Противопожарный режим при эксплуатации газовых нагревательных приборов. Тема 5

Краткая характеристика природного газа

Приро́дный газ — смесь газов, образовавшихся в недрах Земли при анаэробном разложении органических веществ, газ относится к группе осадочных горных пород

Природный газ относится к полезным ископаемым. Природный газ в пластовых условиях (условиях залегания в земных недрах) находится в газообразном состоянии — в виде отдельных скоплений (газовые залежи) или в виде газовой шапки нефтегазовых месторождений, либо в растворённом состоянии в нефти или воде. При нормальных условиях (101,325 кПа и 0 °C) природный газ находится только в газообразном состоянии. Также природный газ может находиться в кристаллическомсостоянии в виде естественных газогидратов.

Химический состав

Основную часть природного газа составляет метан (CH4) — от 70 до 98 %. В состав природного газа могут также входить более тяжёлые углеводороды — гомологи метана:

этан (C2H6),

пропан (C3H8),

бутан (C4H10).

а также другие неуглеводородные вещества:

водород (H2),

сероводород (H2S),

диоксид углерода (СО2),

азот (N2),

гелий (Не).

Чистый природный газ не имеет цвета и запаха. Для облегчения возможности определения утечки газа, в него в небольшом количестве добавляют одоранты — вещества, имеющие резкий неприятный запах (гнилой капусты, прелого сена, тухлых яиц). Чаще всего в качестве одоранта применяется тиолы, например,этилмеркаптан (16 г на 1000 м³ природного газа).

Физические свойства

Ориентировочные физические характеристики (зависят от состава; при нормальных условиях, если не указано иное):

Плотность:

от 0,68 до 0,85 кг/м³ (сухой газообразный);

400 кг/м³ (жидкий).

Температура самовозгорания: 650 °C;

Взрывоопасные концентрации смеси газа с воздухом от 5 % до 15 % объёмных;

Удельная теплота сгорания: 28—46 МДж/м³ (6,7—11,0 Мкал/м³) (то есть это 8-12 квт-ч/м³);

Октановое число при использовании в двигателях внутреннего сгорания: 120—130.

Легче воздуха в 1,8 раз, поэтому при утечке не собирается в низинах, а поднимается вверх.

Свойство находиться в твердом состоянии в земной коре

В науке долгое время считалось, что скопления углеводородов с молекулярным весом более 60 пребывают в земной коре в жидком состоянии, а более легкие — в газообразном. Однако российские ученые А. А. Трофимук, Н. В. Черский, Ф. А. Требин, Ю. Ф. Макогон, В. Г. Васильев обнаружили свойство природного газа в определенных термодинамических условиях переходить в земной коре в твердое состояние и образовывать газогидратные залежи.

Газ переходит в твердое состояние в земной коре, соединяясь с пластовой водой при гидростатических давлениях (до 250 атм) и сравнительно низких температурах (до 295 К). Газогидратные залежи обладают несравненно более высокой концентрацией газа в единице объёма пористой среды, чем в обычных газовых месторождениях, так как один объём воды при переходе её в гидратное состояние связывает до 220 объёмов газа. Зоны размещения газогидратных залежей сосредоточены главным образом в районах распространения многолетнемерзлых пород, а также под дном Мирового океана.

Показатели пожаровзрывоопасности наиболее распространенных газов.

Широкое использование на практике сжиженных углеводородных и сжатых газов (СУГ) обусловило применение резервуаров (баллонов) для хранения и транспортировки этих продуктов в различных отраслях промышленности и в быту.

Для приготовления пищи в домах индивидуальной постройки повсеместно используются баллоны стальные сварные для хранения углеводородных газов, выпускаемые 25 заводами Российской Федерации в соответствии с требованиями ГОСТ 15860. В настоящее время их количество насчитывает порядка 40 млн штук.

Основным видом газовых баллонов (около 85 %) являются резервуары вместимостью 50 и 27 л, рассчитанные на рабочее давление 1,6 МПа (16 ати). По данным заводов изготовителей, диапазон давлений разрушения составляет для баллонов вместимостью 5 л – 12-16 МПа (120-160 ати), для 27 л – 7,5-13 МПа (75-130 ати), а для 50 л – 7,5-12 МПа (75-120 ати). Промышленные 40-литровые баллоны рассчитаны на давление, в 1,5 раза превышающее рабочее давление газа.

