Почему взрываются газовые баллоны: основные причины и превентивные меры

Согласитесь, новости о том, что где-то случился взрыв баллона с газом, которые мы, к сожалению, иногда слышим по телевизору или от знакомых, заставляют задумываться о собственной безопасности. И самоуспокоению, что с нами это не произойдёт, в этой ситуации не место.

Последствия, к которым приводит такой взрыв и вызванный им пожар, могут быть самыми печальными, и не только для имущества, но и для здоровья и жизни оказавшихся рядом людей. Мы поможем вам понять, почему газовые баллоны могут взрываться, и как, не отказываясь от удобства их использования, оградить себя от больших неприятностей.

Для этого нами проведено исследование особенностей существующих видов бытовых газовых сосудов, проанализированы причины, по которым имели место взрывы в ряде реальных случаях, и изучены компетентные мнения опытных пользователей об этом. Предлагаемую статью можно представить как изложенную в доступном для понимания виде компиляцию сводов правил, позволяющих на практике правильно и безопасно использовать газ в баллонах.

Основное о газовых баллонах

Незаменимость до настоящего времени газовых баллонов в быту может с уверенностью подтвердить значительная часть населения России.

Для многих людей использование баллонов со сжиженным газом — это не просто возможность иметь дополнительные удобства на даче, а единственно доступный вариант газификации своего жилого дома

На государственном уровне Ростехнадзором обозначены общие проблемы по использованию газовых сосудов, о которых необходимо знать, так как они связаны с их безопасным использованием:

• устаревший парк — около 90% всех баллонов не защищены от переполнения во время заправки;
• отсутствие чёткого государственного регулирования в области обращения баллонов на рынке, к чему можно отнести наличие нелегальных заправок;
• необходимость совершенствования и доведение норм технических параметров до международных стандартов.

Несоответствие этим требованиям и рекомендациям европейской комиссии накладывает сложность в обеспечении безопасности используемой в России и импортной газобаллонной продукции.

Кроме знания общих проблем, чтобы легче было представить причины, приводящие к взрыву, и условия, которые могут способствовать этому, полезным будет знать, какие существуют баллоны, разобраться с устройством, понять некоторые нюансы из физики взрыва и горения используемой в них смеси.

Виды сосудов для газа

В зависимости от области применения, используемого наполнителя и способов подключения, газовые сосуды могут отличаться как конструктивно, так и по материалу, из которого изготовлен корпус.

Для бытовых нужд, как правило, используются металлические (стальные) газовые сосуды или колбы из композитных материалов. Каждый из них имеет свои плюсы и минусы

Наиболее популярны металлические баллоны, как новые, так и сосуды старого парка. Главная причина повышенного спроса на резервуары этого типа — относительно невысокая цена на них и большое количество предложений на рынке, в том числе, за счёт емкостей, изготовленных ещё в советские времена.

Но именно стальные баллоны подвержены наибольшей опасности взрыва и, следуя принципам безопасности, требуют соблюдения ряда условий при их хранении и эксплуатации. Поэтому подробней остановимся именно на них.

Как устроен баллон?

По конструкции газовый сосуд напоминает обычную зажигалку, ёмкость которой также заполнена веществом, находящимся в двух агрегатных состояниях. Часть резервуара занимает газ в жидкой фазе, оставшееся свободное пространство заполнено этим же веществом, но в газообразном (рабочем) виде. Через запорное устройство газ поступает в соответствующее оборудование для поджига и использования по назначению.

Стандартная комплектация газового баллона включает в себя:

1. Сам сосуд для газа или обечайка, цилиндрической формы и с минимальной толщиной стенок 2 мм.
2. Баллонный вентиль с запорным элементом и маховиком.
3. Кольцевая опора (башмак), обеспечивающая устойчивое вертикальное положение ёмкости с газом.
4. Кожух, защищающий вентиль от повреждений и загрязнений при транспортировке, хранении и эксплуатации.

На специальную резьбовую деталь — кольцо горловины баллона крепится колпак.

Полезным технически и в плане безопасности устройством, которым могут быть оснащены газовые баллоны, является пропановый редуктор в комплекте с манометром

Его применение позволяет снижать, стабилизировать и поддерживать давление смеси в заданных для конкретного газового потребителя значениях. Такой адаптер легко устанавливается на баллонах любого вида.

Газовая смесь для бытовых баллонов

Наполнителем для баллонов служит углеводородный газ — смесь пропана и бутана, которая закачивается в сосуд под давлением до 15 МПа.

