Spalanie gazów i oparów

Większość organicznych związków chemicznych ulega spaleniu. Spalanie to prosta reakcja chemiczna, w której tlen z atmosfery gwałtownie reaguje z substancją, wytwarzając ciepło.

Najprostszymi związkami organicznymi są węglowodory, które są głównymi składnikami ropy naftowej/gazu ziemnego. Związki te składają się z węgla i wodoru, a najprostszym węglowodorem jest metan, którego każda cząsteczka składa się z jednego atomu węgla i czterech atomów wodoru. Jest to pierwszy związek w rodzinie znanej jako alkany. Właściwości fizyczne alkanów zmieniają się wraz ze wzrostem liczby atomów węgla w cząsteczce, te o liczbie atomów węgla od 1 do 4 są gazami, te o liczbie atomów węgla od 5 do 10 są lotnymi cieczami, te o liczbie atomów węgla od 11 do 18 są cięższymi olejami opałowymi, a te o liczbie atomów węgla od 19 do 40 są olejami smarowymi. Węglowodory o dłuższych łańcuchach węglowych to smoły i woski.

Pierwsze dziesięć alkanów to:

_CH4 metan (gaz) _C6H14 heksan (ciecz)
_C2H6 etan (gaz) _C7H16 heptan (ciecz)
_C3H8 propan (gaz) _C8H18 oktan (ciecz)
_C4H10 butan (gaz) _C9H20 nonan (ciecz)
_C5H12 pentan (ciecz) _C10H22 dekan (ciecz)

Alkeny są podobne, ale ich struktura molekularna obejmuje wiązania podwójne (przykładami są etylen i propylen). Mają one więcej energii na cząsteczkę i dlatego palą się cieplej. Są również bardziej wartościowe w produkcji innych chemikaliów, w tym tworzyw sztucznych. Alkiny zawierają wiązania potrójne (przykładem jest acetylen), używane do spawania metali. Wszystkie powyższe związki są znane jako alifatyczne, co oznacza, że wszystkie atomy węgla są rozciągnięte w linii. Węglowodory aromatyczne, takie jak benzen, mają pierścieniową strukturę molekularną, stąd mniej wodoru na atom węgla i dlatego palą się dymiącym płomieniem.

Podczas spalania węglowodory reagują z tlenem z atmosfery, wytwarzając dwutlenek węgla i parę wodną, chociaż jeśli spalanie jest niepełne z powodu niewystarczającej ilości tlenu, powstaje również tlenek węgla.

Bardziej złożone związki organiczne zawierają pierwiastki takie jak tlen, azot, siarka, chlor, brom lub fluor, a jeśli się spalą, produkty spalania będą zawierać dodatkowe związki. Na przykład substancje zawierające siarkę, takie jak ropa naftowa lub węgiel, spowodują powstanie dwutlenku siarki, podczas gdy substancje zawierające chlor, takie jak chlorek metylu lub polichlorek winylu (PVC), spowodują powstanie chlorowodoru.

W większości środowisk przemysłowych, w których istnieje ryzyko wybuchu lub pożaru z powodu obecności łatwopalnych gazów lub oparów, można napotkać mieszaninę związków chemicznych. W przemyśle petrochemicznym surowce są mieszaniną chemikaliów, z których wiele ulega naturalnemu rozkładowi lub może zostać zmienionych w procesie przetwarzania. Na przykład ropa naftowa jest rozdzielana na wiele materiałów przy użyciu frakcjonowania (lub destylacji frakcyjnej) i "krakingu". Frakcjonowanie polega na usuwaniu wysoce lotnych gazów w temperaturach, w których same są lotne, następnie w wyższych temperaturach, w których lotne są cięższe związki, a następnie w jeszcze wyższych temperaturach w przypadku większych węglowodorów. Kraking polega na tym, że duże cząsteczki węglowodorów są rozbijane przez ciepło i działanie katalityczne, tworząc mniejsze cząsteczki węglowodorów.