Указанный диапазон давлений может уменьшаться при попадании баллонов с газом в очаг пожара.

Баллоны, предназначенные для хранения и транспортировки газов, окрашиваются эмалевой, масляной или алюминиевой краской и отличаются по цвету. Цвета окраски баллонов и надписей на них приведены в табл. 1.

Таблица 1

Окраска газовых баллонов

Баллоны, содержащие СУГ, обладают высокой пожарной опасностью, что подтверждается крупными инцидентами на объектах с их наличием. Из всех углеводородных газов наибольшую опасность представляет ацетилен.

Особую опасность представляют газовые баллоны на пожаре для участников его тушения.

Пожары на объектах, связанных с обращением баллонов с газом под давлением, характеризуются возможностью проявления в различном сочетании следующих опасных сценариев:

• теплового воздействия “пожара-вспышки”
• воздействия волны сжатия взрыва;
• теплового воздействия огненного шара;
• теплового воздействия струйного факела горящего газа;
• осколков разорвавшегося баллона;
• удушья в результате уменьшения содержания кислорода в воздухе при скоплении в нем газов в избыточном количестве;
• наркотического действия отдельных газов, даже при незначительной концентрации в воздухе.

При тушении объектов с наличием газовых баллонов следует учитывать физико-химические свойства применяемого газа.

В соответствии с ГОСТ 20448-90, распространяющимся на сжиженные углеводородные газы, предназначенные в качестве топлива для коммунально-бытового потребления и других целей, существуют основные марки сжиженных газов:

ПТ – пропан технический;

СПБТ – смесь пропана и бутана технических;

БТ – бутан технический.

В марках ПТ, СПБТ и БТ содержание метана, этана и этилена не нормируется; пропана и пропилена в ПТ содержится не менее 75 %, а в СПБТ и БТ – не нормируется; содержание бутанов и бутиленов в ПТ не нормируется, в СПБТ их не более 60 %; в БТ их содержится не менее 60 %. Жидкий остаток углеводородов (С5 и выше) составляет не более 1-2 % от объема.

Основными компонентами сжиженных углеводородных газов являются пропан и бутан. Они токсичны, их пары могут скапливаться в низких и непроветриваемых местах, так как обладают большей плотностью (в 1,5-2 раза), чем воздух. Углеводородные сжиженные газы (после испарения) образуют с воздухом взрывоопасные смеси.

Показатели пожаровзрывоопасности наиболее распространенных газов[1]:

• пропан, С₃Н₃, горючий газ, температура вспышки -96 °С, температура самовоспламенения 470 °С, концентрационные пределы распространения пламени 2,3-9,4 % (об.);
• бутан, С₄Н₁₀, горючий газ, плотность по воздуху 2,0665, температура вспышки -69 °С, температура самовоспламенения 405 °С, концентрационные пределы распространения пламени 1,8-9,1 % (об.);
• метан, СН₄, горючий бесцветный газ, плотность по воздуху 0,5517, температура самовоспламенения 537°С, концентрационные пределы распространения пламени 5,28-14,1% (об.) в воздухе;
• ацетилен, С₂Н₂, горючий взрывоопасный газ, плотность по воздуху 0,9107, температура самовоспламенения 335°С, нижний концентрационный предел распространения пламени 2,5 % (об.). Ацетилен разлагается с выделением большого количества тепла и при определенных условиях со взрывом. Легко реагирует с солями серебра, меди и ртути и образует при этом нестойкие взрывчатые ацетилениды. Ацетилен хранится в баллонах с пористой массой при давлении 1-1,5 МПа (10-15 ати);
• водород, Н₂, горючий газ, плотность по воздуху 0,0695, температура самовоспламенения 510 °С, концентрационные пределы распространения пламени 4,12-75,0 % (об.) в воздухе. Водород хранится и транспортируется к месту работы в стальных баллонах под давлением 15 МПа (150 ати);
• кислород, O₂, бесцветный газ, сильный окислитель, плотность газа по воздуху 1,105. В атмосфере, обогащенной кислородом, горючие вещества становятся бо’лее опасными: легче загораются, имеют более низкую температуру самовоспламенения, большую скорость выгорания и полноту сгорания. Для тушения веществ в атмосфере, обогащенной кислородом, огнетушащие вещества необходимо подавать с интенсивностью 40 л/с и более;
• азот, N₂, негорючий газ, плотность по воздуху 0,967. Азот находится в баллонах под давлением 15 МПа (150 ати);
• углекислота, СО₂, негорючий газ, плотность по воздуху 1,51, температура кипения -78,5 °С. Углекислый газ находится в баллонах под давлением 6 МПа (60 ати).

