Crowcon - Afsløring Gas Redde Liv
Søge
ARTIKEL
Forbrænding af gasser og dampe
De fleste organiske kemiske forbindelser vil brænde. Brænding er en simpel kemisk reaktion, hvor ilt fra atmosfæren reagerer hurtigt med et stof, der producerer varme.

De enkleste organiske forbindelser er de såkaldte kulbrinter, og de er hovedbestanddelene i råolie/gas. Disse forbindelser består af kulstof og brint, og det enkleste kulbrinte er metan, hvis molekyle består af et kulstofatom og fire brintatomer. Det er den første forbindelse i den familie, der kaldes alkaner. Alkanernes fysiske egenskaber ændrer sig med stigende antal kulstofatomer i molekylet, idet alkaner med et til fire kulstofatomer er gasser, alkaner med fem til ti kulstofatomer er flygtige væsker, alkaner med 11 til 18 kulstofatomer er tungere brændselsolier og alkaner med 19 til 40 kulstofatomer er smøreolier. Kulbrinter med længere kulstofkæder er tjære og voks.

De første ti alkaner er:

CH4 metan (gas)C6H14hexan (væske)
C2H6ethan (gas)C7H16heptan (væske)
C3H8propan (gas) C8H18 oktan (væske)
C4H10butan (gas) C9H20 nonan (væske)
C5H12pentan (flydende) C10H22 dekan (flydende) C10H22 dekan (flydende)

Alkener ligner hinanden, men deres molekylære struktur indeholder dobbeltbindinger (eksempler er ethylen og propylen). De har mere energi pr. molekyle og brænder derfor varmere. De er også mere værdifulde til fremstilling af andre kemikalier, herunder plast. Alkyner indeholder trippelbindinger (f.eks. acetylen), som anvendes til svejsning af metaller. Ovennævnte forbindelser er alle kendt som alifatiske forbindelser, hvilket betyder, at kulstofatomerne alle er strækket ud i en linje. Aromatiske kulbrinter som f.eks. benzen har en ringmolekylestruktur og dermed mindre hydrogen pr. kulstofatom og brænder derfor med en røget flamme.

Når kulbrinter brænder, reagerer de med atmosfærens ilt og danner kuldioxid og damp, men hvis forbrændingen er ufuldstændig, fordi der ikke er tilstrækkelig ilt, dannes der også kulilte.

Mere komplekse organiske forbindelser indeholder elementer som f.eks. ilt, kvælstof, svovl, klor, brom eller fluor, og hvis de brænder, vil forbrændingsprodukterne omfatte yderligere forbindelser. For eksempel vil stoffer, der indeholder svovl, som olie eller kul, resultere i svovldioxid, mens stoffer, der indeholder klor, som f.eks. methylchlorid eller polyvinylchlorid (PVC), vil resultere i hydrogenchlorid.

I de fleste industrielle miljøer, hvor der er risiko for eksplosion eller brand på grund af tilstedeværelsen af brændbare gasser eller dampe, vil man sandsynligvis støde på en blanding af forbindelser. I den petrokemiske industri er råmaterialerne en blanding af kemikalier, hvoraf mange nedbrydes naturligt eller kan ændres ved forarbejdning. Råolie adskilles f.eks. i mange materialer ved hjælp af fraktionering (eller fraktioneret destillation) og "krakning". Ved fraktionering fjernes letflygtige gasser ved temperaturer, hvor de alene er flygtige, derefter ved højere temperaturer, hvor tungere forbindelser er flygtige, og endelig ved endnu højere temperaturer for større kulbrinter. Ved krakning opløses store kulbrintemolekyler ved hjælp af varme og katalytisk virkning til mindre kulbrintemolekyler.

Inerting

For at forhindre eksplosioner under nedlukning og vedligeholdelse anvender mange industrielle processer en inertiseringsprocedure. Fyld en beholder med kulbrintegas med luft, og på et tidspunkt vil blandingen blive eksplosiv og farlig. Hvis man anvender en 2-trins proces, hvor kulbrinten erstattes af nitrogen og derefter nitrogenet erstattes af luft, risikerer man ikke på noget tidspunkt at eksplodere. Dette kaldes rensning af en beholder (f.eks. en brændstoftankvogn eller lagertanke på en olietankvogn). Det er almindelig praksis at rense kulbrinter, før der udføres vedligeholdelses- eller reparationsarbejde. Før personalet kan komme ind i fartøjet, skal det være renset med indåndbar luft. Crowcon har særlig instrumentering til at overvåge hele denne proces for at sikre effektiv inertisering og advare operatørerne om tilstedeværelsen af potentielt farlige blandinger af luft, nitrogen og kulbrinter under vedligeholdelsesarbejdet.