Inercja

Aby zapobiec wybuchom podczas przestojów i prac konserwacyjnych, w wielu procesach przemysłowych stosuje się procedurę inertyzacji. Wystarczy napełnić pojemnik z gazem węglowodorowym powietrzem, a w pewnym momencie mieszanina stanie się wybuchowa i niebezpieczna. Zastosuj dwuetapowy proces, w którym węglowodór jest zastępowany azotem, a następnie azot jest zastępowany powietrzem, a na żadnym etapie nie ryzykujesz wybuchu. Nazywa się to oczyszczaniem zbiornika (na przykład cysterny paliwowej lub zbiorników magazynowych na tankowcu). Oczyszczanie z węglowodorów jest powszechną praktyką przed przystąpieniem do prac konserwacyjnych lub naprawczych. Przed wejściem personelu statek musi zostać oczyszczony powietrzem nadającym się do oddychania. Crowcon posiada specjalne oprzyrządowanie do monitorowania całego tego procesu w celu zapewnienia skutecznej inertyzacji i ostrzegania operatorów o obecności potencjalnie niebezpiecznych mieszanek powietrza, azotu i węglowodorów podczas prac konserwacyjnych.

Normy określające stężenie LEL

Procedury bezpieczeństwa zazwyczaj dotyczą wykrywania łatwopalnego gazu, zanim osiągnie on dolną granicę wybuchowości. Istnieją dwie powszechnie stosowane normy określające stężenie "LEL" dla substancji łatwopalnych: ISO10156 (przywołana również w zastąpionej normie EN50054) oraz IEC60079-20-1:2010. IEC (Międzynarodowa Komisja Elektrotechniczna) jest ogólnoświatową organizacją normalizacyjną. W przeszłości poziomy palności były określane przez jedną normę: ISO10156 (Gazy i mieszaniny gazów - Określanie potencjału pożarowego i zdolności utleniania w celu doboru wylotów zaworów butli).

Normy IEC i UE (europejskie) (IEC60079 i EN61779) definiują stężenia LEL mierzone przy użyciu "mieszanego" stężenia gazu (w przeciwieństwie do metody "nieruchomego" gazu stosowanej w normie ISO10156). Wykazano, że niektóre gazy/opary są w stanie utrzymać front płomienia przy niższych stężeniach paliwa, gdy są mieszane niż gdy są nieruchome. Niewielkie różnice w wynikach objętości 100%LEL. Jest to spowodowane tym, że średnia odległość płonącej cząsteczki od niespalonej cząsteczki jest nieco mniejsza, gdy gaz jest mieszany. Wynikowe wartości LEL różnią się nieznacznie między dwoma normami dla niektórych gazów/oparów.

Tabela na następnej stronie pokazuje niektóre z istotnych różnic w wartościach LEL między tymi dwoma normami. Wyraźnie widać, że 50% LEL metanu w normie EN60079 oblicza się jako stężenie objętościowe 2,2% w powietrzu, w przeciwieństwie do 2,5% objętości podanej w normie ISO10156. W związku z tym, jeśli detektor zostanie skalibrowany zgodnie z normą EN60079 przy użyciu mieszaniny 50% LEL metanu wykonanej zgodnie z normą ISO 10156, wystąpi błąd czułości 13,6%, potencjalnie unieważniający kalibrację. Błąd może być nawet większy w przypadku nieliniowych detektorów podczerwieni.

Europejska dyrektywa ATEX (obejmująca certyfikację i użytkowanie sprzętu w atmosferach łatwopalnych) stanowi, że producenci i użytkownicy muszą przestrzegać normy EN61779. Polityka Crowcon polega na stosowaniu nowych wartości LEL w Europie i na terytoriach, które przestrzegają norm europejskich. Jednakże, ponieważ stary standard jest nadal używany w USA i na innych rynkach, będziemy nadal kalibrować zgodnie z ISO 10156 na tych terytoriach. Produkty Crowcon z certyfikatem ATEX/IECEx będą dostarczane skalibrowane zgodnie z normami IEC60079/EN61779 (tj. czujniki metanu będą skalibrowane tak, aby 100% LEL = 4,4% objętości). Produkty z certyfikatem UL/CSA będą kalibrowane zgodnie z normą ISO10156 (tj. czujniki metanu będą kalibrowane tak, aby 100% LEL = 5% objętości), chyba że klient postanowi inaczej.

Poziomy alarmów

Systemy wykrywania gazów palnych są zaprojektowane tak, aby generować alarmy, zanim gazy/opary osiągną stężenie wybuchowe. Zazwyczaj pierwszy poziom alarmu jest ustawiony na 20% LEL (chociaż istnieją branże, które preferują 10% LEL; szczególnie firmy naftowe i gazowe). Drugi i trzeci poziom alarmu różnią się w zależności od rodzaju przemysłu i zastosowania, ale zwykle są ustawione odpowiednio na 40% LEL i 100% LEL.