Применяемые в быту сжиженные углеводородные газы имеют температуру кипения в пределах от -0,5 до -50 °С и ниже. При испарении 1 кг жидкого газа в нормальных условиях образуется около 380-530 л газообразного продукта (пара). Для образования пожаровзрывоопасной газовоздушной смеси достаточно небольшой утечки газа, а ее воспламенение может произойти практически от любого источника зажигания. Высокая испаряемость и парообразующая способность сжиженных углеводородных газов обусловливают высокую скорость их выгорания и значительные размеры зоны горения. Температура пламени факела достигает 1500 °С.

Сжиженные газы обладают большим коэффициентом объемного расширения, в связи с этим при нагреве баллонов в них быстро растет давление и возникает угроза взрыва.

Особенности поведения газовых баллонов в очаге пожара.

При пожарах на объектах с наличием баллонов с газами, помимо основных факторов пожара (открытый огонь, повышенная температура окружающей среды, токсичные продукты горения и т. д.), как правило, проявляются вторичные факторы:

– волна сжатия, образующаяся при взрыве баллона и влекущая за собой разрушение зданий или отдельных их частей, загромождение дорог и подъездов к горящему объекту и водоисточникам, разрушение (или повреждение) наружного и внутреннего водопроводов, пожарной техники, стационарных средств тушения, технологического оборудования, возникновение новых очагов пожаров и взрывов, сопровождается высокотемпературным выбросом газов (пламени);

– осколки и детали разорвавшихся баллонов;

– тепловое излучение.

Особенности оперативно-тактической обстановки при воздействии теплового излучения на баллоны с различными газами в очаге пожара:

а) баллон с бытовым газом

При попадании баллона с СУГ (бытовым газом) в очаг пожара происходит нагревание сосуда, что приводит к кипению жидкой фазы и повышению давления в нем. Пламя нагревает стенки сосуда и ослабляет их первоначальную прочность вследствие неравномерного прогрева поверхности, что, как правило, приводит к разрушению сосуда. При этом пары от мгновенного испарения жидкости зажигаются, и образуется “огненный шар”.

При взрыве бытового газового баллона с пропан-бутаном в очаге пожара возможны сценарии развития аварии, как с образованием, так и без образования “огненного шара”.

В результате проведенных исследований на открытой площадке установлено следующее:

• при попадании 50-литрового газового баллона со сжиженным газом в очаг пожара его разгерметизация с последующим взрывом происходит в течение первых 3,5 мин;
• разрыв баллона, как правило, происходит по боковой образующей, максимальный радиус разлета осколков баллона, разорвавшегося на открытой площадке, составляет 250 м, высота подъема осколков около 30 м;
• при взрыве газового баллона со сжиженным газом возможно образование “огненного шара” диаметром 10 м;
• вследствие снижения прочности стенок баллона его разгерметизация происходит при давлении 5,3-8,5 МПа (53-85 ати).

При пожаре сжиженный газ, выходящий из баллона, может гореть в паровой, жидкой и парожидкостной фазах, каждая из которых имеет свою температуру горения.

Характер истечения газа из баллона можно определить по цвету и виду пламени:

• в паровой фазе газ горит светло-желтым пламенем;
• в жидкой фазе пламя ярко-оранжевое с выделением сажи;
• в парожидкостной фазе горение происходит с периодически меняющейся высотой пламени.

