сименсов на метр (пСм/м) с периодом релаксации не более 0,35 с. Такие жидкости зачастую называют аккумулирующими статическое электричество. К ним относятся чистые нефти и чистые нефтепродукты (дистилляты), сжиженные газы.

Третья группа представляет собой ряд жидкостей и твердых материалов с промежуточной токопроводностью. Яркий пример – темные нефти, сырые нефти, спирты, ацетон и др.

Возникновение электростатического разряда

Когда напряженность электрического поля достигает определенной величины, может произойти разряд поля, который имеет различные формы. Для возникновения пламени или взрыва, необходимо, чтобы произошел разряд такой величины, чтобы его энергии хватило для возникновения огня.

Было установлено, что для воспламенения паровоздушной смеси пропана достаточно, чтобы между электродами произошел разряд с выделением энергии в 0,2 мДж. Для воспламенения паровоздушной смеси аммиака потребуется разряд в 600 раз мощнее.

Существуют следующие типы электростатических разрядов:

• Корона – это ионное излучение голубоватого цвета. Его можно увидеть на острых углах или вантах при некоторых погодных условиях. Это сияние известно под названием «Огни Святого Эльма». Такое излучение не несет в себе достаточно энергии для возникновения пламени.
• Северное или полярное сияние – это слабые лучи, сформированные из очень маленьких искр, испускаемых заряженными острыми углами или выступами конструкций в направлении заряженных облаков или тумана. Такое свечение может возникнуть в танках супер-танкеров и также не несет в себе достаточной энергии для возникновения пламени.
• Искра – настоящая искра возникает только в том случае, если напряженность электрического поля достигает некоторой критической величины. Ионный луч увеличивается с увеличением напряженности поля, и конечный результат такого увеличения – возникновение искры. При большой величине напряженности поля такой разряд более известен как молния. Однако, если мы поместим в электрическое поле заземленный проводник, возникает искровой разряд, достаточный для воспламенения смеси, даже при малых величинах напряженности поля.

Статическое электричество на танкерах

На танкерах электростатические заряды могут возникать в повседневных технологических процессах, связанных с обработкой груза.

В некоторых случаях заряд рассасывается сразу же после его образования, но иногда происходит его аккумулирование, и заряд сохраняется некоторое время, например в тумане жидкостей он может сохраняться до нескольких часов.

Поэтому необходимо принимать все меры предосторожности для предотвращения взаимодействия электрических полей и образования электростатического разряда в виде искры.

Образование статических зарядов при перекачке жидкостей

Рассмотрим возникновение электростатического заряда в трубопроводе и в танках при погрузке грузов, аккумулирующих статическое электричество, которые в большинстве своем являются очень слабыми проводниками электрического тока и могут рассматриваться как изоляторы.

При наполнении трубопровода жидкостью с низкой токопроводностью происходит взаимодействие жидкости со стенками трубы, что приводит к образованию отрицательно заряженных ионов в слое жидкости, прилегающем к трубопроводу (металлы очень легко отдают свободные электроны).

Равновеликий заряд, но противоположного знака, т. е. положительный одновременно формируется в центре трубы.

При движении вязкой жидкости по трубопроводу, происходит послойное разделение потока на фрикционно-взаимодействующие слои с возникновением между ними электрического тока, что в свою очередь приведет к формированию значительного положительного заряда в центре танка, отрицательный же заряд будет истекать из танка по стенкам трубопровода. Такой заряд может оставаться в танке довольно длительное время и при соприкосновении с заземленным проводником, может возникнуть разряд достаточной мощности для воспламенения паров (рис. 1).

Наличие свободного воздуха в жидкости

Наличие в жидкости свободного воздуха (пузырьков) также может привести к образованию электростатического заряда. Рассмотрим механизм образования такого заряда.

