Información general. Otra fuente importante de contaminación interna, un fuerte factor de sensibilización para los humanos, es el gas natural y sus productos de combustión. El gas es un sistema multicomponente que consta de docenas de compuestos diferentes, incluidos los agregados especialmente (Tabla 1).
Existe evidencia directa de que el uso de aparatos que queman gas natural (cocinas y calderas de gas) tiene un efecto adverso en la salud humana. Además, las personas con mayor sensibilidad a los factores ambientales reaccionan de manera inadecuada a los componentes del gas natural y los productos de su combustión.
El gas natural en el hogar es una fuente de muchos contaminantes diferentes. Estos incluyen compuestos que están directamente presentes en el gas (odorantes, hidrocarburos gaseosos, complejos organometálicos tóxicos y gas radiactivo radón), productos de combustión incompleta (monóxido de carbono, dióxido de nitrógeno, partículas orgánicas en aerosol, hidrocarburos aromáticos policíclicos y pequeñas cantidades de compuestos orgánicos volátiles ). Todos estos componentes pueden afectar al cuerpo humano tanto por sí mismos como en combinación entre sí (efecto sinérgico).
Tabla 12.3
Composición del combustible gaseoso
Olores. Los odorantes son compuestos aromáticos orgánicos que contienen azufre (mercaptanos, tioéteres y compuestos tioaromáticos). Se añaden al gas natural para detectarlo en caso de fugas. Aunque estos compuestos están presentes en concentraciones muy bajas, por debajo del umbral que no se consideran tóxicos para la mayoría de las personas, su olor puede causar náuseas y dolores de cabeza en personas sanas.
La experiencia clínica y los datos epidemiológicos indican que las personas químicamente sensibles reaccionan de forma inadecuada a las sustancias químicas presentes incluso en concentraciones por debajo del umbral. Las personas con asma a menudo identifican el olor como un promotor (desencadenante) de los ataques de asma.
Los odorantes incluyen, por ejemplo, metanotiol. El metanotiol, también conocido como metilmercaptano (mercaptometano, tiometilalcohol), es un compuesto gaseoso comúnmente utilizado como aditivo aromático del gas natural. La mayoría de las personas experimentan el mal olor en una concentración de 1 parte por 140 millones, pero este compuesto puede ser detectado en concentraciones mucho más bajas por personas altamente sensibles.
Los estudios toxicológicos en animales han demostrado que el metanotiol al 0,16 %, el etanotiol al 3,3 % o el sulfuro de dimetilo al 9,6 % pueden inducir estados comatosos en el 50 % de las ratas expuestas a estos compuestos durante 15 minutos.
Otro mercaptano, también utilizado como aditivo aromático del gas natural, es el mercaptoetanol (C2H6OS), también conocido como 2-tioetanol, etil mercaptano. Irritante severo para los ojos y la piel, capaz de ejercer un efecto tóxico a través de la piel. Es inflamable y se descompone cuando se calienta para formar humos de SOx altamente tóxicos.
Los mercaptanos, al ser contaminantes del aire interior, contienen azufre y pueden capturar mercurio elemental. En altas concentraciones, los mercaptanos pueden causar problemas de circulación periférica y aumento del ritmo cardíaco, pueden estimular la pérdida de conciencia, el desarrollo de cianosis o incluso la muerte.
Aerosoles. La combustión del gas natural da como resultado la formación de partículas orgánicas finas (aerosoles), incluidos hidrocarburos aromáticos cancerígenos, así como algunos compuestos orgánicos volátiles. Se sospecha que los DOS son agentes sensibilizantes que son capaces de inducir, junto con otros componentes, el síndrome del "edificio enfermo", así como la sensibilidad química múltiple (SQM).
DOS también incluye formaldehído, que se forma en pequeñas cantidades durante la combustión del gas. El uso de aparatos de gas en un hogar donde viven personas sensibles aumenta la exposición a estos irritantes, lo que posteriormente exacerba los signos de enfermedad y también promueve una mayor sensibilización.
