.
Категории сайта

Свойства сжиженных газов

По определению IMO газ – это “продукт, имеющий абсолютное давление более 2,8 бар при температуре 37,8 °С”. На газовозах перевозят самые разные газы – как состоящие из молекул, в состав которых входят только углерод и водород (углеводороды), так и из молекул отдельных элементов (хлор) или из молекул, имеющих более сложный состав (аммиак, эпоксиды).

Химические свойства газов

Остановимся подробнее на отдельных группах газообразных соединений и их свойствах.

Алканы. Алканы представляют собой самую простую группу органических соединений, молекулы которых состоят только из углерода и водорода. Это насыщенные углеводороды (гидрокарбонаты), их названия оканчиваются суффиксом “ан”.

Предлагается к прочтению: Безопасность газовозов и источники воспламенения газов

Структура алканов – углеродные цепи, не содержащие кратных (двойных, тройных) связей между атомами углерода или циклов. Низшие алканы — метан (СН410), этан (С2Н6), пропан (С3Н8), бутан (С4Н10). Четыре перечисленных алкана при нормальных условиях являются газами, в то время как более высокие – пентан, гексан и т. д. – жидкостями. Алканы выше пентадекана (С15Н32) представляют собой твердые воскообразные вещества.

Алканы – нейтральные соединения, нерастворимые в воде и некоторых органических растворителях. Они представляют собой относительно инертные вещества, для которых характерно небольшое количество простых реакций. При нагревании до достаточно высокой температуры алканы сгорают в воздухе или кислороде с образованием воды и двуокиси углерода. При недостатке кислорода продуктом процесса горения может быть окись углерода или чистый углерод. Здесь же целесообразно упомянуть и о циклоалканах.

Циклоалканы – это насыщенные углеводороды, углеродный скелет которых имеет форму кольца, а не открытой цепи. Такого вида вещества используются в качестве анестезирующих средств. Их существенным недостатком является легкая воспламеняемость.

Многие алканы, имеющие как простое, так и разветвленное строение, встречаются в нефти и природном газе.

Алкены. Алкены (олефины) – это молекулы углеводородов, в кото-рых атомы углерода соединены между собой двойными связями. Алкены представляют собой ненасыщенные соединения, их названия оканчиваются суффиксом “ен”. Двойная связь между атомами углерода слабее, чем обычная одинарная. Это означает, что молекулы алкенов менее стабильные (менее устойчивы). Часто молекулы алкенов называют мономерами. При определенных условиях мономеры способны объединяться, образуя при этом длинные цепи. Для начала этого процесса требуется небольшое количество инициатора (перекиси), который вызывает образование свободных радикалов.

Свободные радикалы присоединяются к молекулам мономеров, образуя при этом новые радикалы, которые присоединяют следующие мономеры и т. д. Такой процесс называется полимеризацией. В результате процесса полимеризации из мономеров образуются соединения с очень длинными молекулами – полимеры, которые по своим свойствам отличаются от исходного вещества. Для предотвращения полимеризации при перевозке мономеров чаще всего применяют ингибирование – то есть добавление вещества, препятствующего инициации процесса полимеризации.

Галогеновые углеводороды. Эти вещества получаются в том случае, когда в алканах или алкенах один или несколько атомов водорода замещены атомами галогенов – например, атомами хлора или брома. Такие соединения имеют свойства, делающие их более удобными при перевозках. Многие из этих веществ представляют собой газы или Свойства сжиженных газов и особенности их перевозки на судах газовозахлетучие жидкости и хорошо соответствуют условиям транспортировки в газовозах.

Альдегиды. В перечне “IGC Code” указан только один продукт, относящийся к классу альдегидов. Это ацетилдегид СH₃СHO с температурой кипения 20,2 °С.

Эпоксиды. Эпоксиды, или окиси алкенов, представляют собой сложные органические соединения, в состав которых входит трехчленное кольцо. Эти соединения очень реактивные, транспортируют их в общих закрытых системах с инертной средой (азотом).

Основные параметры газов

Термодинамические единицы. Каждая шкала единиц (например, для температуры или давления) имеет начальную, или нулевую, точку. Эту точку нередко устанавливают в соответствии со значением абсолютного предела, ниже которого тот или иной параметр просто не существует. Примером могут служить абсолютная температурная шкала в градусах Кельвина, начальной точкой которой является абсолютный ноль температур, или шкала абсолютного давления, в которой отсчет начинается с вакуума. Однако на многих термодинамических диаграммах, например энтальпийных, используют произвольно выбранные нулевые точки. Эти точки используют для расчетов.