Standarder, der definerer LEL-koncentration

Sikkerhedsprocedurerne vedrører generelt påvisning af brandfarlig gas, før den når den nedre grænseværdi for eksplosive stoffer. Der findes to almindeligt anvendte standarder, som definerer »LEL«-koncentrationen for brændbare stoffer: ISO10156 (også opført i den erstattede standard EN50054) og IEC60079-20-1:2010. IEC (International Electrotechnical Commission) er en verdensomspændende organisation for standardisering. Historisk set er brændbarhedsniveauerne blevet bestemt af en enkelt standard: ISO10156 (Gasser og gasblandinger - Bestemmelse af brandpotentialet og oxiderende evne til valg af cylinderventiludtag).

IEC- og EU-standarder (IEC60079 og EN61779) definerer LEL-koncentrationer, der måles ved hjælp af en "omrørt" koncentration af gas (i modsætning til den "stillestående" gasmetode, der anvendes i ISO10156). Det er blevet påvist, at visse gasser/dampe kan opretholde en flammefront ved lavere brændstofkoncentrationer, når de er omrørte, end når de er stillestående. Der er små forskelle i resultaterne for 100 % LEL-volumen. Det skyldes, at den gennemsnitlige afstand mellem et brændende molekyle og et uforbrændt molekyle er lidt mindre, når gassen omrøres. De resulterende LEL-værdier varierer en lille smule mellem de to standarder for nogle gasser/dampe.

Tabellen på følgende side viser nogle af de markante forskelle i LEL-værdierne mellem de to standarder. Det kan tydeligt ses, at 50 % LEL for metan i EN60079 svarer til en koncentration på 2,2 % volumen i luft, i modsætning til 2,5 % volumen, som angivet i ISO10156. Hvis en detektor kalibreres i henhold til EN60079 ved hjælp af en blanding af 50 % LEL-metan fremstillet i henhold til ISO 10156, vil der derfor opstå en følsomhedsfejl på 13,6 %, hvilket kan gøre kalibreringen ugyldig. Fejlen kan endda være større for ikke-lineære infrarøde detektorer.

STOF % VOL VED 100% LEL ISO10156: 2010 (E) % VOL VED 100% LEL IEC60079-20-1:2010 FLAMMEPUNKT oC ANTÆNDELSESTEMPERATUR OC MOLEKYLVÆGT (LUFT=28,80) DAMPTÆTHED (LUFT=1)
Acetylen 2.3% 2.3% 305 26.0 0.90
Ammoniak 15.4% 15.0% 630 17.0 0.59
Benzen 1.2% 1.2% -11 560 78.1 2.70
Butan 1.4% 1.4% -60 372 58.1 2.05
iso-Butane 1.5% 1.3% 460 58.1 2.00
Ethan 2.4% 2.4% 515 30.1 1.04
Ethanol 3.1% 3.1% 12 363 46.1 1.59
Ethylen 2.4% 2.3% 425 28.0 0.97
Hexan 1.0% 1.0% -21 233 86.2 2.97
Brint 4.0% 4.0% 560 2.00 0.07
Methan 5.0% 4.4% 537 16.0 0.55
Methanol 6.0% 6.0% 11 386 32.0 1.11
Pentan 1.4% 1.1% -40 258 72.2 2.48
Propan 1.7% 1.7% -104 470 44.1 1.56
Toluen 1.0% 1.0% 4 535 92.1 3.20
Xylen 1.0% 1.0% 30 464 105.40 3.66

Det europæiske ATEX-direktiv (der dækker certificering og brug af udstyr i brandfarlige atmosfærer) kræver, at producenter og brugere overholder EN61779-standarden. Crowcons politik er at anvende de nye LEL-værdier i Europa og områder, der overholder de europæiske standarder. Da den gamle standard imidlertid stadig anvendes i USA og andre markeder, vil vi fortsat kalibrere efter ISO 10156 i disse områder. ATEX/IECEx-certificerede Crowcon-produkter vil blive leveret kalibreret i henhold til IEC60079/EN61779-standarderne (dvs. metansensorer vil blive kalibreret således, at 100 % LEL = 4,4 % volumen). UL/CSA-certificerede produkter vil blive kalibreret i henhold til ISO10156-standarden (dvs. metansensorer vil blive kalibreret således, at 100 % LEL = 5 % volumen), medmindre en kunde kræver andet.

Alarmniveauer

Systemer til detektering af brændbare gasser er designet til at udløse alarmer, før gasser/dampe når en eksplosiv koncentration. Typisk er det første alarmniveau indstillet ved 20 % LEL (selv om der er industrier, der foretrækker 10 % LEL, især olie- og gasvirksomheder). Andet og tredje alarmniveau varierer alt efter industriens type og anvendelse, men er normalt indstillet til henholdsvis 40 % LEL og 100 % LEL.