Dlaczego wybuchają butle gazowe: główne przyczyny i środki zapobiegawcze

Przyznajcie Państwo, że wiadomości o tym, że gdzieś doszło do wybuchu butli z gazem, które niestety czasem słyszymy w telewizji lub od znajomych, skłaniają do zastanowienia się nad własnym bezpieczeństwem. A uspokajanie się, że nas to nie spotka, w tej sytuacji nie ma miejsca.

Konsekwencje, do których prowadzi taki wybuch i wywołany nim pożar, mogą być bardzo smutne, nie tylko dla mienia, ale także dla zdrowia i życia osób znajdujących się w pobliżu. Pomożemy Państwu zrozumieć, dlaczego butle gazowe mogą wybuchać, i jak, nie rezygnując z wygody ich użytkowania, uchronić się przed poważnymi problemami.

W tym celu przeprowadziliśmy badanie cech istniejących rodzajów domowych zbiorników gazowych, przeanalizowaliśmy przyczyny, dla których doszło do wybuchów w szeregu rzeczywistych przypadków, oraz przestudiowaliśmy kompetentne opinie doświadczonych użytkowników na ten temat. Proponowany artykuł można przedstawić jako przedstawioną w przystępnej formie kompilację zbiorów zasad, pozwalających w praktyce prawidłowo i bezpiecznie korzystać z gazu w butlach.

Podstawowe informacje o butlach gazowych

Niezastąpioność do chwili obecnej butli gazowych w gospodarstwie domowym może z pewnością potwierdzić znaczna część ludności Rosji.

Dla wielu osób korzystanie z butli z gazem skroplonym to nie tylko możliwość posiadania dodatkowych udogodnień na działce, ale jedyne dostępne rozwiązanie gazyfikacji własnego domu mieszkalnego.

Na poziomie państwowym przez Rostiechnadzor wskazano ogólne problemy związane z użytkowaniem zbiorników gazowych, o których należy wiedzieć, ponieważ wiążą się one z ich bezpiecznym użytkowaniem:

• przestarzały park – około 90% wszystkich butli nie jest zabezpieczonych przed przepełnieniem podczas tankowania;
• brak wyraźnych regulacji państwowych w zakresie obrotu butlami na rynku, do czego można zaliczyć istnienie nielegalnych stacji tankowania;
• konieczność doskonalenia i dostosowania norm parametrów technicznych do standardów międzynarodowych.

Niezgodność z tymi wymaganiami i zaleceniami Komisji Europejskiej powoduje trudności w zapewnieniu bezpieczeństwa używanej w Rosji oraz importowanej produkcji butli gazowych.

Oprócz znajomości ogólnych problemów, aby łatwiej było sobie wyobrazić przyczyny prowadzące do wybuchu oraz warunki, które mogą się do tego przyczynić, przydatne będzie poznanie, jakie istnieją butle, zapoznanie się z ich budową, zrozumienie pewnych niuansów z fizyki wybuchu i spalania używanej w nich mieszanki.

Rodzaje zbiorników na gaz

W zależności od obszaru zastosowania, używanego wypełniacza oraz sposobów podłączenia, zbiorniki gazowe mogą różnić się zarówno konstrukcyjnie, jak i materiałem, z którego wykonana jest obudowa.

Do potrzeb domowych z reguły używa się metalowych (stalowych) zbiorników gazowych lub kolb z materiałów kompozytowych. Każdy z nich ma swoje plusy i minusy.

Najbardziej popularne są metalowe butle, zarówno nowe, jak i zbiorniki z starego parku. Główną przyczyną zwiększonego popytu na zbiorniki tego typu jest stosunkowo niska ich cena oraz duża ilość ofert na rynku, w tym ze względu na pojemniki wyprodukowane jeszcze w czasach radzieckich.

Ale to właśnie stalowe butle są najbardziej narażone na niebezpieczeństwo wybuchu i, kierując się zasadami bezpieczeństwa, wymagają przestrzegania szeregu warunków podczas ich przechowywania i eksploatacji. Dlatego bardziej szczegółowo skupimy się właśnie na nich.

Jak zbudowana jest butla?

Pod względem konstrukcji zbiornik gazowy przypomina zwykłą zapalniczkę, której pojemność również jest wypełniona substancją znajdującą się w dwóch stanach skupienia. Część zbiornika zajmuje gaz w fazie ciekłej, pozostała wolna przestrzeń jest wypełniona tą samą substancją, ale w postaci gazowej (roboczej). Przez zawór odcinający gaz trafia do odpowiedniego sprzętu do zapłonu i użytkowania zgodnego z przeznaczeniem.

