Причины взрывов газовых баллонов и меры предосторожности

Вы согласитесь, что сообщения о взрывах газовых баллонов, которые мы порой слышим по телевидению или от знакомых, наводят на размышления о нашей безопасности. Спокойствие и уверенность в том, что это нас не коснётся, в данной ситуации неуместны.

Последствия таких взрывов и сопровождающих их пожаров могут быть крайне серьезными, затрагивая не только материальные убытки, но и здоровье и жизнь людей, находящихся рядом. В этой статье мы поможем разобраться, что вызывает взрывы газовых баллонов, и расскажем, как, сохраняя все плюсы их использования, уберечь себя от возможных опасностей.

В ходе нашего исследования мы изучили различные типы бытовых газовых сосудов, разобрались в причинах инцидентов и ознакомились с мнениями опытных специалистов. Предлагаемый материал представляет собой понятную и упрощённую сводку рекомендаций, направленных на безопасное и правильное использование газовых баллонов.

Основная информация о газовых баллонах

Многие жители России могут подтвердить, что газовые баллоны остаются незаменимыми в быту.

Для многих людей использование баллонов с сжиженным газом — это не просто признак комфорта на даче, а зачастую единственный способ обеспечить газоснабжение в своих домах.

На уровне государства Ростехнадзор выделяет ключевые проблемы, связанные с использованием газовых баллонов, которые необходимо осознать для их безопасного применения:

• старый парк — около 90% баллонов не защищены от переполнения при заправке;
• недостаток четкого государственного регулирования на рынке газовых сосудов, в том числе существование нелегальных заправок;
• необходимость улучшения норм технических параметров и приведения их в соответствие с международными стандартами.

Несоответствие данным требованиям затрудняет обеспечение безопасности как для местного, так и для импортного газового оборудования в России.

Помимо общего понимания проблем, полезно также ознакомиться с типами газовых баллонов, их устройством, а также с основами физики взрывов и горения смеси, чтобы лучше осознать потенциал опасности.

Типы газовых сосудов

Газовые баллоны могут различаться как по конструкции, так и по материалам, исходя из их назначения, наполнителя и методов подключения.

Для бытового использования чаще всего применяются стальные газовые баллоны, а также контейнеры из композитных материалов. У каждого типа есть свои достоинства и недостатки.

Наибольшее распространение имеют именно металлические баллоны, как новые, так и старые. Основная причина популярности этого типа — их невысокая стоимость и большое количество предложений на рынке, в том числе от времён Советского Союза.

Тем не менее, стальные баллоны обладают высокой степенью взрывоопасности и требуют соблюдения строгих условий хранения и эксплуатации в интересах безопасности. Поэтому давайте подробнее рассмотрим именно этот тип баллонов.

Структура баллона

По своей конструкции газовые баллоны напоминают обычные зажигалки — внутри них также содержится вещество в двух агрегатных состояниях. Внутренняя часть резервуара заполнена газом в жидком состоянии, а оставшееся пространство занимает тот же газ в газообразной форме. При помощи запорного устройства газ подаётся в оборудование для его последующего использования.

Стандартный газовый баллон включает в себя:

1. Собственно баллон, который представляет собой цилиндрическую ёмкость с минимальной толщиной стенок в 2 мм.
2. Вентиль с запорным механизмом и маховиком.
3. Кольцевую опору (башмак) для устойчивости ёмкости в вертикальном положении.
4. Защитный кожух, который предохраняет вентиль от повреждений и загрязнений при транспортировке, хранении и использовании.

На специальной резьбовой детали, расположенной у горловины, крепится крышка.

Полезным для технической безопасности является установка пропанового редуктора, дополненного манометром.

Он позволяет регулировать, стабилизировать и поддерживать давление в смеси в пределах, необходимых для конкретного газового прибора. Такой редуктор с лёгкостью устанавливается на любой тип баллонов.

Газовая смесь для бытовых баллонов

Основным наполнителем для баллонов служит углеводородный газ — смесь пропана и бутана, закачиваемая в сосуд под давлением до 15 МПа.

