Взрывоопасная концентрация метана

Пдк метана и симптомы отравления природным газом, действие метана на организм человека, первая помощь при интоксикации

Отравление метаном – не такая уж редкость, несмотря на то, что его считают безвредным для организма. Действительно, его токсическое воздействие выражено слабо, но лишь до поры, пока содержание в воздухе не превышает допустимую норму.

Отравление компонентами природного газа, в частности, метаном, может быть очень серьезным при нарушении правил пользования газом, а применяется он повсеместно, как удобное и очень дешевое топливо в быту и на производстве. Чем опасен метан, каковы симптомы отравления этим газом и как правильно оказать первую помощь – вы узнаете в этой статье.

Метан – горючий газ, относящийся к простым углеводородам, он не имеет цвета и запаха, легче воздуха.

Обратите внимание

Образуется в природе в результате химических процессов в земной коре, а также жизнедеятельности различных микроорганизмов, в том числе обитателей кишечника человека и животных.

Например, в зоне открытых рудников или шахт, в заболоченной местности концентрация газа в воздухе может быть высокой и вызвать отравление. Его называют «болотный газ», который легко обнаружить, когда болото «булькает».

В производстве метан получают путем химических реакций и используют как топливо, в химической промышленности, он является основным компонентом природного газа. Взрывоопасная концентрация метана составляет 4,5%.

Распознать метан в природе легко по гнилостному запаху из-за органических примесей и других газов. В чистом виде этот газ определить невозможно, поэтому в топливный газ добавляют пахучие примеси, чтобы можно было ощутить утечку.

Разовая ПДК метана в воздухе (предельно допустимая концентрация) составляет не более 50 мг/м3. Попадая в организм, метан вытесняет кислород, в результате развивается гипоксия (кислородное голодание) всех тканей, и в наибольшей степени страдает центральная нервная система.

Отравление метаном может быть острое, когда человек надышался газом в результате аварии или неправильного обращения с газовыми приборами, а также во время длительного пребывания на заболоченной местности, в шахте.

Если концентрация метана в воздухе достигает 20%, то острые отравления очень тяжелые, возможен летальный исход.

Другой путь отравления метаном —  длительное регулярное вдыхание небольших доз метана. Это бывает, как правило, у людей, работающих на химическом производстве, на рудниках, в шахте.

Третий путь хронической интоксикации – повышенное образование метана в кишечнике при различных его заболеваниях (хроническом энтероколите, дисбактериозе). Такой эндогенный метан хоть и не приводит к тяжелой интоксикации, но способен вызывать различные функциональные нарушения в организме, желудочно-кишечный дискомфорт, плохое самочувствие.

Симптомы отравления газом

Если случилось острое отравление таким компонентом природного газа, как метан, то симптомы будут следующие:

  • Головокружение, шум в ушах, сонливость, общая слабость;
  • Состояние, подобное опьянению (потеря координации, нарушение речи);
  • Резь в глазах, слезотечение;
  • Удушье, нехватка воздуха;
  • Усиленное сердцебиение;
  • Понижение артериального давления;
  • Тошнота, приступообразная рвота;
  • Цианоз (синюшность) кожи, слизистых оболочек;
  • В тяжелых случаях – потеря сознания, судороги, коматозное состояние, остановка дыхания и сердца.

Хроническая интоксикация метаном проявляется частыми головными болями, гипотонией, бледностью, вялостью, общим недомоганием, снижением работоспособности, упадком сил.

Нередки обморочные состояния на фоне гипотонии.

Могут появиться признаки истощения нервной системы – повышенная раздражительность, нервозность, плохой сон, снижение когнитивных функций (памяти, мышления, ориентации).

Первая помощь и восстановление организма

Надышавшемуся газом нужно немедленно вызвать скорую помощь и, пока она в пути, принять срочные меры к возможно максимальному удалению метана из организма. Для этого необходимо:

  • Вынести пострадавшего на улицу, балкон, террасу;
  • Расстегнуть ворот, одежду на груди, пояс;
  • Приподнять ножной конец тела, чтобы голова находилась ниже уровня ног, это необходимо для предупреждения гипоксии мозга;
  • На лоб положить холод (смоченную водой ткань, пузырь со льдом);
  • Дать обильное питье (минеральную или очищенную воду, теплый чай);
  • Голову повернуть набок (на случай рвоты).

Если остановилось дыхание, а пульс на сонной артерии не определяется, нужно выполнить закрытый массаж сердца и искусственное дыхание. При наличии возможности нужно дать подышать пострадавшему кислородом (баллончик или кислородная подушка из аптеки).

Нельзя при запахе метана, как и любого другого газа, в помещении сразу устраивать сквозняк или включать электроприборы, не эвакуировав людей, это может привести к взрыву, если концентрация газа понижается до 19-17%.

Лечение отравления метаном в стационаре зависит от его степени и особенностей клиники.

Проводятся ингаляции кислородом, внутривенное вливание детоксицирующих жидкостей, сердечных и мочегонных препаратов, дыхательных стимуляторов, назначается витаминотерапия, антигистаминные средства.

Источник: https://1travmpunkt.com/otravlenija/gazom/metan.html

«Разрушители легенд»: взрыв газа в комнате

В этой серии американской научно-популярной телепередачи «Разрушители легенд» (MythBusters), идущей на канале Discovery Channel, специалисты по спецэффектам Джейми Хайнеман и Адам Сэвидж экспериментально испытывают на прочность легенду из фильма про Борна.

Шпионские триллеры о Джейсоне Борне, снятые по книгам Роберта Ладлэма, рассказывают о приключениях бывшего сотрудника ЦРУ, потерявшего память профессионального убийцы. Фильмы имели большую популярность и являлись лауреатами премий Оскар.

Разрушители взялись за миф из «Превосходства Борна». В фильме есть следующая сцена: Борн попадает в квартиру и, зная, что за ним гонятся плохие парни, ломает газовый вентиль, чтобы газ свободно вливался в помещение.

Важно

Затем Борн суёт журнал в тостер, включает аппарат (устраивает «детонатор с запалом») и покидает дом. Через 20-30 секунд, когда журнал воспламеняется – в квартире гремит взрыв, огонь выбивает стёкла. Борн избавился от преследователей, выиграл очередной бой своей смекалкой. Чего и следовало ожидать.

Но – возможен ли такой эффект в реальности? Взорвёт ли комнату сочетание утечки газа и забытого в тостере журнала?

Кинематографом, мифами и слухами порождён подсознательный страх скрытой опасности сжиженного газа. Именно эта боязнь и заблуждения отпугивают людей от автономной газификации.

Безопасное пользование газом поставлено под сомнение, несмотря на то, что с 1952 года в мире не зарегистрировано ни одного несчастного случая в сфере автономного газоснабжения. Газ как причина взрыва – стереотип.

Угрозу может представлять лишь пожар внутри дома.

Для взрыва газа обязательны три условия: наличие закрытого помещения; роковой предел концентрации газа в воздухе; источник огня (искра).

Три составляющие «побега Борна»: тостер, журнал и природный газ. Для начала специалисты программы выясняли: может ли журнал загореться от тостера, и как быстро произойдёт воспламенение. В результате эксперимента был найден журнал, наиболее подходящий для опыта (время возгорания – более 2 минут).

Потом Адам и Джейми перешли к проверке следующей части легенды – метану. Метан – природный газ, использующийся на кухне для приготовления еды.

Энциклопедия говорит: Метан (CH4) – простейший углеводород, в нормальных условиях бесцветный газ без запаха. Мало растворим в воде, легче воздуха.

Накапливаясь в закрытом помещении, взрывоопасен при содержании в воздухе от 6 % до 17 %. Наиболее взрывоопасная концентрация 9,5 %.