Standardowe wyposażenie butli gazowej obejmuje:

1. Sam zbiornik na gaz lub płaszcz cylindryczny o minimalnej grubości ścianek 2 mm.
2. Zawór butlowy z elementem odcinającym i pokrętłem.
3. Oporowy pierścień (stopka), zapewniający stabilną pionową pozycję pojemnika z gazem.
4. Osłona, chroniąca zawór przed uszkodzeniami i zanieczyszczeniami podczas transportu, przechowywania i eksploatacji.

Na specjalną część gwintowaną – pierścień szyjki butli – mocowany jest kapturek.

Użytecznym technicznie i pod względem bezpieczeństwa urządzeniem, w które mogą być wyposażone butle gazowe, jest reduktor propanowy w komplecie z manometrem.

Jego zastosowanie pozwala obniżać, stabilizować i utrzymywać ciśnienie mieszanki w wartościach określonych dla konkretnego odbiornika gazu. Taki adapter łatwo montuje się na butlach dowolnego rodzaju.

Mieszanka gazowa do butli domowych

Wypełnieniem butli jest gaz węglowodorowy – mieszanina propanu i butanu, która jest wtłaczana do zbiornika pod ciśnieniem do 15 MPa.

Stosunek tych węglowodorów określa sezonowość użycia mieszaniny lub konkretny region. Chodzi o to, że przy stosunkowo podobnych podstawowych właściwościach, propan i butan mają znaczącą różnicę temperatur parowania: butan – 0,5 °C, propan – 43 °C (ze znakiem minus).

Ze względu na niecelowość produkcji dla każdego regionu oddzielnych marek gazu butlowego, GOST przewiduje ujednoliconą mieszaninę propan-butan o określonym procentowym stosunku tych gazów.

Znajomość zasady mieszania węglowodorów stosowanych w zbiornikach gazu ma istotne znaczenie nie tylko w możliwości obniżenia kosztów paliwa (butan jest tańszy od propanu), ale także w zmniejszeniu, z powodu mniej intensywnego parowania butanu, ryzyka powstania zwiększonego ciśnienia przy znacznym wzroście temperatury otaczającego powietrza. Gwałtowny wzrost ciśnienia w zbiorniku może spowodować jego rozszczelnienie, a w konsekwencji wybuch lub pożar.

Przesłanki wybuchu

Pomimo rosnących wymagań dotyczących bezpiecznego obchodzenia się z butlami i ich jakości, corocznie w Rosji ponad 200 osób pada ofiarami śmiertelnymi wybuchów gazu butlowego, a rannych jest o rząd wielkości więcej.

Podsumowując informacje producentów pojemników na gaz, podajemy zakresy ciśnień, przy których możliwe jest zniszczenie butli:

W przypadku zmniejszenia wytrzymałości ścianek butli krytyczna wartość ciśnienia prowadząca do jej rozszczelnienia spada do 5,3 MPa.

Wybuch lub spalanie gazu

Należy zrozumieć, że wybuch i zapłon butli to nie to samo. Na przykład na pytanie, czy może wybuchnąć domowa butla gazowa, która otrzymała otwór od odłamka lub kuli, nie można jednoznacznie odpowiedzieć «tak».

Gaz wydobywający się z uszkodzonego naczynia pod ciśnieniem będzie po prostu się palić. Do wybuchu konieczna jest przestrzeń zamknięta. Zazwyczaj jest to sama butla, w określonych warunkach, lub silnie zgazowane pomieszczenie.

Mieszanina propan-butan z tlenem w powietrzu wybucha na zewnątrz butli lub wciągnięta do środka, po tym jak ciśnienie wewnątrz butli zrówna się z atmosferycznym.

Od czego więc wybuchają lub palą się butle gazowe?

Butla w strefie pożaru

Zagrożenie wybuchem pojemnika, który znalazł się w strefie spalania, z znajdującą się w nim pod ciśnieniem mieszanką gazową, jest bardzo duże. Według GOST maksymalna bezpieczna temperatura dla butli z węglowodorem wynosi 45 °C. Jasne jest, że w ognisku pożaru znacznie przekracza ona dopuszczalną.

Fizyka procesu jest następująca. Przy wysokiej temperaturze ogrzewania mieszanina w naczyniu zaczyna wrzeć, a co za tym idzie, wzrasta w nim ciśnienie. Ponadto nierównomierne nagrzewanie powierzchni płaszcza osłabia jego początkową wytrzymałość i prowadzi do zniszczenia ścianek.

