Protueksplozijska za{tita u rudarstvu i nafti

Transcription

1 Protueksplozijska za{tita u rudarstvu i nafti Ispitivanje paljenja prirodnoga plina u ovisnosti o sastavu (Ignition testing of natural gas depending on composition) I. UVOD Prema HRN EN Eksplozivne atmosfere -Dio 20-1: Svojstva plinova i para za njihovu klasifi kaciju Ispitne metode i podaci zapaljivi plinovi i pare podijeljeni su prema svojstvu probojnoga paljenja i svojstvu paljenja električnom iskrom, tj. podijeljeni su u skupine plinova prema energiji paljenja. Razvrstavanje u skupine IIA, IIB ili IIC provedeno je dvojako i to temeljem svojstva probojnoga paljenja MESR, odnosno najvećega eksperimentalnog sigurnosnog raspora (engl.: MESG - Maximum Experimental Safety Gap) ili temeljem NIPa, odnosno najmanja struja paljenja (engl.: MIC - Minimum Ignition Current) (vidi tablicu I.). Mario Mačković Josip Samaržija TABLICA I. PODJELA PLINOVA I PARA U SKUPINE [3] Zapaljivi plinovi i pare podijeljeni su u određene skupine plinova i to IIA, IIB i IIC, a također su podijeljeni i prema temperaturi paljenja u temperaturne razrede. Svrha je ove podjele da zagrijane površine opreme, uz zapaljive plinove i pare jednoga temperaturnog razreda, nikada ne mogu uzrokovati paljenja okolne eksplozivne atmosfere[1]. Međutim, što ako se u postrojenju pojavljuje oprema čija je površinska temperatura puno veća od temperaturnoga razreda T1 u zoni opasnosti eksplozivne atmosfere plina IIA T1? U ovom članku dotaknut ćemo se te problematike. Ključne riječi Ispitivanje, turbopuhalo, sastav plina, ExLab, kromatografska analiza. Flammable gases and vapours are divided into groups IIA, IIB and IIC, and according to ignition temperature, in temperature classes. The purpose of these divisions is to ensure that the heated surfaces of equipment will not become a source of ignition, when used in explosive atmospheres with flammable gases and vapours of a temperature class[1]. However, what if certain equipment in a plant has a surface temperature much higher than temperature class T1, in an explosive atmosphere of gas categorized as IIA T1? This paper will touch upon those issues. Keywords Testing, turbofan, gas composition, ExLab, chromatographic analysis. Skupina plinova MESR (mm) NIP IIA 0,9 0,8 IIB 0,5-0,9 0,45-0,8 IIC 0,5 0,45 Isto tako, temperaturna razredba zapaljivih plinova dana je i u HRN EN Dok je temperaturna razredba koja se odnosi na opremu (električnu i neelektričnu), dana u HRN EN Eksplozivne atmosfere - 0. dio: Oprema Opći zahtjevi odnosno u HRN EN Neelektrična oprema za potencijalno eksplozivne atmosfere - 1. dio: Osnovne metode i zahtjevi. Svrha je ove podjele da zagrijane površine opreme, uz zapaljive plinove i pare jednoga temperaturnog razreda, nikada ne mogu uzrokovati paljenje okolne eksplozivne atmosfere (tablica II.) [1]. Najviša dopuštena temperatura, odnosno zagrijavanje opreme određeno je dogovorenom okolnom temperaturom od +40 o C, koja se ne označava, a za koju treba umanjiti navedene najviše temperature[1]. Ovdje je potrebno reći da se temperatura paljenja plinova i para dobiva eksperimentalno [7]. U laboratoriju Ex-Agencije, ExLAB, prema akreditiranoj se metodi provode takva ispitivanja. Ispitivanja se provode prema normi HRN IEC Električni uređaji za potencijalno eksplozivne atmosfere - 4. dio: Metoda određivanja temperature paljenja. Naravno, u praksi nije moguće Ex-Bilten Vol 39, br