Совет

Метан горюч, но он не горюч сам по себе. Газу нужно некоторое количество кислорода, чтобы гореть. Вопрос: сколько именно? Специальная наука, изучающая этот вопрос, называется Стехиометрия – раздел химии о соотношениях реагентов в химических реакциях. Стехиометрия позволяет теоретически вычислять необходимые массы и объёмы реагентов.

Чтобы получить огонь, требуются жар, топливо и кислород. Стехиометрия изучает пропорции топлива и кислорода в горючих газах. Если топлива слишком много или слишком мало – огонь не возникнет. Но правильное соотношение вызовет взрыв. Известно, что метан можно поджечь, если его концентрация в воздухе 6-17%. Означает ли это, что если метана недостаточно, он просто сгорит, а при 9% взорвётся?

Перед масштабным экспериментом разрушители собрали небольшую коробку (длина грани – 25 см), чтобы без труда контролировать процентное содержание в коробке газа. Первый тест проводили при самом низком стехиометрическом показателе – 6% метана. Результат: небольшой взрыв разнёс коробку на части. Вывод: 6% – взрывоопасны.

Второй опыт – при 9% метана. Результат: более сильный взрыв. Мощность взрыва достаточна в обоих случаях, что делало миф «побега Борна» правдоподобным в глазах специалистов по спецэффектам. Но – не подтверждённым.

Чтобы проверить легенду на практике, провели серию главных тестов: в собранном домике создали условия подобные тем, что были в фильме о Борне.

Опыт 1: в тостер засунули журнал, включили, открыли подачу газа в комнату. Шло время. Журнал загорелся, но метан не воспламенялся. Даже по прошествии минуты на голливудский взрыв не было и намёка. Метан плюс огонь не дал взрыва. Разрушив легенду, Адам и Джейми продолжали опыты.

Опыт 2: Что произойдёт, если дать газу и воздуху достичь нужной пропорции? Смесь метана и огня не всегда даёт взрыв – соотношение их должно быть идеально. Разрушители решили выпустить в комнату весь метан из баллона, чтобы получить правильную концентрацию. Тостер заменили поленом для камина (горение минимум 1 час).

Полено будет гореть, пока количество метана не достигнет 6%. Случится ли возгорание? Будет ли оно достаточно мощным? Спустя 4 минуты горения полена события обрели драматический оборот: метан стал распространять огонь по комнате, всё воспламенилось. Разрушители отключили газ и потушили остатки сгоревшей квартиры. Голливудского взрыва не получилось.

Процент метана поднялся до нужного, но всего лишь воспламенил комнату.

Обратите внимание

Но на этом разрушители не остановились. Были сделаны ставки на большее количество газа.

Опыт 3: Метан – 9%. Новый дом сделали более прочным. Метан попадал в помещение через шланг, равномерно смешивался с воздухом посредством вентиляторов, которые заставляли циркулировать воздушные потоки с опасным содержанием газа.

В качестве огня специалисты использовали неоновый трансформатор. Метан наполнил помещение. Три. Два. Один. Взрыв! Получилось зрелищное представление. Взрывом (даже не взрывом – а быстрым возгоранием) сломало стену.

Однако пожар потух самостоятельно.

Итак, легенда разрушена. Миф развенчан.

Идеальный пример, что кино и жизнь – разные вещи.

Источник: http://antonio-merloni.ru/video-vzriv-gaza-v-komnate

Ответы@Mail.Ru: почему взрывоопасна смесь метана и воздуха?

Только при определённой концентрации от4,5 до 11,5 %. Некоторые от 5 до 15 % дают. А вообще-то лучше сами почитайте на сайте http://ru.wikipedia.org/wiki/Метан

метан горит, а кислород нужен для горения.

Ты зажигалочкой помахай, включеной или питарду взорви, когда метан и возду присутствуют. Потом моделишься ощущениями…)))

так природа захотела, почему-не наше дело, для чего- не нам судить

смесь топливо (газ) -окислитель (О2):при взаимодействии разогретая смесь по разному ионизируеца, т. е. появляица разность микрозарядов (незначительное электричество)

Мета́н — простейший углеводород, бесцветный газ без запаха, химическая формула — CH4. Малорастворим в воде, легче воздуха. При использовании в быту, промышленности в метан обычно добавляют одоранты со специфическим «запахом газа» . Взрывоопасен при концентрации в воздухе от 5% до 15%.

Содержание [убрать] 1 Источники 2 Получение 3 Химические свойства 4 Соединения включения 5 Применение 6 Метан и экология 7 Ссылки [править] Источники Основной компонент природных (77—99 %), попутных нефтяных (31—90 %), рудничного и болотного газов (отсюда другие названия метана — болотный или рудничный газ) .

В анаэробных условиях (в болотах, переувлажнённых почвах, рубце жвачных животных) образуется биогенно. Получается также при коксовании каменного угля, гидрировании угля, гидрогенолизе углеводородов в реакциях каталитического риформинга.

[править] Получение В лаборатории получают нагреванием натронной извести (смесь гидроксидов натрия и калия) или безводного гидроксида натрия с уксусной кислотой. 2NaOH+CH3COOH→(t)2Na2CO3+CH4↑ Для этой реакции важно отсутствие воды, поэтому и используется гидроксид натрия, так как он менее гигроскопичен.

[править] Химические свойства Горит в воздухе голубоватым пламенем, при этом выделяется энергия около 39 МДж на 1м3. С воздухом образует взрывоопасные смеси.

Вступает с галогенами в реакции замещения (например, CH4 + ЗСl2= СНСl3+ ЗНСl), которые проходят по свободно радикальному механизму: CH4 + ½Cl2 = CH3Cl (хлорметан) CH3Cl + ½Cl2 = CH2Cl2 (дихлорметан) CH2Cl2 + ½Cl2 = CHCl3 (трихлорметан) CHCl3 + ½Cl2 = CCl4 (тетрахлорметан) Выше 1400° С разлагается по реакции: 2CH4 = C2H2 + 3H2 Окисляется до муравьиной кислоты при 150-200 °С и давлении 30-90 атм. по цепному радикальному механизму: CH4 + 3[O] = HCOOH + H2O [править] Соединения включения Метан образует соединения включения — газовые гидраты, широко распространенные в природе. [править] Применение 1.Топливо 2.Продукты хлорирования используются в огнетушителях, как снотворное, или растворитель 3.производство продукта дегидрирования-ацетилена. 4.продукт конверсии-синтез-газИспользуется для производства метанола и формальдегида, а следовательно и полимеров, медикаментов и денатурирующих и дезинфецирующих материалов. Также из синтез-газа изготавливаются аммиак и удобрения [править] Метан и экология Является парниковым газом. Если степень воздействия углекислого газа на климат условно принять за единицу, то парниковая активность метана составит 23 единицы (Газ на дне океана. В. Фрадкин.) . ПДК метана в воздухе рабочей зоны составляет 7000 мг/м3 (Гигиенические нормативы ГН 2.2.5.1313-03 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ в воздухе рабочей зоны»)

Источник: https://touch.otvet.mail.ru/question/24977072

Архив

При выделении метана из угольных пластов в подземные горные выработки и выработанные пространства образуется метановоздушная смесь.

В зависимости от интенсивности выделения метана и расхода свежего воздуха концентрация метана в этой смеси может быть опасной по возгораемости или по взрываемости.

Большое количество взрывов метана на шахтах России и за рубежом показывает, что в забоях подготовительных и очистных выработок образуется взрывоопасная смесь метана с воздухом. Взрывоопасная концентрация метана может возникнуть в двух случаях:

— при недостатке свежего воздуха в месте образования смеси;

— при выделении метана в объёмах больше ожидаемого.

