Opće informacije. Još jedan važan izvor unutarnjeg onečišćenja, jak čimbenik senzibilizacije za ljude, je prirodni plin i produkti njegovog izgaranja. Plin je višekomponentni sustav koji se sastoji od desetaka razne veze, uključujući one posebno dodane (Tablica.
Postoje izravni dokazi da korištenje uređaja na prirodni plin (plinske peći i bojleri) negativno utječe na ljudsko zdravlje. Osim toga, pojedinci sa preosjetljivost na čimbenike okoliša neadekvatno reagiraju na sastojke prirodnog plina i produkte njegovog izgaranja.
Prirodni plin u kući - izvor mnogih različitih zagađivača. Ovo uključuje spojeve koji su izravno prisutni u plinu (mirisi, plinoviti ugljikovodici, toksični organometalni kompleksi i radioaktivni plin radon), proizvode Ne potpuno izgaranje(ugljični monoksid, dušikov dioksid, čestice organskih čestica, policiklički aromatski ugljikovodici i male količine hlapljivih organskih spojeva). Sve ove komponente mogu djelovati na ljudski organizam same ili u kombinaciji jedna s drugom (sinergijski učinak).
Tablica 12.3
Sastav plinovitog goriva
Mirisi. Mirisi su organski aromatski spojevi koji sadrže sumpor (merkaptani, tioeteri i tioaromatski spojevi). Dodaje se prirodnom plinu za otkrivanje curenja. Iako su ti spojevi prisutni u vrlo malim koncentracijama ispod praga koje se ne smatraju toksičnima za većinu pojedinaca, njihov miris može izazvati mučninu i glavobolju kod zdravih ljudi.
Klinička iskustva i epidemiološki podaci pokazuju da kemijski osjetljivi ljudi neadekvatno reagiraju na kemijske spojeve prisutne čak iu koncentracijama ispod praga. Osobe s astmom često identificiraju miris kao pokretač (okidač) astmatičnih napadaja.
Mirisi uključuju, na primjer, metantiol. Metantiol, poznat i kao metil merkaptan (merkaptometan, tiometil alkohol), je plinoviti spoj koji se obično koristi kao aromatski dodatak prirodnom plinu. Neugodan miris iskusi većina ljudi pri koncentraciji od 1 udjela u 140 ppm, međutim ovaj spoj mogu detektirati vrlo osjetljive osobe u znatno nižim koncentracijama.
Toksikološke studije na životinjama pokazale su da 0,16% metantiola, 3,3% etanetiola ili 9,6% dimetil sulfida može izazvati komu kod 50% štakora koji su bili izloženi tim spojevima tijekom 15 minuta.
Drugi merkaptan, koji se također koristi kao aromatski dodatak prirodnom plinu, je merkaptoetanol (C2H6OS) poznat i kao 2-tioetanol, etil merkaptan. Jako nadražuje oči i kožu, može izazvati toksične učinke preko kože. Zapaljiv je i zagrijavanjem se raspada i stvara vrlo otrovne SOx pare.
Merkaptani, kao zagađivači zraka u zatvorenim prostorima, sadrže sumpor i sposobni su zarobiti elementarnu živu. U visokim koncentracijama merkaptani mogu uzrokovati poremećaj periferne cirkulacije i ubrzani rad srca, te mogu potaknuti gubitak svijesti, razvoj cijanoze ili čak smrt.
Aerosoli. Izgaranjem prirodnog plina nastaju male organske čestice (aerosoli), uključujući kancerogene aromatske ugljikovodike, kao i neke hlapljive organske spojeve. DOS su sumnjivi agensi koji izazivaju preosjetljivost i mogu izazvati, zajedno s drugim komponentama, sindrom "bolesne zgrade", kao i višestruku kemijsku osjetljivost (MCS).
DOS također uključuje formaldehid, koji se stvara u malim količinama tijekom izgaranja plina. Korištenje plinski uređaji u domu u kojem žive osjetljivi pojedinci povećava izloženost tim nadražujućim tvarima, posljedično povećavajući simptome bolesti i potičući daljnju senzibilizaciju.