Los aerosoles formados durante la combustión del gas natural pueden convertirse en centros de adsorción para una variedad de compuestos químicos presentes en el aire. Así, los contaminantes del aire pueden concentrarse en microvolúmenes, reaccionar entre sí, especialmente cuando los metales actúan como catalizadores de las reacciones. Cuanto más pequeña es la partícula, mayor es la actividad de concentración de tal proceso.
Además, el vapor de agua generado durante la combustión del gas natural es un enlace de transporte para partículas de aerosol y contaminantes cuando se transfieren a los alvéolos pulmonares.
Durante la combustión del gas natural también se forman aerosoles que contienen hidrocarburos aromáticos policíclicos. Tienen efectos adversos sobre el sistema respiratorio y son cancerígenos conocidos. Además, los hidrocarburos pueden provocar intoxicaciones crónicas en personas susceptibles.
La formación de benceno, tolueno, etilbenceno y xileno al quemar gas natural también es desfavorable para la salud humana. Se sabe que el benceno es cancerígeno en dosis muy por debajo del umbral. La exposición al benceno se ha correlacionado con un mayor riesgo de cáncer, especialmente leucemia. Se desconocen los efectos sensibilizantes del benceno.
compuestos organometálicos. Algunos componentes del gas natural pueden contener altas concentraciones de metales pesados tóxicos, como plomo, cobre, mercurio, plata y arsénico. Con toda probabilidad, estos metales están presentes en el gas natural en forma de complejos organometálicos del tipo trimetilarsenito (CH3)3As. La asociación con la matriz orgánica de estos metales tóxicos los hace liposolubles. Esto conduce a un alto nivel de absorción y una tendencia a la bioacumulación en el tejido adiposo humano. La alta toxicidad de la tetrametilplumbita (CH3)4Pb y el dimetilmercurio (CH3)2Hg sugiere un impacto en la salud humana, ya que los compuestos metilados de estos metales son más tóxicos que los metales mismos. De particular peligro son estos compuestos durante la lactancia en las mujeres, ya que en este caso hay una migración de lípidos de los depósitos de grasa del cuerpo.
El dimetilmercurio (CH3)2Hg es un compuesto organometálico particularmente peligroso debido a su alta lipofilia. El metilmercurio se puede incorporar al cuerpo a través de la inhalación y también a través de la piel. La absorción de este compuesto en el tracto gastrointestinal es casi del 100%. El mercurio tiene un efecto neurotóxico pronunciado y la capacidad de influir en la función reproductiva humana. Toxicología no tiene datos sobre niveles seguros de mercurio para organismos vivos.
Los compuestos orgánicos de arsénico también son muy tóxicos, especialmente cuando se destruyen metabólicamente (activación metabólica), dando como resultado la formación de formas inorgánicas altamente tóxicas.
Productos de combustión del gas natural. El dióxido de nitrógeno es capaz de actuar sobre el sistema pulmonar, lo que facilita el desarrollo de reacciones alérgicas a otras sustancias, reduce la función pulmonar, susceptibilidad a enfermedades infecciosas de los pulmones, potencia el asma bronquial y otras enfermedades respiratorias. Esto es especialmente pronunciado en los niños.
Existe evidencia de que el N02 producido al quemar gas natural puede inducir:
- inflamación del sistema pulmonar y disminución de la función vital de los pulmones;
- mayor riesgo de síntomas parecidos al asma, incluyendo sibilancias, dificultad para respirar y ataques de asma. Esto es especialmente común en mujeres que cocinan en estufas de gas, así como en niños;
- una disminución de la resistencia a las enfermedades pulmonares bacterianas debido a una disminución de los mecanismos inmunológicos de protección pulmonar;
- proporcionando efectos adversos en general sobre el sistema inmunológico de humanos y animales;
- impacto como adyuvante en el desarrollo de reacciones alérgicas a otros componentes;
- aumento de la sensibilidad y aumento de la respuesta alérgica a los alérgenos secundarios.