Данные признаки видимого пламени являются косвенными характеристиками разгерметизации баллона с бытовым газом;

б) баллон с ацетиленом

Рабочее давление газа в наполненном ацетиленом баллоне не должно превышать 1,6 МПа (16 ати) при температуре 20 °С. При других температурах давление газа в баллоне для ацетилена должно быть не более указанного в табл. 2.

Таблица 2

С увеличением температуры выше 56 °С резко падает растворимость ацетилена в ацетоне и ацетилен из растворенного состояния переходит в газообразное. Давление в баллоне дополнительно увеличивается в результате испарения ацетона и нагрева его паров. При повышении температуры от 20 до 100 °С давление в баллоне возрастает в 11,2 раза и составляет 17,9 МПа (179 ати).

Химически чистый газообразный ацетилен (без смеси с воздухом или кислородом) взрывается при избыточном давлении 0,2 МПа (2 ати) и температуре выше 450-500 °С.

В случае возникновения пожара в помещении ацетиленовые баллоны представляют наибольшую опасность;

в) баллон с кислородом

Аварийная разгерметизация кислородного баллона приводит к воспламенению промасленных строительных конструкций и одежды участников тушения пожара, а также к интенсификации процесса горения. При нагревании баллона с кислородом давление газа повышается. Изменение давления кислорода в баллоне в зависимости от температуры приведено в табл. 3;

Таблица 3

г) баллон с водородом

В условиях пожара при увеличении температуры (соответственно и давления) водород диффундирует в материал стенок баллона, что влечет за собой потерю первоначальной прочности баллона и его взрыв;

д) баллон с азотом

В условиях пожара увеличивается давление азота в баллоне, что может повлечь за собой деформацию и разрушение стенок баллона.

Изменение давления азота в баллоне, нормальное давление которого при температуре 20 °С составляет 15 МПа (150 ати), в зависимости от температуры приведено в табл. 4.

Таблица 4

Наиболее вероятные объекты и места хранения и использования газовых баллонов.

Индивидуальные жилые дома, в том числе коттеджи, дачи:

шкафы для хранения газовых баллонов;

пристройки;

веранды, надворные постройки, используемые в качестве кухни;

сараи;

гаражи.

Жилые дома без централизованного газоснабжения:

кухни квартир;

шкафы для хранения газовых баллонов (как правило, расположены с наружной стороны здания на первом этаже у внешних стен).

Объекты строительства и ремонта:

строительные площадки;

металлические шкафы, предназначенные для хранения газовых баллонов;

места проведения сварочных работ;

временные строительные бытовые помещения, домики, вагончики;

ремонтируемые жилые и нежилые помещения.

Материальные базы строительных предприятий.

Предприятия и организации общественного питания:

передвижные и стационарные палатки, павильоны, в которых для приготовления пищи используются газовые баллоны (закусочные, приготовление пончиков, чебуреков, шаурмы, различные грили);

установки для приготовления и продажи разливных газированных напитков, кваса, пива.

Предприятия, базы, участки предприятий, склады, резервуарные парки по хранению сжиженных газов.

Газонаполнительные, компрессорные станции.

Пункты обмена газовых баллонов.

Автомобильные газовые наполнительные компрессорные станции.

Гаражные кооперативы, отдельные гаражи.

Предприятия и организации автотехобслуживания, шиномонтажа.

Больнично-поликлинические комплексы.

Ремонтно-слесарные, газосварочные цеха, мастерские и участки предприятий и организаций.

Предприятия и организации, специализирующиеся на сборе и утилизации металлов.

Водозаборные станции.

Теплоэнергоцентрали.

Легковой, грузовой и пассажирский транспорт с газобаллонными установками.

Автомобили для перевозки бытовых газовых баллонов и транспортных баллонов с кислородом, ацетиленом, сжиженным углекислым газом.

Железнодорожные и автомобильные цистерны со сжиженным газом.

Объекты ГПС (базы ГДЗС, посты ГДЗС в пожарных частях).

Прокладку газопроводов в жилых домах следует предусматривать по нежи­лым помещениям. В существующих и реконструируемых жилых домах допускает­ся предусматривать транзитную прокладку газопроводов низкого давления через жилые комнаты при отсутствии возможности другой прокладки. Транзитные га­зопроводы в пределах жилых помещений не должны иметь резьбовых соедине­ний и арматуры.

