Por que os botijões de gás explodem? Principais causas e medidas preventivas

Reconheça, as notícias de que ocorreu uma explosão de um cilindro de gás em algum lugar, que infelizmente às vezes ouvimos na televisão ou de conhecidos, nos fazem refletir sobre a nossa própria segurança. E não há lugar para a complacência de que isso não acontecerá conosco nesta situação.

As consequências de tal explosão e do incêndio causado por ela podem ser as mais tristes, não apenas para a propriedade, mas também para a saúde e a vida das pessoas que estavam por perto. Nós o ajudaremos a entender por que os cilindros de gás podem explodir e como, sem abrir mão da conveniência de usá-los, proteger-se de grandes problemas.

Para isso, realizamos uma pesquisa sobre as características dos tipos existentes de recipientes de gás domésticos, analisamos as causas pelas quais ocorreram explosões em vários casos reais e estudamos as opiniões competentes de usuários experientes sobre o assunto. O artigo proposto pode ser apresentado como uma compilação de conjuntos de regras, apresentada de forma compreensível, que permite usar o gás em cilindros de forma correta e segura na prática.

O essencial sobre cilindros de gás

A indispensabilidade dos cilindros de gás no dia a dia até o presente momento pode ser confirmada com segurança por uma parte significativa da população da Rússia.

Para muitas pessoas, o uso de cilindros de gás liquefeito não é apenas uma possibilidade de ter comodidades extras no campo, mas a única opção disponível para gaseificar sua residência.

Em nível estadual, a Rostechnadzor identificou problemas gerais no uso de recipientes de gás, que precisam ser conhecidos, pois estão relacionados ao seu uso seguro:

• frota obsoleta — cerca de 90% de todos os cilindros não são protegidos contra enchimento excessivo durante o abastecimento;
• falta de regulamentação estatal clara no mercado de cilindros, o que inclui a existência de postos de abastecimento ilegais;
• necessidade de melhoria e de adequação das normas de parâmetros técnicos aos padrões internacionais.

A não conformidade com esses requisitos e recomendações da comissão europeia impõe dificuldades na garantia da segurança dos produtos de cilindros de gás usados na Rússia e importados.

Além de conhecer os problemas gerais, para facilitar a compreensão das causas que levam à explosão e das condições que podem contribuir para isso, será útil saber que tipos de cilindros existem, entender seu funcionamento e compreender algumas nuances da física da explosão e da combustão da mistura neles utilizada.

Tipos de recipientes para gás

Dependendo da área de aplicação, do enchimento utilizado e dos métodos de conexão, recipientes de gás podem diferir tanto em termos de construção quanto no material de que é feito o corpo.

Para uso doméstico, geralmente são utilizados recipientes de gás metálicos (de aço) ou vasos de materiais compósitos. Cada um deles tem seus prós e contras.

Os cilindros metálicos, tanto novos quanto os de frota antiga, são os mais populares. A principal razão para a alta demanda por tanques deste tipo é o seu preço relativamente baixo e a grande oferta no mercado, incluindo recipientes fabricados ainda na época soviética.

Mas são exatamente os cilindros de aço que apresentam maior risco de explosão e, seguindo os princípios de segurança, exigem o cumprimento de uma série de condições durante seu armazenamento e operação. Portanto, vamos nos concentrar neles com mais detalhes.

Como é construído um cilindro?

Em termos de construção, um recipiente de gás se assemelha a um isqueiro comum, cujo reservatório também é preenchido com uma substância em dois estados de agregação. Parte do recipiente é ocupada por gás em fase líquida, e o espaço livre restante é preenchido com a mesma substância, mas em estado gasoso (de trabalho). Através do dispositivo de bloqueio, o gás é enviado para o equipamento adequado para ignição e uso conforme a finalidade.

A configuração padrão de um cilindro de gás inclui:

1. O próprio recipiente para gás ou o corpo cilíndrico, com espessura mínima de parede de 2 mm.
2. Válvula de cilindro com elemento de bloqueio e volante.
3. Suporte anelar (sapata) que garante a posição vertical estável do recipiente de gás.
4. Invólucro que protege a válvula contra danos e sujeira durante transporte, armazenamento e operação.

Em uma peça roscada especial — o anel do gargalo do cilindro — é fixada a tampa.

Um dispositivo útil tanto tecnicamente quanto em termos de segurança, com o qual os cilindros de gás podem ser equipados, é o regulador de propano juntamente com o manômetro.

Sua aplicação permite reduzir, estabilizar e manter a pressão da mistura nos valores especificados para um determinado equipamento consumidor de gás. Esse adaptador é facilmente instalado em cilindros de qualquer tipo.

Mistura de gás para cilindros domésticos

O gás hidrocarboneto — uma mistura de propano e butano — é usado como enchimento para cilindros, sendo bombeado para o recipiente a uma pressão de até 15 MPa.