Важно

Чтобы предотвратить взрывы метана при возникновении этих случаев концентрация метана контролируется стационарными и переносными приборами. Максимально допустимая концентрация метана регламентируется Правилами безопасности в угольных шахтах и не должна превышать 1%, но в отдельных локальных местах допускается временное повышение концентрации метана до 2%.

В горной промышленности считается, что нижний предел концентрации, при котором происходит возгораемость метана – 3%, а его взрываемость – 5%. Эти данные были получены в лабораторных условиях на поверхности. Будем считать, что они были получены при давлении в 1 техническую атмосферу, т.е. при Ра = 1 кгс/см2 или 9806.65 даПа. Эта единица измерения применялась в то время.

Читайте также:  Диаметры газовых труб

Ранее нами неоднократно было высказано предположение, что эти нижние пределы концентрации возгораемости и взрываемости не верны для условий подземных горных выработок, т.к.

эти пределы были получены в лабораторных условиях на поверхности при определённом атмосферном давлении.

При этом необходимо отметить, что на поверхности и в подземных условиях физико-химическая характеристика воздуха и метана не одинакова.

При анализе причин взрывов метана в шахтах, в том числе и на шахтах «Распадская» и «Юбилейная», на которых погибли по 100 человек, указывалось, что взрывы происходили при меньшей концентрации метана, чем считается в горной промышленности. Такая пониженная концентрация и была зафиксирована приборами. Получается, что горнорабочие ошибочно чувствовали себя защищёнными при такой концентрации метана в шахтах.

Наши доказательства о снижении нижних концентрационных пределов возгораемости и взрываемости метана в подземных выработках базируются на фундаментальных законах органической химии и молекулярной физики. Необходимо отметить следующие недостатки учебной и нормативной литературы по расчёту параметров безопасной вентиляции метанообильных шахт.

Во-первых, рассчитываются объёмы перемещаемого воздуха и метановоздушной смеси по вентиляционной сети. Считается, что воздух несжимаем, а давление в воздушных потоках такое же, как и на поверхности.

Совет

Закон сохранения массы претерпел изменения при отсутствии в расчётах плотности воздуха и стал законом сохранения объёмов воздуха. Не учитываются действующие в потоках физические газовые законы.

Во-вторых, все применяемые шахтные переносные интерферометры, метаноанализаторы и стационарные датчики типа ДМТ определяют объёмную концентрацию метана.

Поэтому исследования изменения термодинамического состояния воздуха и метана при движении в вентиляционной сети являются актуальными. При исследовании будем рассматривать движение больших совокупностей молекул воздуха, состоящего из молекул кислорода и азота, и молекул метана.

1. Изменение атмосферного давления в вентиляционной сети. Для этого в шахтах существуют объективные условия. С глубиной давление воздуха в зависимости от температуры увеличивается на 9–10 даПа на каждые 100 м вертикального столба воздуха.

Дальнейшее увеличение атмосферного давления в перемещаемых метановоздушных смесях происходит в локальных местах в соответствии с известными физическими законами Бойля-Мариотта. У забоя подготовительных выработок при нагнетательном способе вентиляции атмосферное давление также повышается для перемещения исходящего потока к устью выработки.

В метановоздушных потоках при обтекании препятствий, в выработках и выработанных пространствах рудничное давление также увеличивается в результате изменения режима движения с турбулентного на ламинарный.

Таким образом, необходимо учитывать, что давление рудничного воздуха больше, чем на поверхности.

2. Влияние изменения давления рудничного воздуха на изменение объёмной молярной концентрации метана. Объёмная концентрация метана в воздухе показывает долю или процент объёма, который занимает метан.

Обратите внимание

В лабораторных условиях учёными было доказано, что при объёмной концентрации метана менее 3% химическая реакция не происходит, а начинается процесс реакции при концентрации 3%. В чём состоит, например, различие объёмной концентрации в 1% и 3% метана?

Объёмная концентрация в 1% обозначает, что в 1 м3 (1 млн. см3) молекулы метана занимают в совокупности объём 10 тыс. см3. Остальную часть объёма занимают молекулы кислорода и азота в соответствующих концентрациях. При 3% объёмной концентрации молекулы метана занимают 30000 см3.

При этом объём не изменяется, но концентрация молекул кислорода и азота соответственно снижается. Из молекулярной физики известно, что один моль любого газа в количестве А = 6.022·1023 молекул занимает объём 22414 см3 при нормальных условиях, т.е. при атмосферном давлении, равном 1 физической атмосфере (Ра = 760 мм рт. ст.

или 10132.5 даПа) и при температуре t = 0°С.

Количество молей газа при известной объёмной концентрации в 1 м3 воздуха равно

С – объёмная концентрация газа, %; Vм – объём, занимаемый 1 молем газа.

В 1 м3 смеси метана с воздухом при объёмной концентрации метана 1% количество молей метана будет 0.441, при 3% – 1.332 и при 5% – 2.203 моля.

При изменении давления и температуры в соответствии с физическими законами Бойля-Мариотта и Гей-Люссака объём газа изменяется по формуле

Р1, Т1, V1 – начальные давление, температура и объём газа; Р2, Т2, V2 – конечные давление, температура и объём газа. Из формулы вытекает важный вывод, что при увеличении рудничного давления и уменьшении температуры объёмы кислорода, метана и азота уменьшаются. При этом объёмная концентрация остаётся без изменения. Но происходит увеличение молярной концентрации метана и кислорода.

Молярная концентрация метана определяется по формуле

nм – количество метана в смеси, моль; Vвм – объём смеси, м3.

Отсюда следует вывод: при увеличении рудничного давления происходит одновременное уменьшение объёмов, занимаемых молекулами метана, кислорода и азота. При этом объёмная концентрация метана остаётся без изменения, но увеличиваются парциальное давление, молярная концентрация метана. При этом при уменьшении объёма расстояние между молекулами смеси уменьшается.

3. Изменение нижних концентрационных пределов возгораемости и взрываемости метановоздушных смесей при увеличении давления в рудничной атмосфере.

Важно

Горение и взрыв метана – это химическая реакция разрушения молекул метана и кислорода и образования новых соединений. Первая часть реакции происходит при подводе тепловой энергии.

Чтобы реакция началась и устойчиво протекала, необходимо, чтобы началось активное взаимодействие между молекулами кислорода и метана.

Начало реакции происходит при определённых расстояниях между молекулами метана и кислорода.

Расстояние между молекулами каждого газа в смеси определяется по формуле

Сш – замеренная прибором концентрация метана, %; 6.022·1023 – число Авогадро (количество молекул в 1 моле вещества); 100 – коэффициент перевода долей концентрации в %, 1000000 – объём смеси, см3.

Начало химической реакции разложения вещества также зависит от средней скорости и средней длины пробега молекул кислорода и метана в смеси. Эти характеристики зависят от размеров молекул и плотности газа. При нормальном давлении 10132.

5 даПа средняя длина пробега метана и кислорода равна около 50 нм. Средняя скорость при температуре 300 К молекул кислорода равна 50 нм/с, метана – 70 нм/с.

Расстояние между молекулами метана и кислорода при объёмных концентрациях приведено в табл. 1.

При нижнем концентрационном пороге возгорания, т.е. при 3% объёмной концентрации, образуется бедная горючая смесь. Молекулы метана находятся одна от другой на расстоянии 38.11 нм.

Энергии теплового источника ещё недостаточно для разрыва всех связей О=О на отдельные атомы. Условия для взрыва возникают при концентрации метана около 4.77%.

Совет

Среднестатистическое расстояние между молекулами метана уменьшилось и составляет 32.66 нм.