2 Temperaturni razred TABLICA II. TEMPERATURNI RAZREDI Najviša dopuštena temperatura opreme o C (nadtemperatura) Najmanja temperatura paljenja plinova i para o C T1 450 (410) 450 T2 300 (260) 300 T3 200 (160) 200 T4 135 (95) 135 T5 100 (60) 100 T6 85 (45) 85 ispitati baš sve moguće plinove i njihove mješavine, ali za najveći broj onih koji su ispitani, postoje publicirani podaci. Međutim, vrlo se često u praksi susreću razne mješavine plinova za koje ne postoje podaci te je vrlo teško definirati kojoj skupini i temperaturnome razredu pripadaju. To je jedan od razloga zašto se takvi plinovi odnosno smjese moraju ispitivati. Jedan je takav primjer i prirodni plin. Prirodni se plin u najvećem postotku sastoji od metana, koji spada u skupinu plinova IIA, temperaturnoga razreda T1 jer njegova temperatura (čisti metan) paljenja, prema gore spomenutoj metodi, iznosi 537 o C. Točnije rečeno, prirodni je plin plinska smjesa različitih ugljikovodika od kojih je najveći udio (veći od 80% do 99%) metana (CH 4 ). U manjim su količinama prisutni ostali ugljikovodici (etan, propan, butan i primjese težih ugljikovodika) te ugljični dioksid (CO 2 ) i dušik (N 2 ), a moguća je i pojava helija, sumporovodika, argona, vodika, živinih i drugih para. Podrijetlo, vrsta i udio tih primjesa u prirodnome plinu ovise o vrsti matičnih stijena, o utjecaju magmatskih, odnosno hidrotermičkih procesa u litosferi i o procesima migracije prirodnoga plina. Kako određeni sudionici odnosno primjese u smjesi djeluju na temperaturu paljenja, teško je jednoznačno odrediti, jer one mogu djelovati na smanjenje ili povišenje temperature paljenja, a to sve opet ovisi o sastavu smjese. Možemo zaključiti da bez ispitivanja nećemo moći sa sigurnošću utvrditi temperaturu paljenja smjese, a time, često, ni pripadajući temperaturni razred. Prema gore navedenome, možemo reći da kvaliteta prirodnoga plina ovisi o mjestu gdje se nalazi bušotina pa tako imamo čišći i manje čist prirodni plin, ako se razmatra samo postotak metana što nas ovoga trenutka i zanima. Tako je primjerice približni sastav ruskoga plina: Metan CH 4 92 do 99% Dušik (N 2 ) 0,4 do 2,9% Butan C 4 H 10 i viši ugljikovodici 0,1 do 0,4% Ugljični dioksid (CO 2 ) 0,05 do 0,09% Etan C 2 H 6 0,05 do 2,6% i prosječan sastav prirodnoga plina MOLVE: Metan CH 4 88% Etan C 2 H 6 4.5% Ugljični dioksid (CO 2 ) 3,0% Dušik (N 2 ) 1,6% Propan C 3 H 8 1.5% Butan C 4 H 10 1% Iz gore navedenoga možemo zaključiti da se sastav prirodnoga plina prilično mijenja što može biti izvor potencijalne opasnosti. Naime, ovakve promjene u sastavu smjese prirodnoga plina imaju za posljedicu i mijenjanje temperature paljenja plina što može utjecati na veću vjerojatnost pojave eksplozije. U pojedinim se slučajevima u praksi može dogoditi da je oprema, čija je temperatura površine veća od 450 o C, tj. veća od dopuštene temperature za temperaturni razred T1, smještena u prostor ugrožen eksplozivnom atmosferom prirodnoga plina. Zbog takvih specifičnih slučajeva, uputno je sprovesti mjerenja zagrijavanja površine opreme te odrediti i temperaturu paljenja prirodnoga plina prema već prije spomenutoj metodi. II. OPREMA U ZONI OPASNOSTI U praksi, odnosno u postrojenjima, ponekad se ne može izbjeći instaliranje opreme u prostore ugrožene eksplozivnom atmosferom koja tehnički ne odgovara kriterijima određene zone opasnosti (zone: 0, 1, 2) [4]. Da pojasnimo, kod specifične opreme, odnosno postrojenja, ponekad