Los productos de combustión del gas natural contienen una concentración bastante alta de sulfuro de hidrógeno (H2S), que contamina el medio ambiente. Es venenoso en concentraciones inferiores a 50 ppm y en concentraciones de 0,1 a 0,2 % es mortal incluso con una exposición corta. Dado que el cuerpo tiene un mecanismo para desintoxicar este compuesto, la toxicidad del sulfuro de hidrógeno está más relacionada con la concentración de exposición que con la duración de la exposición.
Aunque el sulfuro de hidrógeno tiene un olor fuerte, la exposición continua a bajas concentraciones conduce a la pérdida del sentido del olfato. Esto hace posible un efecto tóxico para las personas que, sin saberlo, pueden estar expuestas a niveles peligrosos de este gas. Concentraciones insignificantes en el aire de los locales residenciales provocan irritación de los ojos y la nasofaringe. Los niveles moderados causan dolor de cabeza, mareos, así como tos y dificultad para respirar. Los niveles altos provocan shock, convulsiones, coma, que termina en la muerte. Los sobrevivientes de la exposición tóxica aguda al sulfuro de hidrógeno experimentan disfunciones neurológicas como amnesia, temblores, desequilibrio y, a veces, daño cerebral más grave.
La toxicidad aguda a concentraciones relativamente altas de sulfuro de hidrógeno es bien conocida, sin embargo, desafortunadamente hay poca información disponible sobre los efectos crónicos de BAJA DOSIS de este componente.
Radón. El radón (222Rn) también está presente en el gas natural y puede transportarse a través de tuberías hasta las estufas de gas, que se convierten en fuentes de contaminación. Dado que el radón se descompone en plomo (210Pb tiene una vida media de 3,8 días), esto da como resultado una capa delgada de plomo radiactivo (con un grosor promedio de 0,01 cm) que recubre las superficies interiores de las tuberías y los equipos. La formación de una capa de plomo radiactivo aumenta el valor de fondo de la radiactividad en varios miles de desintegraciones por minuto (sobre un área de 100 cm2). Quitarlo es muy difícil y requiere la sustitución de tuberías.
Debe tenerse en cuenta que simplemente apagar el equipo de gas no es suficiente para eliminar los efectos tóxicos y brindar alivio a los pacientes químicamente sensibles. Los equipos de gas deben retirarse por completo de las instalaciones, ya que incluso una estufa de gas que no funciona sigue liberando compuestos aromáticos que ha absorbido a lo largo de los años de uso.
Los efectos acumulativos del gas natural, los compuestos aromáticos y los productos de combustión en la salud humana no se conocen con exactitud. Se supone que los efectos de varios compuestos pueden multiplicarse, mientras que la respuesta de la exposición a varios contaminantes puede ser mayor que la suma de los efectos individuales.
Así, las características del gas natural que preocupan a la salud humana y animal son:
- inflamabilidad y carácter explosivo;
- propiedades asfixiantes;
- contaminación por productos de la combustión del aire interior;
- la presencia de elementos radiactivos (radón);
- el contenido de compuestos altamente tóxicos en los productos de combustión;
- la presencia de trazas de metales tóxicos;
- el contenido de compuestos aromáticos tóxicos añadidos al gas natural (especialmente para personas con sensibilidades químicas múltiples);
- la capacidad de los componentes del gas para sensibilizarse.
Los productos de la combustión del gas natural son dióxido de carbono, vapor de agua, algo de exceso de oxígeno y nitrógeno. Los productos de la combustión incompleta del gas pueden ser monóxido de carbono, hidrógeno y metano no quemados, hidrocarburos pesados, hollín.
Cuanto más dióxido de carbono CO 2 haya en los productos de la combustión, menos monóxido de carbono CO habrá en ellos y más completa será la combustión. Se ha introducido en la práctica el concepto de “contenido máximo de CO 2 en los productos de combustión”. La cantidad de dióxido de carbono en los productos de combustión de algunos gases se muestra en la siguiente tabla.
La cantidad de dióxido de carbono en los productos de la combustión del gas.
