Вспомогательное оборудование криогенных установок
Грачев А.Б., Боярский М.Ю., Савинова Н.М.

§ 3. Меры защиты от воспламенения некоторых криогенных веществ

Пожар, взрыв или детонация могут возникнуть при одновременном наличии трех составляющих – горючего, окислителя и источника зажигания. Избегая комбинации этих трех составляющих, можно избежать и соответствующих опасностей. В первую очередь необходимо по возможности избегать образования смеси горючего с окислителем, поскольку импульса избежать в производственных условиях практически не удается.

Так, уже при проектировании криогенных систем, следует предусматривать невозможность смешивания (если это не требуется технологией) горючих с окислителями. Полное устранение или уменьшение числа возможных источников воспламенения является также важной задачей обеспечения безопасной работы.

К горючим веществам, наиболее часто используемым в криогенной технике, относятся водород и метан. Из них наибольшую опасность представляет водород. Пределы воспламеняемости водорода соответствуют концентрации его в воздухе от 4 до 75% (для метана от 5 до 15%) по объему, что гораздо шире концентрационных пределов для большинства других горючих [16]. Водород значительно легче воспламеняется, чем другие горючие вещества.

Границы детонации смесей водорода с воздухом находятся в пределах его концентраций
18,3 ÷ 74 объемных %, а смесей водорода с кислородом – соответственно 15 ÷ 94 объемных % H₂ [16].

Организация постоянного контроля за появлением опасных концентраций примесей окислителя в горючем веществе, а также за содержанием горючего вещества в воздухе существенно уменьшает возможность возгорания или взрыва. Необходимо также знать физико-химические свойства применяемых веществ, чтобы предугадать опасные пределы воспламенения

При получении и использовании жидкого водорода возникают дополнительные опасности, связанные с возможностью контакта жидкости с воздухом. В этом случат образуются кристаллы воздушного «льда» и может создаться взрывоопасная концентрация. Такая ситуация может, например, создаться при заливке водородом сосуда Дьюара, в котором находился воздух. Для того, чтобы избежать образования взрывоопасной смеси, необходимо водородную полость сосуда перед заливкой водорода продуть и заполнить инертным газом, например азотом или гелием. Вероятность детонации кристаллов воздуха с водородом невелика, однако она быстро возрастает по мере обогащения воздуха кислородом [17].

Другой опасностью при использовании жидкого водорода является возможный разлив больших количеств жидкости. В результате теплопритока от грунта и окружающего воздуха жидкий водород быстро испаряется, образуя облако, состоящее из смеси воздуха, водорода и паров воды. Такое облако в течение некоторого времени удерживается (вследствие высокой плотности смеси при температуре кипения жидкого водорода) у поверхности земли, а затем, увеличиваясь в размерах, подымается вверх. При воспламенении такого облака температура пламени может достичь 2100°С, а максимальная интенсивность излучения – 14Вт/см² [17]. Безопасное минимальное расстояние от горючего облака водорода для незащищенных людей равно примерно 50 м и практически не зависит от количества горящего водорода.

Следующая страница: 5.4. Меры предосторожности при работе с газообразным и жидким кислородом