A proporção desses hidrocarbonetos determina a sazonalidade do uso da mistura ou a região específica. Acontece que, com propriedades básicas relativamente iguais, o propano e o butano têm uma diferença significativa nos valores de temperatura de evaporação: butano — 0,5 °C, propano — 43 °C (com sinal de menos).

Devido à inconveniência de produzir marcas separadas de gás engarrafado para cada região, o GOST prevê uma mistura unificada de propano-butano com uma porcentagem específica desses gases.

O conhecimento do princípio de mistura dos hidrocarbonetos usados nos reservatórios de gás é importante não apenas para a possibilidade de baratear o combustível (o butano é mais barato que o propano), mas também para reduzir, devido à evaporação menos intensa do butano, o risco de formação de pressão elevada com um aumento significativo da temperatura do ar circundante. Um aumento repentino de pressão no reservatório pode causar sua despressurização e, consequentemente, explosão ou incêndio.

Pré-condições para uma explosão

Apesar das crescentes exigências para o manuseio seguro dos cilindros e sua qualidade, anualmente na Rússia mais de 200 pessoas se tornam vítimas fatais de explosões de gás engarrafado, e o número de feridos é uma ordem de grandeza maior.

Resumindo as informações dos fabricantes de recipientes de gás, apresentamos as faixas de pressão nas quais é possível a destruição dos cilindros:

Com a diminuição da resistência das paredes do cilindro, o valor crítico de pressão que leva à sua despressurização cai para 5,3 MPa.

Explosão ou queima de gás

É preciso entender que a explosão e a ignição do cilindro não são exatamente a mesma coisa. Por exemplo, à pergunta se um cilindro de gás doméstico que sofreu um buraco de estilhaço ou de bala pode explodir, não se pode responder 'sim' de forma inequívoca.

O gás que sai de um recipiente danificado sob pressão simplesmente queimará. Para uma explosão, é necessário um espaço fechado. Isso, geralmente, é o próprio cilindro, sob certas condições, ou um ambiente altamente saturado de gás.

A mistura de propano-butano com oxigênio no ar explode fora do cilindro ou sugada para dentro, depois que a pressão interna do cilindro se iguala à atmosférica.

Por que os cilindros de gás explodem ou queimam?

Cilindro em zona de incêndio

A periculosidade de explosão de um recipiente que entra na zona de combustão, com a mistura de gás pressurizada em seu interior, é muito alta. De acordo com o GOST, a temperatura máxima segura para um cilindro com hidrocarboneto é de 45 °C. É claro que no foco do incêndio ela excede significativamente o permitido.

A física do processo é a seguinte. Com alta temperatura de aquecimento, a mistura no recipiente entra em ebulição e, consequentemente, a pressão aumenta. Além disso, o aquecimento desigual da superfície do casco enfraquece sua resistência inicial e leva à destruição das paredes.

Normalmente, devido à alta deformação plástica residual do recipiente de gás e ao aquecimento de um lado, ocorre um inchaço local da parede (protuberância). A ruptura ocorre mais frequentemente na solda.

Evaporando-se e inflamando-se rapidamente, o hidrocarboneto expelido do cilindro em estado líquido e vapor exerce um impacto térmico adicional na zona do fogo sobre tudo ao redor.

Ao entender por que os cilindros de gás explodem durante incêndios em residências, deve-se também saber como eles podem se comportar quando aquecidos.

Podem haver duas variantes de ruptura do cilindro:

1. Pela mecânica 'hidráulica'.
2. Torção severa e formação de uma grande fissura no fundo e no casco.

No primeiro caso, a fase líquida, com o aumento da temperatura até 60 °C, preencherá o volume do recipiente até a norma de 85% a uma pressão de 1,5 – 2,5 MPa. A destruição do casco ocorrerá com o aumento adicional da temperatura no ambiente até 70 – 75 °C.

A segunda variante ocorre na ausência de fase líquida no recipiente, se, por exemplo, a evaporação da mistura liquefeita ocorreu devido à despressurização do dispositivo de fechamento, sob temperaturas elevadas em condições de incêndio.

Em qualquer cenário, os fragmentos do cilindro rompido podem se espalhar em alta velocidade em diferentes direções, representando uma ameaça de ferimento para pessoas e danos à propriedade.

Enchimento excessivo do cilindro com gás

Frequentemente, ao encher recipientes com gás liquefeito, eles são sobrecarregados. Isso ocorre por negligência ou de forma intencional, para economizar no fator de utilização do reservatório.

Deve-se entender que exceder a pressão do gás liquefeito no cilindro durante o abastecimento acima do permitido pode causar a violação de sua resistência.