Не допускается предусматривать прокладку стояков газопроводов в жилых комнатах и санитарных узлах.

Расстояние от газопроводов, прокладываемых открыто и в полу помещений, до строительных конструкций, технологического оборудования и трубопроводов другого назначения следует принимать из условия обеспечения возможности мон­тажа, осмотра и ремонта газопроводов и устанавливаемой на них арматуре, при этом газопроводы не должны пересекать вентиляционные решетки, оконные и дверные проемы. В производственных помещениях допускается пересечение све­товых проемов, заполненных стеклоблоками, а также прокладка газопровода вдоль переплетов неоткрывающихся окон.

Прокладку газопроводов в местах прохода людей следует предусматривать на высоте не менее 2,2 м от пола до низа газопровода, а при наличии тепловой изоляции — до низа изоляции.

Вертикальные газопроводы в местах пересечения строительных конструкций сле­дует прокладывать в футлярах. Пространство между газопроводом и футляром необхо­димо заделывать просмоленной паклей, резиновыми втулками или другим эластич­ным материалом. Конец футляра должен выступать над полом не менее чем на 3 см, а диаметр его приниматься из условия, чтобы кольцевой зазор между газопроводом и футляром был не менее 5 мм для газопроводов номинальным диаметром не более 32 мм и не менее 10 мм для газопроводов большего диаметра.

Расстояние от концевых участков продувочных трубопроводов до заборных устройств приточной вентиляции должно быть не менее 3 м.

При расположении здания вне зоны молниезащиты выводы продувочных трубопроводов следует заземлять.

Установку газовых плит в жилых домах следует предусматривать в помещениях кухонь высотой не менее 2,2 м, имеющих окно с форточкой (фрамугой), вытяжной вентиляционный канал и естественное освещение.

При этом внутренний объем помещений кухонь должен быть, м3, не менее:

• для газовой плиты с 2 горелками 8
• для газовой плиты с 3 горелками 12
• для газовой плиты с 4 горелками 15.

Деревянные неоштукатуренные стены и стены из других горючих материалов в местах установки плит следует изолировать негорючими материалами: штукатуркой, кровельной сталью по листу асбеста толщиной не менее 3 мм и др. Изоляция должна выступать за габариты плиты на 10 см с каждой стороны и не менее 80 см сверху.

Расстояние от плиты до изолированных негорючими материалами стен поме­щения должно быть не менее 7 см; расстояние между плитой и противоположной стеной должно быть не менее 1 м.

Допускается перевод на газовое топливо малометражных (малогабаритных) отопительных котлов заводского изготовления, предназначенных для твердого или жидкого топлива.

Переводимые на газовое топливо отопительные установки должны быть оборудованы газогорелочными устройствами с автоматикой безопасности. В одном поме­щении не допускается предусматривать установку более двух емкостных водона­гревателей или двух малометражных отопительных котлов или двух других ото­пительных аппаратов.

Установку газовых проточных водонагревателей следует предусматривать на стенах из негорючих материалов на расстоянии не менее 2 см от стены (в т.ч. от боковой стены). При отсутствии в помещении стен из негорючих материалов допускается предусматривать установку проточного водонагревателя на ошту­катуренных, а также на облицованных негорючими или трудногорючими мате­риалами стенах на расстоянии не менее 3 см от стены. Поверхность трудногорючих стен следует изолировать кровельной сталью по листу асбеста толщиной не менее 3 мм. Изоляция должна выступать за габариты корпуса водонагревателя на 10 см.

Установку газовых отопительных котлов, отопительных аппаратов и емкост­ных газовых водонагревателей следует предусматривать у стен из негорючих материалов на расстоянии не менее 10 см от стены.

При отсутствии в помещении стен из негорючих материалов допускается установка вышеперечисленных отопительных приборов у стен, защищенных в соответствии с указаниями п. 6.38СНиП, на расстоянии не менее 10 см от стены.

Расстояние по горизонтали в свету между выступающими частями проточного водонагревателя и газовой плиты следует принимать не менее 10 см.