Aerosoli nastali izgaranjem prirodnog plina mogu postati adsorpcijski centri za razne kemijski spojevi, prisutan u zraku. Stoga se zagađivači zraka mogu koncentrirati u mikrovolumenima i međusobno reagirati, posebno kada metali djeluju kao reakcijski katalizatori. Što je čestica manja, veća je koncentracijska aktivnost ovog procesa.
Štoviše, vodena para nastala izgaranjem prirodnog plina transportna je veza za čestice aerosola i zagađivače tijekom njihovog prijenosa do plućnih alveola.
Izgaranjem prirodnog plina također nastaju aerosoli koji sadrže policikličke aromatske ugljikovodike. Imaju nepovoljan učinak na dišni sustav i poznati su kancerogeni. Osim toga, ugljikovodici mogu dovesti do kronične intoksikacije kod osjetljivih ljudi.
Stvaranje benzena, toluena, etilbenzena i ksilena pri izgaranju prirodnog plina također je nepovoljno za ljudsko zdravlje. Poznato je da je benzen kancerogen u dozama daleko ispod graničnih razina. Izloženost benzenu povezana je s povećanim rizikom od raka, osobito leukemije. Senzibilizirajuće djelovanje benzena nije poznato.
Organometalni spojevi. Neke komponente prirodnog plina mogu sadržavati visoke koncentracije toksičnih teških metala, uključujući olovo, bakar, živu, srebro i arsen. Po svoj prilici, ti su metali prisutni u prirodnom plinu u obliku organometalnih kompleksa kao što je trimetilarsenit (CH3)3As. Veza s organskom matricom ovih toksičnih metala čini ih topivim u lipidima. To dovodi do visoke razine apsorpcije i sklonosti bioakumulaciji u ljudskom masnom tkivu. Visoka toksičnost tetrametilplumbita (CH3)4Pb i dimetilžive (CH3)2Hg ukazuje na utjecaj na ljudsko zdravlje, budući da su metilirani spojevi ovih metala toksičniji od samih metala. Ovi spojevi predstavljaju posebnu opasnost tijekom dojenja kod žena, jer u tom slučaju lipidi migriraju iz tjelesnih depoa masti.
Dimetilživa (CH3)2Hg posebno je opasan organometalni spoj zbog svoje visoke lipofilnosti. Metil živa se može unijeti u tijelo udisanjem, ali i kroz kožu. Apsorpcija ovog spoja u gastrointestinalnom traktu je gotovo 100%. Živa ima izraženo neurotoksično djelovanje i sposobnost utjecaja na reproduktivnu funkciju čovjeka. Toksikologija nema podataka o sigurne razineživa za žive organizme.
Organski spojevi arsena također su vrlo toksični, osobito kada se metabolički unište (metabolička aktivacija), što rezultira stvaranjem visoko toksičnih anorganskih oblika.
Produkti izgaranja prirodnog plina. Dušikov dioksid može djelovati na plućni sustav, što olakšava razvoj alergijske reakcije na druge tvari, smanjuje funkciju pluća, osjetljivost na zarazne bolesti pluća, potencira bronhijalna astma i druge respiratorne bolesti. To je posebno izraženo kod djece.
Postoje dokazi da NO2 proizveden izgaranjem prirodnog plina može izazvati:
- upala plućnog sustava i smanjena vitalna funkcija pluća;
- povećan rizik od simptoma sličnih astmi, uključujući piskanje, otežano disanje i napadaje. To je osobito često kod žena koje kuhaju na plinskim štednjacima, kao i kod djece;
- smanjenje otpornosti na bakterijske bolesti pluća zbog smanjenja imunoloških mehanizama obrane pluća;
- izazivanje štetnih učinaka općenito na imunološki sustav ljudi i životinja;
- utjecaj kao adjuvans na razvoj alergijskih reakcija na druge komponente;
- povećana osjetljivost i povećana alergijska reakcija na nepovoljne alergene.
Produkti izgaranja prirodnog plina sadrže prilično visoku koncentraciju sumporovodika (H2S), koji zagađuje okruženje. Otrovan je u koncentracijama nižim od 50.ppm, au koncentracijama od 0,1-0,2% smrtonosan je već pri kratkom izlaganju. Budući da tijelo ima mehanizam za detoksikaciju ovog spoja, toksičnost sumporovodika više je povezana s njegovom koncentracijom izloženosti nego s trajanjem izloženosti.