Температура. Чаще всего используют две наиболее важные температурные шкалы: шкалу Цельсия и шкалу Фаренгейта.

Шкала Цельсия — стоградусная. За нулевую точку в ней принята температура замерзания воды 0 °С, а 100 °С – это температура кипения воды. Иными словами, диапазон между этими двумя температурными уровнями разделен на 100 градусов. Единица измерения здесь: градус Цельсия (°С).

На шкале Фаренгейта температуре замерзания воды соответствует точка 32 °F, а температуре ее кипения соответствует 212 °F. Следовательно, участок шкалы между этими значениями температур разделен на 180 градусов. Единица измерения здесь: градус Фаренгейта (°F).

Помимо температурных шкал Цельсия и Фаренгейта существуют и другие температурные шкалы.

Абсолютным нижним предельным значением температуры, при котором внутренняя энергия всех веществ равна нулю, является абсолютный нуль на абсолютной температурной шкале Кельвина. Этот абсолютный нуль по Кельвину равен -273,1 °С или -459,6 °F. Единица измерения этой шкалы – градус Кельвина (°К).

Читайте также: Окраска корпуса судна

Абсолютная температурная шкала, в которой используются единицы из шкалы Фаренгейта, известна как шкала Ренкина. Единицы измерения в ней – градусы Ренкина (°R).

Очевидно, что перейти от одной температурной шкалы к другой очень просто. Например, для перехода от шкалы Цельсия к шкале Кельвина следует произвести простейшее вычисление: °К = °С + 273,1. Не сложнее будет осуществить и переход от шкалы Ренкина к шкале Фаренгейта: °F = °R + 459,6.

В большинстве термодинамических таблиц, диаграмм и расчетов используют абсолютную температуру в градусах Кельвина. В системе СИ используется температура в градусах Цельсия или градусах Кельвина.

Давление. Давление – это сила, воздействующая на единицу площади поверхности. Основная единица измерения давления – Н/м2 (ньютон на метр квадратный или Паскаль – Па). Однако эта единица измерения на судах используется редко.

Существуют и другие единицы измерения давления. В их число входят: бар, пси (psi), атмосфера физическая, атмосфера техническая, миллиметры ртутного столба (мм рт. ст.) и миллиметры водяного столба (мм вод. ст.). Техническая атмосфера (ат) – это давление величиной 1 кг/см2, что составляет также 735,5 мм рт. ст. Физическая атмосфера (атм) – это давление величиной 760 мм рт. ст. Пси (psi) – это давление, выраженное в фунтах на квадратный дюйм (lbs/in2). Давление, величина которого выше атмосферного, и которое измеряют манометром, называется манометрическим (или избыточным). Иными словами нулевой точкой для шкалы измерения манометрического давления является нормальное атмосферное давление. Сумма манометрического и атмосферного давления представляет собой абсолютное давление. Нулевая точка шкалы измерения абсолютного давления – это давление любого вещества при абсолютном нуле температуры, т. е. в ситуации абсолютного вакуума.

В большинстве температурных шкал, таблиц, диаграмм и расчетов используются именно Классификация морских газовозовабсолютное давление.

Давление паров. Известно, что над поверхностью жидкости присутствуют ее пары, находящиеся в динамическом равновесии с ней. Равновесие в данном случае означает, что количество молекул, испаряющихся с поверхности жидкости, равно количеству молекул, возвращающихся в жидкость.

Пары, находящиеся в равновесии с жидкостью, имеют давление, которое называется давлением насыщения. Величина этого давления не зависит от возможного присутствия других газов. В присутствии других газов образование паров может происходить более медленно. Однако давление этих других газов не может превышать давления паров над поверхностью жидкости. Давление насыщенных паров зависит от температуры жидкости. Для чистых веществ (не смесей) величину этого давления всегда можно определить по таблице или графику.

Давление паров в смеси. Величина давления насыщенного пара смеси сжиженных газов (таких как сжиженные нефтяные газы) отличается от величин давлений паров отдельных компонентов этой смеси. Небольшое количество низкокипящей фракции может значительно увеличивать давление паров в танке. Иначе говоря, концентрация низкокипящего компонента в паровой фазе будет значительно выше, чем в жидкой фазе.