Пропорции этих углеводородов зависят от времени года и конкретного региона. Несмотря на схожие основные характеристики, пропан и бутан имеют значительные различия в температурах испарения: бутан — 0,5 °С, пропан — 43 °С (при отрицательном значении).

С целью экономии на производстве отдельный марок газа для каждого региона, ГОСТ предполагает унифицированную пропан-бутановую смесь с определённым содержанием этих углеводородов.

Понимание принципа смешивания углеводородов в газовых резервуарах особенно важно не только для снижения стоимости топлива (бутан дешевле пропана), но и для уменьшения рисков возникновения повышенного давления в условиях нагрева, ведь пропан испаряется более активно. Резкое увеличение давления может привести к разгерметизации баллона, а, следовательно, и к взрыву или пожару.

Факторы, способствующие взрывам

Несмотря на растущие требования к безопасности и качеству газовых баллонов, в России ежегодно более 200 человек становятся жертвами взрывов, многие из которых получают травмы.

Комбинируя информацию от производителей газовых сосудов, можно выделить диапазоны давлений, при которых возможно разрушение баллонов:

При снижении прочности стенок баллона критическое значение давления, приводящее к его разгерметизации, может составлять 5,3 МПа.

Воспламенение и взрыв газа

Следует понимать, что взрыв и горение газового баллона — это не одно и то же. Например, нельзя однозначно ответить на вопрос, может ли произойти взрыв у бытового газового баллона с пробитым отверстием.

Газ, выходящий из повреждённого сосуда под давлением, будет гореть, но для взрыва необходимо наличие замкнутого пространства. Им может выступать сам баллон при определённых условиях, или сильно загазованное помещение.

Смесь пропан-бутана взрывается лишь в присутствии кислорода из воздуха, когда давление внутри резервуара сравняется с атмосферным.

Итак, какие факторы могут привести к взрывам или пожарам газовых баллонов?

Баллон в огне

Баллон, находящийся в зоне огня, представляет собой серьезную опасность из-за давления внутренней газовой смеси. По ГОСТу допустимая температура для баллона с углеводородами составляет 45 °С, что, очевидно, значительно превышается в условиях пожара.

При высокой температуре газ в сосуде начинает кипеть, что ведёт к увеличению давления. Неравномерный нагрев оболочки ослабляет её прочностные показатели, что может вызвать разрушение стенок.

Как правило, из-за высокой остаточной пластичности стенок под воздействием тепла происходит локальное выпуклость (отдулина). Наиболее вероятным местом разрыва оказывается сварной шов.

Огромный объём испаряющегося и воспламеняющегося углеводорода дополнительно влияет на разрастание пламени.

Поняв, почему газовые баллоны взрываются во время пожара, следует учитывать и их возможное поведение при нагреве.

Существует два основных сценария разрыва:

1. По принципу «гидравлического механизма».
2. В результате значительного скручивания и образования трещины на дне или стенках ёмкости.

В первом случае, с повышением температуры до 60 °С, жидкая фаза занимает около 85% объёма с давлением 1,5–2,5 МПа. Разрушение оболочки произойдет при дальнейшем повышении температуры до 70–75 °С.

Во втором сценарии разрыв происходит в отсутствие жидкой фазы, если, например, смесь испарилась из-за неполадок с запорным механизмом при высоких температурных условиях.

В любом случае, фрагменты разорвавшегося баллона могут разлетаться с большой скорости, представляя опасность для людей и имущества.

Переполнение баллона газом

Часто при заправке сосудов сжиженным газом происходит их переполнение, что может случиться как в результате небрежности, так и с целью сэкономить на использовании резервуара.

Важно понимать, что превышение допустимого давления сжиженного газа в сосуде при заполнении может негативно сказаться на прочности стенок.

В резервуаре всегда следует оставлять часть незанятого объёма — так называемую подушку, необходимую для паровой фазы углеводородов. Безопасный объем этой подушки должен составлять не менее 15% от общего объёма резервуара. При её отсутствии давление в баллоне может увеличиваться на 0,7 МПа с каждым градусом повышения температуры смеси, что считается недопустимым с точки зрения безопасности и может привести к перенапряжению стенок баллона, в результате чего они могут разорваться.