Соотношение этих углеводородов определяет сезонность использования смеси или конкретный регион. Дело в том, что при относительно одинаковых основных свойствах, пропан и бутан имеют существенную разницу значений температур испарения: бутан — 0,5 °С, пропан — 43 °С (со знаком минус).

В связи с нецелесообразностью производства для каждого региона отдельных марок баллонного газа, ГОСТом предусмотрена унифицированная пропан-бутановая смесь с определённым процентным соотношением этих газов

Знание принципа смешения используемых в газовых резервуарах углеводородов имеет существенное значение не только в возможности удешевить топливо (бутан дешевле пропана), но и в снижении, из-за менее интенсивного испарения бутана, риска образования повышенного давления при значительном увеличении температуры окружающего воздуха. Резкое увеличение давления в резервуаре может послужить причиной его разгерметизации и, соответственно, взрыва или пожара.

Предпосылки для взрыва

Несмотря на возрастающие требования к безопасному обращению с баллонами и к их качеству, ежегодно в России более 200 человек становятся смертельными жертвами взрывов баллонного газа, травмированных — на порядок больше.

Обобщив информацию производителей емкостей для газа, приводим диапазоны давлений, при которых возможно разрушение колб:

При уменьшении прочности стенок колбы критичное значение давления, приводящее к её разгерметизации, снижается до 5,3 МПа.

Взрыв или горение газа

Нужно понимать, что взрыв и воспламенение баллона — это не совсем одно и то же. Например, на вопрос, может ли взорваться бытовой газовый баллон, получивший осколочное или пулевое отверстие, ответить однозначно «да» нельзя.

Газ, выходящий из повреждённого сосуда под давлением, будет просто гореть. Для взрыва необходимо замкнутое пространство. Это, как правило, сам баллон, при определённых условиях, или сильно загазованное помещение

Взрывается смесь пропан-бутана с кислородом в воздухе снаружи баллона или затянутая внутрь, после того как давление внутри колбы сравняется с атмосферным.

От чего же взрываются или горят газовые баллоны?

Баллон в зоне пожара

Взрывоопасность ёмкости, попавшей в зону горения, с находящейся в ней под давлением газовой смесью, очень велика. По ГОСТу максимальная безопасная для баллона с углеводородом температура составляет 45 °С. Понятно, что в очаге пожара она значительно превышает допустимую.

Физика процесса такова. При сильной температуре нагрева смесь в сосуде закипает и, соответственно, повышается давление в нём. Кроме этого, неравномерный прогрев поверхности обечайки ослабляет первоначальную его прочность и приводит к разрушению стенок.

Обычно, из-за высокой остаточной пластической деформации сосуда с газом и нагреве его с одной стороны происходит локальное вздутие стенки (отдулина). Разрыв чаще происходит по сварному шву

Стремительно испаряясь и воспламеняясь, выбрасываемый из баллона углеводород в жидком и парообразном состоянии оказывает дополнительное термическое воздействие в зоне огня на всё окружающее.

Уяснив, почему во время пожара в домах взрываются газовые баллоны, следует знать и то, как они могут повести себя при нагреве.

Вариантов разрыва колбы может быть два:

1. По «гидравлической» механике.
2. Сильное скручивание и образование большой трещины на днище и обечайке.

В первом случае жидкая фаза с повышением температуры до 60 °С заполнит объём сосуда до нормы 85% при давлении 1,5 – 2,5 МПа. Разрушение обечайки произойдёт при дальнейшем увеличении температуры в комнате до 70 – 75 °С.

Второй вариант имеет место при отсутствии в сосуде жидкой фазы, если, например, испарение сжиженной смеси произошло из-за разгерметизации запорного устройства, при повышенных температурах в условиях пожара.

При любом сценарии фрагменты разорвавшегося баллона могут с большой скоростью разлетаться в разные стороны, создавая угрозу поражения для человека и вреда имуществу.

Излишнее наполнение баллона газом

Часто заправляя ёмкости сжиженным газом их переполняют. Это происходит по халатности или осознано, желая сэкономить на коэффициенте использования резервуара.

Следует понимать, что превышение давления сжиженного газа в колбе при заправке выше допустимого может послужить причиной нарушения его прочности

В ёмкости должна оставаться часть свободного объёма — подушка, для паровой фазы углеводородов. Безопасный объём такой подушки — не менее 15% от всего объёма резервуара. При её отсутствии давление в колбе возрастает на 0,7 МПа при повышении температуры смеси на каждый градус, что недопустимо по нормам безопасности и может привести к перенапряжению оболочки, и её разрыву.