Zazwyczaj, z powodu wysokiej trwałej odkształcalności plastycznej naczynia z gazem i jego nagrzewania z jednej strony, dochodzi do lokalnego wybrzuszenia ścianki (odmuchu). Rozerwanie następuje najczęściej wzdłuż spoiny spawalniczej.

Szybko odparowując i zapalając się, wyrzucany z butli węglowodór w stanie ciekłym i parowym wywiera dodatkowe oddziaływanie termiczne w strefie ognia na wszystko w otoczeniu.

Zrozumiawszy, dlaczego podczas pożaru w domach wybuchają butle gazowe, należy wiedzieć również, jak mogą się one zachować podczas ogrzewania.

Mogą wystąpić dwa warianty rozerwania butli:

1. Zgodnie z mechaniką „hydrauliczną”.
2. Silne skręcenie i powstanie dużej szczeliny na dnie i płaszczu.

W pierwszym przypadku faza ciekła wraz ze wzrostem temperatury do 60 °C wypełni objętość naczynia do normy 85% przy ciśnieniu 1,5–2,5 MPa. Zniszczenie płaszcza nastąpi przy dalszym wzroście temperatury w pomieszczeniu do 70–75 °C.

Drugi wariant ma miejsce przy braku w naczyniu fazy ciekłej, jeśli na przykład odparowanie skroplonej mieszaniny nastąpiło z powodu rozszczelnienia urządzenia zamykającego, przy podwyższonych temperaturach w warunkach pożaru.

W każdym scenariuszu fragmenty rozerwanej butli mogą z dużą prędkością rozlatywać się w różnych kierunkach, stwarzając zagrożenie dla człowieka i szkodę dla mienia.

Nadmierne napełnienie butli gazem

Często podczas napełniania zbiorników skroplonym gazem są one przepełniane. Dzieje się tak z niedbalstwa lub celowo, w celu zaoszczędzenia na współczynniku wykorzystania zbiornika.

Należy rozumieć, że przekroczenie ciśnienia skroplonego gazu w butli podczas napełniania powyżej dopuszczalnego może spowodować naruszenie jej wytrzymałości

W zbiorniku musi pozostać część wolnej objętości – poduszka dla fazy parowej węglowodorów. Bezpieczna objętość takiej poduszki wynosi co najmniej 15% całej objętości zbiornika. W przypadku jej braku ciśnienie w butli wzrasta o 0,7 MPa przy wzroście temperatury mieszaniny o każdy stopień, co jest niedopuszczalne według norm bezpieczeństwa i może prowadzić do nadmiernego naprężenia powłoki oraz jej rozerwania.

Ilość gazu wtłaczanego do naczynia jest ściśle regulowana pod względem ciśnienia i masy i nie powinna przekraczać 0,425 kg na 1 litr objętości zbiornika.

Nawet przy przewidzianej przez GOST temperaturze +45 °C przepełniona butla stanowi duże zagrożenie prawdopodobieństwa podłużnego rozerwania wzdłuż spoiny spawalniczej.

Zalecamy również przeczytanie innego naszego artykułu, w którym szczegółowo opisaliśmy zasady napełniania butli gazowych.

Nagrzewanie lub ochładzanie ścianek zbiornika

Mieszanka propan-butan, mając duży współczynnik rozszerzalności, nawet przy niewielkim wzroście jej temperatury znacznie zwiększa swoją objętość.

Wzrost ciśnienia w butli do wartości krytycznej jest możliwy przy nagrzewaniu naczynia przez dłuższy czas pozostającego na słońcu, pod bezpośrednimi promieniami.

Niebezpieczeństwo wzrostu ciśnienia mieszanki na ścianki kolby istnieje również w butli umieszczonej w pobliżu źródła ciepła.

Oprócz nagrzewania, szereg zagrożeń niesie ze sobą również negatywne oddziaływanie ujemnych temperatur. Po pierwsze – zwiększenie kruchości metalu. Po drugie – należy zapamiętać na zawsze, że w żadnym wypadku nie wolno wnosić do ciepłego pomieszczenia naczynia, które przez dłuższy czas znajdowało się na mrozie. Gwałtowny wzrost temperatury mieszaniny węglowodorowej jest niebezpieczny.

Uderzenia i upadki butli

Uszkodzenie i zapłon naczynia z gazem mogą sprowokować gwałtowne oddziaływania mechaniczne na jego ścianki, zwłaszcza gdy zbiornik znajduje się w warunkach niskich lub, przeciwnie, zbyt wysokich temperatur.

Podczas używania butli w anomalnie niskich temperaturach zmieniają się właściwości mechaniczne metalu – zmniejsza się udarność stali.