Проходя через жидкость, пузырьки обычно несут отрицательный заряд и, лопаясь на поверхности жидкости, они образуют небольшое облачко отрицательного заряда. В случае плохой токопроводности жидкости, пузырьки заряжаются положительно и, соответственно, лопаясь на поверхности жидкости, они увеличивают и без того достаточно большой положительный заряд в центре танка.

Распыление или разбрызгивание жидкости, пропарка танка, продувка углекислым газом

Все эти процедуры приводят к образованию маленьких капелек жидкости в атмосфере танка или, в случае с СО₂, к образованию микроскопических кристалликов льда. Двигаясь по трубопроводу, жидкость или газ получают заряд статического электричества, и вылетая из сопла при распылении, они продолжают нести в себе заряд, который формирует внутри танка облако статического заряда и может сохраняться довольно долгое время. Струя жидкости и более крупные капли несут в себе отрицательный заряд, а мелкие и микроскопические капли, образующие туман, заряжены положительно.

Наличие воды в грузе

Если во время погрузки происходит смешивание мелких капелек воды с непроводящим электрический ток продуктом, может произойти увеличение статического заряда в центре танка. Это происходит из-за эффекта возникновения двойного слоя заряда вокруг каждой капли воды.

По окончании погрузки вода обычно осаждается на дне танка, и происходит разряд капелек воды при соприкосновении с днищем танка.

Распыление или разбрызгивание жидкости

Если происходит разбрызгивание или распыление продукта, то даже не несущие заряда микроскопические частицы жидкости, при соприкосновении с поверхностью танка, будут отдавать часть электронов и заряжаться положительно. Возникновение тумана при распылении жидкости приводит к созданию в нем значительного электростатического заряда, который может сохраняться в течение нескольких часов.

Атмосферные электростатические разряды

При образовании грозовых облаков, происходит формирование значительного электрического поля вокруг них, что может привести к возникновению свечения атмосферы или же возникновению более мощных разрядов – молний. При этом может произойти попадание молнии непосредственно в судно, однако вероятность такого попадания довольно мала, если над судном или вокруг него не происходит образования ионной подушки, которая обычно возникает над судном при истекании газа из танков, т. е. при продувке танков, дегазации и пр.

Поэтому при получении грозового предупреждения не рекомендуется производить дегазацию или продувку танков.

Также следует помнить, что прохождение мощного грозового облака или заряда непосредственно над судном может привести к перераспределению и образованию электрических зарядов из-за воздействия электромагнитных полей.

Шланговка

При протоке жидкости через грузовой шланг, на его концах – фланцах может происходить формирование весьма значительных электростатических зарядов. И в месте подсоединения грузового шланга к палубному трубопроводу может возникнуть искра достаточной мощности, для того, чтобы вызвать воспламенение груза.

Использование токопроводящих соединений между участками трубопроводов и грузовыми шлангами, приводит к тому, что судно и терминал образуют в некотором роде гальванический элемент, поэтому, при шланговке или отшланговки, может возникнуть электростатический разряд большой мощности. Для предотвращения такой ситуации, необходим постоянный разряд потенциала судно/берег, что осуществляется заземлением корпуса судна и причала.

Природа электрического тока, проходящего с судна на берег по заземляющему кабелю, принципиально отличается от природы статического электричества. Большие токи могут проходить между судном и берегом по электропроводящим трубопроводам и гибким шлангам.

Источниками таких токов являются:

• катодная защита корпуса судна, обеспечиваемая либо системой постоянного тока, либо расходными анодами;
• блуждающие токи, возникающие в результате образования гальванической пары между судном и берегом или в результате утечек тока через изоляцию.

Заряды статического электричества возникают при движении груза, аккумулирующего статический заряд по трубопроводам.

Погрузочный стендер, полностью изготовленный из металла, обеспечивает электрическое соединение судна с берегом с очень низким сопротивлением, что создает реальную угрозу возникновения электродугового разряда при разрывании цепи большого тока в районе подсоединения стендера к судовому манифолду. Альтернативным решением может служить включение в береговой или судовой трубопровод (но не в оба сразу) участка без внутреннего электрического соединения (рис. 2). В таком случае полностью блокируется прохождение тока через погрузочный стендер или шланг. В то же время вся система является заземленной либо через судно, либо через берег.