se mora odstupiti od prakse. Naime, ima slučajeva kada je površinska temperatura opreme puno veća od temperaturnoga razreda T1 (temperatura stijenke veća od 450 C), tj. nije u opsegu temperaturnih razreda, a nalazi se u ugroženome prostoru parametara T1. Ovdje moramo napomenuti da su to vrlo rijetki slučajevi i više je to iznimka nego pravilo. U svakom slučaju, uvijek je najprije potrebno poštivati norme koje vrlo dobro opisuju instaliranje opreme. Ipak, ponekad nema drugoga rješenja, nego se mora odstupiti od propisane prakse, primjerice zbog tehnološkoga procesa ili zato što se radi o vrlo specifičnoj opremi. To su vrlo kompleksni slučajevi te je potrebno s velikom pažnjom i oprezom pristupiti rješavanju tog problema. Za to je potrebno i mnogo znanja i mnogo ispitivanja (temperatura paljenja plina i sl..) i mjerenja (temperature površine i sl...). Jedan je takav primjer i problematika kompresorskih stanica prirodnoga plina. Sastavni dio kompresorskih stanica jesu plinski motori na kojima su ugrađena turbopuhala koja predstavljaju potencijalnu opasnost jer posjeduje konstantan uzročnik paljenja - vruću površinu. Turbopuhalo nije u opsegu temperaturnih razreda jer se tijekom rada pojedini njegovi dijelovi zagrijavaju iznad 42 Ex-Bilten Vol 39, br. 1-2

3 450 o C, što je moguće izmjeriti IC kamerom (slika 1.). Znači, površinska je temperatura puno veća od temperaturnoga razreda T1. Za pogon plinskoga motora koristi se prirodni plin, a sam prostor gdje se nalazi moto kompresor klasificiran je kao ZONA 2, skupine plinova IIA (metan) temperaturnog razreda T1. Kako je u uvodu rečeno, prirodni je plin smjesa raznih ugljikovodika, a najveći je udio metana koji ima temperaturu paljenja od 537 o C. Razlika između izmjerene površinske temperature turbopuhala i temperature paljenja metana iznosi samo 13 C.To je sama po sebi vrlo mala razlika koja ne jamči sigurnost jer možda postoje i dijelovi turbine koji su zagrijani na višoj temperaturi. Međutim, isto tako ne zna se kako ostale primjese u smjesi prirodnoga plina utječu na visinu temperature paljenja. Mjesta uzimanja uzorka jesu: a) kompresorska stanica iz plinovoda koji se koristi za pogon plinskih motora kao i utiskivanje plina u magistralni plinovod b) mjesto uzorkovanja posebno je označeno i izvedeno da je samo priključenje omogućeno tijekom tehnološkoga procesa c) posuda u koju se uzima uzorak plina izrađena je od nekorodirajućega čelika i podnosi visoke tlakove kao i sama priključna cijev Slika 1. Površinska temperatura Zbog realne opasnosti od curenja prirodnoga plina iz plinske instalacije u prostor gdje se nalazi plinska turbina, potrebno je ispitati temperaturu paljenja samog plina. Kako bi se smjesa prirodnog plina mogla ispitati, potrebno je uzeti uzorak. Slika 3. Uzorkovanje plina Postupak uzorkovanja podrazumijeva izbjegavanje utjecaja okoliša, tj. promjenu sastava uzorka te označavanje uzorka najmanje s podacima o mjestu i datumu uzimanja uzorka. B. Kromatografska analiza Slika 2. Turbopuhalo plinskoga motora A. Uzorkovanje plina na kompresorskim stanicama Uzimanje uzorka plina na kompresorskoj stanici (slika 3.) provodi se kako bi se odredila kvaliteta plina koji se dobiva iz bušotina i odredili drugi parametri, u ovom slučaju, temperature paljenja. Uzorkovanje se obavlja prema planu uzimanja uzoraka ili neposrednom nalogu tehnologa. Kromatografska analiza uzorkovanoga plina obavlja se u INA-inom laboratoriju