Помещение, предназначенное для размещения газового водонагревателя, а также отопительного котла или отопительного аппарата, отвод продуктов сгорания от которых предусмотрен в дымоход, должно иметь высоту не менее 2 м. Объем помещения должен быть не менее 7,5м3 при установке одного прибора и не менее 13,5 м3 при установке двух отопительных приборов.

Не допускается размещение всех газовых приборов в подвальных этажах (подвалах), а при использовании СУГ — в подвальных и цокольных этажах зданий любого назначения.

Примечание. Требования данного пункта не распространяются на жилые дома, принадлежащие гражданам на правах личной собственности, если подвалы этих домов имеют естественное освещение, а газоснабжение их осуществляется от природного газа.

Топки газифицируемых печей следует предусматривать, как правило, со стороны коридора или другого нежилого (неслужебного) помещения. При невозможности обеспечения указанного требования допускается предусматривать топки газифицируемых печей со стороны жилых (служебных) помещений. При этом подачу газа к печам следует предусматривать самостоятельными ответвлениями, на которых в месте присоединения к газопроводу должно устанавливаться вне указанных выше помещений отключающее устройство.

Помещения, в которые выходят топки газифицируемых отопительных и отопительно-варочных печей, должны иметь вытяжной вентиляционный канал либо окно с форточкой, или дверь, выходящую в нежилое помещение или тамбур. Перед печью должен быть предусмотрен проход шириной не менее 1 м.

Для отопления помещений допускается предусматривать газовые камины, калориферы и другие приборы заводского изготовления с отводом продуктов сгорания в дымоход. Газогорелочные устройства этих приборов должны быть оснащены автоматикой безопасности.

Помещение, в котором предусматривается установка газового камина или калорифера, должно иметь окно с форточкой или вытяжной вентиляционный канал.

Газовые приборы общественных зданий следует проектировать с отводом продуктов сгорания. Допускается предусматривать установку в этих зданиях не более двух бытовых газовых плит (двух дымоходов), а также лабораторных горе­лок.

В кухнях, расположенных непосредственно под помещениями, где возмож­но скопление людей (обеденные и торговые залы, фойе и т.п.), допускается установка одной бытовой газовой плиты в качестве оборудования, не рассчи­танного на непрерывную многочасовую работу, и одного парового водонагрева­теля или кипятильника. Установка баллонов СУГ в вышеуказанных помещениях не допускается.

Помещение, в котором предусматривается установка газового оборудова­ния, должно иметь естественное освещение и постоянно действующую приточ-но-вытяжную вентиляцию с кратностью обмена воздуха, определяемой расче том, но не менее трехкратного в рабочее время и однократного — в нерабочее время.

На предприятиях общественного питания отвод продуктов сгорания от группы газовых приборов, установленных в непосредственной близости друг от друга, до­пускается производить под один зонт с последующим подключением в сборный дымоход, оборудованный вытяжным вентилятором (6.52).

При установке бытовых газовых плит и других приборов следует соблюдать требования пп. 6.29, 6.33, 6.35, 6.39, 6.41, 6.45-6.47 (6.53)СНиП.

ППБ 01 [10, разд. 1.6**] регламентируют следующие требования пожарной безопасности к газовым приборам:

Запрещается пользоваться неисправными газовыми приборами, а также устанавливать (размещать) мебель и другие горючие предметы и материалы на расстоянии от бытовых газовых приборов менее 0,2 м по горизонтали и менее 0,7 м по вертикали (при нависании указанных предметов и материалов над бытовыми газовыми приборами) (1.6.1*).

Трубопроводы, подводящие газ к бытовым и промышленным приборам для его сжигания, на вводимых в эксплуатацию после завершения строительства, капитального ремонта, реконструкции и (или) технического перевооружения объектах, должны быть оборудованы термочувствительными запорными устройствами (клапанами), автоматически перекрывающими газовую магистраль при достижении температуры среды в помещении при пожаре 100°С. Указанные устройства (клапаны) должны устанавливаться в помещении непосредственно перед краном на газовой магистрали.

Термочувствительные запорные устройства (клапаны) не устанавливаются на газопроводах, оборудованных электромагнитным клапаном, размещенным за пределами здания и перекрывающим газовую магистраль при срабатывании газового анализатора или автоматической пожарной сигнализации.