Объём газа, который закачивается в сосуд, строго контролируется по давлению и массе и не должен превышать 0,425 кг на 1 литр ёмкости.

Даже при температуре +45 °C, установленной в ГОСТ, переполненный баллон может представлять серьезную угрозу из-за вероятности продольного разрыва в области сварных швов.

Также рекомендуем ознакомиться с другой нашей статьёй, в которой мы подробно обсуждаем принципы заполнения газовых баллонов.

Нагревание или охлаждение стенок сосуда

Пропан-бутановая смесь обладает высоким коэффициентом теплового расширения, и даже небольшое повышение температуры может значительно увеличить её объём.

Критическое повышение давления в баллоне может быть вызвано длительным нагревом сосуда на солнце, под прямыми солнечными лучами.

Увеличение давления в газовой смеси также может произойти, если баллон расположен рядом с источником тепла.

Помимо проблем, связанных с нагревом, следует учесть и опасности, связанные с низкими температурами. Во-первых, это увеличение хрупкости металла. Во-вторых, запомните, что нельзя переносить баллон, который долго находился на морозе, в тёплое помещение. Резкое повышение температуры углеводородной смеси может быть крайне опасным.

Удары и падения баллонов

Резкие механические воздействия на стенки газового сосуда, особенно в условиях экстремально низких или, наоборот, высоких температур, могут привести к повреждению и возгоранию газа.

При использовании баллона в холодных условиях уменьшается ударная вязкость стали, что создает дополнительные риски.

Таким образом, сильный удар по баллону или его падение могут нарушить герметичность сосуда, что приведёт к утечке газа. В сочетании с кислородом и искрой это может вызвать детонацию смеси газа с воздухом.

Во втором случае, нагревание газа, как и говорилось ранее, может резко увеличить давление, что в результате ударных воздействий может привести к разрыву сосуда.

Посторонние примеси в газе

Возможность взрыва возрастает при попадании воды и сероводорода в баллон с жидким газом. Их высокая концентрация может вызвать образование расслоений и отдулин на внутренней поверхности обечайки.

Такие дефекты могут возникать при содержании сероводорода в пропане от 0,3% и больше, и их можно обнаружить уже спустя два года эксплуатации баллона.

Неисправности сварных швов

Реже встречаются случаи разгерметизации газосодержателей в области сварных швов.

Недостатки в сварном соединении могут привести к ослаблению его рабочего сечения, повышению напряжения и, тем самым, к разрыву продольных или кольцевых швов.

При разрыве бракованного шва целостность обечайки может оставаться неповреждённой.

Сценарии последствий взрыва газового баллона

Указанные выше причины взрывов газосодержащих сосудов могут вызвать следующие опасные последствия в различных сценариях.

Разрыв баллона и выброс пламени

Взрыв газового баллона и воспламенение пропан-бутана чреваты следующими опасностями:

• высокими столбами пламени, которые быстро увеличивают масштаб пожара;
• высокой температурой в эпицентре взрыва;
• вредными газами, образующимися в процессе горения.

Также существует вероятность удушья из-за резкого снижения кислорода в воздухе при увеличении концентрации токсичных газов.

Исследования показывают, что герметичность 50-литрового газового баллона с сжиженным газом теряется менее чем за 5 минут в условиях пожара. Это приводит к возникновению вспышки с образованием «огненного шара» диаметром до 10 метров.

Разрыв сосуда чаще всего происходит через боковые стенки.

Вторичные поражающие факторы при взрыве

Не менее серьёзными последствиями для здоровья и безопасности при взрыве баллона могут быть:

• отрыв вентиля;
• воздействие сжимающей или ударной волны;
• поражения от осколков обечайки.

Осколки и оторванные элементы могут разлетаться на большие расстояния, поражая людей в радиусе до 250 метров, и поднимаясь до 30 метров в высоту.

Опасность утечек газа

Утечка пропана из повреждённого сосуда опасна тем, что в помещениях образуется взрывоопасная концентрация смеси углеводоров и кислорода гораздо быстрее, чем при утечках жидких горючих веществ.

Серьёзную утечку можно распознать по характерному запаху или на слух — она напоминает звук, издаваемый при быстром сдувании воздушного шара.