Utilizando los datos de la tabla y conociendo el porcentaje de CO 2 en los productos de la combustión, se puede determinar fácilmente la calidad de la combustión del gas y el coeficiente de exceso de aire a. Para hacer esto, con la ayuda de un analizador de gases, es necesario determinar la cantidad de CO 2 en los productos de la combustión del gas y dividir el valor de CO 2max tomado de la tabla por el valor resultante. Entonces, por ejemplo, si los productos de combustión de gas contienen 10.2% de dióxido de carbono en los productos de combustión, entonces el coeficiente de exceso de aire en el horno
α = análisis de CO2max/CO2 = 11,8/10,2 = 1,15.
La forma más perfecta de controlar el flujo de aire en el horno y la integridad de su combustión es el análisis de los productos de combustión utilizando analizadores automáticos de gases. Los analizadores de gases toman periódicamente una muestra de los gases de escape y determinan el contenido de dióxido de carbono en ellos, así como la cantidad de monóxido de carbono e hidrógeno no quemado (CO + H 2) en porcentaje de volumen.
Si las lecturas del indicador del analizador de gases en la escala (CO 2 + H 2) son iguales a cero, esto significa que la combustión está completa y no hay monóxido de carbono ni hidrógeno sin quemar en los productos de combustión. Si la flecha se desvía de cero hacia la derecha, los productos de la combustión contienen monóxido de carbono e hidrógeno sin quemar, es decir, se produce una combustión incompleta. En la otra escala, la aguja del analizador de gases debe mostrar el contenido máximo de CO 2max en los productos de combustión. La combustión completa ocurre en el porcentaje máximo de dióxido de carbono, cuando el puntero de la escala CO + H 2 está en cero.
odorización
Los gases combustibles no tienen olor. Para la determinación oportuna de su presencia en el aire, la detección rápida y precisa de fugas, el gas se odoriza (da olor). El etil mercaptano (C 2 H 5 SH) se utiliza para la odorización. La tasa de odorización es de 16 g de etil mercaptano por 1000 m 3 de gas, 8 g de etil mercaptano azufre por 1000 m³. La odorización se realiza en las estaciones de distribución de gas (GDS). Si hay un 1% de gas natural en el aire, se debe sentir su olor.
El 20% de gas en una habitación provoca asfixia
5-15% de explosión
0,15 % de monóxido de carbono ASI QUE- envenenamiento; 0,5 % CO = 30 min. respirar muerte; 1% de monóxido de carbono fatal.
El metano y otros gases de hidrocarburos no son venenosos, pero su inhalación causa mareos y una cantidad significativa en el aire provoca asfixia debido a la falta de oxígeno.
La combustión del combustible es completa e incompleta:
Se necesitan 10m³ de aire para quemar 1m³ de gas.
La combustión del gas natural es una reacción en la que la energía química del combustible se convierte en calor.
La quema puede ser completa o incompleta. La combustión completa ocurre con suficiente oxígeno.
Con la combustión completa del gas, se forma CO 2 (dióxido de carbono), H 2 O
(agua). La combustión incompleta del gas da como resultado la pérdida de calor. Falta de oxígeno O 2 oxidante.
Productos de combustión incompleta de CO - monóxido de carbono, efectos tóxicos, carbono C, hollín.
La combustión incompleta es una mezcla insatisfactoria de gas con aire, enfriamiento excesivo de la llama hasta que se completa la reacción de combustión.
La reacción de combustión de los principales componentes del gas natural:
1:10 metano CH 4 + 20 2 \u003d CO 2 + 2H 2 O \u003d dióxido de carbono + agua
combustión incompleta del gas CH 4 + 1.5O 2 \u003d 2H 2 O + CO - monóxido de carbono
Ventajas y desventajas del gas natural frente a otros combustibles.
ventajas:
El costo de extracción del gas es mucho más bajo que el del carbón y el petróleo;
Alto calor de combustión;
Se asegura la integridad de la combustión y el alivio de las condiciones del personal de servicio;
La ausencia de monóxido de carbono y sulfuro de hidrógeno en los gases naturales evita intoxicaciones en caso de fugas de gas;
Cuando se quema gas, se requiere un mínimo de aire residual en el horno y no hay costos como resultado de la poscombustión mecánica;
Cuando se quema combustible gaseoso, se proporciona un control de temperatura más preciso;
Al quemar gas, los quemadores se pueden colocar en un lugar accesible en el horno, lo que permite una mejor transferencia de calor y la necesidad de control de temperatura;
La capacidad de cambiar la forma de la llama para calentar en un lugar específico.