Расстояние между молекулами при повышенном барометрическом давлении воздуха в горных выработках Рш > Ра определяется по формуле

Ра – нормальное барометрическое атмосферное давление воздуха, даПа; Рш – барометрическое давление шахтного воздуха в точке измерения, даПа; Сш – замеренная прибором концентрация метана, %

В табл. 2 приведены расчётные значения расстояния между молекулами и молярной концентрации метана при атмосферном давлении, равном 1 технической атмосфере Ра = 9806.65 даПа, и при барометрическом давлении рудничной атмосферы Рш =1.5 Ра.

При допустимой ПБ объёмной концентрации метана в 2% и давлении Рш =1.5 Ра расстояние между молекулами будет такое, как при концентрации 3% в нормальных условиях, т.е. возможно возгорание метана. Взрыв метана может произойти при объёмной концентрации 3.33%, так как расстояние между молекулами уменьшится до 32.15 нм.

Коэффициент пересчёта объёмной концентрации метана в молярную

Рш – давление рудничного воздуха в месте измерения объёмной концентрации, даПа.

Молярная концентрация метана в месте измерения

Нижний предел возгорания метана при давлении рудничного воздуха

3 – нижний предел возгораемости при объёмной концентрации метана, принятый в угольной отрасли, %. Нижний предел взрываемости при объёмной концентрации метана

5 – нижний предел возгораемости метана, принятый в угольной отрасли, %.

На рис. 1 показано сравнение объёмной и фактической концентрации при увеличении давления метановоздушной смеси. Метановоздушная смесь с концентрацией метана 2% становится опасной по возгоранию при увеличении давления в 1.5 раза. При таком давлении молекулярная концентрация повышается и становится равной концентрации 3% в нормальных условиях.

Опасная концентрация по возгораемости становится взрывоопасной. Наиболее безопасной в шахте является концентрация метана 1%, так как нижний предел возгораемости наступает только при увеличении давления воздуха в 3 раза, а метановоздушная смесь с допускаемой концентрацией метана 2% становится опасной по возгоранию при увеличении давления в 1.5 раза.

Обратите внимание

Фактическое снижение нижних концентрационных пределов возгораемости и взрыва метана в зависимости от статического давления приведено на рис. 2. Нижний предел возгораемости 3% при базовом давлении переходит в нижний предел взрываемости при увеличении давления в 2.

2 раза по сравнению с базовым. Допустимая ПБ в угольных шахтах концентрация 2% в местных скоплениях при локальном увеличении давления рудничного воздуха становится сначала опасной по воспламенению, а затем и по взрываемости. 4.

Зависимость скорости реакции возгорания и взрыва метана от концентрации реагирующих веществ.

Необходимым условием того, чтобы между молекулами метана и кислорода произошло химическое взаимодействие, является их столкновение друг с другом.

Скорость реакции пропорциональна числу соударений и зависит от расстояния между молекулами реагирующих веществ и температуры источника воспламенения.

Число соударений, в свою очередь, тем больше, чем выше молярная концентрация каждого из реагирующих веществ.

Скорость элементарной реакции при столкновении двух частиц

k – константа скорости данной реакции; cА, сВ – концентрация реагирующих веществ, моль.

При постоянной температуре скорость элементарной химической реакции прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ. При реакции, которая будет происходить на поверхности при базовом давлении атмосферного воздуха, константа скорости k = 1.

При увеличении давления значение константы скорости увеличивается прямо пропорционально давлению и будет определяться по формуле

Реакция взрыва метановоздушной смеси описывается следующим уравнением

Скорость реакции разложения молекул метана и кислорода равна

Важно

Скорость получения молекул углекислого газа и воды их атомов кислорода и метана равна

При увеличении давления рудничной атмосферы в 1.2 раза по сравнению с базовым давлением атмосферного воздуха, равным 1 технической атмосфере, (т.е. при k = 1.2), скорость реакции разложения будет следующая

ν1 = 1.2·[CH4]·[1.2·O2]2 = 1.23·[CH4]·[O2]2

Таким образом, при увеличении давления рудничного воздуха в 1.2 раза скорость разложения молекул метана и кислорода увеличивается в 1.728 раза.

Скорость образования углекислого газа и паров воды со взрывом увеличивается также

Таким образом, при увеличении давления рудничной газовоздушной смеси происходит снижение нижних пределов концентрации возгорания и взрыва метана. Это снижение сопровождается повышением скорости химической реакции взрыва.

Выводы:

1. При обеспечении безопасности в шахтах, опасных по газу метану, необходимо учитывать, что нижние пределы его возгораемости и взрываемости зависят не от объёмной концентрации, а от молярной концентрации метана в шахтной атмосфере и снижаются при увеличении давления рудничного воздуха.

2. Применяемые приборы для измерения объёмной концентрации метана не могут показывать фактические концентрационные пределы возгораемости и взрываемости метана в месте их установки. Для контроля пределов опасности необходимо корректировать замеренную объёмную концентрацию в зависимости от барометрического давления в опасных местах.

3. Самой безопасной в рудничной атмосфере является концентрация метана 1%. При такой концентрации метан становится опасным по возгораемости при увеличении барометрического давления в 3 раза.

Журнал «Горная Промышленность» №3 (97) 2011, стр.24

Источник: https://mining-media.ru/ru/archiv/2013/129-informatsiya

Когда взрывается природный газ?

Действительно, природный газ является дешевым и доступным топливом. Поднёс спичку и вот — тепловая и даже световая энергия. Ей достаточно легко управлять и пользоваться.
Но всё ли так надёжно и просто?

Природный газ добывают на газовых месторождениях, и он от места добычи по газопроводам поступает к нашим газовым плитам и отопительным аппаратам. Можно проще — к плитам и котлам. Как хорошо. Бери и пользуйся!

Так мы берём и пользуемся. Свои действия довели до автоматизма: зажигаем спичку, подносим ее к газовой горелке, открываем кран… Правильно, так и надо. Нельзя давать выходить газу без горения, иначе…

Совет

Основным горючим компонентом природного газа является метан. Это один из углеводородов, из-за которых так много шума — политического, экономического… Содержание его в природном газе может быть до 98%.

Кроме метана в состав природного газа входят этан, пропан, бутан. К негорючим компонентам относятся: азот, углекислый газ, кислород, пары воды.

Кстати, интересно знать, что горючими элементами таблицы Менделеева в нашей природе являются только углерод, водород и частично сера. Больше ничего не горит.

Метан в смеси с воздухом в 5−15% случаев взрывоопасен, т. е. при внесении огня смесь мгновенно воспламеняется и выделяет большое количество тепла. Давление при этом увеличивается в 10 раз! Что это такое и как это выглядит, пояснять не буду, поверьте автору — страшно!

Представим себе (пусть это будет страшный сон), что в помещении, у которого внутренний объём 100 м.куб. оказалось от 5 до 15 м.куб. природного газа (замечу сразу, что специфический запах при этом будет невыносимым). И вот туда направляется кто-то в ночной рубахе, колпаке и со свечкой в руках. Ему так хочется узнать — что так противно воняет… Не узнает! Не успеет…

Сам природный газ не имеет цвета, вкуса и запаха. Его одорируют! Вот именно, придают всем известный «аромат», а интенсивность запаха делают такой, чтобы человеческий нос ощутил газ, когда его объем уже составляет 1%. Это значит, что еще 4% и страшный сон с кем-то в ночной рубахе, колпаке и свечкой в руках станет реальностью…

Читайте также:  Опора под газопровод

…Погасите хотя бы свечку. И не пользуйтесь никакими электрическими приборами. Температура воспламенения природного газа находится в пределах 750 градусов С, а это температура любой электрической искры или даже кончика сигареты во время затяжки.