Количество закачиваемого в сосуд газа строго регламентируется по давлению и массе, и не должно превышать 0,425 кг на 1 л объёма ёмкости.

Даже при предусмотренной ГОСТом температуре +45 °С переполненная колба представляет большую опасность вероятности продольного разрыва по сварному шву.

Рекомендуем также прочесть другую нашу статью, где мы подробно рассказали о правилах заправки газовых баллонов.

Нагрев или охлаждение стенок сосуда

Пропан-бутановая смесь, имея большой коэффициент расширения, даже при незначительном повышении её температуры сильно увеличивается в объёме.

Повышение давления в баллоне до критического значения возможно при нагреве сосуда длительное время находящегося на солнце, под прямыми лучами

Опасность увеличения давления смеси на стенки колбы существует и в баллоне, установленном рядом с источником тепла.

Кроме нагрева, ряд опасностей также таит в себе и негативное воздействие отрицательных температур. Первое — это увеличение хрупкости металла. И второе — необходимо запомнить навсегда, что ни в коем случае нельзя длительное время находившийся на морозе сосуд заносить в тёплое помещение. Резкое повышение температуры углеводородной смеси небезопасно.

Удары и падения баллонов

Спровоцировать повреждение и воспламенение сосуда с газом могут резкие механические воздействия на его стенки, особенно, при нахождении резервуара в условия низких или, наоборот, чересчур высоких температур.

При использовании баллона в аномально холодных условиях изменяются механические свойства металла — уменьшается ударная вязкость стали.

По этой причине сильный удар по баллону или его жёсткое падение могут повредить герметичность сосуда и способствовать выбросу газа, который в смеси с кислородом и при контакте с искрой приведёт к детонации смеси газа с воздухом

Во втором случае, повышение температуры и нагревание содержащегося в колбе газа, как было сказано, резко увеличивает его давление, что при дополнительных ударных воздействиях на сосуд может разорвать его.

Посторонние примеси в газе

Опасность взрыва таится при попадании в сосуд с жидким газом воды и сероводорода. Их большое содержание в резервуаре способствует появлению на внутренней металлической поверхности обечайки расслоений и отдулин.

Такие дефекты сосудов возникают при наличии в пропане сероводорода от 0,3% и более, и могут наблюдаться уже после двухлетнего срока использования баллона.

Брак сварного шва

Реже, но встречаются проблемы, связанные с разгерметизацией сосудов с газом в околошовной зоне.

При дефекте сварного шва может произойти ослабление его рабочего сечения, концентрация напряжений и, как результат, — раскрытие продольного или кольцевого швов

Общая целостность обечайки при разрыве бракованного сварного шва может сохраниться.

Сценарии последствий взрыва баллона

Приведённые выше причины взрыва или возгорания газовых сосудов, могут в различных вариантах спровоцировать следующие опасные сценарии.

Разрыв баллона и выброс пламени

Взрыв баллона и воспламенение пропан-бутана опасны воздействием следующих факторов:

• столба сильного пламени, быстро увеличивающего площадь пожара;
• высокой температуры огня в очаге взрыва;
• токсичности продуктов горения.

Поражение может наступить и от удушья, вследствие значительного уменьшения кислорода при резкой концентрации вредных газов.

Проводимые исследования показали, что герметизация оказавшегося в очаге пожара 50-литрового газового сосуда со сжиженным газом нарушается менее чем через 5 минут. Как следствие — пожар-вспышка с выбросом «огненного шара» достигающего в диаметре 10 м

Обычно разрыв сосуда происходит по его боковой части.

Вторичные поражающие воздействия от взрыва

Вторичными, но не менее серьёзными поражающими последствиями при взрыве баллона, являются:

• отрыв вентиля;
• воздействие волны сжатия или ударной волны;
• повреждение от осколков элементов обечайки.

Осколки от баллона и его оторвавшиеся элементы могут разлетаться очень далеко, нанося поражение в радиусе до 250 м, и подниматься на тридцатиметровую высоту.

Опасность утечки газа

Опасность утечки пропана из повреждённой ёмкости заключается в том, что в помещении очень быстро, и в больших объёмах, создаётся взрывоопасная концентрация смеси углеводорода и кислорода — значительно быстрее, чем при утечках жидких горючих веществ.