Desventajas:
Explosivo y peligroso para el fuego;
El proceso de combustión de gas solo es posible cuando se desplaza el oxígeno;
El efecto de una explosión durante la combustión espontánea;
La posibilidad de detonación de una mezcla de gas y aire.
La combustión es una reacción química que avanza rápidamente en el tiempo, combinando los componentes del combustible combustible con el oxígeno del aire, acompañada de una intensa liberación de calor, luz y productos de combustión.
Para el metano, la reacción de combustión con el aire es:
CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O + Qnorte
C3H8 + 5O2 = 3CO2 + 3H2O + Qnorte
Para GLP:
C4 H10 + 6.5O2 = 4CO2 + 5H2O + Qnorte
Los productos de la combustión completa de los gases son vapor de agua (H2 O), dióxido de carbono (CO2 ) o dióxido de carbono.
Con la combustión completa de los gases, el color de la llama, por regla general, es violeta azulado.
La composición volumétrica del aire seco se toma:O2 ≈ 21%, norte2 ≈ 79%, de esto se deduce que
1m3 de oxígeno está contenido en 4,76m3 (≈ 5 m3) de aire.
Conclusión: por quemar
- 1m3 de metano requiere 2m3 de oxígeno o unos 10m3 de aire,
- 1m3 de propano - 5m3 de oxígeno o unos 25m3 de aire,
- 1 m3 de butano - 6,5 m3 de oxígeno o unos 32,5 m3 de aire,
- 1m3 de GLP ~ 6m3 de oxígeno o unos 30m3 de aire.
En la práctica, cuando se quema gas, el vapor de agua, por regla general, no se condensa, sino que se elimina junto con otros productos de la combustión. Por lo tanto, los cálculos técnicos se basan en el poder calorífico inferior qnorte.
Condiciones requeridas para la combustión:
1. disponibilidad de combustible (gas);
2. la presencia de un agente oxidante (oxígeno del aire);
3. la presencia de una fuente de temperatura de ignición.
Combustión incompleta de gases.
La causa de la combustión incompleta del gas es el aire insuficiente.
Los productos de la combustión incompleta de los gases son el monóxido de carbono o monóxido de carbono (CO), hidrocarburos combustibles no quemados (CnHm) y carbono atómico u hollín.
para gas naturalCH4 + O2 → CO2 + H2 O + CO+ CH4 + C
Para GLPCn Hm + O2 → CO2 + H2 O + CO + Cn Hm + C
El más peligroso es la aparición de monóxido de carbono, que tiene un efecto tóxico en el cuerpo humano. La formación de hollín le da a la llama un color amarillo.
La combustión incompleta del gas es peligrosa para la salud humana (con un contenido del 1% de CO en el aire, 2-3 respiraciones para una persona son suficientes para envenenarse con un desenlace fatal).
La combustión incompleta no es económica (el hollín interfiere con el proceso de transferencia de calor; con la combustión incompleta del gas, recibimos menos calor para el que quemamos gas).
Para controlar la integridad de la combustión, preste atención al color de la llama, que debe ser azul durante la combustión completa y amarillo pajizo si la combustión es incompleta. La forma más perfecta de controlar la integridad de la combustión es el análisis de los productos de combustión utilizando analizadores de gases.
Métodos de combustión de gases.
El concepto de aire primario y secundario.
Hay 3 formas de quemar gas:
1) difusión,
2) cinético,
3) mezclado.
Método de difusión o método sin mezcla previa de gas con aire.