Быстрее открывайте окна и двери — делайте сквозняк, такой, чтобы колпак сорвало, и чёрт с ним, с этим теплом. Природный газ примерно в два раза легче воздуха и он быстро будет улетать в атмосферу.

Звоните в газовую службу, МЧС, милицию, куда угодно, не обидятся. Сообщите им о обнаружении запаха газа. Адрес не забудьте сказать. Обязательно пообщайтесь с соседями.

Ну и что, что Вы остались в одной ночной рубахе, им, может быть, будет и приятно…

Удачи Вам, тепла и спокойствия!

Источник: https://ShkolaZhizni.ru/law/articles/22002/

Условия возникновения и протекания взрывов метано и пылевоздушных смесей

Теоретические основы горения и взрыва газо-воздушных смесей, заложенные классическими трудами Н.Н Семенова, Я.Б. Зельдовича, получили свое дальнейшее развитие в исследованиях А.И. Розловского, Г.Д Саламандры, Р.И. Солоухина, А.С. Соколика.

Большой вклад в исследование взрывов газопылевоздушных смесей в горных выработках и разработку способов и средств борьбы с ними внесли В.Я. Балтайтис, А.А. Гурин, Н.Р. Шевцов, П.М. Петрухин, М.И. Нецепляев, В.Н. Качан, В.С. Сергеев, И.Ф. Ярембаш, А.М. Чеховских, В.М. Плотников, В.И. Гудков, А.Г.

Абинов, С.Н. Осипов, Ю.Ф. Булгаков и другие ученые.

Воспламенения газопылевоздушных смесей в атмосфере горных выработок обусловлены протеканием экзотермических реакций окисления метана и угольной пыли с кислородом воздуха, т.е. различного рода процессов горения, рассматриваемых с позиции теории теплового взрыва и цепной кинетики протекающих реакций.

Обратите внимание

Фактически в горные выработки выделяется смесь метана с примесями других горючих газов (водорода, этана, пропана, бутана, пентана и др.). Водород, а также этан и другие углеводороды по своим взрывчатым свойствам отличаются от метана, имеют иные температуры воспламенения, пределы взрываемости и периоды запаздывания воспламенения.

Эти примеси, как правило, составляют незначительную долю, но при определенных условиях могут оказать существенное влияние на взрывчатость метана. Взрывчатыми свойствами обладают и другие газы (оксид углерода, сероводород и пр.

), однако выделения их в горные выработки, как правило, не достигают взрывоопасной концентрации и основная опасность этих газов заключается в их ядовитых свойствах.

Для того чтобы возникло пламенное или взрывное горение рудничного газа, необходимо смешивание исходных компонентов в определенных пропорциях, т. е. образование горючей смеси, так называемого гремучего газа. В горных выработках образование горючей метановоздушной смеси может происходить двумя путями.

Первый путь, наиболее распространенный и наиболее опасный, когда воспламеняется предварительно перемешанная и, следовательно, максимально реакционно-способная горючая смесь рудничного газа и воздуха.

Это часто происходит в результате нарушения нормального режима проветривания горных выработок и загазования их атмосферы до взрывоопасных концентраций.

Взрывоопасные концентрации горючих газов образуются и при подземных пожарах, когда также нарушается нормальный режим проветривания аварийного участка, а процесс выделения горючих газов в зоне высоких температур резко интенсифицируется.

В этих случаях взрывоопасная среда иногда успевает сформироваться на довольно большом протяжении горных выработок, сгорание ее может происходить почти мгновенно с образованием мощных ударных волн с катастрофическими последствиями.

Второй путь образования горючей смеси, более редкий, но не менее опасный, когда рудничный газ и воздух не были предварительно перемешаны и их сгорание происходит уже в процессе взаимного смешивания.

Важно

Примером может служить факельное горение метана при суфлярном его выделении в атмосферу горной выработки.

Кислород в зону пламенного горения метана поступает в этом случае путем диффузии из окружающего пламя воздуха.

Рисунок 19.1 — Диаграммы взрываемости метановоздушных смесей: I — неосуществимая смесь; II и III — взрывчатые и невзрывчатые смеси; IV — смеси, могущие стать взрывчатыми при добавлении воздуха

Пределы взрыва смесей метана с воздухом наглядно могут быть представлены на диаграмме взрываемости метана (рис. 19.1).

Так, все практически осуществимые смеси метана с атмосферным воздухом представлены площадью ниже линии АД. Точка В соответствует нижнему концентрационному пределу взрываемости метана в воздухе (5% метана и 95% воздуха), а точка Сверхнему (15% метана и 85% воздуха).

Точка Е соответствует нижнему концентрационному пределу взрываемости смеси по кислороду, который равен 12%. Точки В, С и Е замыкают контур, называемый треугольником взрываемости, в пределах которого метановоздушная смесь взрывоопасна.

Линия ВЕ является линией нижних, а линия СЕ верхних концентрационных пределов взрываемости.

Область, ограниченная контуром АВЕГОА составляет зону невзрывчатых смесей метана с кислородом воздуха, а область зона справа от линии ЕГ, ограниченная контуром ЕГДСЕ зону невзрывчатых смесей метана с кислородом воздуха, но которые могут стать взрывчатыми при добавлении свежего воздуха.

В общем, виде в реальных условиях метановоздушная смесь с содержанием метана до 5-6% горит при наличии постоянного источника воспламенения, от 5-6 до 14-16% — взрывается и свыше 14-16% — не горит и не взрывается.

Характер воспламенения метановоздушной смеси зависит не только от концентрации метана, но и других условий: начального давления, температуры и влажности метановоздушной смеси, гидравлического сопротивления продвижению фронта пламени и условия теплоотдачи из очага и др.

Совет

Процесс горения в условиях горных выработок может распространяться по метановоздушной смеси с самыми различными скоростями. Причем, с количественным изменением скорости распространения резко меняется и качественная картина протекающего процесса.

Возникая от слабого источника зажигания, волна горения может с довольно незначительной скоростью распространиться по слоевому скоплению метана, но может и быстро разогнаться с образованием впереди себя сильной волны сжатия, которая уже может произвести разрушительную работу.

Волна сжатия быстро переходит в еще более мощную ударную волну, скорость распространения которой может достигать нескольких сот метров в секунду. При определенных условиях ударная волна может перейти в детонационную, скорость распространения которой становится постоянной.

Детонационное горение метана в горных выработках может возникнуть не только в результате саморазгона волны горения, но и непосредственно — от ударной волны другого взрыва.

В зависимости от скорости распространения фронта пламени и давления в ударной волне различают несколько типов воспламенения:

ВоспламенениеДавление во фронте пламени (ударной волны), МпаСкорость движения фронта пламени, м/с
Замедленное 0,3-0,6
Вспышка 0,015 2-10
Взрывное горение 0,015-1 10-300
Детонация 2-5 1000-8000

Вблизи источника воспламенения и при притоке кислорода извне может гореть спокойным пламенем. Сгорание метана в этом случае происходит в соответствии с уравнением

СН4 + 2О2 → СО2 + 2Н20.

Однако в горных выработках горение метана часто происходит при недостаточном содержании кислорода, что приводит к появлению в составе пожарных газов оксида углерода

СН4 + О2 → СО + Н2+Н2О.

Диффузионное горение метана при постоянном его выделении и поступлении воздуха не приводит к распространению пламени в объеме горной выработки, но изменение этих факторов обычно приводит к изменению объема пламени. Так, при увеличении скорости диффузии кислорода пламя уменьшается в объеме, температура его увеличивается; увеличение же количества выделяющегося метана, наоборот, приводит к увеличению объема пламени.