Точка кипения. Точкой кипения называют температуру, при которой давление паров жидкости равно давлению атмосферы на ее поверхность. Эта температура зависит от величины атмосферного давления. Точка кипения при атмосферном давлении называется нормальной точкой кипения.

Плотность. Плотность определяют как отношение массы газа к его объему. Газы имеют относительно высокий коэффициент объемного расширения. Его величину необходимо учитывать для различных значений температуры, т. е. вводить соответствующую температурную поправку. В системе СИ плотность измеряется в кг/м3 при 15 °С для большинства остальных газов.

Относительная плотность (за рубежом принято понятие “удельный вес”) есть отношение веса объема вещества при температуре Т1 к весу равного объема пресной воды при температуре Т2. При этом значение Т1 не обязательно равно значению Т2. Следует различать разницу между весом в вакууме и весом в воздухе. “Вес” в вакууме равен массе и представляет собой произведение объема на плотность вещества. “Вес” в воздухе – это произведение объема вещества на разность между плотностью вещества и плотностью воздуха.

Соотношение плотности газов и плотности воздуха подлежит контролю в целях обеспечения безопасности, поскольку проявляют себя процессы растворения и диссипации газов. Среди обычных природных газов только аммиак имеет плотность меньше, чем плотность воздуха.

Параметры безопасности

Пожаробезопасность нефтеналивных танкеровСтепень пожароопасности и токсичности (ядовитые свойства) газов можно оценить, исходя из их постоянных параметров. При этом необходимо располагать следующими сведениями:

  • количество газа, испаряющегося из продукта;
  • пожароопасные свойства, присущие данному газу;
  • свойства данного продукта, опасные для здоровья человека.

Давление паров и точка кипения газа являются очень важными параметрами. Однако фундаментальными и наиболее важными параметрами являются следующие: температура вспышки, границы взрываемости, температура самовоспламенения, пороговая предельная концентрация (параметр TLV).

Температура вспышки. Это есть самое нижнее значение температуры, при котором выделяется или испаряется количество паров продукта, достаточное для образования воспламеняющейся смеси с воздухом (вблизи поверхности жидкости при наличии огня). Эту температуру определяют лабораторным способом, с применением специальной установки.

При определении температуры вспышки могут быть использованы два метода: метод закрытого тигля и метод открытого тигля. Результаты, полученные при использовании метода открытого тигля, оказываются, как правило, на 5 °С выше, чем при использовании метода закрытого тигля.

Температуру вспышки используют для целей классификации нефтепродуктов. В соответствии с ней все вещества разделяют на две группы:

  1. Быстроиспаряющиеся летучие вещества с температурой вспышки ниже 60 °С (140 °F). К ним относят в частности газойл, ракетные топлива и сырую необработанную нефть.
  2. Неиспаряющиеся продукты, температура вспышки которых выше 60 °С (140 °F). В их число входят, например, дизельные топлива, смазочные масла. Очевидно, что невоспламеняющиеся продукты не имеют температуры вспышки.

В США действует следующая классификация воспламеняющихся веществ:

  • Категория А — воспламеняющиеся жидкости с давлением паров 0,965 бар (14 psi) и выше.
  • Категория В — воспламеняющиеся жидкости с давлением паров выше 0,586 бар (8,5 psi), но ниже 0,965 бар (14 psi).
  • Категория С — воспламеняющиеся жидкости паров менее 0,586 бар (8,5 psi) и температурой вспышки до 80 °F.
  • Категория D — воспламеняющиеся жидкости с температурой вспышки выше 80 °F, но ниже 150 °F.
  • Категория Е — воспламеняющиеся жидкости с температурой вспышки выше 150 °F.

Все продукты, перевозимые на газовозах, являются летучими и относятся к категории А. При их транспортировке необходимо предпринимать самые серьезные Организация безаварийной эксплуатации танкера-газовозамеры предосторожности и меры обеспечения безопасности!

Границы взрываемости. Смесь газов и воздуха не воспламеняется и не горит, если ее концентрация лежит вне границ определенного диапазона. Эти граничные концентрации определяют как границы зоны взрываемости или границы зоны воспламеняемости.