Раньше, было принято подключать судно к береговым системам заземления с помощью специального кабеля до подсоединения берегового трубопровода к судовому и отсоединять заземление только после отсоединения грузового шланга.

Таким образом, прилагались усилия закоротить судовые и береговые катодные системы защиты, и снизить разность потенциалов между судном и берегом. Однако из-за большого сопротивления в соединительном кабеле такой метод не является эффективным. Более того, такое соединение может привести к увеличению разности потенциалов и возникновению мощного разряда.

Несмотря на то, что ИМО в своих «Рекомендациях по безопасности транспортировки, перегрузке и хранению опасных веществ на территории порта» настаивает на том, чтобы портовые власти отказались от применения соединительных кабелей и приняли во внимание рекомендацию по использованию изолирующих фланцев (рис. 3), многие портовые власти всё ещё требуют присоединения судна к береговому заземлению перед началом грузовых операций.

Скорость погрузки

Общепринятый метод уменьшения статического заряда в танке в процессе погрузки – это уменьшение образования такого заряда в начальный период налива, т. е. до тех пор, пока не прекратится образование пузырьков воздуха в грузе и его разбрызгивание.

Причина ограничения скорости налива очень проста. В начальный момент заполнения трубопровода, всегда существует возможность наличия в трубопроводе свободной воды. При смешивании с грузом и попадании в пустой танк такая смесь создает значительный статический заряд. Минимальная скорость налива в начальный период способствует также снижению разбрызгивания груза и его перемешиванию с водой. Когда днищевые конструкции покроются грузом, скорость налива можно увеличивать до максимально допустимой.

Следует помнить, что максимальная скорость налива для грузов, непроводящих электрический ток (аккумулирующих статическое электричество), должна быть не более 7 м/сек, хотя некоторые национальные правила допускают и большую скорость погрузки.

Арматура грузовых танков

Во время визуального осмотра танков или при регулярных инспекциях всегда следует обращать особое внимание на крепление арматуры и трубопроводов внутри танка. Поскольку любой незаземленный или не имеющий достаточно прочного электрического контакта с корпусом судна предмет (мерительное устройство, трап, трубопровод) могут быть причиной возникновения электростатического разряда. Любой свободно плавающий в грузе токопроводящий предмет, при соприкосновении с переборками танка может вызвать образование искры достаточной мощности для возникновения взрыва или пожара.

Поэтому к статическому электричеству надо относиться весьма и весьма серьезно и принимать все меры предосторожности, чтобы избежать возникновения электростатического разряда. А случаи возникновения взрывов и пожаров от пренебрежения мерами по предотвращению образования статических зарядов довольно часты и по большей своей части трагичны (взрыв танкера «Людвиг Свобода» в п. Вентспилс в 1983 году).

Пожароопасность

Пожароопасность груза определяется так называемыми «постоянными опасности». К таким характеристикам относятся прежде всего:

• давление насыщенных паров;
• температура вспышки;
• пределы воспламенения;
• плотность.

Истинное давление паров (ИДП)

Нагляднее всего можно рассмотреть понятие истинного давления паров на примере сырой нефти, поскольку именно она является смесью самого широкого спектра углеводородов. Температура кипения этих углеводородов изменяется в диапазоне от –162 °С (метан) до значений, намного превосходящих +400 °С, а летучесть, т. е. способность их к испарению, зависит прежде всего от содержания в грузе легко испаряющихся компонентов. Летучесть продукта характеризуется давлением насыщенных паров. Когда смесь углеводородов перекачивается в пустой дегазированный танк, она начинает испаряться, т. е. пары начинают заполнять свободное пространство танка.