Горение метана почти во всех случаях наблюдается под кровлей выработки, иногда за крепью выработки, в зарубных щелях и вертикальных действующих выработках (стволах, шурфах и т. д.). Горение метана часто наблюдается в виде «бегающего» по забою пламени.

Быстрое сгорание метана в виде вспышки происходит только вблизи нижнего и верхнего концентрационных пределов взрываемости.

Переход вспышки во взрыв происходит при скорости химического превращения менее 1 м/с, для чего необходим или приток смеси в очаг, или перемещение самого очага (фронта пламени) со скоростью звука и выше.

Это требует низкого сопротивления выработок, особенно отсутствия поворотов, сужений, расширений, преград (дверей, перемычек, транспортных сосудов и т. д.

), а также сохранения высокой температуры во фронте пламени для метановоздушной смеси, например, не ниже 1300 °С.

Обычное (замедленное) воспламенение переходит во взрыв (взрывное горение) постепенно: скорость и давление возрастают относительно плавно.

Обратите внимание

С ростом количества метана в воздухе от 5 до 15% сила взрыва вначале нарастает, достигает максимума при содержании метана близкому к стехиометрическому, т. е. 9,46% по объёму[1], а затем, при дальнейшем повышении содержания метана, уменьшается.

В этом случае часть метана остается несгоревшей из-за недостатка кислорода. Вследствие высокой теплоемкости метана эта часть охлаждает пламя взрыва, а при содержании метана свыше 14-16% происходит его полное самогашение, и взрыва не возникает.

Температура продуктов взрыва метана в неограниченном объеме достигает 1875 °С, а внутри замкнутого объема 2150-2650 °С. Давление газа в месте взрыва в среднем в 9 раз превосходит начальное давление метановоздушной смеси до взрыва.

При распространении взрывной волны по выработке появлению пламени всегда предшествует волна сжатого воздуха. Встретив на своем пути скопление газа, она сжимает его, а подошедшее пламя воспламеняет.

Такое предварительное сжатие всегда способствует развитию высоких давлений во взрывной волне (до 3 МПа и выше) и увеличению скорости ее распространения.

Взрывное горение переходит в детонацию скачкообразно и сопровождается разгоном фронта пламени до сверхзвуковой скорости (в 3-20 раз больше скорости звука), ростом давления перед фронтом до 2-5 МПа и соответствующим повышением температуры.

[1] Стехиометрической называется газовоздушная смесь, в которой содержание горючих элементов достаточно для полного окисления кислородом воздуха.

Источник: http://ohrana-bgd.ru/gornd/gornd2_76.html

Дайджест — Промышленная безопасность

Для предупреждения конденсации фосфора в электрофильтрах корпус последних выполняют с двойными стенками. В пространство между стенками подают горячие топочные газы, получаемые при сжигании природного газа в топке электрофильтра.

При нарушении режима сжигания природного газа в топке в пространство между стенками попадает метан, образующий с воздухом взрывоопасную смесь. Источником зажигания является фосфор, попадающий в рубашку через неплотности внутренней стенки. Воздух подсасывается из окружающей атмосферы.

По этой причине неоднократно происходили аварии различного характера в рубашках электрофильтров. [c.78]

Метан СН4 (болотный газ) — бесцветный горючий газ без запаха, легче воздуха. Проникает в подземные сооружения из почвы. Образуется при медленном разложении без доступа воздуха растительных веществ при гниении клетчатки под водой (в болотах, стоячих водах, прудах) или разложении растительных остатков в залежах каменного угля.

Важно

Метан является составной частью промышленного газа и при неисправном газопроводе может проникать в подземные сооружения. Не ядовит, но его присутствие уменьшает количество кислорода в воздушной среде подземных сооружений, что приводит к нарушению нормального дыхания при работах в этих сооружениях.

При содержании метана в воздухе 5—15% по объему образуется взрывоопасная смесь. [c.220]

Метан СН4 (болотный газ) — бесцветный горючий газ без запаха, легче воздуха. Проникает в подземные сооружения из почвы. Образуется при медленном разложении без доступа воздуха растительных веществ при гниении клетчатки под водой (в болотах, стоячих водах, прудах) или разложении растительных остатков в залежах каменного угля.

Важно

Метан является составной частью промышленного газа и при неисправном газопроводе может проникать в подземные сооружения. Не ядовит, но его присутствие уменьшает количество кислорода в воздушной среде подземных сооружений, что приводит к нарушению нормального дыхания при работах в этих сооружениях.

При содержании метана в воздухе 5—15 % по объему образуется взрывоопасная смесь. [c.284]

Для предупреждения конденсации фосфора в электрофильтрах корпус последних выполняют с двойными стенками. В пространство между стенками подают горячие топочные газы, получаемые при сжигании природного газа в топке электрофильтра.

При нарушении режима сжигания природного газа в топке в пространство между стенками попадает метан, образующий с воздухом взрывоопасную смесь. Источником зажигания является фосфор, попадающий в рубашку через неплотности внутренней стенки. Воздух подсасывается из окружающей атмосферы.

По этой причине неоднократно происходили аварии различного характера в рубашках электрофильтров. [c.78]

Метан СН4 (болотный газ) — бесцветный горючий газ без запаха, легче воздуха, Проникает в подземные сооружения из почвы. Образуется при медленном разложении без доступа воздуха растительных веществ при гниении клетчатки под водой (в болотах, стоячих водах, прудах) или разложении растительных остатков в залежах каменного угля.

Совет

Метан является составной частью промышленного газа, и при неисправном газопроводе может проникать в подземные сооружения. Не ядовит, но его присутствие уменьшает количество кислорода в воздушной среде подземных сооружений, что приводит к нарушению нормального дыхания при работах в этих сооружениях.

При содержании метана в воздухе 5-15% по объему образуется взрывоопасная смесь. [c.152]

Причиной снижения содержания кислорода является поступление метана и углекислоты, выделяющихся из угля или образующихся в процессе окисления. Это может наблюдаться в плохо проветриваемых, заброшенных, старых выработках.

Углекислота тяжелее воздуха и скапливается в нижних зонах, метан — легче и скапливается под кровлей. При падении содержания кислорода до 15% и менее появляется угроза кислородного голодания организма.

При возрастании содержания метана до 5—16% он образует с кислородом воздуха взрывоопасную смесь. [c.329]

Метан—горючий газ. В сочетании с воздухом он образует взрывоопасную смесь, поэтому у открытых колодцев запрещается курить, а также применять огонь для отогревания деталей как в самом колодце, так и вблизи него. [c.34]

Автор. Температура пламени метана 2000°С. Смесь метана с воздухом взрывоопасна. Поэтому на участках производства, где используют метан, должна быть вытяжная вентиляция. [c.38]

Надо быть особенно бдительным относительно возможности образования в воздухе лабораторного помещения взрывчатых смесей некоторых веществ в газообразном и парообразном состояниях.

Обратите внимание

Все горючие газы в смеси с кислородом или воздухом при атмосферном давлении могут образовывать взрывчатые смеси, если эта смесь лежит в интервале взрывоопасных концентраций (см. Приложение XIV).

Из горючих газов особого внимания в этой связи заслуживают следующие водород, окись углерода, метан, этан, этилен, пропан, ацетилен, сероводород, фосфористый, мышьяковистый и сурьмянистый водороды. [c.171]

Категории взрывоопасных смесей устанавливают в зависимости от их способности передавать в>эрыв из оболочки через узкую щель между двумя поверхностями при определенной ширине зазора.