SD istraživanje i proizvodnja nafte i plina, Sektor za upravljanje i inženjering polja, Služba laboratorijskih ispitivanja IPNP. Laboratorij je akreditiran po HRN EN ISO/IEC Opći zahtjevi za osposobljenost ispitnih i umjernih laboratorija, a akreditirana je metoda sukladna HRN EN ISO Prirodni plin - Određivanje sastava s određenom nesigurnošću plinskom kromatografijom - 5. dio: Određivanje dušika, ugljikovog dioksida i C1 do C5 i C6+ ugljikovodika u laboratoriju i on-line procesnoj primjeni uporabom tri kolone. Kromatografskom se analizom određuje količina pojedinih sudionika u smjesi. C. Sastav prirodnoga plina Sastav prirodnoga plina vrlo je promjenjiv, što najbolje dokazuju i same kromatografske analize uzrokovanoga prirodnog plina iz kompresorske stanice Stružec: Ex-Bilten Vol 39, br

4 TABLICA IV. KROMATOGRAFSKA ANALIZA PRIRODNOGA PLINA OD Sastav Mas % Mol % N 2 1,50 0,88 CO 2 0,31 0,12 C 1 95,06 97,62 C 2 1,89 1,03 C 3 0,51 0,19 i-c 4 0,09 0,03 n-c 4 0,10 0,03 i-c 5 0,04 0,01 n-c 5 0,06 0,01 C 6+ 0,44 0,08 Slika 4. Primjerak izvještaja kromatografske analize prirodnoga plina 1) Kromatografska analiza prirodnoga plina od [2] TABLICA III. KROMATOGRAFSKA ANALIZA PRIRODNOGA PLINA OD Sastav Mas % Mol % N 2 0,20 0,15 CO 2 3,24 1,56 C 1 62,03 81,57 C 2 9,61 6,74 C 3 11,29 5,40 i-c 4 3,01 1,09 n-c 4 6,15 2,23 i-c 5 1,74 0,51 n-c 5 1,60 0,47 C 6+ 1,14 0,28 2) Kromatografska analiza prirodnoga plina od Iz gore navedenih tablica vidimo da se sastav prirodnoga plina prilično promijenio, posebice metan za oko 16%, što zasigurno ima utjecaja na temperaturu paljenja same smjese prirodnoga plina. Promjena sastava smjese prirodnoga plina posljedica je mjesta eksploatacije. U kompresorsku stanicu dolazi plin iz nekoliko izvora s plinskih bušotina pogona, ali i iz magistralnoga plinovoda i neminovna je posljedica promjena sastava prirodnoga plina. Kako bismo odrediti točnu temperaturu paljenja plina, posebice kod specifičnih postrojenja, uvijek je najbolje ispitati plin i time potvrditi temperaturu paljenja plina, odnosno provjeriti je li razlika temperature (ΔT) između vruće površine opreme i temperature paljenja plina zadovoljavajuća. Međutim, prema prije navedenome, vidimo da je kemijski sastav prirodnoga plina, odnosno mješavine podložan oscilacijama te da skoro nikada nemamo isti plin. Na temelju toga nameće se nekoliko pitanja: koliko je često potrebno ispitivati plin i koliko je uzorka potrebno za ispitivanje? Zahvaljujući statističkim metodama i nadasve programskim (računalnim) rješenjima postoji mogućnost odgovora na gore postavljena pitanja. Postoji mogućnost statističke obrade podataka vezanih za temperaturu paljenja plina u ovisnosti o sastavu, što će se kasnije u tekstu i objasniti. Takva statistička obrada daje mogućnost da se ne ispituje baš svaki sastav plina, što bi bilo dugotrajno i financijski vrlo skupo (ali i najtočnije i najsigurnije). Pomoću statističkoga alata, na temelju određena broja ispitanih uzoraka, odrede se međusobni utjecaji sudionika u smjesi u svrhu određivanja temperature paljenja smjese. Međutim, uz vrlo dobro postavljen cilj ispitivanja i plan pokusa moguće je s relativno malim brojem ispitivanja, a time i uzoraka odrediti temperaturu paljenja u ovisnosti o sastavu. Uz pomoć programske podrške može se isplanirati pokus i odrediti koliko je ispitivanja potrebno provesti uz postavljanje jasnih granica u smislu najmanjih i najvećih vrijednosti udjela sudionika u mješavini. 44 Ex-Bilten Vol 39, br. 1-2