Давление насыщенных паров беспримесного соединения зависит только от температуры, а давление паров смеси зависит от температуры её компонентов, объёма газового пространства, в котором происходит её испарение, или иными словами оно зависит от отношения объёмного содержания газа в жидкости и в образующемся паре.

ИДП является надежным показателем летучести продукта. К сожалению, этот показатель очень трудно измерить, хотя и возможно, если известен точный фракционный состав жидкости.

Для нефтепродуктов существует надежный метод, позволяющий определить ИДП с помощью измерений температуры и давления паров по Рейду.

Давление паров по Рейду

Определение давления паров по Рейду (ДПР) – простой и наиболее широко используемый метод определения степени относительной летучести жидких нефтепродуктов.

ДПР определяется специальным прибором. Жидкость помещается в специальный герметичный контейнер, нагревается на водяной бане до 37,8 °С и измеряется превышение давления в барах. Этот метод полезно использовать для сравнения летучести широкого спектра жидких нефтепродуктов.

Воспламеняемость

В процессе горения пары углеводородов взаимодействуют с кислородом, содержащимся в воздухе, образуя двуокись углерода и воду с выделением тепла. В процессе данной реакции происходит выделение такого количества тепла, которого достаточно для образования видимого пламени. При этом происходит нагревание поверхности жидкости и выделение дополнительного количества паров, достаточного для поддержания горения. В таком случае говорят, что жидкость горит, хотя на самом деле, горят выделяемые ей пары.

Температура воспламенения (вспышки).

Так как смеси углеводорода с воздухом являются воспламеняющимися только в пределах узкого диапазона, то в принципе, существует возможность определения воспламеняемости путем измерения давления паров. В нефтяной промышленности используют два основных метода определения воспламеняемости нефтепродуктов.

Один из них – это определение давления паров по Рейду, а другой – определение температуры вспышки, с помощью которой воспламеняемость определяется непосредственно (за исключением мазутов). При таком испытании проба жидкости постепенно нагревается в специальном тигле, а небольшое пламя через определенные интервалы времени однократно и кратковременно подносится к поверхности жидкости.

Существует множество приборов для определения температуры вспышки, но все они делятся на 2 типа.

При использовании приборов первого типа, поверхность жидкости постоянно контактирует с атмосферой, в результате чего получают, так называемую, «температуру вспышки в открытом тигле».

При использовании приборов второго типа, пространство над жидкостью держится закрытым. В результате чего определяют «температуру вспышки в закрытом тигле».

Из-за того, что при определении температуры вспышки в открытом тигле происходит некоторое рассеивание паров жидкости, эта температура будет на несколько градусов (около 6 °С) выше, чем при определении её в закрытом тигле. Метод по определению температуры вспышки в закрытом тигле наиболее точен и поэтому его использование предпочтительнее.

Температура возгорания

Температура возгорания – это температура, при которой скорость образования паров над поверхностью жидкости при атмосферном давлении является достаточной для того, чтобы обеспечить горение паров в течение как минимум 5 секунд после того, как источник воспламенения будет удален из зоны горения.

Обычно температура возгорания на 20-25 °С выше, чем температура вспышки.

Температура самовоспламенения

Температура самовоспламенения – это минимальная температура, при которой происходит воспламенение смеси паров с воздухом без воздействия источника воспламенения.

Взрывоопасные пределы

Смесь паров углеводородов и воздуха не может воспламениться даже при наличии внешнего источника пламени, если не будут соблюдены некоторые условия.

• Во-первых, концентрация паров должна лежать во взрывоопасных пределах, т. е. смесь воздуха и паров углеводородов должна воспламениться при наличии внешнего источника пламени.

При концентрации паров ниже НПВ, газовая смесь называется «бедной», т. е. паров углеводородов недостаточно, для возникновения пламени. Если же концентрация паров превышает некоторый предел, при котором смесь не может воспламениться из-за недостатка кислорода, смесь называется «богатой».

Точка перехода взрывоопасной концентрации в богатую смесь – это и есть верхний предел взрываемости или верхний предел воспламенения (ВПВ).

