Holav a vbun ltky Rizika spojen s pouitm
Hořlavé a výbušné látky Rizika spojená s použitím hořlavých a výbušných látek v chemickém průmyslu
Jsou požáry a exploze nebezpečné ? v Nejčastější havárie v chem. průmyslu – požár – výbuch – uvolnění toxické látky v Nejčastější zdroj výbuchu – páry organického rozpouštědla v Spálení (výbuch) 1 kg toluenu – uvolní se energie ~ 40 MJ – dokáže zničit chemickou laboratoř – může způsobit ztráty na životech Institute of Chemical Technology - Prague, Technicka 5, 166 28 Praha, Czech Republic
Co je třeba znát pro prevenci v Vlastnosti materiálů v Povaha procesů hoření a výbuchu v Prostředky snížení nebezpečí požáru nebo exploze Institute of Chemical Technology - Prague, Technicka 5, 166 28 Praha, Czech Republic
Hoření „Rychlá, exotermní oxidace vzníceného paliva” Institute of Chemical Technology - Prague, Technicka 5, 166 28 Praha, Czech Republic
Požární trojúhelník HOŘÍ jsou-li všechny strany spojené Vz du ch o (o liv xi d Pa ov a dl o) NEHOŘÍ chybí-li některá ze stran OHEŇ Iniciační energie Institute of Chemical Technology - Prague, Technicka 5, 166 28 Praha, Czech Republic
Palivo v Kapalina – benzín – aceton, ether, hexan v Plyn – acetylen, metan, vodík – LPG v Pevná látka – plasty – prachy organických látek Institute of Chemical Technology - Prague, Technicka 5, 166 28 Praha, Czech Republic
Oxidovadlo v Plyn – kyslík (vzduch) – chlór v Kapalina – peroxid vodíku – kyselina dusičná – kyselina chloristá v Pevná látka – peroxidy kovů Institute of Chemical Technology - Prague, Technicka 5, 166 28 Praha, Czech Republic
Iniciátor v Jiskry v Plamen v Teplo v Statická elektřina Institute of Chemical Technology - Prague, Technicka 5, 166 28 Praha, Czech Republic
Hoření × Exploze v Hoření uvolňuje energii relativně pomalu, exploze velmi rychle v Hoření může přejít v explozi a naopak v Exploze – prudké rozpínání plynů = tlaková vlna – mechanická exploze – exploze způsobená chemickou reakcí Institute of Chemical Technology - Prague, Technicka 5, 166 28 Praha, Czech Republic
Bod vzplanutí (Flash Point) v Hoření potřebuje dodatečnou iniciaci „Teplota, při níž hořlavá látka vytvoří dostatek par k tomu, aby se vzduchem tvořily hořlavou směs” v Vzplanutí je pouze dočasné v Závisí na tlaku Při teplotách pod teplotou vzplanutí není možné zapálení, protože tlak par látky je příliš malý k tomu, aby se vytvořily zápalné směsi par se vzduchem. To však neznamená, že při teplotách pod teplotou vzplanutí neexistují nebezpečí požáru. Zdrojem zapálení může být látka velmi rychle zahřátá na svou teplotu vzplanutí. Institute of Chemical Technology - Prague, Technicka 5, 166 28 Praha, Czech Republic
Třída nebezpečnosti hořlavých kapalin Za hořlavou kapalinu se považuje kapalina, suspenze nebo emulze, splňující při atmosférickém tlaku 101 k. Pa a současně tyto podmínky: • není při teplotě + 35° C tuhá ani pastovitá, • má při teplotě + 50° C tlak nasycených par nejvýše 294 k. Pa, • má teplotu vzplanutí nejvýše + 250° C, • lze u ní stanovit teplotu hoření. Hořlavé kapaliny se podle teploty vzplanutí dělí do čtyř tříd nebezpečnosti: • třída nebezpečnosti teplota vzplanutí do 21°C, • třída nebezpečnosti nad 21°C do 55°C, • třída nebezpečnosti nad 55° C do 100°C, • třída nebezpečnosti nad 100°C do 250°C. Stanovení teploty vzplanutí a zatřídění hořlavé kapaliny do příslušné třídy nebezpečnosti zajišťuje obvykle výrobce. U dovážených hořlavých kapalin zajišťuje zatřídění do příslušné třídy nebezpečnosti obvykle dovozce. Teplotu vzplanutí stanovují akreditované zkušebny. Institute of Chemical Technology - Prague, Technicka 5, 166 28 Praha, Czech Republic
