Почему взрывается кислородный баллон?

[sergey zhukov]

GraNiNi
Мне меньше повезло. Пару фаланг на пальцах потерял.

Посмотрел еще по теме. Многих удивляет, что масла в таких случаях обычно мало, а баллон тем не менее взрывается (или вентиль отрывает). Эффект как будто чрезмерный для такого малого количества "взрывчатки". Можно, пожалуй, такие предположения сделать:

1. Масло просто поджигает металл стенки или вентиль, а баллон после этого лопается, как обычный сосуд под давлением. Можно, конечно, поискать, чему равна температура самовоспламенения масла в чистом кислороде под высоким давлением. Но проблема будет состоять в том, что мы точно и не знаем, не достигнута ли уже такая температура в какой-либо особо хорошо теплоизолированной точке внутри баллона? А масло, очевидно, будет окисляться и выделять тепло внутри баллона постоянно, именно поэтому масляная ветошь может загореться в большой куче сама по себе даже и в обычной атмосфере. К тому же масло, которое долго подвергается окислению в таком баллоне, может превратится совсем в другое вещество (содержащее пероксиды). Температура его самовоспламенения может быть еще ниже. К тому же оно может оказаться взрывчатым;

2. Масло в чистом кислороде под давлением способно не просто сгореть, а именно взорваться, формируя ударную волну. Примерно, как топливо в цилиндре двигателя может гореть или детонировать. Учитывая, что баллон уже находится под большим давлением, он может и не выдержать еще и ударную волну.

[GraNiNi]

sergey zhukov в сообщении #1556631 писал(а):

Посмотрел еще по теме. Многих удивляет, что масла в таких случаях обычно мало, а баллон тем не менее взрывается (или вентиль отрывает). Эффект как будто чрезмерный для такого малого количества "взрывчатки".

Это означает, что имеют место комплексные причины и наличие масла не является приоритетным.

sergey zhukov в сообщении #1556631 писал(а):

Масло просто поджигает металл стенки или вентиль

Выше я уже отметил, что тепловыделение при сгорании масла слишком мало, чтобы нагреть металл (стенки баллона) до воспламенения.

sergey zhukov в сообщении #1556631 писал(а):

Масло в чистом кислороде под давлением способно не просто сгореть, а именно взорваться, формируя ударную волну.

Это нужно доказывать, и наверняка уже исследовалось.
Но опять же - очень мало количество масла.
Даже если вместо масла внутри баллона взорвать 1-2 грамма взрывчатого вещества, то он это выдержит.

[sergey zhukov]

GraNiNi
Ну, как минимум стальные части вентиля точно часто сгорают. Так что поджиг стенок баллона не выглядит вообще невероятным. Хотя, они, конечно, гораздо более массивные, чем части вентиля.

Думаю так же, что нужно различать случай, когда капля масла попала с рукавицы внутрь вентиля (сгорание вентиля), и когда не так уж и мало масла (или любого другого горючего) было в баллоне изначально (взрыв баллона). Скажем, если заправлять баллон сторонними газами от компрессора с масляной утечкой неоднократно, то можно накачать в него сколько угодно масла. Возможно и так, что первое вызывает второе.

Так что, может быть, что в редких случаях и попадаются баллоны, в которых достаточно масла (или любого другого горючего) для его взрыва. А типичный случай с действительно малым количеством масла - это сгорание вентиля без взрыва баллона.

Противоречивые рассказы о том, что "один мой друг поливал-поливал, и ничего", а "другой сварщик и близко к маслу не подходил, но не помогло" обьясняются, видимо, просто высокой нестабильностью масла в среде чистого кислорода и сильным влиянием случая. Примерно так же можно посыпать пол черным порохом и шаркать по нему до тех пор, пока он не загорится. Невозможно предсказать, на каком шаге это произойдет.

Часть случаев с кислородными баллонами и вовсе объясняется теми причинами, по которым вообще любой сосуд под давлением может лопнуть.

[GraNiNi]

sergey zhukov в сообщении #1556668 писал(а):

Ну, как минимум стальные части вентиля точно часто сгорают.

Как известно, при окислении (масла) выделяется тепло, но в то же время тепло теряется за счет теплоотвода, к контактирующим с маслом поверхностям.
Если тепловыделение от окисления превышает теплопотери, то реакция самоускоряется и происходит самовоспламенение.
Но, масло растекается по металлическим частям в виде тонкой пленки, и теплоотвод очень велик, так как масса металла многократно превышает массу масла, что не позволит разогреться этой пленки до самовоспламенения.
Здесь возникает что-то похожее на эффект огнепреградителя - затруднение горения в стесненных условиях.

Есть документальные факты таких случаев?
Нужен сам момент самовоспламенения, так как огонь мог возникнуть по другой причине, а кислород только поддерживает и развивает горение.

-- Вт июн 07, 2022 11:54:14 --

Вот попалось в инете - одна из возможных причин взрывов кислородных баллонов.

"Подавляющее большинство горючего газа (пропан) попадает в кислородный баллон во время газосварочных работ, в момент, когда давление кислорода в баллоне становится ниже, чем давление горючего газа (пропан) в газовом баллоне и возможен переток его в кислородный баллон."