5 III. METODA ISPITIVANJA TEMPERATURE PALJENJA [7] Metoda, koju koristi laboratorij Ex-Agencije, ExLAB za određivanje temperature paljenja plinova i para, opisana je u dvije hrvatske norme i to HRN IEC Električni uređaji za potencijalno eksplozivne atmosfere - 4. dio: Metoda određivanja temperature paljenja i HRN EN Određivanje temperature samozapaljenja plinova i para. ExLAB je akreditirao metodu sukladno HRN EN IEC/ISO Slika 6. Detalj: komora peći i Erlenmayierova posuda (200 ml) Slika 5. Uređaj za ispitivanje temperature paljenja Kratak opis metode: Na upravljačkom dijelu peći odredi se željena temperatura (slika 5.). Komora u kojoj se nalazi Erlenmayierova posuda (200 ml) (slika 6.), zagrijava se na željenu temperaturu pomoću tri grijača. Točnost temperature unutar komore je +/- 1K. Kada se postigne željena temperatura, uzorak se upuhuje pomoću šprice unutar Erlenmayierove posude (200 ml). Nakon toga se mjeri vrijeme od 5 min unutar kojih može ili ne mora doći do paljenja. U ovisnosti je li ili nije došlo do paljenja, temperatura se unutar komore povećava ili smanjuje isto kao i volumen upuhivanog uzorka plina. Rezultat je ovoga ispitivanja najniža temperatura kod koje se zapali najmanji volumen ispitivanoga uzorka plina te su rezultati dani u obliku krivulje (slika 7.). Iz krivulje (slika 7.) može se očitati rezultat, a to je minimalni volumen i temperatura kod koje je došlo do paljenja. U ovom je primjeru to 20 ml kod temperature od 645 o C. IV. PLANIRANJE I ANALIZA POKUSA [5] [6] Prema svemu prije navedenomu, možemo zaključiti da je smjesa prirodnoga plina vrlo promjenjiva. Iz toga proizlazi da je potrebno vrlo često raditi ispitivanja kako bismo znali točne parametre prirodnoga plina. Međutim, Slika 7. Primjer rezultata ispitivanja pomoću statističke obrade podataka moguće je naći međusobne interakcije sudionika u smjesi, samo je potrebno odrediti koliko je ispitivanja dovoljno. Pomoću metodologije koja se zove Planiranje i analiza pokusa upravo je moguće pronaći međusobne interakcije, a time i utjecaj na temperaturu paljenja smjese. Naći međusobne interakcije sudionika u smjesi vrlo je kompleksan problem i potrebno je puno napora za njegovo rješavanje. Za rješavanje takvih problema postoji i programska podrška. U daljnjem će tekstu biti opisan jedan primjer rješavanja problema smjesa. U ovom primjeru smjesa koja će biti analizirana, nije prirodni plin, a sudionici u smjesi dani su u tablici VI. Ispitivanje i miješanje sudionika u danim omjerima obavljeno je u ExLAB-u. A. Planiranje pokusa Smjese čine jedan ili više sastojaka, a pri tome zbroj njihovih udjela (masenih ili molnih) iznosi 1. (1) Ex-Bilten Vol 39, br

6 Gdje je: x i udio pojedinačnog sastojka q broj sastojaka smjese Čista je smjesa ona koju sačinjava samo jedan sastojak i služi kao normativ s kojim se uspoređuju smjese s više sastojaka. Potpuna je smjesa ona gdje su udjeli svih sastojaka vezani, odnosno gdje između sudionika u smjesi postoji međusobna interakcija. Koraci metodologije Planiranje i analiza pokusa [5]: 1) U ovisnosti o broju sastojaka smjese, određuje se (q- 1) dimenzionalna elementarna rešetka za plan pokusa (koje smjese ćemo ispitivati). 2) Kako je u praksi vrlo često analiziranje cijele elementarne rešetke (svih mogućih smjesa), nema ekonomske opravdanosti ili jednostavno nije moguće analizira nje cijele rešetke te se iz tog razloga uvode ograničenja na omjere sudionika smjese. 