Hořlavé kapaliny podle S-vět v extrémně hořlavé – kapaliny s bodem vzplanutí do 0 °C nebo látky vznětlivé při styku se vzduchem za normálních podmínek v vysoce hořlavé – kapaliny s bodem vzplanutí do 21 °C; látky u kterých může za normálních podmínek dojít k zahřívání a samovznícení; pevné látky které se mohou vznítit a dále hořet po krátkém styku se zápalným zdrojem; látky uvolňující ve styku s vlhkostí vysoce hořlavé plyny v Hořlavé – s bodem vzplanutí mezi 21 -55 °C Institute of Chemical Technology - Prague, Technicka 5, 166 28 Praha, Czech Republic
Bod hoření (zápalnosti) (Fire Point) v Hoření potřebuje dodatečnou iniciaci „Teplota, při které páry nad hořlavou látkou po zapálení vytrvale hoří” v Hoření je trvalé = produkuje teplo pro dostatečnou tvorbu dalších par v Vyšší než bod vzplanutí Bod hoření leží výše než bod vzplanutí. Rozdíl mezi oběmi teplotami je u nízkovroucích kapalin velmi nepatrný, avšak vzrůstá se snižující se těkavostí kapaliny. Institute of Chemical Technology - Prague, Technicka 5, 166 28 Praha, Czech Republic
Teplota samovznícení (Autoignition temperature) „Teplota, při které hořlavá látka samovolně vznítí” v Hoření nepotřebuje dodatečnou iniciaci v Vyšší než bod zápalnosti v Vznícení se vyvolá poze působením tepla, bez dalšího iniciačního zdroje Institute of Chemical Technology - Prague, Technicka 5, 166 28 Praha, Czech Republic
Meze výbušnosti 100 % vzduchu NEHOŘÍ 100 % par hořlaviny xhořlaviny VYBUCHUJE Oblast výbušnosti Dolní mez Výbušnosti (LEL, LFL) Institute of Chemical Technology - Prague, Technicka 5, 166 28 Praha, Czech Republic Horní mez Výbušnosti (UEL, UFL) HOŘÍ
Meze výbušnosti Všechny hořlavé látky jsou ve směsi se vzduchem zapalitelné jen uvnitř oblasti výbušnosti. Pokud je koncentrace pod dolní mezí výbušnosti, není tato směs ani výbušná, ani hořlavá. Pokud je koncentrace směsi nad horní mezí výbušnosti, je směs hořlavá jen za přístupu vzduchu, ale snadno se může stát výbušnou po odpovídajícím zředění se vzduchem. acetylen amoniak oxid uhelnatý methan benzín butan propan 1, 2 - 80, 0 % 15, 5 - 31, 0 % 12, 5 - 75, 0 % 5, 0 - 15, 0 % 1, 1 - 6, 0 % 1, 6 - 8, 5 % 1, 9 - 9, 5 % Jako koncentraci, která není nebezpečná výbuchem, je možné označit koncentraci některého plynu nebo páry uvnitř technologického zařízení, jestliže nepřekročí 50 % dolní meze výbušnosti. Směsi prachu tuhých látek se vzduchem jsou nebezpečné výbuchem, jestliže jejich dolní mez výbušnosti je menší nebo rovna 65 g/m 3 a jsou zvlášť nebezpečné výbuchem, jestliže jejich dolní mez výbušnosti je menší nebo rovna 15 g/m 3. svítiplyn zemní plyn sirovodík aceton sirouhlík gener. plyn Institute of Chemical Technology - Prague, Technicka 5, 166 28 Praha, Czech Republic 5, 8 - 63, 0 % 4, 3 - 15, 0 % 4, 3 - 45, 5 % 4, 0 - 74, 2 % 1, 6 - 15, 3 % 1, 3 - 50, 0 % 21, 0 - 74, 0 %
Měření mezí výbušnosti Institute of Chemical Technology - Prague, Technicka 5, 166 28 Praha, Czech Republic
Výpočty mezí výbušnosti v Směsi par – Le Chatelierova rovnice v Závislost na teplotě – měření – empirické rovnice Hc … spalné teplo kcal. mol-1 Institute of Chemical Technology - Prague, Technicka 5, 166 28 Praha, Czech Republic
Závislost na teplotě - toluen % obj. UFL LFL t Institute of Chemical Technology - Prague, Technicka 5, 166 28 Praha, Czech Republic
Výpočty mezí výbušnosti v Vliv tlaku – malý vliv na LFL – značný vliv na UFL P [Mpa] Institute of Chemical Technology - Prague, Technicka 5, 166 28 Praha, Czech Republic
Odhad mezí výbušnosti v Empirický odhad ze složení látky – platí dobře pro uhlovodíkové směsi – stechiometrická koncentrace Cst z rovnice hoření obsah O 2 ve vzduchu Institute of Chemical Technology - Prague, Technicka 5, 166 28 Praha, Czech Republic
Minimal oxygen concentration (MOC) v Minimální koncentrace kyslíku potřebná k propagaci hoření – Směs nevybuchuje ač je v rozmezí výbušnosti, není-li obsah kyslíku alespoň roven MOC – Snížení obsahu kyslíku pod MOC je možné přidáním inertu = INERTIZACE Institute of Chemical Technology - Prague, Technicka 5, 166 28 Praha, Czech Republic
Zdroje vznícení Institute of Chemical Technology - Prague, Technicka 5, 166 28 Praha, Czech Republic
Minimální energie pro vznícení v MIE = Minimum Ignition energy – nepřímo úměrná tlaku – přídavek inertu zvyšuje MIE – prachové oblaky mohou mít srovnatelnou MIE jako páry v Zdroje IE – Automobilová svíčka 25 m. J – Očištění bot na rohožce statická energie 22 m. J Institute of Chemical Technology - Prague, Technicka 5, 166 28 Praha, Czech Republic
Adiabatická komprese v Adiabatickou kompresí plynu dochází ke zvyšování jeho teploty v Zvýšením teploty nad teplotu samovznícení může dojít k výbuchu v Adiabatický teplotní nárůst lze spočítat z termodynamické rovnice adiabatické komprese T 0 počáteční teplota T 1 konečná teplota P 0 počáteční tlak P 1 konečný tlak Institute of Chemical Technology - Prague, Technicka 5, 166 28 Praha, Czech Republic
Šíření exploze Institute of Chemical Technology - Prague, Technicka 5, 166 28 Praha, Czech Republic
Typy explozí v Deflagrace v Detonace – rychlost šíření menší než rychlost zvuku – tlaková vlna ~ 100 atm. – šíření plamene je řízeno rychlostí přenosu hmoty – může přerůst v detonaci – rychlost šíření větší než rychlost zvuku – tlaková vlna ~ 101 atm. – k iniciaci je nutná velká energie uvolněná v malém prostoru • tepelný mechanismus – teplo vyvinuté při reakci ji dále urychluje • řetězový mechanismus – při reakci se zvyšuje množství reaktivních volných radikálů Institute of Chemical Technology - Prague, Technicka 5, 166 28 Praha, Czech Republic
Chování exploze v čase Institute of Chemical Technology - Prague, Technicka 5, 166 28 Praha, Czech Republic
Vliv koncentrace hořlaviny na tlakovou vlnu Institute of Chemical Technology - Prague, Technicka 5, 166 28 Praha, Czech Republic
Vliv koncentrace hořlaviny na typ exploze Institute of Chemical Technology - Prague, Technicka 5, 166 28 Praha, Czech Republic
Exploze oblaku par (VCE) v Typický scénář – Náhlý únik velkého množství hořlavých par – Disperze par do okolí = promíchání se vzduchem – Vznícení vzniklého oblaku v Flixborough – přerušení potrubí s cyklohexanem (d=50 cm) – uniklo 30 tun cyklohexanu – výbuch nastal 45 s po přerušení potrubí • 28 mrtvých • továrna srovnána se zemí Institute of Chemical Technology - Prague, Technicka 5, 166 28 Praha, Czech Republic
Exploze oblaku par v Charakteristika – Pravděpodobnost vznícení roste s velikostí oblaku – Turbulentní míchání par a vzduchu zvyšuje pravděpodobnost a účinky exploze – Velký oblak je takřka nemožné ovládat a zabránit výbuchu v Metody prevence – – zabránit úniku par malé zásoby těkavých látek minimalizace nebezpečí vzplanutí při prasknutí trubky citlivé detektory úniku + automatické uzavření Institute of Chemical Technology - Prague, Technicka 5, 166 28 Praha, Czech Republic
BLEVE v Boiling liquid expanding vapor explosion v Při prasknutí nádrže pod tlakem obsahující kapalinu nad normálním bodem varu v Typický scénář – Požár v sousedství nádrže s hořlavou kapalinou – Ohřívání stěn nádrže a kapaliny uvnitř, zvyšování tlaku par – Přehřátí materiálu nádrže nad hladinou kapaliny do té míry, že není schopen odolat tlaku par – Prasknutí nádrže a explozivní odpaření části obsahu Institute of Chemical Technology - Prague, Technicka 5, 166 28 Praha, Czech Republic
Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion Při rychlém zahřívání (např. působením okolního požáru) zásobníku zkapalněného plynu pod tlakem dochází k odpařování kapaliny a dalšímu růstu tlaku, který může vést až k protržení stěny zásobníku. Nastane-li taková situace dochází k rychlému poklesu tlaku, který vede k prudkému varu kapaliny bez nutnosti dodávky tepla z okolí. Prudké odpařování může přerůst v mechanickou explozi. Je-li skladovaný plyn hořlavý představuje jeho vznícení další riziko. Mexico City, 1984 BLEVE v zásobnících zkapalněných rafinérských plynů (LPG) způsobilo 650 úmrtí a přes 6400 zraněných. Celkové škody pro firmu byly odhadnuty na 31 mil. USD. Institute of Chemical Technology - Prague, Technicka 5, 166 28 Praha, Czech Republic
Tlaková vlna Institute of Chemical Technology - Prague, Technicka 5, 166 28 Praha, Czech Republic
Poškození vlivem tlakové vlny přetlak [k. Pa] 3 -7 Poškození Rozbitá okna 5 Částečné zničení domů 9 Zohýbané ocelové konstrukce 15 -20 Poškození běžných betonových zdí 25 Kritické poškození zásobníků ropy 50 Převrácené železniční vagóny 70 Totální destrukce budov Institute of Chemical Technology - Prague, Technicka 5, 166 28 Praha, Czech Republic
Energie mechanické exploze v Při mechanické explozi se uvolní mechanická energie obsažená v substanci v Stlačený plyn – uvolní se kompresní práce – expanze je isoentropická v Kapalina pod tlakem – neexpanduje – velmi malá energie exploze Institute of Chemical Technology - Prague, Technicka 5, 166 28 Praha, Czech Republic
Enegie chemické exploze v Tlaková vlna chemické exploze – tepelná expanze produktů reakce – změna molového čísla v průběhu reakce – C 3 H 8 + 5 O 2 + 18, 8 N 2 3 CO 2 + H 2 O + 18, 8 N 2 n 0 = 24. 8 n 1 = 25. 8 – C 7 H 5(NO 2)3 C + 6 CO + 2, 5 H 2 + 1, 5 N 2 Maximální energie exploze udána DA Institute of Chemical Technology - Prague, Technicka 5, 166 28 Praha, Czech Republic
Prevence požárů a explozí v Inertizace v Eliminace statické elektřiny v Větrání v Nevýbušné zařízení a nástroje v Automatické hašení Institute of Chemical Technology - Prague, Technicka 5, 166 28 Praha, Czech Republic
Inertizace v Ředění výbušné směsi inertem pod hladinu MOC v MOC pro většinu plynů ~ 10 % obj. O 2 v Zavedení inertní atmosféry – Vakuová inertizace – Tlaková inertizace – Průtočná inertizace v Automatické udržování inertizace Institute of Chemical Technology - Prague, Technicka 5, 166 28 Praha, Czech Republic
- Slides: 40