Безопасная эксплуатация газового хозяйства

Газовое топливо обладает свойствами, которые определяют особые требования к проектированию, монтажу и эксплуатации газопроводов, конструкциям газового оборудования и приборов, а также к правилам обслуживания газоиспользующего оборудования. К этим особенностям можно отнести повышенную взрывоопасность газо-воздушных смесей и токсичность некоторых видов газового топлива и продуктов его неполного сгорания.

Углеводороды, входящие в состав газового топлива, представлены в основном предельными углеводородами, описываемыми общей формулой С_пН_2п+2 (метан, этан, пропан, бутан).

Метан (СН₄) – первый углеводород в ряду предельных углеводородов – бесцветный нетоксичный газ без запаха, масса 1 м³ составляет 0,717 кг. Метан сжижается при атмосферном давлении и температуре 161 °С. При сжижении объем сухого метана сокращается в 600 раз, поэтому в отдельных случаях экономически целесообразно транспортировать его в жидком виде.

Этан, пропан и бутан содержатся в месторождениях природных газов в небольших количествах. В газоконденсатных месторождениях их количество повышается, и тогда становится целесообразным отделять эти газы от метана.

Углеводороды (пропан, пропилен, бутан, бутилен) при небольшом повышении давления или понижении температуры переходят из газообразного состояния в жидкое, т. е. изменяют агрегатное состояние. В газообразном состоянии им присущи свойства газов, а в сжиженном состоянии – жидкостей. В сжиженном состоянии эти газы транспортируют в цистернах и баллонах, что позволяет газифицировать потребителей, удаленных от газопроводов природного газа. Такие газы называют сжиженными углеводородными газами (СУГ).

Пределы воспламенения (взрываемости). Газо-воздушная смесь может воспламеняться только при определенных объемных соотношениях газа и воздуха. Наименьшее и наибольшее значения содержания газа в смеси, в пределах между которыми возможно воспламенение, называют соответственно нижним и верхним пределами воспламенения. Эти же пределы соответствуют и условиям взрываемости газо-воздушных смесей.

По химической сущности взрыв не отличается от горения, но происходит мгновенно. При взрыве газо-воздушной смеси, заполняющей какую-либо емкость (помещение, топка, газоход), выделяется теплота, за счет которой расширяются продукты сгорания. Резкий скачок давления газов может разрушить ограждающие конструкции. Наиболее взрывоопасны газы, которые характеризуются малыми значениями нижних пределов воспламенения и низкими температурами воспламенения (например, пентан).

Газо-воздушная смесь, нагретая до температуры воспламенения, может гореть при любом соотношении объемов газов и воздуха. Взрывы газо-воздушных смесей могут происходить только при содержании газа в воздухе в интервале между нижним и верхним пределами воспламенения. При взрыве газо-воздушных смесей, находящихся под давлением 0,1 МПа, развивается давление: 0,75 МПа – для метана, 0,95 МПа –для пропана и 0,95 МПа – для бутана. Смесь воспламеняется, если в ней содержатся: 5,3-15% метана, 2,1-9,5% пропана и 1,5-8,5% бутана. Приведенные пределы воспламенения соответствуют исходному давлению смеси, равному 0,1 МПа. При повышении давления газо-воздушной смеси пределы воспламенения сужаются.

Сжиженные газы представляют собой смесь химических соединений, состоящую в основном из водорода и углерода с различной структурой молекул, т. е. смесь углеводородов различной молекулярной массы и различного строения. Основными компонентами СУ Г являются пропан и бутан, в виде примесей в них содержатся более легкие углеводороды (метан и этан) и более тяжелые (пентан).

Горение газообразного топлива представляет собой разновидность процесса окисления и заключается в химическом соединении горючих составляющих газообразного топлива с кислородом воздуха, которое происходит при высокой температуре и сопровождается выделением тепла.

Газо-воздушная смесь, состоящая из горючего газа и теоретически необходимого количества воздуха, называется стехиометрической. Теоретически необходимый расход воздуха для сжигания 1 м³ горючего газа, состоящего в основном из углеводородов, составляет приблизительно 0,27 м³ на каждый МДж теплоты его сгорания. Практически действительный расход воздуха должен быть несколько больше теоретически необходимого. Объясняется это тем, что на практике невозможно идеальное смешение молекул горючего газа с кислородом воздуха с помощью газовых горелок.

Составные части газовых топлив и некоторые содержащиеся в них примеси, попадая в организм человека, оказывают вредное физиологическое действие: удушающее и отравляющее. Удушающее действие обусловлено недостатком кислорода во вдыхаемом воздухе.

Метан (СН₄) – легкий бесцветный газ без ощутимого запаха; неядовит, однако длительное вдыхание смеси из 80% метана и 20% кислорода может вызвать головную боль.

Пропан (С₃Н₈) и бутан (С₄Н₁₀) не обладают характерным запахом, их вдыхание в небольших количествах не оказывает вредного действия на человека. Вдыхание воздуха с 10% пропана или бутана вызывает головокружение. Значительные концентрации этих углеводородов вызывают опьяняющее действие. Другие сжиженные газы – пропилен и бутилен оказывают наркотическое действие.