Forbrænding af gasser og dampe

De fleste organiske kemiske forbindelser brænder. Forbrænding er en simpel kemisk reaktion, hvor ilt fra atmosfæren reagerer hurtigt med et stof og producerer varme.

De simpleste organiske forbindelser er dem, der kaldes kulbrinter, og de er hovedbestanddelene i råolie/gas. Disse forbindelser består af kulstof og brint, og det simpleste kulbrinte er metan, hvor hvert molekyle består af et kulstofatom og fire brintatomer. Det er den første forbindelse i den familie, der kaldes alkaner. Alkanernes fysiske egenskaber ændrer sig med stigende antal kulstofatomer i molekylet, hvor dem med et til fire er gasser, dem med fem til ti er flygtige væsker, dem med 11 til 18 er tungere brændselsolier, og dem med 19 til 40 er smøreolier. Kulbrinter med længere kulstofkæder er tjære og voks.

De første ti alkaner er:

_CH4 metan (gas) _C6H14 hexan (væske)
_C2H6 ethan (gas) _C7H16 heptan (væske)
_C3H8 propan (gas) _C8H18 oktan (væske)
_C4H10 butan (gas) _C9H20 nonan (væske)
_C5H12 pentan (væske) _C10H22 decan (væske)

Alkener ligner, men deres molekylære struktur omfatter dobbeltbindinger (eksempler er ethylen og propylen). De har mere energi pr. molekyle og brænder derfor varmere. De er også mere værdifulde i fremstillingen af andre kemikalier, herunder plast. Alkyner indeholder tredobbelte bindinger (eksempel er acetylen), som bruges til svejsning af metaller. Ovenstående forbindelser er alle kendt som alifatiske, hvilket betyder, at kulstofatomerne alle er strakt ud i en linje. Aromatiske kulbrinter som f.eks. benzen har en ringmolekylær struktur og dermed mindre brint pr. kulstofatom og brænder derfor med en røgfyldt flamme.

Når kulbrinter brænder, reagerer de med ilt fra atmosfæren og danner kuldioxid og damp, men hvis forbrændingen er ufuldstændig, fordi der ikke er nok ilt, dannes der også kulilte.

Mere komplekse organiske forbindelser indeholder elementer som ilt, kvælstof, svovl, klor, brom eller fluor, og hvis de brænder, vil forbrændingsprodukterne omfatte yderligere forbindelser. For eksempel vil svovlholdige stoffer som olie eller kul resultere i svovldioxid, mens klorholdige stoffer som methylchlorid eller polyvinylchlorid (PVC) vil resultere i hydrogenchlorid.

I de fleste industrimiljøer, hvor der er risiko for eksplosion eller brand på grund af tilstedeværelsen af brandfarlige gasser eller dampe, vil man sandsynligvis støde på en blanding af forbindelser. I den petrokemiske industri er råmaterialerne en blanding af kemikalier, hvoraf mange nedbrydes naturligt eller kan ændres ved forarbejdning. For eksempel adskilles råolie i mange materialer ved hjælp af fraktionering (eller fraktioneret destillation) og "krakning". Fraktionering er, når meget flygtige gasser fjernes ved temperaturer, hvor de alene er flygtige, derefter højere temperaturer, hvor tungere forbindelser er flygtige, og endnu varmere for større kulbrinter. Krakning er, når store kulbrintemolekyler brydes op af varme og katalytisk virkning for at danne mindre kulbrintemolekyler.

