Взрывоопасность, ядовитость и самовоспламенение ацетилена

При работе с ацетиленом (C2H2) необходимо соблюдать особые меры безопасности, поскольку он является ядовитым газом, а также склонен к самовоспламенению и взрыву. Согласно ГОСТ 12.1.007 класс опасности ацетилена – 4. Для тех, кому лень разбираться с нормативным документом, поясним, что вредные вещества по степени воздействия на организм подразделяют на четыре класса и ацетилен относится к малоопасным веществам. Но это не значит, что этот газ полностью безопасен, поэтому ниже мы подробно рассмотрим, чем же он всё-таки опасен.

Взрыв ацетилена

Поскольку горение ацетилена и взрыв возможны при отсутствии окислителей, в том числе и кислорода он, как и водород является наиболее взрывоопасным газом. Сходство с водородом заключается в том, что они имеют наименьшую энергию зажигания, но об этом чуть-чуть позже.

Взрывоопасность горючих газов и паров характеризуется показателем – величиной энергии зажигания. Вещество с низкой величиной является более взрывоопасно. Значения энергии зажигания (МДж) для стехиометрических газовых смесей при атмосферном давлении и температуре 20°C приведены в таблице ниже.

Из данных в таблице видно, что энергия зажигания смесей с воздухом примерно в 100 раз больше, чем смесей с кислородом.

Чистый ацетилен способен взрываться при быстром нагревании до 450-500°C и избыточном давлении свыше 1,5 кгс/см2. Наиболее взрывоопасны смеси с воздухом, содержащие от 7 до 13% C2H2. При наличии в смеси с воздухом C2H2 от 2,2 до 81% по объему смесь взрывается при атмосферном давлении.

Также при атмосферном давлении взрывоопасна смесь кислорода с ацетиленом от 2,8 до 93% по объему. Наиболее взрывоопасна смесь с кислородом, содержащая 30% C2H2. Поэтому сильный местный нагрев, пламя и даже искра может вызвать взрыв смеси ацетилена с кислородом или воздухом.

Взрываемость чистого ацетилена определяется давлением, температурой, а также зависит от чистоты, содержания в нем влаги, наличия катализаторов, характера возбудителя взрыва, размеров и формы сосуда, условий теплоотвода и ряда других причин. При повышении давления молекулы газообразного ацетилена сближаются, что облегчает распространение распада на всю массу газа. Это подтверждается, с одной стороны, тем, что жидкий ацетилен, у которого сближение молекул особенно велико, является даже при обычной температуре сильно взрывчатым веществом. С другой стороны, сжатый ацетилен утрачивает свою взрывчатость, если его молекулы будут каким-либо образом отделены друг от друга. Это достигается смешиванием ацетилена с азотом или инертными газами, не вступающими с ним во взаимодействие, а также абсорбируя ацетилен ацетоном или другим растворителем в присутствии пористого вещества. Так, например, влажный ацетилен менее взрывоопасен, чем сухой. Смесь, содержащая 1,15 объема C2H2 на один объем водяного пара, не способна к взрывчатому распаду. Это может быть объяснено аналогично сказанному выше разобщением молекул C2H2 парами воды.

Взрыв ацетилена или смеси его с кислородом и воздухом сопровождается выделением тепла, в результате чего повышается давление и температура. Следовательно, такие взрывы могут вызвать разрушения и несчастные случаи. Поэтому обращение с ацетиленом требует строгого соблюдения мер безопасности.

Давление, образуемое при взрыве, зависит от начальных параметров и характера взрыва, и возрастает примерно в 10-15 раз по сравнению с начальным давлением

При растворении ацетилена в жидкостях его взрывоопасность понижается. Лучше всего он растворяется в ацетоне, но подробнее об этом в статье о полимеризации и растворении ацетилена

При длительном соприкосновении C2H2 с медью, серебром и ртутью образуются взрывные соединения – ацетиленоиды. Ацетиленоиды взрываются при ударе или при нагреве выше 100°C. Поэтому для изготовления аппаратуры, соприкасающейся с ацетиленом, применяют сплавы с содержанием меди не более 70%.

Вот почему вся аппаратура для транспортировки и хранения ацетилена изготовлена из стали и имеет специфическую конструкцию, которая исключает возможность подключения оборудования для других газов.

Вентиль баллона с ацетиленом не имеет присоединительной резьбы и открывается специально предназначенным торцовым ключом, а редуктор подсоединяется хомутом.

При взаимодействии хлора с ацетиленом, содержащим даже небольшое количество воздуха, происходит взрыв. Чистый ацетилен при контакте с хлором взрывается при интенсивном освещении.

Ядовитость ацетилена

Ядовитость ацетилена обусловлена наличием в нем вредных примесей. Ацетилен вызывает сонливость, а вредные примеси, находящиеся в нем, при продолжительном вдыхании отравляют организм и вызывают тошноту, головокружение, а иногда сильное общее отравление.

Поэтому помещения, где получают ацетилен и где ведутся работы с его применением, должны иметь хорошую вентиляцию.

Самовоспламенение ацетилена

Температура самовоспламенения ацетилена колеблется в пределах 240-630°C в зависимости от давления и присутствия в нем различных веществ. Она снижается при повышении давления или при наличии в ацетилене других веществ, которые увеличивают поверхности контакта.

Зависимость температуры самовоспламенения от давления представлена в таблице ниже.

На практике же в зависимости от давления допустимо нагревание ацетилена до температур:

• до 300°C – при абсолютном давлении 0,1 МПа (1 кгс/см2);
• до 150-180°C – при абсолютном давлении 0,25 МПа (2,5 кгс/см2);
• до 100°C – при более высоких давлениях.

При сжигании ацетилена в смеси с кислородом в инжекторных горелках и резаках необходимо учитывать с возможность проникновения пламени в ацетиленовый канал и распространения его в направлении, обратном обычному течению газа. Это явление называется обратный удар пламени и может послужить причиной взрыва в ацетиленопроводе или генераторе.

Техника безопасности при работе с ацетиленом

Теперь, зная, чем опасен ацетилен, стало понятно почему при работе с ним необходимо соблюдать особые меры безопасности.

Основные требования по технике безопасности при работе с данным газом изложены в ГОСТ 12.2.054, РД 34.03.204 и других нормативных документах, а здесь мы лишь кратко рассмотрим самые важные моменты:

1. Запрещено хранить баллоны с кислородом в одном помещении с баллонами с ацетиленом.
2. На специальной ручной тележке разрешена совместная транспортировка непосредственно к рабочему месту не более одного баллона с кислородом и одного баллона с ацетиленом.
3. Запрещено полное использования всего газа из баллона. Баллон ацетилена должен иметь остаточное давление не менее:
   

   Температура, °С	ниже 0	0-15	16-25	26-35
   Минимально допустимое остаточное давление по манометру, МПа (кгс/см2) 0,049	0,049 (0,5)	0,098 (1,0)	0,196 (2,0)	0,294 (3,0)

4. С целью уменьшения потерь ацетона, в котором растворен ацетилен, отбор газа производят из баллонов, расположенных только в вертикальном положении.
5. Баллоны с ацетиленом разрешено хранить в специальных складах или на открытых площадках под навесом, защищающим их от атмосферных осадков и прямых солнечных лучей.
6. Для изготовления деталей, которые непосредственно соприкасаются с ацетиленом, запрещено применение:

• меди и сплавов, в которых содержание меди более 65%;
• серебра и его сплавов;
• ртути;
• магния;
• цинка;
• и др.