3) Da bi se odredio broj i položaj točaka u pseudoelementarnoj rešetki, potrebno je odrediti model rešetke (model elementarne rešetke, elementarni model s težištem ili osni model). 4) Nakon što se odrede točke potrebne za ispitivanje, izvode se mjerenja i unose se dobiveni podaci. 5) Analiza podataka 6) Optimizacija Nakon upisivanja minimalnih i maksimalnih vrijednosti za pojedine sudionike u smjesi određuje se (q-1) dimenzionalna elementarna rešetka za plan pokusa. Izlazna veličina jest veličina koja se dobije ispitivanjem prije spomenutih točaka, a u ovom je slučaju to temperatura paljenja u C. Nakon tako definiranih točaka program ispisuje broj ispitnih točaka i koncentracije pojedinih sudionika u smjesi (slika 8.). Nakon dobivenih točaka pristupa se ispitivanju prema prije opisanoj metodi, a rezultati se upisuju u zadnju kolonu Respons (slika 8.). Nakon ispitivanja program statistički obrađuje podatke, odnosno analiziraju se dobiveni podaci. Programska podrška ima mogućnost grafičkoga iscrtavanja dobivenih rezultata (slika 9. i 10.). Slika 10. prikazuje 3D odzivnu površinu te se s promjenom koncentracija sudionika u smjesi ta površina mijenja i daje odgovor na pitanje koja je temperatura paljenja za neku neispitanu smjesu u zadanim granicama. B. Smjesa za ispitivanje Odabrana je smjesa sa sljedećim sudionicima: metan, etilen, propan i dušik. U tablici VI. navedini su sudionici u smjesi s minimalnim odnosno maksimalnim granicama. Sudionici u smjesi TABLICA VI. SMJESA PLINA Najveći udio sudionika u smjesi Najmanji udio sudionika u smjesi (CH 4 ) Metan 94,5% 80% (C 2 H 4 ) Etilen 10% 2,5% (C 3 H 8 ) Propan 5% 1,5% (N 2 ) Dušik 5% 1,5% Programska podrška koja se koristi u ovom planiranju i analizi pokusa, zove se Design Expert. Za potrebe ove analize potrebno je odrediti najmanje i najveće granice sudionika u smjesi te se te granice upisuju u programsko sučelje. Slika 8. Prikaz smjesa i rezultata ispitivanja Slika 9. Grafički prikaz rezultata 46 Ex-Bilten Vol 39, br. 1-2

7 Praktički ispitano je samo 20 uzoraka odnosno smjesa, međutim pokrivene su sve moguće varijante smjesa u zadanim granicama (tablica VI.). Na dijagramu, odnosno na grafičkom prikazu rezultata (slika 9.) može se očitati vrijednost temperature za bilo koju smjesu. Naravno, ovdje moramo napomenuti da se dobiveni matematički model temelji na činjenici da promatrano svojstvo smjese ovisi o udjelima pojedinih sudionika u smjesi. U ovom se slučaju ne traži najbolji mogući omjer sudionika pri kojem će se postići najpovoljnija najveća ili najmanja vrijednost promatrana svojstva, već se promatra kakve su međusobne interakcije sudionika i kakve su posljedice na promatrano svojstvo, u ovom slučaju temperaturu paljenja. Slika 10. 3D prikaz rezultata Ova programska podrška omogućuje vrlo dobro planiranje pokusa te mogućnost da se ne moraju ispitivati sve varijacije sudionika smjese jer je to praktično nemoguće. Ispitane su se smjese u prethodno opisanome primjeru koristile za probno ispitivanje i ispitivanje mogućnosti programskoga paketa i primjenu u praksi. V. REZULTATI ISPITIVANJA Određivanjem najmanjih i najvećih granica pojedinih sudionika u smjesi dobili smo dvadeset smjesa koje valja ispitati kako bismo mogli detaljno opisati odnosno istražiti uzročno posljedične veze među sudionicima. Prema dobivenim rezultatima možemo zaključiti da