Z tego powodu silne uderzenie w butlę lub jej twardy upadek mogą uszkodzić szczelność naczynia i przyczynić się do uwolnienia gazu, który w mieszaninie z tlenem i w kontakcie z iskrą doprowadzi do detonacji mieszaniny gazu z powietrzem.

W drugim przypadku, wzrost temperatury i nagrzewanie się gazu zawartego w kolbie, jak powiedziano, gwałtownie zwiększa jego ciśnienie, co przy dodatkowych uderzeniach w naczynie może je rozerwać.

Obce domieszki w gazie

Niebezpieczeństwo wybuchu kryje się przy przedostaniu się do naczynia z gazem płynnym wody i siarkowodoru. Ich duża zawartość w zbiorniku sprzyja powstawaniu na wewnętrznej metalowej powierzchni płaszcza rozwarstwień i wybrzuszeń.

Takie defekty naczyń powstają przy zawartości siarkowodoru w propanie od 0,3% i więcej, i mogą być obserwowane już po dwuletnim okresie użytkowania butli.

Wada spoiny

Rzadziej, ale zdarzają się problemy związane z rozszczelnieniem naczyń z gazem w strefie około spoinowej.

Przy defekcie spoiny może nastąpić osłabienie jej przekroju roboczego, koncentracja naprężeń, a w rezultacie – otwarcie spoiny podłużnej lub obwodowej.

Ogólna integralność płaszcza przy zerwaniu wadliwej spoiny może zostać zachowana.

Scenariusze skutków wybuchu butli

Przytoczone powyżej przyczyny wybuchu lub zapłonu naczyń gazowych mogą w różnych wariantach sprowokować następujące niebezpieczne scenariusze.

Rozerwanie butli i wyrzut płomienia

Wybuch butli i zapłon propan-butanu są niebezpieczne ze względu na oddziaływanie następujących czynników:

• słupa silnego płomienia, szybko zwiększającego obszar pożaru;
• wysokiej temperatury ognia w ognisku wybuchu;
• toksyczności produktów spalania.

Porażenie może nastąpić również z powodu uduszenia, wskutek znacznego zmniejszenia tlenu przy dużej koncentracji szkodliwych gazów.

Przeprowadzone badania wykazały, że uszczelnienie 50-litrowego zbiornika gazu ze skroplonym gazem, który znalazł się w ognisku pożaru, zostaje naruszone w mniej niż 5 minut. W konsekwencji — pożar-błysk z wyrzutem „kuli ognia” osiągającej średnicę 10 m.

Zazwyczaj rozerwanie zbiornika następuje w jego bocznej części.

Wtórne skutki rażenia wybuchu

Wtórnymi, ale nie mniej poważnymi skutkami rażenia przy wybuchu butli są:

• oderwanie zaworu;
• oddziaływanie fali sprężania lub fali uderzeniowej;
• uszkodzenie od odłamków elementów płaszcza.

Odłamki z butli i jej oderwane elementy mogą rozlatywać się bardzo daleko, powodując rażenie w promieniu do 250 m, i unosić się na wysokość trzydziestu metrów.

Niebezpieczeństwo wycieku gazu

Zagrożenie wyciekiem propanu z uszkodzonego zbiornika polega na tym, że w pomieszczeniu bardzo szybko i w dużych ilościach powstaje wybuchowe stężenie mieszaniny węglowodoru i tlenu — znacznie szybciej niż przy wyciekach ciekłych substancji palnych.

Silny wyciek mieszaniny z butli lub niesprawnej armatury odcinającej można wykryć po zapachu lub na słuch — dźwięk jest podobny do tego, który słyszymy przy szybkim opróżnianiu balonika.

W przypadku podejrzenia wycieku gazu lub w celu kontroli jego braku, wystarczy gąbką nałożyć na butlę roztwór mydła i po pojawiających się bąbelkach określić miejsce nieszczelności.

Jeśli wyciek gazu występuje, należy przykryć miejsce nieszczelności mokrą szmatką, ostrożnie wynieść zbiornik na zewnątrz i wezwać gazowników.

Od 2016 roku przepisy techniczne przewidują obowiązkową instalację czujników gazu w nowych domach. Dla wcześniej wybudowanych budynków mieszkalnych norma ta ma charakter zalecający, ale korzyść z tego urządzenia, szczególnie w domach, gdzie używany jest gaz butlowy, jest niezaprzeczalna.