Эти пределы определяются в нормальной атмосфере воздуха, т. е. при наличии в ней 21 % кислорода объёмной концентрации.

• Во-вторых, содержание кислорода в атмосфере воздуха должно быть достаточным для поддержания процесса горения или взрыва.

Экспериментальным путем было установлено, что воспламенение паров углеводородов в смеси с воздухом невозможно, если объёмное содержание кислорода в смеси ниже, чем 10,8 %.

Пожарную опасность представляет одновременное наличие трех составляющих пожарного треугольника:

• горючего вещества;
• кислорода;
• источника пламени.

Отсутствие одного из этих элементов позволяет предотвратить опасность возникновения пожара.

В нашем случае горючее вещество – это и есть взрывоопасная Свойства сжиженных газов, перевозимых на судах-газовозахконцентрация паров углеводородов. С точки зрения безопасности, не следует допускать возникновения ситуации, когда концентрация паров газа и содержание кислорода в атмосфере танка будут находиться во взрывоопасных пределах. То есть продувку атмосферы танка воздухом следует производить только в том случае, если концентрация паров находится слева от затененной части диаграммы.

Если же атмосфера танка находится в зоне богатой смеси и возникает необходимость продувки танка воздухом, то такую продувку сначала производят инертным газом или азотом до того момента, пока концентрация паров на диаграмме воспламеняемости не переместиться в левую её часть и, только после этого в танк можно подавать воздух.

Для сырой нефти (которая является смесью огромного числа различных соединений углеводородов) диапазон воспламенения определяется от 1 % до 10 % процентов объёмного содержания паров углеводородов в атмосфере воздуха с концентрацией кислорода в нем не менее 21 %.

Пределы воспламенения меняются для различных беспримесных углеводородов, а также для газовых смесей. Даже газовые смеси над поверхностью сырой нефти, моторных и авиационных бензинов и природных продуктов типа газолина, очень приближенно могут быть представлены наличием в них (газах) паров пропана, бутана и пентана. Ниже приведена таблица пределов взрываемости для этих газов, а также степень их разбавления воздухом до безопасных пределов.

Влияние инертного газа на воспламенение

Если инертный газ добавляется в смесь паров углеводородов с воздухом, то в результате изменения содержания кислорода в смеси, происходит повышение НПВ и снижение ВПВ. Для наглядности рассмотрим диаграмму пределов взрываемости. Каждое состояние смеси паров углеводородов, воздуха и инертного газа может быть представлена на диаграмме (рис. 5-6) точкой, координаты которой, соответственно – содержание кислорода и содержание паров углеводородов.

Смеси паров углеводородов с воздухом, не содержащим инертный газ, представлены на линии АВ, наклон которой указывает на снижение содержание кислорода по мере увеличения содержания паров углеводородов. Область диаграммы слева от АВ представляет собой смеси, содержание кислорода в которых, снижается за счет вытеснения воздуха инертным газом. Нижний и верхний пределы воспламенения представлены точками (D) НПВ и (C) ВПВ. По мере увеличения содержания ИГ предел воспламенения меняется.

Изменения газового состава представлены прямыми (рис. 6), направленными к точке А (чистый воздух), или же к точке, расположенной на оси содержания кислорода, отражающей содержание кислорода в инертном газе.

По мере того, как инертный газ добавляется в смесь паров углеводородов с воздухом, диапазон воспламенения постепенно уменьшается до тех пор, пока содержание кислорода не достигнет уровня, обычно принимаемого равным 10,8 % по объёму, при котором ни одна из смесей углеводородов с воздухом гореть не может.

Когда инертная смесь разбавляется воздухом (рис. 6), то её состав меняется по линии ЕA и таким образом смесь достигает взрывоопасных концентраций. Это происходит при всех разбавлениях смеси воздухом, если концентрация углеводородов в смеси находится выше точки F. При достижении точки F разбавление воздухом смеси является безопасным.