[sergey zhukov]

GraNiNi
Самовоспламенение вентиля кислородного баллона - это, судя по многочисленным источникам, дело самое обычное. Скажем, по тем ссылкам, которые я раньше приводил, механизм самовоспламенения вентилей подробно описан. Сказано даже, что обычно это происходит при открытии или закрытии вентиля, т.е. связано с какими-то переходными гидродинамическими процессами (скажем, адиабатический нагрев газа при быстром сжатии в полостях, куда быстро подается сжатый кислород из баллона) или трением (трение прокладки и других поверхностей в момент открытия/закрытия вентиля). Т.е. самовоспламенение, скажем, загрязнений и не металлических частей (а потом и металлических) именно в вентиле кислородного баллона хорошо известно.

Что же касается возможного теплосьема с масла в баллоне, то далеко не всегда масло может быть размазано тонким слоем по чистой металлической поверхности. Внутри баллон может быть, например, ржавым, с отслоившейся краской. Может быть, внутри баллона образовалась на стенках бахрома каких-нибудь соединений того же масла с кислородом и т.д. (если в баллоне бывает не только кислород, но и другие вещества, на стенках может осаждаться результат их реакции). Для ржавчины не нужно даже этого. Условия могут быть самыми неопределенными, тут ничего точно сказать нельзя.

Да, переток горючего газа в баллон с кислородом во время сварки - это упоминается всеми. Очень правдоподобно.

[GraNiNi]

sergey zhukov в сообщении #1556693 писал(а):

скажем, адиабатический нагрев газа при быстром сжатии в полостях, куда быстро подается сжатый кислород из баллона)

Так здесь все наоборот, когда открывают вентиль на баллоне и газ из баллона попадает в редуктор, то он расширяется и значит - охлаждается.

[sergey zhukov]

GraNiNi
Не совсем так просто. Кислород из баллона при дросселировании охлаждается, конечно. Но воздух, который был в замкнутой полости после штуцера (скажем, в редукторе давления) до подачи туда кислорода - он будет кислородом сжиматься и нагреваться. Вообще, температура газа при его истечении из источника с высоким давлением в замкнутую полость с низким давлением довольно сильно варьируется по объему и во времени. Там есть и холодные, и горячие области.

[GraNiNi]

sergey zhukov в сообщении #1556925 писал(а):

до подачи туда кислорода - он будет кислородом сжиматься и нагреваться.

Масса поступающего в редуктор кислорода в 150 раз больше находящегося там воздуха, во столько раз будет больше и его теплоемкость, что и будет определять конечную температуру газа.
Входящий в редуктор кислород не сжимает воздух, его (воздуха, точнее - азота) парциальное давление останется таким же, как и было в атмосфере, газы просто смешаются.

[sergey zhukov]

GraNiNi
Конечную температуру газа - да. Но там есть начальный момент, когда кислород можно считать поршнем, сжимающим азот. Скажем, при заполнении длинной трубы (с заглушкой на одном конце и дросселем - на другом) газом через дроссель температура газа около заглушки всегда увеличивается.

[GraNiNi]

sergey zhukov в сообщении #1556945 писал(а):

Но там есть начальный момент, когда кислород можно считать поршнем, сжимающим азот.

Выравнивание давления, при открытии вентиля, происходит очень быстро - со скоростью звука, за тысячные или сотые доли секунды, поэтому сжатие и перемешивание происходит одновременно, в результате чего средняя температура повысится лишь на несколько градусов, что явно недостаточно, чтобы нагреть масло до температуры самовоспламенения.

[sergey zhukov]

GraNiNi
Выравнивание давления - это со скоростью звука. А последующее перемешивание и выравнивание поля температур может происходить гораздо дольше. Представьте, что азот загоняется кислородом в какую-нибудь узкую щель и сжимается там адиабатически в 150 раз. Это очень существенное повышение температуры в этой щели, а перемешивания почти нет.

Если что: это не моя выдумка. Об этом эффекте тоже много написано людьми знающими.

[GraNiNi]

sergey zhukov в сообщении #1556993 писал(а):

Представьте, что азот загоняется кислородом в какую-нибудь узкую щель и сжимается там адиабатически в 150 раз. Это очень существенное повышение температуры

Вы говорите о температуре газа, но ведь щель со всех сторон окружена массивными металлическими деталями, прогреть которые удастся лишь на единицы градусов, а может и меньше.

Так рассуждать можно бесконечно, попробую смоделировать процесс теплопередачи в от газа к стенке в простенькой программе ELCUT.

[GraNiNi]

Вот график изменения температуры поверхности металлической стенки, контактирующей с горячим газом, разогретом за 0.01 сек до 1000 градусов.
Как видим, поверхность металла нагрелась до 8 градусов.

[Vladimir-80]

GraNiNi в сообщении #1557121 писал(а):

разогретом за 0.01 сек до 1000 градусов

Ядрёна бонба?

[GraNiNi]

Vladimir-80 в сообщении #1557124 писал(а):

Ядрёна бонба?

Это условие отсюда:

sergey zhukov в сообщении #1556993 писал(а):

Представьте, что азот загоняется кислородом в какую-нибудь узкую щель и сжимается там адиабатически в 150 раз.