Если два сосуда, соединенные между собой узкой щелью, заполнить взрывоопасной смесью и воспламенить эту смесь в одном из сосудов, то окажется, что некоторые смеси вызывают взрыв в другом сосуде через щель, а другие не вызывают. Опытами установлено, что, например, взрывоопасная газо-воздушная смесь метан — воздух передает взрыв из одного сосуда в другой при ширине зазора более 0,9 мм.

Если ширина зазора меньше, то взрыва во втором сосуде не произойдет. Пары бензина в смеси с воздухом зажигаются во втором сосуде при ширине зазора более 0,65 мм, а водорода — при зазоре менее 0,35 мм. [c.186]

Учитывая, что метан три его деловом содержании в воздухе свыше 5% лри контакте с открытым пламенем образует взрывоопасную смесь, (В технологических памещеииях (надкалтажных сооружениях, насосных станциях, помещениях, в которых размещены сборные резервуары, и т. п.), категорически запрещается зажигать спички, курить, проводить работы с паяльной лампой, электро- и газосварку и другие работы с огнем. [c.75]

Источник: http://ru-safety.info/term/1459/

Зависимость объёмного концентрационого предела взрываемости метана от физических параметров атмосферы

© И.Е. Колссничснко, Е.А. Колесниченко, В.Б. Артемьев, В.Г. Чсрсчукин, 2015

УДК 622.86

И.Е. Колесниченко, Е.А. Колесниченко, В.Б. Артемьев, В.Г. Черечукин

ЗАВИСИМОСТЬ ОБЪЁМНОГО КОНЦЕНТРАЦИОНОГО ПРЕДЕЛА ВЗРЫВАЕМОСТИ МЕТАНА ОТ ФИЗИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ АТМОСФЕРЫ

Показано, что применение анализаторов метана в шахтах не предотвращает взрывы метановоздушной смеси. Авторы считают, что принятые нижние концентрационные пределы воспламеняемости и возгораемости метана снижаются в подземных условиях горных выработок.

Приведены результаты экспериментальных замеров снижения скорости воздуха в пограничных слоях при обтекании препятствий. Установлено, что при повышении давления воздуха и увеличении плотности метановоздушной среды уменьшается расстояние между молекулами метана.

Важно

Воспламенение и взрывоопасность зависят от молярной концентрации метана. Приведены зависимости для пересчёта молярной концентрации в объёмную.

Ключевые слова: концентрационный предел взрываемости метана, тупиковая выработка, объёмная концентрация, молярная концентрация, взрывоопасность, удельная плотность.

Впризабойном пространстве тупиковой выработки при выделении метана образуется опасная метано-воздушная среда. В зависимости от концентрации метана эта среда становится пожароопасной или взрывоопасной. Для предотвращения аварийных концентраций в выработках установлены анализаторы метана.

Эти приборы настроены на срабатывание и отключение электроэнергии в выработке при достижении концентрации метана 1 или 2 % от объёма смеси. Это меньше значения нижнего концентрационного предела распространения (НКПР) пламени (воспламенения). Для метана значение НКПР принято 3 % от объёма смеси.

Однако в шахтах происходят возгорания («хлопки») и взрывы в метановоз-

душной среде. Взрывы могут происходить при концентрации метана свыше 5 %, т.е. при превышении нижнего концентрационного предела взрываемости (НКПВ).

Несмотря на постоянный контроль концентрации метана, произошедшие в 2014 г. взрывы в шахтах Турции, Польше, Китае и Украине показывают, что проблема предотвращения аварий с участием метана в горных выработках продолжает оставаться актуальной.

Авторы считают основной причиной возгорания и взрывов метана является уменьшение фактических значений НКПР и НКПВ по сравнению с принятыми. Значения НКПР и НКПВ не являются константами.

Термохимические реакции метана и кислорода воздуха происходят на молекулярном уровне. Начало этих реакций зависит от физических и химических параметров метановоздушной среды, таких, как объём, давление и количество вещества.

Совет

Необходимо учитывать влияние подземных и технологических условий на изменение этих параметров.

Целью наших исследований было установление закономерностей изменения нижних концентрационных пределов воспламенения и взрываемости метана при изменении физических параметров метановоздушной среды в подземных горных выработках при нагнетательном способе вентиляции забоев тупиковых выработок.

Объёмная концентрация отличается от молярной. Она показывает, какую долю (процент) объёма занимает масса того или иного газа в рассматриваемом объёме. Например, 1 % объёма показывает, что масса метана занимает 10000 см3 в 1 м3 воздуха. Каждый процент — это 10000 см3 объёма.

Молярная концентрация показывает, сколько молей газа находится в рассматриваемом объёме. Объём одного моля газообразного вещества (молекул или отдельных атомов) равен 22414 см3 при атмосферном давлении 760 мм рт. ст. и температуре 273 К.

В этом объёме может быть различная масса газа, т.е. различная молярная концентрация. Один моль метана имеет массу 12 г. Из газовых законов физики и химии известно, что объём моля или плотность зависят от давления и температуры среды.

Отсюда вывод, что при изменении плотности метановоздушной смеси объёмная концентрация

остаётся неизменной, а молярная концентрация метана и воздуха изменится.

В подземных горных выработках физико-химические параметры отличаются от тех, в которых находилась бы эта смесь на поверхности. Барометрическое давление воздуха всегда выше, так как оно увеличивается на 9-10 даПа на каждые 100 м вертикального столба воздуха.

В перемещаемых метановоз-душных смесях происходит дополнительное увеличение давления в локальных местах в соответствии с известными физическими законами Бойля-Мариотта.

Обратите внимание

Например, при увеличении барометрического давления метановоздушной среды с Р1 до Р2 плотность этой среды увеличится от р! до р2.

Р2

р2 =р1 -р.

М

Метановоздушная смесь при перемещении по призабойно-му пространству обтекает вероятные источники воспламенения. Известно, что при обтекании препятствия в результате увеличения аэродинамического сопротивления образуется пограничный ламинарный слой, в котором скорость движения У2 меньше, чем скорость У1 в соседних слоях. Из закона сохранения массы следует

ц

р2 = р1 -у-

2

Чтобы проверить реальные скорости воздушных потоков при обтекании препятствия были выполнены лабораторные исследования на модели (рис. 1). Вентилятор располагался на расстоянии 0,9 м от препятствия шириной 0,18 м, длиной 0,37 м и высотой 0,6 м.

За препятствием струи воздуха в пограничном слое закручиваются с резким уменьшением скорости, а затем возвращаются в движущийся поток, частично уходят вверх или вниз.

У задней поверхности препятствия крыльчатка анемометра АСО-3 почти не вращалась и периодически меняла направление вращения. При обтекании препятствия в т.3 скорость была 2,35 м/с, а в т.15 — 0,43 м/с.

Сбоку препятствия в слое толщиной 0,05 м скорость снизилась с 2,9 м/с до 1,75 м/с. Таким образом, плотность горючей смеси при обтекании препятствий может увеличиться в 2 — 3 раза.

Рис. 1. Схема лабораторных замеров на модели скорости воздушных потоков при обтекании препятствия

Барометрическое давление на поверхности и в горных выработках изменяется постоянно. Для определения влияния атмосферного давления на взрывоопасность горючей смеси необходимо уточнить, при каком значении давления были получены принятые НКПР и НКПВ.

Анализ литературных источников показал, что эти значения пределов были получены на поверхности в лабораторных условиях. В курсе физики рекомендуется при отсутствии данных о величине атмосферного давления принимать ту единицу измерения давления 1 атмосферы, которая применялась в то время.

Поэтому принимаем, что эти пределы были получены при давлении в 1 техническую атмосферу, т.е. при Ра = 1 кгс/см2 или 9806,65 даПа (до 1980 г.).