Inertisering

For at forhindre eksplosioner under nedlukning og vedligeholdelse anvender mange industrielle processer en inertiseringsprocedure. Fyld en beholder med kulbrintegas med luft, og på et eller andet tidspunkt bliver blandingen eksplosiv og farlig. Brug en 2-trins-proces, hvor kulbrinten erstattes af nitrogen, og derefter erstattes nitrogenet af luft, og på intet tidspunkt risikerer du en eksplosion. Dette kaldes rensning af en beholder (f.eks. en brændstoftank eller lagertanke på en olietank). Rensning af kulbrinter er almindelig praksis, før der udføres vedligeholdelses- eller reparationsarbejde. Før personalet går ind i fartøjet, skal det renses med luft, der kan indåndes. Crowcon har særlige instrumenter til at overvåge hele denne proces for at sikre effektiv inertisering og advare operatørerne om tilstedeværelsen af potentielt farlige blandinger af luft, nitrogen og kulbrinter under vedligeholdelsesarbejdet.

Standarder, der definerer LEL-koncentration

Sikkerhedsprocedurer handler generelt om at opdage brandfarlig gas, før den når sin nedre eksplosionsgrænse. Der er to almindeligt anvendte standarder, som definerer 'LEL'-koncentrationen for brandfarlige stoffer: ISO10156 (som der også henvises til i den erstattede standard EN50054) og IEC60079-20-1:2010. IEC (International Electrotechnical Commission) er en verdensomspændende organisation for standardisering. Historisk set er antændelighedsniveauerne blevet bestemt af en enkelt standard: ISO10156 (Gasser og gasblandinger - Bestemmelse af brandpotentialet og den oxiderende evne til valg af flaskeventiludtag).

IEC- og EU-standarder (IEC60079 og EN61779) definerer LEL-koncentrationer målt ved hjælp af en 'omrørt' gaskoncentration (i modsætning til den 'stille' gasmetode, der anvendes i ISO10156). Nogle gasser/dampe har vist sig at være i stand til at opretholde en flammefront ved lavere brændstofkoncentrationer, når de omrøres, end når de står stille. Små forskelle i 100%LEL-volumenresultaterne. Det skyldes, at den gennemsnitlige afstand mellem et brændende molekyle og et uforbrændt molekyle er lidt mindre, når gassen omrøres. De resulterende LEL'er varierer en lille smule mellem de to standarder for nogle gasser/dampe.

Tabellen på næste side viser nogle af de bemærkelsesværdige forskelle i LEL-værdier mellem de to standarder. Det ses tydeligt, at 50 % LEL af metan i EN60079 svarer til en volumenkoncentration på 2,2 % i luften i modsætning til 2,5 % i ISO10156. Hvis en detektor kalibreres i henhold til EN60079 med en blanding af 50 % LEL-metan fremstillet i henhold til ISO 10156, vil der derfor opstå en følsomhedsfejl på 13,6 %, som potentielt kan gøre kalibreringen ugyldig. Fejlen kan endda være større for ikke-lineære infrarøde detektorer.

Det europæiske ATEX-direktiv (der dækker certificering og brug af udstyr i brandfarlige atmosfærer) foreskriver, at producenter og brugere overholder EN61779-standarden. Crowcons politik er at anvende de nye værdier for LEL i Europa og de områder, der overholder de europæiske standarder. Men da den gamle standard stadig bruges i USA og på andre markeder, vil vi fortsætte med at kalibrere efter ISO 10156 i disse områder. ATEX/IECEx-certificerede Crowcon-produkter vil blive leveret kalibreret i henhold til IEC60079/EN61779-standarderne (dvs. metansensorer vil blive kalibreret, så 100 % LEL = 4,4 % volumen). UL/CSA-certificerede produkter vil blive kalibreret i henhold til ISO10156-standarden (dvs. metansensorer vil blive kalibreret, så 100 % LEL = 5 % volumen), medmindre en kunde foreskriver andet.

Alarmniveauer

Systemer til detektering af brandfarlige gasser er designet til at udløse alarmer, før gasser/dampe når en eksplosiv koncentration. Typisk er det første alarmniveau indstillet til 20 % LEL (selvom der er brancher, der foretrækker 10 % LEL; især olie- og gasselskaber). Andet og tredje alarmniveau varierer alt efter industritype og anvendelse, men indstilles almindeligvis til henholdsvis 40 % LEL og 100 % LEL.