Solo el gas ingresa a la zona de combustión desde el quemador. El aire necesario para la combustión se mezcla con el gas en la zona de combustión. Este aire se llama secundario.
La llama es alargada, amarilla.
un= 1,3÷1,5t≈ (900÷1000) о С
Método cinético - un método con mezcla previa completa de gas con aire.
El gas se suministra al quemador y el aire se suministra mediante un dispositivo de soplado. El aire necesario para la combustión y que se alimenta al quemador para su premezcla con el gas se denomina primario.
La llama es corta, de color verdoso-azulado.
un= 1,01 ÷ 1,05t≈ 1400º C
Método mixto - un método con mezcla preliminar parcial de gas con aire.
El gas inyecta aire primario en el quemador. Una mezcla de gas y aire con una cantidad de aire insuficiente para una combustión completa ingresa a la zona de combustión desde el quemador. El resto del aire es secundario.
La llama es de tamaño mediano, de color azul verdoso.
un=1,1 ¸ 1,2 t≈1200о С
Proporción de exceso de aireun= Letc./L teor es la relación entre la cantidad de aire requerida para la combustión en la práctica y la cantidad de aire requerida para la combustión y calculada teóricamente.
siempre debe serun>1, de lo contrario habrá socavación.
Lej.=un∙ L teor., es decir el coeficiente de exceso de aire muestra cuántas veces la cantidad de aire requerida para la combustión en la práctica es mayor que la cantidad de aire requerida para la combustión y calculada teóricamente.
Canal 4 + 2 × O2 +7.52 × norte 2 \u003d CO2+2× H 2 O + 7,5× norte 2 +8500 kcal
Aire:
, de ahí la conclusión:
1 m 3 O 2 representa 3,76 m 3norte 2
Al quemar 1 m 3 de gas, es necesario gastar 9,52 m 3 de aire (porque 2 + 7,52). Combustión completa de emisiones de gases:
· dióxido de carbono CO2;
· Vapor de agua;
· nitrógeno (lastre de aire);
· Se libera calor.
Al quemar 1 m 3 de gas, se liberan 2 m 3 de agua. Si la temperatura de los gases de combustión en la chimenea es inferior a 120 °C y la tubería es alta y no está aislada, entonces estos vapores de agua se condensan a lo largo de las paredes de la chimenea hasta su parte inferior, desde donde ingresan al tanque de drenaje o línea a través de el agujero.
Para evitar la formación de condensados en la chimenea, es necesario aislar la chimenea o reducir la altura de la chimenea, habiendo calculado previamente el tiro en la chimenea (es decir, es peligroso reducir la altura de la chimenea).
Productos de combustión completa de gas.
· Dióxido de carbono;
· Vapor de agua.
Productos de la combustión incompleta del gas.
· Monóxido de carbono CO;
· hidrógeno H2;
· carbono c
En condiciones reales de combustión de gas, el suministro de aire es algo mayor que el calculado por la fórmula. La relación entre el volumen real de aire suministrado a la combustión y el volumen calculado teóricamente se denomina coeficiente de exceso de aire (un). No debe ser más de 1.05 ... 1.2:
Un exceso de aire excesivamente grande reduce la eficiencia. caldera.
En la ciudad:
Se gastan 175 kg de combustible de referencia en la producción de 1 Gcal de calor.
Por industria:
Se gastan 162 kg de combustible estándar en la producción de 1 Gcal de calor.
El exceso de aire se determina mediante el análisis de gases de combustión por parte del dispositivo.
Coeficienteuna lo largo del espacio del horno no es el mismo. Al inicio del horno en el quemador, y cuando los humos salen por la chimenea, es mayor al calculado debido a fugas de aire por el revestimiento permeable (skinning) de la caldera.
Esta información se aplica a las calderas que funcionan al vacío, cuando la presión en el horno es inferior a la presión atmosférica.
Las calderas que funcionan bajo una presión excesiva de gases en el horno de la caldera se denominan calderas presurizadas. En tales calderas, el revestimiento debe ser muy hermético para evitar que los gases de combustión entren en la sala de calderas y envenenen a las personas.