Нижний предел (нижняя граница) этой зоны известен как LFL (Lower Flammable Limit — нижний предел воспламеняемости). Этот предел представляет собой такое значение концентрации газа, ниже которого концентрации газа недостаточно для поддержания и распространения горения. Иными словами, если концентрация газа в смеси с воздухом ниже этого граничного значения, то смесь слишком бедна для поддержания горения.

Верхний предел (верхняя граница) этой зоны известен как UEL (Upper Explosive Limit — верхний предел взрываемости). Он представляет собой такое значение концентрации газа, выше которой концентрация воздуха становится недостаточной для поддержания и распространения горения. То есть, если концентрация газа в смеси с воздухом выше этого предельного значения, то смесь слишком богата для поддержания горения.

Предельные (граничные) значения задают в процентном содержании газа в “нормальном” воздухе, содержащем 21 % кислорода. При пониженном содержании кислорода в воздухе взрывоопасная зона уменьшается; при содержании кислорода в воздухе ниже 11 % углеводородные газы не горят.

В интересах безопасности необходимо следить за тем, чтобы состав атмосферы в танке лежал вне пределов концентраций, ограниченных этой зоной. Прежде чем выполнять какие-либо зачистные операции, следует определить состав атмосферы в танке.

Свойства сжиженных газов и особенности их перевозки на судах газовозахАтмосфера в танке всегда должна находиться под контролем и отвечать условиям, определенным с использованием специальных диаграмм.

Температура самовоспламенения. Это температура, при которой газ возгорается в отсутствие внешнего источника огня (воспламенения). Другими словами, это температура, при которой топливо или газ воспламеняются самопроизвольно. Связи между температурой вспышки и температурой самовоспламенения не существует. Температура самоспламенения не зависит от летучести и испаряемости вещества. В некоторых случаях нелетучие топлива самовоспламеняются легче, чем летучие.

Пороговая предельная концентрация (TLV). Это предельная величина газовоздушной концентрации паров, тумана или брызг продукта, при которой периодическое воздействие продукта на членов экипажа (в течение восьмичасового дня и сорокачасовой рабочей недели) не наносит вреда их здоровью.

Поскольку диапазон индивидуальной чувствительности людей очень широк, некоторые индивидуумы могут испытывать существенный дискомфорт (болезненные ощущения, плохое самочувствие) при значениях концентрации продукта в воздухе даже ниже TLV. Единица измерения параметра TLV — ppm (pasts per million — частиц на миллион). Для каждого газа существует свое значение ppm. Например, для пропана это 1 000, а для винилхлорида -1. В некоторых случаях и для определенных газов допустимо кратковременное превышение концентрации, если известна ее предельная опасная величина.

В справочниках можно найти для некоторых газов пороговые значения (TLV) по запаху. Пороговые значения по запаху представляют собой минимальные концентрации (измеряемые в ppm), которые большинство людей могут ощутить при помощи собственных органов обоняния. Пороговое значение по запаху – не абсолютная величина, что очевидно. Во-первых, концентрация, соответствующая пороговому значению по запаху, зависит от индивидуальных обонятельных свойств человека; во-вторых, у одного и того же человека чувствительность органов обоняния может меняться день ото дня и даже в течение одного дня.

Читайте также: Минимальная ходовая вахта на мостике

Следует отметить, что запах потенциально опасного газа может быть скрыт другими запахами. Кроме того, пары некоторых газов вызывают т. н. обонятельную усталость или привыкание, снижая индивидуальную чувствительность по отношению к конкретному запаху. Некоторые люди, например, могут по запаху ощущать присутствие сульфида водорода при его концентрации 1 ppm; другие не ощущают присутствия этого газа даже при концентрации 5 ppm. Поэтому одно только ощущение запаха паров опасного газа не может служить надежным подтверждением присутствия этих паров в опасной концентрации. Справедливо и обратное утверждение: при отсутствии запаха не следует делать вывод об отсутствии этих паров в опасной концентрации.

Сноски
Sea-Man

Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter

Февраль, 24, 2022 679 0
Добавить комментарий

Читайте также

Текст скопирован
Пометки
Избранные статьи
Loading

Здесь будут храниться статьи, сохраненные вами в "Избранном". Статьи сохраняются в cookie, поэтому не удаляйте их.

Статья добавлена в избранное! Перезагрузка...