porast metana, u ovom slučaju, uzrokuje i porast temperature paljenja smjese što je neočekivano. Očigledno je da postoje izrazito jake interakcije između sudionika te da postoji mogućnost da neki od sudionika u većem postotku mogu uzrokovati pad temperature paljenja. Naravno, u ovoj su smjesi samo četiri sudionika (metan, propan, etilen i dušik) što je bilo ograničenje laboratorija prilikom pripreme smjese dok je prirodni plin smjesa od desetak sudionika koji imaju međusobnu interakciju. Do sada je u ExLAB-u ispitano [7] nekoliko smjesa prirodnoga plina iz različitih izvora: R. Br TABLICA VII. RAZLIČITE SMJESE PRIRODNOG PLINA Metan Mol. % Temperatura paljenja ( o C) 1 99,22 669,7 2 98,29 653,5 3 97,62 652,7 4 96,81 634,0 Prema tablici VII. može se primijetiti ista tendencija, kao kod smjesa koje su u ovom primjeru bile obrađene, da prilikom porasta sadržaja metana u smjesi raste i temperatura paljenja, što nije bilo za očekivati jer je temperatura paljenja čistoga metana 537 o C. Ponašanje smjese vrlo je nepredvidivo stoga što i mali postotak, uvjetno rečeno, nečistoća, može uzrokovati porast temperature paljenja, kao i izostanak nekih nečistoća i približavanje 100%-tnom metanu. Iz dobivenih rezultata možemo zaključiti da se porastom udjela nekih sudionika u smjesi može dogoditi da se temperatura paljenja naglo smanji. Daljnjom analizom dobivenih rezultata može se dobiti podatak do koje granice pojedini sudionici mogu biti zastupljeni u smjesi i koja je reperkusija na samu temperaturu paljenja. Uz to može se odrediti i koji je to sudionik koji ima najveći utjecaj na promatrano svojstvo smjese. U probnim smjesama bilo je samo četiri sudionika te je bilo dovoljno ispitati 20 smjesa kako bi se uzeli u obzir omjeri koji su interesantni u analizi. S prirodnim plinom to nije slučaj jer je prirodni plin smjesa 10 sudionika i zasigurno neće biti dovoljno ispitati 20 smjesa kako bi odredilo djelovanje na promatrano svojstvo smjese. VI. ZAKLJUČAK Općenito, u rješavanju kompleksnih problema vrlo je važno upotrijebiti dodatna znanja i mogućnosti. U je ovom članku dan prijedlog korištenja statističkih metoda u svrhu rješavanja problema određivanja temperature paljenja prirodnoga plina u ovisnosti o sastavu. Činjenica je da se za eksploziju moraju poklopiti tri uvjeta: uzročnik paljenja, zapaljiva tvar i zrak i koliko god to smatrali malo vjerojatnnim, činjenica je isto tako da se eksplozije u praksi događaju. Prirodni je plin smjesa raznih plinova, odnosno u većoj mjeri to su razni ugljikovodici čija je temperatura paljenja iznad 450 o C (tablica II.). Najveći postotak u smjesi prirodnoga plina ima metan (od 88% do 99%) čija je temperatura paljenja 537 o C te je zbog toga prirodni plin svrstan u temperaturni razred T1 i vrlo je teško očekivati da će pasti u temperaturni razred T2, odnosno koja bi Ex-Bilten Vol 39, br

8 to onda smjesa prirodnoga plina trebala biti? Međutim, kod specifičnih slučajeva kao što je turbopuhalo, temperatura paljenja prirodnoga plina ne smije se uzeti zdravo za gotovo jer u zoni opasnosti imamo konstantan uzročnik paljenja. U ovom slučaju imamo vruću površinu čija je temperatura 524 o C, a temperatura paljenja metana 537 o C, te se postavlja pitanje: Kolika je razina sigurnosti s temperaturnom razlikom od 13 o C? Možemo odmah reći da je to vrlo mala temperaturna razlika koja ne jamči visoku razinu sigurnosti, jer možda postoji i dio uređaja koji ima višu