Сильную утечку смеси из колбы или неисправной запорной арматуры можно определить по запаху или на слух — звук схож с тем, что мы слышим при быстром сдувании воздушного шарика.

При подозрении на утечку газа или в целях контроля её отсутствия, достаточно будет губкой нанести на баллон мыльный раствор и по образующимся пузырькам определить место разгерметизации

Если утечка газа есть, то необходимо накрыть место разгерметизации мокрой тряпкой, с осторожностью вынести сосуд на улицу и вызвать газовщиков.

С 2016 года техническими правилами предусмотрена обязательная установка сигнализаторов загазованности в новых домах. Для ранее построенного жилья данная норма имеет рекомендательный характер, но польза этого устройства, особенно в домах, где используется баллонный газ, несомненна.

Дело в том, что плотность углеводородной смеси больше плотности воздуха. При нарушении герметизации колбы, запорного оборудования или соединительного шланга газ начинает скапливаться внизу, и его запах сразу можно не обнаружить. Вот почему, смесь с пропаном, попавшая в воздух из повреждённого газового баллона, часто взрывается в домах от любой искры, не будучи замеченной.

Основы безопасного обращения с баллонами

Перед установкой баллона и подключении его к газовым приборам первое, что необходимо сделать, это убедиться в отсутствии повреждений, ржавчины на корпусе и исправности вентиля.

Использованию полежат только сертифицированные баллоны, поставляемые специализированными организациями, имеющие бумажный паспорт на всех циклах эксплуатации и соответствующую маркировку, нанесённую способом ударного клеймения

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

1. Все баллоны, за исключением одного (пятилитрового для подключения к газовой плите) должны быть установлены в пристройках вне зданий и на расстоянии, не ближе 5 м от входа в них.
2. Исключить хранение баллонов в жилых комнатах, подвалах и на чердаках.
3. Не размещать баллоны ближе 1 м от нагревательных приборов и 5 м от открытого огня.

К очевидным, но часто забываемым мерам безопасности при пользовании сосудами с газом, следует отнести и принять к неукоснительному исполнению следующие:

1. Не подносить к баллону зажженную спичку или зажигалку для того, чтобы проверить утечку газа.
2. Категорически исключить применение открытого огня для отогрева редуктора или вентиля. Для этих целей допускается использование только горячей воды.
3. При обнаружении газа в помещении не включать никакие электроприборы, в том числе свет, и не отключать их. Температура искры в розетке или выключателе может доходить до тысячи градусов.
4. Не пытаться самостоятельно провести ремонт запорной арматуры и других конструктивных элементов баллона.

Кроме этого, нужно строго руководствоваться предписанными производителем временными рамками использования баллонов. Сосуды, выпущенные до декабря 2014 года, можно эксплуатировать в течение 40 лет.

При отсутствии сведений о разрешённом сроке использования газовых баллонов, произведённых после этой даты и не имеющих сопроводительной документации к ним, Ростехнадзор рекомендует принимать за срок годности баллона — 20 лет.

Категорически нельзя переносить газовые баллоны, используя вентиль в качестве удерживающего приспособления. Это может стать причиной разгерметизации или поломки запорного устройства

Безопасной альтернативой стальным газовым баллонам являются более современные полимерно-композитные сосуды — евробаллоны. Их колбы защищены пластиковым кожухом, не накапливают статическое электричество. Взрывобезопасность композитных баллонов обеспечивается за счёт оснащения их предохранительными устройствами нового поколения — плавкой вставкой и обратным клапаном сброса повышенного давления.

Выводы и полезное видео по теме

Причины взрывов газовых баллонов на примерах реальных фактов, и что можно и чего категорически нельзя делать при их использовании:

Как правильно использовать газовые баллоны в быту, и каким требованиям они должны соответствовать:

При всех имеющихся факторах риска, сопровождающих эксплуатацию газобаллонного оборудования, поддаваться страху и отказываться от удобства использования их в быту нет оснований.

Теоретические знания причин и условий, сопутствующих взрыву бытовых газбаллонов, призваны помочь в преодолении такой боязни. А соблюдение приведённого свода норм их безопасного использования послужит надёжной страховкой от тяжёлых последствий взрыва газа и пожара.

Если у вас есть ценная информация которая может дополнить наш материал, пожалуйста, поделитесь ей с другими посетителями сайта — оставляйте свои комментарии в расположенном ниже блоке. Там же вы можете задать интересующие вопросы по теме статьи.