Iako sumporovodik ima jak miris, njegova kontinuirana izloženost niskoj koncentraciji dovodi do gubitka osjeta mirisa. To omogućuje pojavu toksičnih učinaka kod ljudi koji mogu biti nesvjesno izloženi opasnim razinama ovog plina. Manje koncentracije u zraku stambenih prostorija dovode do iritacije očiju i nazofarinksa. Umjerene razine uzrokuju glavobolja, vrtoglavica, kao i kašalj i otežano disanje. Visoke razine dovesti do šoka, konvulzija, kome, što završava smrću. Osobe koje su preživjele akutno trovanje sumporovodikom doživljavaju neurološku disfunkciju poput amnezije, drhtanja, neravnoteže, a ponekad i težeg oštećenja mozga.
Akutna toksičnost relativno visokih koncentracija sumporovodika dobro je poznata, ali nažalost malo je informacija dostupno o kroničnoj izloženosti NISKIM DOZAMA ovoj komponenti.
Radon. Radon (222Rn) je također prisutan u prirodnom plinu i može se provesti kroz cjevovode do plinskih peći, koje postaju izvori onečišćenja. Kako se radon raspada u olovo (210Pb ima poluživot od 3,8 dana), stvara tanak sloj radioaktivnog olova (u prosjeku debljine 0,01 cm) koji prekriva unutarnje površine cijevi i opreme. Stvaranje sloja radioaktivnog olova povećava pozadinsku vrijednost radioaktivnosti za nekoliko tisuća raspada u minuti (na površini od 100 cm2). Uklanjanje je vrlo teško i zahtijeva zamjenu cijevi.
Treba imati na umu da jednostavno isključivanje plinske opreme nije dovoljno za uklanjanje toksičnih učinaka i donošenje olakšanja kemijski osjetljivim pacijentima. Plinska oprema moraju biti potpuno uklonjeni iz prostora, budući da čak i ne rade plinski štednjak nastavlja otpuštati aromatske spojeve koje je apsorbirao tijekom godina korištenja.
Kumulativni učinci prirodnog plina, utjecaj aromatskih spojeva i produkata izgaranja na ljudsko zdravlje nisu točno poznati. Pretpostavlja se da se učinci višestrukih spojeva mogu umnožavati, a odgovor na izloženost višestrukim onečišćivačima može biti veći od zbroja pojedinačnih učinaka.
Ukratko, karakteristike prirodnog plina koje uzrokuju zabrinutost za zdravlje ljudi i životinja su:
- zapaljiva i eksplozivna priroda;
- asfiksijska svojstva;
- onečišćenje produktima izgaranja zračni okoliš prostorije;
- prisutnost radioaktivnih elemenata (radon);
- sadržaj visoko toksičnih spojeva u produktima izgaranja;
- prisutnost otrovnih metala u tragovima;
- otrovni aromatski spojevi dodani prirodnom plinu (posebno za ljude s višestrukom kemijskom osjetljivošću);
- sposobnost komponenti plina da senzibiliziraju.
Produkti izgaranja prirodnog plina su ugljični dioksid, vodena para, nešto viška kisika i dušika. Produkti nepotpunog izgaranja plina mogu biti ugljikov monoksid, neizgoreni vodik i metan, teški ugljikovodici i čađa.
Što je više ugljičnog dioksida CO 2 u produktima izgaranja, to će u njima biti manje ugljikovog monoksida CO i izgaranje će biti potpunije. U praksu je uveden koncept “maksimalnog sadržaja CO 2 u produktima izgaranja”. Količina ugljičnog dioksida u produktima izgaranja nekih plinova prikazana je u donjoj tablici.
Količina ugljičnog dioksida u produktima izgaranja plina
Koristeći podatke iz tablice i poznavajući postotak CO 2 u produktima izgaranja, lako možete odrediti kvalitetu izgaranja plina i koeficijent viška zraka a. Da biste to učinili, pomoću analizatora plina trebali biste odrediti količinu CO 2 u produktima izgaranja plina i podijeliti vrijednost CO 2max preuzetu iz tablice s dobivenom vrijednošću. Tako, na primjer, ako pri izgaranju plina proizvodi njegovog izgaranja sadrže 10,2% ugljičnog dioksida, tada je koeficijent viška zraka u peći
α = CO 2max / CO 2 analiza = 11,8/10,2 = 1,15.