temperaturu od prije spomenute temperature. Kako bismo točno znali koja je temperatura paljenja plina, potrebno je plin ispitati i analizirati. U tekstu je opisan jedan primjer kako je moguće riješiti takve probleme. Kako bi to rješenje bilo kvalitetno, potrebno je uložiti mnogo napora, mjerenja i laboratorijskih ispitivanja. Primjer turbopuhala, koji je opisan u ovom članku, izvrstan je primjer rješavanja problema u okviru protueksplozijske zaštite. Takvih problema u praksi ima, ali uz korištenje novih pristupa obradi podataka mjerenja, zasigurno se povećava razina sigurnosti u postrojenjima uz, naravno, prikladno održavanje opreme. Prirodni plin ima vrlo raznolik kemijski sastav pa ga se s tog stajališta ne smije zanemariti jer se promjenom odnosa pojedinih sudionika u smjesi može dogoditi da se temperatura paljenja smanji i time ugrozi sigurnost postrojenja. Uočavanjem takvih problema i njihovim držanjem pod kontrolom, sigurnost postrojenja diže se na veću razinu. U članku je dan primjer korištenja statističke metode Planiranje i analiza pokusa i programskoga paketa Design Expert. U svrhu provjere mogućnosti praktične primjene, analizirano je dvadesetak smjesa čiji su sudionici redom: metan, etilen, propan i dušik. Dobiveni su dobri rezultati koji neosporno dokazuju postojanje međusobne interakcije sudionika u smjesi. Spomenuta statistička metoda i programski paket moguće je koristiti u svrhu određivanja temperature paljenja prirodnoga plina u ovisnosti o sastavu smjese. Uz dobro definirane najveće i najmanje granice sudionika u smjesi moguće je s relativno malim brojem pokusa odrediti temperaturu paljenja smjese. I na kraju, možemo zaključiti da će sinergija specifičnih znanja, laboratorijskih ispitivanja i adekvatnih mjerenja zasigurno dovesti do rješenja problema i podizanja sigurnosti postrojenja. Zahvala Autori se zahvaljuju INA-inom laboratoriju SD istraživanje i proizvodnja nafte i plina, Sektor za upravljanje i inženjering polja, Služba laboratorijskih ispitivanja IPNP koji je ustupio kromatografsku analizu za potrebe ovoga članka. LITERATURA [1] Nenad. J. J. Marinović, Oprema i instalacije za eksplozivnu atmosferu, Svezak 1 i 2, Zagreb, 2010 [2] Kromatografska analiza, INA laboratorij SD istraživanje i proizvodnaja nafte i plina, Sektor za upravljanje i inženjering polja, Služba laboratorijskih ispitivanja IPNP [3] HRN EN Eksplozivne atmosfere--dio 20-1:Svojstva plinova i para za njihovu klasifikaciju Ispitne metode i podaci. [4] HRN EN Eksplozivne atmosfere -- Dio 10-1: Klasifi kacija ugroženih prostora -- Eksplozivne atmosfere plinova [5] Cajner, Hrvoje., Babić, Anita., Šakić, Nikola., Značaj uporabe planiranja pokusa pri optimiranju procsa i proizvoda, 10. Hrvatska konferencija o kvaliteti I 1. znanstveni skup hrvatskog društva za kvalitetu, Šibenik, svibnja 2010 [6] Cornel, John., Experiment with Mixtures, Design, Models, and the Analysis of Mixture Data, Third Edition, University of Florida, JOHN WILEY & SONS, INC, 2002 [7] Mačković, Mario., Ispitivanje zapaljivih medija prema nizu normi HRN EN ;-2;-3;-4 I HRN IEC , Bilten Agencije za prostore ugrožene eksplozivnom atmosferom, Vol 36, br.2, 2007 Mario Mačković, mag. ing. mech.*; Josip Samaržija, ing. el. ** * Ex-Agencija, Zagreb, Hrvatska, m.mackovic@ex-agencija.hr ** Ina industrija nafte d.d./sektor istraživanja i proizvodnje, Zagreb, Hrvatska, josip.samarzija2@ina.hr 48 Ex-Bilten Vol 39, br. 1-2