Важно

Воспламенение метановоздушной смеси — это начальный импульс термохимической реакции с видимым эффектом горения.

Горение — это последовательная цепная передача тепловой энергии от источника воспламенения к окружающим объёмам горючей среды. От одного объёма происходит передача избыточной энергии к соседнему объёму и т.д.

Скорость распространения реакции зависит от массы метана, участвующей в реакции, и величины передаваемой избыточной энергии (Дж/моль).

Взрыв отличается от горения количеством образующейся энергии, температурой и давлением в зоне происходящих реакций. При изменении массы горючего вещества изменяется количество избыточной энергии и скорость распространения горения.

Из фундаментальных основ химии и физики известно, что при увеличении плотности или давления расстояние между молекулами уменьшается. Авторами предложен способ определения НКПР и НКПВ в зависимости от барометрического давления и объёмной концентрации метана.

Необходимо определить при известной объёмной концентрации расстояние между молекулами метана при эталонном давлении 9806,65 даПа. Затем определить расстояние между молекулами при фактическом или расчётном барометрическом давлении.

Сравнение покажет степень снижения значения НКПР.

Молекулы газа в известном объёме находятся в химическом равновесии. Среднее расстояние между молекулами определяется по формуле

1 / 1000000 • 100 • Р, 549,7 • 10-

Сш • 6,022 • 1023 • Рш~ з[с0

¡¡с~ш ЧР

54,97 Ра

■• 3—-, нм,

где Сш — концентрация метана в атмосфере воздуха, %; Ра -барометрическое атмосферное давление воздуха, равное 9806,65 даПа; Рш — барометрическое давление шахтного воздуха в точке измерения, даПа; 1000000 — объём 1м3 смеси, см3; 100 — коэффициент перевода концентрации из долей в проценты.

Для анализа были выполнены расчёты по приведенной формуле при атмосферном давлении Ра = 9806,65 даПа и при барометрическом давлении Рш = 1,5 Ра [1]. Такое увеличение принято для примера, чтобы выявить закономерности. Выше было показано, что в отдельных зонах призабойного участка из-за увеличения плотности давление может повышаться даже в 2-3 раза.

Совет

Рис. 2. Изменение нижних концентрационных пределов воспламеняемости (1) и взрываемости (2) метана в метановоздушной смеси при увеличении атмосферного давления

В смеси с объёмной концентрацией метана 1 % при давлении 1,5 Ра расстояние между его молекулами уменьшается

с 54,97 нм до 48,02 нм. Это расстояние соответствует объёмной концентрации метана 1,5 % при давлении Ра. При объёмной концентрации 2 % и давлении Рш =1,5 Ра расстояние между молекулами будет такое, как при объёмной концентрации 3 %.

Взрыв с участием метана может произойти при объёмной концентрации 3,33 %, так как расстояние между молекулами будет 32,15 нм, как и при концентрации 5 % об.

Коэффициент пересчёта объёмной концентрации метана с учётом увеличения атмосферного давления в месте измерения Р

К =-0—, даПа.

» 98,07 • 102

На рис. 2 показано изменение значений нижнего концентрационного предела воспламеняемости (НКПР) и взрываемости (НКПВ) метана в зависимости от увеличения коэффициента Км. При атмосферном давлении, равном 9806,65 даПа (Км = 1), НКПР равен 3 %, а НКПВ — 5 %.

При увеличении Км до 2 значение НКПР снижается от 3 до 2 % объёмных, а НКПВ снизится от 5 до 2,7 % объёмных.

Наиболее безопасной в шахте является концентрация метана 1 %, так как нижний предел возгораемости наступает только при увеличении давления воздуха в 3 раза, а метановоздушная смесь с допускаемой объёмной концентрацией метана 2 % становится опасной по воспламенению в 1,5 раза при увеличении давления.

Обратите внимание

От барометрического давления в метановоздушной среде зависит скорость химического взаимодействия. Эта скорость

пропорциональна числу соударений и зависит от расстояния между молекулами реагирующих веществ и температуры источника воспламенения. При увеличении давления рудничного воздуха в 1,2 раза скорость разложения молекул метана и кислорода увеличивается в 1,728 раза.

Выводы

1. При обеспечении безопасности в шахтах, опасных по газу метану, необходимо учитывать, что нижние пределы его воспламенения и взрываемости зависят не от объёмной концентрации, а от молярной концентрации метана в шахтной атмосфере и снижаются при увеличении давления рудничного воздуха или удельной плотности метановоздушной смеси.

2. При установке в применяемых анализаторах предельного значения концентрации метана, при котором должна отключаться электроэнергия, необходимо учитывать изменения физических параметров метановоздушной среды в местах их установки.

— СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Колесниченко Е.А., Колесниченко И.Е., Любомищенко Е.И. Химические основы изменения концентрационных пределов и скорости реакции возгорания и взрыва метановоздушных смесей в горных выработках // Горная промышленность. — 2011. — № 3. — С. 24 — 28. ГГ7ТП

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ —

Колесниченко И.Е. — заведующий кафедрой, kolesnichenko_igor@ranbler.ru, Колесниченко Е.А. — профессор, prof-npi@yandex.ru,

Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) им. М.И. Платова,

Артемьев В.Б. — заместитель генерального директора, директор по производственным операциям, pr_artem@suek.ru, ОАО «Сибирская угольная энергетическая компания»,

Черечукин В.Г. — заместитель начальника управления, prof-npi@yandex.ru, ВГСЧ МЧС России.

UDC 622.86

Важно

DEPENDENCE OF VOLUMETRICALLY CONCENTRATION LIMIT OF METHANE BLASTING ON PHYSICAL PARAMETERS OF THE ATMOSPHERE

Kolesnitchenko I.E., head of the chair; «Building and Techno spherical Safety», kolesnichenko_igor@ranbler.ru, Southern Russian State Polytechnic University (NPI) named after M.I. Platov, Russia,

Kolesnitchenko E.A., professor of the chair «Building and Techno spherical Safety», prof-npi@yandex.ru, Southern Russian State Polytechnic University (NPI) named after M.I. Pla-tov, Russia,

Artemiev V.B., vice-general director, director on production operations of open Joint-stock Company «Siberian Mining Energy Company», pr_artem@suek.ru, Russia, Icheretchukin V.G., vice-head of the All Russian State Saving art of the Ministry of Extraordinary Situations of Russia, vgvgsch@yandex.ru, Russia.

Methane analyzers using in mines is shown not to prevent methane-air mixture blasting. The authors believe that the admitted lower concentration limits of methane firing and burning become lower in underground conditions of underground workings out.

The results of experimental measurements of air velocity lowering in frontier layers at streamlining obstacles are given. The distance among methane molecules is established to lower at air pressure rising and methane-air environment den city increasing. Firing and blasting danger depends on methane molar concentration.

Dependences for recounting molar concentration to volume one is given.

Key words: concentration limit of methane blasting, blind working out, volume concentration, molar concentration, blasting danger, specific density.

REFERENCES

1. Kolesnichenko E.A., Kolesnichenko I.E., Ljubomishhenko E.I.

Himicheskie osnovy izmenenija koncentracionnyh predelov i skorosti reakcii vozgoranija i vzryva metanovoz-dushnyh smesej v gornyh vyrabotkah (Chemical basics jf the variation of concentration limits and reaction rate of methane-air mixture combustion and explosion in underground mine workings) // Gornaja promyshlennost'. 2011. No 3. pp. 24 — 28.

Источник: https://cyberleninka.ru/article/n/zavisimost-obyomnogo-kontsentratsionogo-predela-vzryvaemosti-metana-ot-fizicheskih-parametrov-atmosfery

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector