Κίνδυνοι έκρηξης. Ορισµοί

Transcript

1 Κίνδυνοι έκρηξης Ορισµοί «Καύση»: σύνολο φυσικών και χηµικών διεργασιών πουαλληλεπιδρούν. λ Η σηµαντικότερη από αυτές, η οποία και χαρακτηρίζει την καύση, είναι η ταχεία και αυτοσυντηρούµενη χηµική αντίδραση οξείδωσης ενός καυσίµου µε έντονη έκλυση θερµότητας και φωτεινής ακτινοβολίας. Η καύση απαιτεί την ύπαρξη ενός οξειδωτικού παράγοντα. Τέτοιος µπορεί να είναι το οξυγόνο του αέρα, µια ουσία µε οξειδωτικές ιδιότητες ή ακόµη και ουσία που περιέχεται στο καύσιµο. 1

2 Ορισµοί «Ανάφλεξη»: είναι η έναρξη του φαινόµενου της καύσης. Ανάλογα µε τιςσυνθήκες και τη θερµότητα που θα αναπτυχθεί µπορεί το φαινόµενο να οδηγήσει σε αυτοσυντηρούµενηκαύσηήνασβήσει η φωτιά. Σηµαντικός παράγοντας, επίσης, είναι η φυσική κατάσταση του καυσίµου, δηλαδή αν το καύσιµο βρίσκεται σε αέρια, υγρή ή στερεή µορφή. Ορισµοί «Έκρηξη»: φαινόµενο βίαιης εκτόνωσης αερίων, το οποίο οφείλεται στην ξαφνική απελευθέρωση ενέργειας από µία ουσία ή ένα µηχανισµό διέγερσης, η οποία µε τη σειρά της οδηγεί σε ανάπτυξη πολύ υψηλών πιέσεων «Μηχανισµός διέγερσης»: ηλεκτρικός, µηχανικός ήχηµικός (π.χ. µία ουσία), ) φλόγα, σπινθήρας, κλπ., που έχει ως αποτέλεσµα την ενεργοποίηση του φαινοµένου 2

3 Καύσιµα: Αέρια Αν το καύσιµο είναι αέριο, ανάφλεξη µπορεί να γίνει µόνοό όταν υπάρξει ένα µίγµαί αερίου/ατµοσφαιρικού / αέρα, του οποίου η αναλογία κυµαίνεται µεταξύ ενός κατώτερου και ενός ανώτερου ορίου συγκέντρωσης (κατώτερο και ανώτερο όριο αναφλεξιµότητας), µε τη συνδροµή µιας πηγής θερµότητας. Καύσιµα: Αέρια Σε συγκέντρωση µικρότερη από το κάτω όριο αναφλεξιµότητας, λξ το µίγµαί δε συντηρεί την καύση γιατί η ποσότητα θερµότητας που παράγεται δεν επαρκεί για τη θέρµανση γειτονικών περιοχών στο σηµείο ανάφλεξης, λόγω έλλειψης καυσίµου. Σε συγκέντρωση µεγαλύτερη από το πάνω όριο αναφλεξιµότητας, η ποσότητα του οξειδωτικού είναι ανεπαρκής για τη διατήρηση της καύσης. 3

4 Καύσιµα: Υγρά Τα υγρά καύσιµα δεν καίγονται στην υγρή κατάσταση, αλλά αυτό δεν σηµαίνει ότι δεν υπάρχει κίνδυνος ανάφλεξης. Αν το καύσιµο είναιυγρό, ανάφλεξη συµβαίνει όταν αρκετή ποσότητα υγρού εξατµισθεί, µε αποτέλεσµα να σχηµατιστεί στην επιφάνεια του υγρού µίγµα ατµού/ατµοσφαιρικού αέρα σε αναλογίες που κυµαίνονται ανάµεσα στα όρια αναφλεξιµότητας. Για ορισµένα υγρά αυτό γίνεται σε θερµοκρασίες δωµατίου ή κατώτερες, ενώ για άλλα µπορεί να απαιτηθεί θέρµανση πριν από την παραγωγή της απαιτούµενης ποσότητας ατµού. Καύσιµα: Στερεά Η ανάφλεξη στα στερεά καύσιµα µπορεί να συµβεί όταν το στερεό θερµανθεί. Σε µια ορισµένη θερµοκρασία αρχίζει η χηµική του αποσύνθεση, µε αποτέλεσµατηδηµιουργία ατµών στην επιφάνειά του, οπότε και σχηµατίζεται ένα εύφλεκτο µίγµα ατµών/αέρα. Η απαιτούµενηµ ένταση της πηγής ανάφλεξης εξαρτάται από τις φυσικές ιδιότητες του αναφλέξιµου υλικού. 4

5 Βασικές ιδιότητες καυσίµων «Θερµοκρασία ανάφλεξης»: είναι η θερµοκρασία στην οποία πρέπει να θερµανθεί θίτο καύσιµο γιανα ξεκινήσουν οι αντιδράσεις καύσης. «Σηµείο ανάφλεξης» (flash-point): αναφέρεται στα υγρά καύσιµα και αντιστοιχεί στην κατώτερη θερµοκρασία στην οποία σχηµατίζεται το κατάλληλο µίγµα ατµού/αέρα, / όπου µε µια πηγή θερµότητας θα αρχίσει ανάφλεξη. Βασικές ιδιότητες καυσίµων Το σηµείο ανάφλεξης και η τάση ατµών των υγρών (που αποτελεί λίµέτροέ της πτητικότητας µιας ουσίας) ) έχουν ιδιαίτερη σηµασία για τη διαχείριση των καυσίµων. Καύσιµα µε µεγάλη πτητικότητα παράγουν ατµούς σε θερµοκρασία περιβάλλοντος και σε περίπτωση διαρροής είναι πολύ εύκολο να αναφλεγούν. Στην κατηγορία αυτή ανήκουν η βενζίνη, ηαιθυλική αλκοόλη, ο αιθέρας κ.ά. Λιγότερο πτητική είναι η κηροζίνη και ακόµη πιο ασφαλές το πετρέλαιο (diesel) και το µαζούτ που αναφλέγεται δύσκολα λόγω της µικρής τάσης των ατµών του. 5

6 Βασικές ιδιότητες καυσίµων «Θερµοκρασία αυτανάφλεξης»: αφορά στη θερµοκρασία εκείνη που µπορείί να εµφανιστεί ανάφλεξη της ουσίας χωρίς τη συνδροµή εξωτερικής πηγής ανάφλεξης. Το φαινόµενο είναι ιδιαίτερα σοβαρό για την αποθήκευση και χρήση εύφλεκτων ουσιών. Τέτοια προβλήµατα µπορεί να είναι σηµαντικά στα στερεά καύσιµα (λιγνίτες και λιθάνθρακες), θ ) καθώς και στα αστικά απορρίµµατα. Βασικές ιδιότητες καυσίµων Θερµοκρασία αυτανάφλεξης 6

7 Βασικές ιδιότητες καυσίµων Θερµοκρασία αυτανάφλεξης Βασικές ιδιότητες καυσίµων Θερµοκρασία αυτανάφλεξης 7

8 Ταξινόµηση ουσιών Σύµφωνα µε την Υ.Α. 41/2002/2002 για την ταξινόµηση, συσκευασία και επισήµανση των επικίνδυνων ουσιών, ισχύον τα ακόλουθα: Εξαιρετικά εύφλεκτες (F+), R12: (α) υγρές ουσίες και παρασκευάσµατα µε σηµείο ανάφλεξης κατώτερο των 0 C και σηµείο ζέσεως (ή σε περίπτωση εύρους σηµείων ζέσεως, το αρχικό σηµείο ζέσεως) ) κατώτερο ή ίσο µε 35 C και (β) αέριες ουσίες και παρασκευάσµατα που καθίστανται εύφλεκτα όταν έρχονται σε επαφή µε τον αέρα σε θερµοκρασία και πίεση περιβάλλοντος. Ταξινόµηση ουσιών Πολύ εύφλεκτες (F), R11 (πολύ εύφλεκτες): (α) στερεές ουσίες και παρασκευάσµατα τα οποία µπορεί να αναφλεγούν εύκολα και µετά από σύντοµη επαφή µε πηγή ανάφλεξης και τα οποία εξακολουθούν να καίγονται ή να αναλώνονται µετά την αποµάκρυνση της πηγής ανάφλεξης, (β) υγρές ουσίες και παρασκευάσµατα που έχουν σηµείο ανάφλεξης κατώτερο των 21 C C, αλλά που δεν είναι εξαιρετικά εύφλεκτα. 8

9 Ταξινόµηση ουσιών Πολύ εύφλεκτες (F) R15, (σε επαφή µε το νερό εκλύουν εξαιρετικά εύφλεκτα αέρια): ) ουσίες και παρασκευάσµατα τα οποία σε επαφή µε τονερόή µε υγρόαέρα, εκλύουν εξαιρετικά εύφλεκτα αέρια σε επικίνδυνες ποσότητες, µεελάχιστηπαροχή1 l/kg/h. Πολύ εύφλεκτες (F) R17 (αυτοαναφλέγονται στον αέρα): ουσίες και παρασκευάσµατα τα οποία µπορούν να αναπτύξουν υψηλές θερµοκρασίες και τελικά να αναφλεγούν σε επαφή µε τοναέρα, σε θερµοκρασίες περιβάλλοντος και χωρίς καµιά εισροή ενέργειας. Ταξινόµηση ουσιών Εύφλεκτες ουσίες, R10: υγρές ουσίες και παρασκευάσµατα, τα οποία έχουν σηµείο ανάφλεξης µεταξύ 21 C και 55 C. Οξειδωτικές ουσίες R7 (µπορεί να προκαλέσει πυρκαγιά): οργανικά υπεροξείδια τα οποία έχουν εύφλεκτες ιδιότητες ακόµηκαιότανδενέρχονται σε επαφή µε άλλα καύσιµα υλικά. 9

10 Ταξινόµηση ουσιών Οξειδωτικές ουσίες R8 (η επαφή µε καύσιµο υλικό µπορείί να προκαλέσει πυρκαγιά): άλλες οξειδωτικές ουσίες και παρασκευάσµατα συµπεριλαµβανοµένων των ανόργανων υπεροξειδίων, τα οποία µπορεί να προκαλέσουν πυρκαγιά ή να αυξήσουν τον κίνδυνο πυρκαγιάς όταν βρεθούν σε επαφή µε καύσιµα υλικά. Ταξινόµηση ουσιών Τα πετρελαιοειδή ταξινοµούνται στις παρακάτω κατηγορίες: Κατηγορία 0: υγροποιηµένα αέρια πετρελαίου Κατηγορία Ι: υγρά (σηµείο ανάφλεξης <21 C) Κατηγορία IΙ: υγρά (σηµείο ανάφλεξης 21 C - 55 C) Κατηγορία IIΙ: υγρά (σηµείο ανάφλεξης 55 C C) Aταξινόµητα υγρά (σηµείο ανάφλεξης >100 C) 10

11 Ταξινόµηση ουσιών Οι ουσίες και τα παρασκευάσµατα που ταξινοµούνται ως εκρηκτικά επισηµαίνονται µε τοσύµβολο κινδύνου «Ε»: R2 (κίνδυνος έκρηξης από κρούση, τριβή, φωτιά ή άλλες πηγές ανάφλεξης): ουσίες και παρασκευάσµατα εκτός εκείνων που αντιστοιχούν στη φράση κινδύνου R3 R3 (πολύ µεγάλος κίνδυνος έκρηξης από κρούση, τριβή, φωτιά ή άλλες πηγές ανάφλεξης): ουσίες και παρασκευάσµατα, τα οποία είναι ιδιαίτερα ευαίσθητα, όπως ο PETN (τετρανιτρικός πενταρυθρίτης). Κατηγορίες εκρήξεων Οι εκρήξεις κατηγοριοποιούνται σε: Χηµικές Φυσικές Μηχανικές Ηλεκτρικές Πυρηνικές 11

12 Χηµικές εκρήξεις Οι χηµικές εκρήξεις οφείλονται στην εντός εξαιρετικά µικρού χρόνου (βίαιη) χηµική διάσπαση (αποσύνθεση) µιας ασταθούς ουσίας (ένωσης ή µίγµατος ενώσεων), η οποία καλείται εκρηκτική ύλη. Αυτή η ύλη µπορεί να βρίσκεται σε στερεή, υγρή ή αέρια κατάσταση. Εκρηκτικό µίγµα, είναι το µίγµα του αέρα µε την εκρηκτική ύλη (αέρα αερίου, αέρα υγρού, αέρα στερεού). ) Παραδείγµατα: Αέρια: µεθάνιο, µονοξείδιο άνθρακα, υγραέριο, κ.ά. Υγρά: σταγονίδια βενζίνης, πετρελαίου, κ.ά. Στερεά: σκόνη γαιάνθρακα, σκόνη αλουµινίου, κ.ά. Εκδήλωση χηµικής έκρηξης Προϋποθέσεις: Συγκέντρωση εκρηκτικού αερίου σε κατάλληλη αναλογία µε τοναέρα(για παράδειγµα τοµεθάνιο σε κατ όγκο αναλογία 5-15% µε τον αέρα κι εφόσον η συγκέντρωση του οξυγόνου είναι µεγαλύτερη από 12,1% εκρήγνυται). Ύπαρξη νέφους από εύφλεκτη σκόνη στον αέρα µε επαρκή πυκνότητα για τη µετάδοση φλόγας (π.χ. συγκέντρωση λεπτοµερούς ανθρακόσκονης της τάξης gr/m3, είναι ιδανική για ανάφλεξη) 12

