Паровая фаза сжиженного углеводородного газа (СУГ) применяется в качестве топлива в основном на коммунально-бытовых объектах. В жилых домах из баллонов или резервуаров сжиженный углеводородный газ подается по газопроводам в газоиспользующее оборудование. Другое применение СУГ — промышленное: для газовой резки металлов, кровельных работ, сушки материалов и т. п.
Среди физико-химических свойств, которые во многом определяют практические требования к использованию паровой фазы СУГ, можно выделить следующие:
- плотность;
- низкая температура самовоспламенения;
- высокая теплота сгорания;
- нетоксичность.
Плотность СУГ
Ранее в статье про свойства природного газа было сказано, что он легче воздуха, и это положительно влияет на безопасность его использования. Со сжиженными углеводородными газами дело обстоит иначе. Плотность пропана составляет 2,019 кг/м3, бутана — 2,703 кг/м3. Смесь этих двух веществ — сжиженный углеводородный газ, тяжелее воздуха, плотность которого составляет 1,29 кг/м3.
В отличие от природного газа, СУГ плохо проветривается. При утечках сжиженный газ скапливается в нижней части помещения, резервуара, проникает в подвалы, погреба, колодцы коммуникаций. Это свойство учитывается в различных нормативных документах, определяющих порядок проектирования, строительства и эксплуатации объектов СУГ.
Датчики, контролирующие загазованность помещений сжиженным углеводородным газом, устанавливают внизу, на высоте 0,15–0,25 м от пола (рис. 1). В этом случае прибор находится в месте возможной максимальной концентрации СУГ.
По этой же причине не допускается установка баллонов СУГ в подвальных и цокольных помещениях и чердаках. Также нельзя размещать баллоны над цокольными и подвальными помещениями.
Вытяжка из производственных помещений, в которых обращаются СУГ, должна быть из нижней и верхней зон помещения, при этом из нижней зоны необходимо забирать не менее 2/3 объема удаляемого воздуха. Проемы систем общеобменной вытяжной вентиляции должны быть оборудованы на уровне 0,3 м от пола.
На колодцах инженерных сетей (водопровод, канализация и т. п.), располагаемых в зоне радиусом до 50 м от сооружений газонаполнительных станций с взрывоопасными зонами класса В-Iг, используют по две крышки. Пространство между крышками уплотняют материалом, исключающим проникновение газа в колодцы в случае его утечки.
При эксплуатации перед освидетельствованием резервуара СУГ проводят его дегазацию. Качество проверяют анализом проб воздуха, отобранного из нижней части сосуда.
Одоризация СУГ
Сжиженный углеводородный газ бесцветен и практически не имеет собственного запаха. При утечке в помещении может образоваться взрывоопасная газовоздушная смесь, которая не обнаруживается человеком органолептическими методами, по запаху. Для придания СУГ запаха используют метилмеркаптан СН3SН и этилмеркаптан С2Н5SН (рис. 2). При изготовлении их добавляют в количестве 42–90 граммов на тонну жидкого газа. Запах СУГ должен отчетливо ощущаться при наличии в воздухе 0,3 % от объема газовоздушной смеси.
Исключение составляют сжиженные углеводородные газы, в составе которых содержится меркаптановая сера в количестве более 0,002 %. Такие газы можно не одорировать. Интересно, что здесь все дело в сере. Именно меркаптаны придают отвратительный запах секрету скунса — небольшого зверька, проживающего в Северной Америке. А метилмеркаптан образуется при гниении белков, содержащих серу. Поэтому так неприятен запах гниющего мяса.
Температура самовоспламенения СУГ
В соответствии с пунктом 6.2 ГОСТ 20448-2018 «Газы углеводородные сжиженные топливные для коммунально-бытового потребления. Технические условия» при атмосферном давлении температура самовоспламенения пропана составляет 470 °С, бутана — 372 °С. Воспламенение (вспышка) СУГ может произойти от нагретых, но еще не светящихся предметов, то есть без наличия открытого огня.
Теплота сгорания СУГ
Низшая теплота сгорания пропана составляет 93,18 МДж/м3, бутана — 123,57 МДж/м3. Теплота сгорания СУГ, который представляет собой смесь пропана и бутана, зависит от процентного содержания компонентов. Чем больше содержание бутана, тем больше тепла выделяется при сгорании СУГ. В сравнении с другими горючими газами, сжиженные углеводородные газы являются более высококалорийным видом топлива. Теплота сгорания СУГ выше, чем у природного газа, примерно в 3 раза.
Нетоксичность СУГ
СУГ не ядовит, но оказывает слабое наркотическое действие из-за содержащегося в нем пропилена и бутилена. Признаками наркотического действия являются недомогание и головокружение, затем наступает состояние опьянения, сопровождаемое беспричинной веселостью, возможна потеря сознания. Пары сжиженных углеводородных газов при вдыхании быстро накапливаются в организме и столь же быстро выводятся через легкие, в организме человека не накапливаются. В соответствии с пунктом 6.7 ГОСТ 20448-2018 при концентрациях, незначительно превышающих ПДК сжиженных газов, применяют промышленные фильтрующие противогазы с фильтрующей коробкой. При высоких концентрациях и работе в закрытых емкостях, сосудах, колодцах и т. д. — изолирующие противогазы.
Опасные свойства СУГ
Опасные свойства СУГ аналогичны опасным свойствам природного газа, описанным ранее. Заполняя замкнутые объемы, он оказывает удушающее действие, в сравнении с природным газом намного труднее вентилируется. В атмосфере с небольшим содержанием СУГ человек испытывает кислородное голодание, при значительных концентрациях может погибнуть от удушья.
При использовании сжиженных углеводородных газов взрывы и пожары происходят как по причине выброса из баллона жидкой фазы, так и по причине утечки паровой фазы СУГ из газопроводов и оборудования. Паровая фаза СУГ в смеси с воздухом взрывопожароопасна. В соответствии с пунктом 6.2 ГОСТ 20448-2018 концентрационные пределы распространения пламени в воздухе для пропана: нижний — 1,7 %, верхний — 10,9 %; для бутана: нижний — 1,4 %, верхний — 9,3 %; для изобутана: нижний — 1,3 %, верхний — 9,8 %. Так как СУГ представляет собой смесь этих веществ, для практических целей принято, что пределы взрываемости этих газов составляют от 1,3 до 9,3 %.
Исходя из вышеизложенного, можно сделать вывод, что в сравнении с природным газом СУГ является более опасным веществом. У него ниже температура самовоспламенения, он скапливается и хуже проветривается. СУГ имеет нижний предел взрываемости 1,3 %, тогда как природный газ — 4,4 %, то есть при одинаковых объемах утечки вероятность воспламенения и взрыва СУГ выше.
В соответствии с пунктом 6.11 ГОСТ 20448-2018 при возгорании СУГ применяют следующие средства пожаротушения: газовые огнетушащие составы на основе инертных газов, порошковые составы, тонкораспыленную воду для охлаждения; при объемном тушении — углекислый газ.
О физико-химических свойства характерных для паровой фазы сжиженных углеводородных газов, мы расскажем в нашей следующей статье.