Chodzi o to, że gęstość mieszaniny węglowodorowej jest większa od gęstości powietrza. Przy naruszeniu szczelności butli, armatury odcinającej lub węża łączącego, gaz zaczyna gromadzić się na dole, a jego zapach może nie być od razu wyczuwalny. Dlatego mieszanina z propanem, która przedostała się do powietrza z uszkodzonej butli gazowej, często wybucha w domach od jakiejkolwiek iskry, nie będąc zauważoną.

Podstawy bezpiecznego obchodzenia się z butlami

Przed instalacją butli i podłączeniem jej do urządzeń gazowych pierwsze, co należy zrobić, to upewnić się, że nie ma uszkodzeń, rdzy na obudowie oraz że zawór jest sprawny.

Do użytku dopuszcza się wyłącznie certyfikowane butle, dostarczane przez wyspecjalizowane organizacje, posiadające papierowy paszport na wszystkich etapach eksploatacji oraz odpowiednie oznakowanie naniesione metodą stemplowania udarowego.

Do podstawowych wymagań technicznych, które należy przestrzegać podczas eksploatacji butli, należą:

1. Wszystkie butle, z wyjątkiem jednej (pięciolitrowej do podłączenia do kuchenki gazowej), powinny być zainstalowane w przybudówkach na zewnątrz budynków, w odległości co najmniej 5 m od wejścia do nich.
2. Należy wykluczyć przechowywanie butli w pomieszczeniach mieszkalnych, piwnicach i na strychach.
3. Nie należy umieszczać butli bliżej niż 1 m od urządzeń grzewczych i 5 m od otwartego ognia.

Do oczywistych, ale często zapominanych środków bezpieczeństwa podczas korzystania z naczyń gazowych należy zaliczyć i bezwzględnie stosować następujące:

1. Nie należy przykładać do butli zapalonej zapałki ani zapalniczki w celu sprawdzenia wycieku gazu.
2. Kategorycznie wyklucza się użycie otwartego ognia do ogrzewania reduktora lub zaworu. Do tych celów dozwolone jest użycie wyłącznie gorącej wody.
3. W przypadku wykrycia gazu w pomieszczeniu nie należy włączać żadnych urządzeń elektrycznych, w tym światła, ani ich wyłączać. Temperatura iskry w gniazdku lub wyłączniku może sięgać tysiąca stopni.
4. Nie należy próbować samodzielnie naprawiać armatury odcinającej i innych elementów konstrukcyjnych butli.

Ponadto należy ściśle przestrzegać okresów użytkowania butli określonych przez producenta. Naczynia wyprodukowane przed grudniem 2014 roku mogą być eksploatowane przez 40 lat.

W przypadku braku informacji o dozwolonym okresie użytkowania butli gazowych wyprodukowanych po tej dacie i nieposiadających dokumentacji towarzyszącej, Rostiechnadzor zaleca przyjęcie okresu ważności butli na 20 lat.

Kategorycznie nie wolno przenosić butli gazowych, używając zaworu jako uchwytu. Może to spowodować rozszczelnienie lub uszkodzenie urządzenia odcinającego.

Bezpieczną alternatywą dla stalowych butli gazowych są nowocześniejsze naczynia polimerowo-kompozytowe — eurobutle. Ich kolby są chronione plastikową osłoną, nie gromadzą ładunków elektrostatycznych. Bezpieczeństwo przeciwwybuchowe butli kompozytowych zapewnia się poprzez wyposażenie ich w urządzenia zabezpieczające nowej generacji — wkładkę topikową i zawór zwrotny do spuszczania nadciśnienia.

Podsumowanie i przydatny film na ten temat

Przyczyny wybuchów butli gazowych na przykładach rzeczywistych faktów oraz co można, a czego kategorycznie nie wolno robić podczas ich użytkowania:

Jak prawidłowo używać butli gazowych w gospodarstwie domowym i jakim wymaganiom powinny odpowiadać:

Mimo wszystkich istniejących czynników ryzyka towarzyszących eksploatacji urządzeń gazoballonowych, nie ma podstaw, aby ulegać strachowi i rezygnować z wygody ich użytkowania w gospodarstwie domowym.

Teoretyczna wiedza na temat przyczyn i warunków towarzyszących wybuchom domowych butli gazowych ma pomóc w przezwyciężeniu tego lęku. Przestrzeganie przedstawionego zestawu norm bezpiecznego użytkowania będzie stanowić niezawodne zabezpieczenie przed poważnymi skutkami wybuchu gazu i pożaru.

Jeśli posiadają Państwo cenne informacje, które mogą uzupełnić nasz materiał, prosimy podzielić się nimi z innymi odwiedzającymi witrynę – zostawcie swoje komentarze w bloku poniżej. Tam również mogą Państwo zadać interesujące pytania na temat artykułu.