Для проверки утечки газа достаточно намочить губку в мыльном растворе и провести ею по поверхности баллона. Появившиеся пузырьки укажут на место разгерметизации.

Если утечка выявлена, необходимо накрыть повреждённое место мокрой тканью, осторожно вынести баллон на улицу и вызвать специалистов по работе с газом.

С 2016 года в новых зданиях обязательно устанавливать газовые сигнализаторы. Для ранее построенных домов это правило является рекомендательным, но полезность данного устройства, особенно в помещениях с газовыми баллонами, не вызывает сомнений.

Следует помнить, что плотность углеводородной смеси выше, чем плотность воздуха. В случае нарушения герметичности газ начинает скапливаться внизу помещения, и его запах может быть незаметен. Это причина, по которой утечка пропана из повреждённого баллона часто вызывает взрыв в помещениях от любой искры, оставшись незамеченной.

Основы безопасного обращения с газовыми баллонами

Перед установкой и подключением баллона к газовым устройствам необходимо убедиться в отсутствии повреждений, ржавчины на корпусе и исправности вентиля.

Использовать следует только сертифицированные баллоны, поставляемые специализированными организациями, с имеющимися документами на все этапы эксплуатации и соответствующей маркировкой, сделанной с помощью ударного клеймения.

К основным техническим требованиям, которые необходимо соблюдать при эксплуатации баллонов, относятся:

1. Все баллоны, кроме одного (пятилитрового для газовой плиты), должны располагаться в пристройках, находящихся вне зданий, не ближе чем 5 метров от их входа.
2. Запрещено хранение баллонов в жилых помещениях, подвалах и чердаках.
3. Запрещено размещение баллонов ближе 1 метра от нагревательных приборов и ближе 5 метров от открытого огня.

К очевидным, но часто игнорируемым мерам безопасности следует отнести:

1. Запрещается подносить зажженные спички или зажигалки к баллону для проверки на утечку газа.
2. Строго запрещается использовать открытый огонь для размораживания редуктора или вентиля. Для этой цели разрешается использовать только горячую воду.
3. При обнаружении газа в помещении не включайте электроприборы, включая освещение, и не выключайте их. Искры в розетках могут достигать температур до 1000 градусов.
4. Не пытайтесь самостоятельно провести ремонт запорного оборудования и других конструктивных элементов баллона.

Также необходимо строго следовать рекомендациям производителя относительно сроков эксплуатации баллонов. Сосуды, выпущенные до декабря 2014 года, могут использоваться в течение 40 лет.

Если нет информации о допустимом сроке использования баллонов, произведённых после этой даты и без сопутствующей документации, Ростехнадзор рекомендует устанавливать срок годности на уровне 20 лет.

Запрещается перенос баллонов с использованием вентиля в качестве ручки, так как это может привести к разгерметизации или повреждению запорного устройства.

Современной альтернативой стальным газовым баллонам являются полимерно-композитные ёмкости — евробаллоны. Их защитная оболочка изготовлена из пластика и не накапливает статическое электричество. Взрывобезопасность композитных сосудов обеспечивается за счёт наличия усовершенствованных предохранительных устройств, таких как плавкая вставка и обратный клапан для сброса избыточного давления.

Резюме и полезное видео по теме

Мы рассмотрели причины взрывов газовых баллонов, проанализировав ряд фактов, а также то, что следует и что категорически нельзя делать при их использовании:

Как правильно эксплуатировать газовые баллоны в быту, и какое соответствие требованиям они должны иметь:

Несмотря на существующие риски, связанные с использованием газобаллонного оборудования, не стоит поддаваться панике и отказываться от их практичности в быту.

Знания о причинах и условиях, которые могут привести к взрыву бытовых газобаллонов, помогут справиться с боязнью. Следуя изложенным нормам безопасного обращения с баллонами, можно минимизировать риск серьезных последствий от взрывов и пожаров.

Если у вас есть информация, которая может дополнить наш материал, пожалуйста, поделитесь ею с другими читателями, оставив свои комментарии в блоке ниже. Там же вы можете задавать вопросы по теме статьи.