Najnapredniji način kontrole protoka zraka u peći i potpunosti njegovog izgaranja je analiza proizvoda izgaranja pomoću automatskih analizatora plina. Analizatori plinova povremeno uzimaju uzorke ispušnih plinova i određuju sadržaj ugljičnog dioksida u njima, kao i količinu ugljičnog monoksida i neizgorenog vodika (CO + H 2) u volumnim postocima.
Ako je očitanje igle analizatora plina na skali (CO 2 + H 2 ) nula, to znači da je izgaranje završeno i da u produktima izgaranja nema ugljičnog monoksida ili neizgorjelog vodika. Ako strelica odstupa od nule udesno, tada proizvodi izgaranja sadrže ugljični monoksid i neizgoreni vodik, odnosno dolazi do nepotpunog izgaranja. Na drugoj ljestvici, igla analizatora plina trebala bi pokazati maksimalni sadržaj CO 2max u produktima izgaranja. Potpuno izgaranje nastaje kada maksimalni postotak ugljikov dioksid kada je CO + H 2 kazaljka na skali na nuli.
Odorizacija
Zapaljivi plinovi nemaju miris. Kako bi se pravovremeno utvrdila njihova prisutnost u zraku, brzo i točno otkrila mjesta curenja, plin se odorizira (daje miris). Za odorizaciju se koristi etil merkaptan (C 2 H 5 SH). Stopa odorizacije je 16 g etil merkaptana na 1000 m3 plina, 8 g etil merkaptan sumpora na 1000 m³. Odorizacija se provodi na plinskim distribucijskim stanicama (GDS). Ako u zraku ima 1% prirodnog plina, trebali biste ga pomirisati.
20% plina u zatvorenim prostorima uzrokuje gušenje
5-15% eksplozije
0,15% ugljičnog monoksida CO- trovanje; 0,5% CO = 30 min. disanje je kobno; 1% ugljičnog monoksida je smrtonosan.
Metan i drugi ugljikovodični plinovi nisu otrovni, ali njihovo udisanje uzrokuje vrtoglavicu, a visoke razine u zraku dovode do gušenja zbog nedostatka kisika.
Potpuno i nepotpuno izgaranje goriva:
Za sagorijevanje 1 m³ plina potrebno vam je 10 m³ zraka.
Izgaranje prirodnog plina je reakcija koja pretvara kemijsku energiju goriva u toplinu.
Izgaranje može biti potpuno i nepotpuno. Do potpunog izgaranja dolazi kada ima dovoljno kisika.
Uz potpuno izgaranje plina, CO 2 (ugljični dioksid), nastaje H 2 O
(voda). Kod nepotpunog izgaranja plina dolazi do gubitka topline. Nedostatak kisika O 2 oksidant.
Produkti nepotpunog izgaranja CO su ugljikov monoksid, otrovni, C ugljik, čađa.
Nepotpuno izgaranje je nezadovoljavajuća mješavina plina sa zrakom, prekomjerno hlađenje plamena prije nego što je reakcija izgaranja završena.
Reakcija izgaranja glavnih komponenti prirodnog plina:
1:10 metan CH 4 + 20 2 = CO 2 + 2H 2 O = ugljikov dioksid + voda
nepotpuno izgaranje plina CH 4 + 1,5O 2 = 2H 2 O + CO - ugljikov monoksid
Prednosti i nedostaci prirodnog plina u odnosu na ostale vrste goriva.
Prednosti:
Troškovi proizvodnje plina znatno su niži od proizvodnje ugljena i nafte;
Visoka kalorična vrijednost;
Osigurano je potpuno izgaranje i lakši uvjeti uslužno osoblje;
Odsutnost ugljičnog monoksida i sumporovodika u prirodnim plinovima sprječava trovanje uslijed curenja plina;
Kod izgaranja plina potreban je minimalni zaostatak zraka u ložištu i nema troškova zbog mehaničkog naknadnog izgaranja;
Kod gorenja plinsko gorivo pruža precizniju kontrolu temperature;
Kod izgaranja plina plamenici se mogu postaviti na dostupno mjesto u ložištu, što omogućuje bolji prijenos topline i potrebu za temperaturni režim;
Sposobnost promjene oblika plamena za zagrijavanje na određenom mjestu.
Mane:
Opasnost od eksplozije i požara;
Proces izgaranja plina moguć je samo kada se istisne kisik;
Učinak eksplozije tijekom spontanog sagorijevanja;
Mogućnost detonacije mješavine plina i zraka.
Izgaranje je kemijska reakcija koja se odvija brzo tijekom vremena, spajajući zapaljive komponente goriva s kisikom u zraku, praćena intenzivnim oslobađanjem topline, svjetlosti i produkata izgaranja.
Za metan, reakcija izgaranja sa zrakom:
CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2 O + Qn
C3 H8 + 5O2 = 3CO2 + 3H2 O + Qn
Za LPG:
C4 H10 + 6,5 O2 = 4CO2 + 5H2 O + Qn
Produkti potpunog izgaranja plinova su vodena para (H2 O), ugljikov dioksid (CO2 ) ili ugljikov dioksid.
Kada su plinovi potpuno izgorjeli, boja plamena je obično plavkastoljubičasta.
Pretpostavlja se da je volumetrijski sastav suhog zraka:O2 ≈ 21%, N2 ≈ 79%, iz ovoga slijedi da
1 m3 kisika nalazi se u 4,76 m3 (≈ 5 m3) zraka.
Zaključak: za spaljivanje
- Za 1 m3 metana potrebno je 2 m3 kisika ili oko 10 m3 zraka,
- 1m3 propana - 5m3 kisika ili oko 25m3 zraka,
- 1m3 butana - 6,5m3 kisika ili oko 32,5m3 zraka,
- 1m3 LPG ~ 6m3 kisika ili oko 30m3 zraka.
U praksi, kada se plin sagorijeva, vodena para se u pravilu ne kondenzira, već se uklanja zajedno s ostalim produktima izgaranja. Stoga se tehnički izračuni temelje na najnižoj kalorijskoj vrijednosti Qn.
Uvjeti potrebni za izgaranje:
1. dostupnost goriva (plin);
2. prisutnost oksidacijskog sredstva (kisik iz zraka);
3. prisutnost izvora temperature paljenja.
Nepotpuno izgaranje plinova.
Razlog nepotpunog izgaranja plina je nedostatak zraka.
Produkti nepotpunog izgaranja plinova su ugljikov monoksid ili ugljikov monoksid (CO), neizgoreni zapaljivi ugljikovodici (Cn Hm) i atomski ugljik ili čađa.
Za prirodni plinCH4 + O2 → CO2 + H2 O + CO+ CH4 + C
Za LPGCn Hm + O2 → CO2 + H2 O + CO + Cn Hm + C
Najopasnija je pojava ugljičnog monoksida, koji ima toksični učinak na ljudski organizam. Stvaranje čađe daje plamenu žutu boju.
Nepotpuno izgaranje plina opasno je za ljudsko zdravlje (s 1% CO u zraku čovjeku je dovoljno 2-3 udisaja da izazove smrtonosno trovanje).
Nepotpuno izgaranje je neekonomično (čađa ometa proces prijenosa topline; kod nepotpunog izgaranja plina ne dobivamo toplinu za koju sagorijevamo plin).
Da biste kontrolirali potpunost izgaranja, obratite pozornost na boju plamena, koja bi s potpunim izgaranjem trebala biti plava, a s nepotpunim izgaranjem - žućkasto-slamkasta. Najnapredniji način kontrole potpunosti izgaranja je analiza produkata izgaranja pomoću analizatora plina.
Metode izgaranja plina.
Pojam primarnog i sekundarnog zraka.
Postoje 3 načina sagorijevanja plina:
1) difuzija,
2) kinetički,
3) mješoviti.
Difuzijska metoda ili metoda bez prethodnog miješanja plina sa zrakom.
Samo plin teče iz plamenika u zonu izgaranja. Zrak potreban za izgaranje miješa se s plinom u zoni izgaranja. Taj se zrak naziva sekundarnim.