13 Εκδήλωση χηµικής έκρηξης Προϋποθέσεις: Συνύπαρξη εκρηκτικού αερίου και εύφλεκτης σκόνης στον αέρα (π.χ. αν υπάρχει ανθρακόσκονη µαζί µε µεθάνιο η φλόγα µεταδίδεται ακόµη και µε συγκέντρωση µεθανίου µικρότερη από 5%). Ύπαρξη πηγής έναυσης ή διέγερσης, π.χ. φλόγα Πηγές ανάφλεξης Οποιαδήποτε πηγή θερµότητας ή φλόγας µπορεί υπό ορισµένες συνθήκες να αποτελέσει πηγή ανάφλεξης. Γενικότερα, πηγές ανάφλεξης είναι: γυµνές φλόγες τσιγάρα στατικός ηλεκτρισµός οποιαδήποτε συσκευή, η οποία δεν είναι αντιεκρηκτικού τύπου βραχυκύκλωµα σε ηλεκτρικές εγκαταστάσεις κεραυνοί άλλες εκρήξεις - πυρκαγιές 13

14 Πηγές ανάφλεξης θερµές επιφάνειες (π.χ. σωλήνες µεταφοράς, ατµού, κλίβανοι, κλπ.) ) µηχανικά µέρη όπου αναπτύσσεται υψηλή θερµοκρασία (π.χ. κινητήρες) διεργασίες που περιλαµβάνουν τρόχισµα, άλεση, κοπή, συγκόλληση και γενικότερα επαφή µεταλλικών επιφανειών. χηµικές αντιδράσεις ωστικά κύµατα ηλεκτροµαγνητικά πεδία, κ.ά. Φυσικές εκρήξεις Οι φυσικές εκρήξεις είναι το αποτέλεσµα του ξαφνικού σχηµατισµού µεγάλων ποσοτήτων καπνού, ο οποίος παράγεται κατά την επαφή νερού ή άλλου υγρού µε µια πολύ θερµή επιφάνεια, π.χ. ρευστού µετάλλου, υπέρθερµου λαδιού, κλπ. Οι φυσικές εκρήξεις είναι συχνές στη µεταλλουργία και οφείλονται στην επαφή νερού µε θερµές µάζες µετάλλου ή σκουριάς. 14

15 Φυσικές εκρήξεις Παράδειγµα. Μηχανικές εκρήξεις Οι µηχανικές εκρήξεις είναι το αποτέλεσµα της διάρρηξης ενός κλειστού δοχείου υπό πίεση, όπως είναι τα αυτόκλειστα δοχεία της µεταλλουργίας, οι ατµολέβητες, τα πιεστικά δοχεία, οι αεριοθάλαµοι, κ.ά. Γιανασυµβεί µηχανική έκρηξη πρέπει να αυξηθεί απότοµα η πίεση στο εσωτερικό του δοχείου. 15

16 Μηχανικές εκρήξεις Αν το δοχείο περιέχει κάποιο υγρό καύσιµο σε θερµοκρασία ανώτερη από το σηµείο βρασµού του σε 1atmπίεση, τότε είναι πιθανό να συµβούν οι ακόλουθοι διαδοχικοί τύποι εκρήξεων: Φυσική έκρηξη λόγω παρουσίας νερού Μηχανική έκρηξη λόγω της προηγούµενης έκρηξης που θα οδηγήσει σε απότοµη αύξηση της πίεσης Χηµική έκρηξη των αερίων ή σταγονιδίων καυσίµου στον αέρα µόλις συναντήσουν µια πηγή έναυσης Μηχανικές εκρήξεις Παράδειγµα 16

17 Ηλεκτρικές εκρήξεις Οι ηλεκτρικές εκρήξεις συµβαίνουν κατά την αιφνίδια µετατροπή της ηλεκτρικής ενέργειας σε θερµικήκαιείναιτοαποτέλεσµα τηςκαταστροφής ενός µονωτή. Ηλεκτρική έναρξη µπορεί να εµφανιστεί σε χώρους ηλεκτρικών πινάκων, όπου γίνονται εργασίες και τα ηλεκτρικά κυκλώµατα είναι ανοιχτά. Σε αυτές τις περιπτώσεις, ο µονωτής είναι ο αέρας, οοποίος όταν ιονιστεί παύει να λειτουργεί ως µονωτής, µε αποτέλεσµα την ηλεκτρική έκρηξη (ηλεκτρική εκκένωση). Ηλεκτρικές εκρήξεις Παράδειγµα 17