Plamen je izdužen i žut.
a= 1,3÷1,5t≈ (900÷1000) o C
Kinetička metoda - metoda s potpunim prethodnim miješanjem plina sa zrakom.
Plin se dovodi do plamenika, a zrak se dovodi pomoću uređaja za puhanje. Zrak potreban za izgaranje i koji se dovodi u plamenik za prethodno miješanje s plinom naziva se primarni zrak.
Plamen je kratak, zelenkasto-plavkaste boje.
a= 1,01÷1,05t≈ 1400o C
Mješovita metoda - metoda s djelomičnim prethodnim miješanjem plina sa zrakom.
Plin ubrizgava primarni zrak u plamenik. Zona izgaranja prima iz plamenika smjesa plin-zrak s nedostatkom zraka za potpuno izgaranje. Ostatak zraka je sekundaran.
Plamen je srednje veličine, zelenkastoplave boje.
a=1,1 ¸ 1,2 t≈1200o C
Omjer viška zrakaa= Litd./L teorija je omjer količine zraka potrebne za izgaranje u praksi i teoretski izračunate količine zraka potrebne za izgaranje.
Uvijek bi trebao bitia>1, inače će doći do podgorjevanja.
Lpr.=a∙ L teorijski, tj. koeficijent viška zraka pokazuje kolika je količina zraka potrebna za izgaranje u praksi više količine zraka potrebnog za izgaranje i izračunatog teoretski.
CH 4+ 2 × O2 +7,52 × N 2 = CO2 +2× H20 + 7,5× N 2 +8500 kcal
Zrak:
, pa stoga zaključak:
na 1 m 3 O 2 dolazi 3,76 m 3N 2
Pri izgaranju 1 m 3 plina potrebno je potrošiti 9,52 m 3 zraka (od 2 + 7,52). Nakon potpunog izgaranja plina oslobađa se:
· Ugljični dioksid CO2;
· vodena para;
· Dušik (zračni balast);
· Oslobađa se toplina.
Pri izgaranju 1 m 3 plina oslobađa se 2 m 3 vode. Ako je temperatura ispuha dimni plinovi u dimnjaku ispod 120 °C, a cijev je visoka i neizolirana, tada se te vodene pare kondenziraju uz stijenke dimnjaka u njegov donji dio, odakle kroz rupu ulaze u odvodnu posudu ili cjevovod.
Da bi se spriječilo stvaranje kondenzacije u dimnjaku, potrebno je izolirati dimnjak ili smanjiti visinu dimnjaka, prethodno izračunavši propuh u dimnjaku (tj. smanjenje visine dimnjaka je opasno).
Produkti potpunog izgaranja plina.
· Ugljični dioksid;
· Vodena para.
Produkti nepotpunog izgaranja plina.
· Ugljični monoksid CO;
· vodik H2;
· Ugljik C.
U stvarnim uvjetima, za izgaranje plina, dovod zraka je nešto veći od izračunatog formulom. Omjer stvarnog volumena zraka koji se dovodi za izgaranje i teoretski izračunatog volumena naziva se koeficijent viška zraka (a). Ne smije biti veći od 1,05...1,2:
Prekomjerni višak zraka smanjuje učinkovitost. bojler
Po gradu:
Za proizvodnju 1 Gcal topline troši se 175 kg standardnog goriva.
Po trgovini:
Za proizvodnju 1 Gcal topline potroši se 162 kg standardnog goriva.
Višak zraka utvrđuje se analizom dimnih plinova uređajem.
Koeficijentaduljina prostora za izgaranje nije ista. Na početku ložišta kod plamenika, a pri izlazu dimnih plinova u dimnjak veći je od izračunatog zbog propuštanja zraka kroz nepropusnu oblogu (kućište) kotla.
Ova informacija odnosi se na kotlove koji rade pod vakuumom, kada je tlak u ložištu manji od atmosferskog.
Kotlovi koji rade pod nadtlakom plina u ložištu kotla nazivaju se tlačnim kotlovima. Kod ovakvih kotlova obloga mora biti jako nepropusna kako dimni plinovi ne bi ušli u kotlovnicu i otrovali ljude.