No recipiente deve permanecer uma parte do volume livre — uma almofada, para a fase de vapor dos hidrocarbonetos. O volume seguro dessa almofada é de pelo menos 15% do volume total do reservatório. Na sua ausência, a pressão no cilindro aumenta em 0,7 MPa para cada grau de aumento da temperatura da mistura, o que é inaceitável pelas normas de segurança e pode levar à sobrecarga do invólucro e sua ruptura.

A quantidade de gás injetada no recipiente é estritamente regulamentada por pressão e massa, e não deve exceder 0,425 kg por 1 L de volume do recipiente.

Mesmo na temperatura prevista pelo GOST de +45 °C, um cilindro sobrecarregado apresenta grande perigo de probabilidade de ruptura longitudinal ao longo da solda.

Recomendamos também ler nosso outro artigo, onde explicamos detalhadamente as regras de abastecimento de cilindros de gás.

Aquecimento ou resfriamento das paredes do recipiente

A mistura de propano-butano, tendo um grande coeficiente de expansão, aumenta significativamente de volume mesmo com um leve aumento de temperatura.

O aumento da pressão no botijão para um valor crítico é possível quando o recipiente é aquecido por um longo período sob o sol, sob raios diretos.

O perigo do aumento da pressão da mistura nas paredes do recipiente também existe em um botijão instalado próximo a uma fonte de calor.

Além do aquecimento, uma série de perigos também está oculta no impacto negativo das temperaturas negativas. A primeira é o aumento da fragilidade do metal. E a segunda — é preciso lembrar para sempre que em hipótese alguma se deve levar um recipiente que esteve por muito tempo no frio para um ambiente quente. O aumento brusco da temperatura da mistura de hidrocarbonetos é perigoso.

Impactos e quedas de cilindros

Impactos mecânicos bruscos nas paredes do recipiente podem provocar danos e ignição do vaso com gás, especialmente quando o reservatório está em condições de baixas ou, ao contrário, temperaturas excessivamente altas.

Ao usar o botijão em condições anormalmente frias, as propriedades mecânicas do metal mudam — a tenacidade ao impacto do aço diminui.

Por esta razão, um forte impacto no botijão ou uma queda brusca podem danificar a vedação do recipiente e contribuir para a liberação de gás que, misturado com oxigênio e em contato com uma faísca, levará à detonação da mistura de gás com o ar.

No segundo caso, o aumento da temperatura e o aquecimento do gás contido no recipiente, como foi dito, aumentam drasticamente sua pressão, o que, com impactos adicionais no vaso, pode rompê-lo.

Impurezas estranhas no gás

O perigo de explosão está oculto quando água e sulfeto de hidrogênio entram no recipiente com gás liquefeito. Seu alto teor no reservatório contribui para o aparecimento de delaminações e bolhas na superfície metálica interna do casco.

Tais defeitos dos recipientes ocorrem quando há sulfeto de hidrogênio no propano a partir de 0,3% ou mais, e podem ser observados já após dois anos de uso do botijão.

Defeito na solda

Menos frequentemente, mas ocorrem problemas relacionados à despressurização dos recipientes de gás na zona próxima à solda.

Com um defeito na solda, pode ocorrer enfraquecimento de sua seção de trabalho, concentração de tensões e, como resultado, a abertura das soldas longitudinal ou circunferencial.

A integridade geral do casco pode ser mantida quando uma solda defeituosa se rompe.

Cenários das consequências de uma explosão de cilindro

As causas acima mencionadas de explosão ou ignição de vasos de gás podem, em diferentes variações, provocar os seguintes cenários perigosos.

Ruptura do cilindro e emissão de chama

A explosão do botijão e a ignição do propano-butano são perigosas devido aos seguintes fatores:

• coluna de forte chama, aumentando rapidamente a área do incêndio;
• alta temperatura do fogo no foco da explosão;
• toxicidade dos produtos de combustão.

A lesão também pode ocorrer por asfixia, devido à redução significativa de oxigênio em alta concentração de gases nocivos.

As pesquisas realizadas mostraram que a vedação de um recipiente de gás de 50 litros com gás liquefeito, que se encontra no foco do incêndio, é rompida em menos de 5 minutos. Como consequência, ocorre um incêndio repentino com a projeção de uma «bola de fogo» que atinge 10 metros de diâmetro.

Normalmente, a ruptura do recipiente ocorre na sua parte lateral.

Efeitos secundários prejudiciais da explosão

As consequências prejudiciais secundárias, mas não menos graves, da explosão do botijão são:

• arrancamento da válvula;
• impacto da onda de compressão ou onda de choque;
• dano causado por fragmentos dos elementos do casco.

Os fragmentos do botijão e seus elementos arrancados podem se espalhar muito longe, causando danos em um raio de até 250 m, e se elevar a uma altura de trinta metros.

Perigo de vazamento de gás

O perigo do vazamento de propano de um recipiente danificado reside no fato de que, no ambiente, muito rapidamente e em grandes volumes, cria-se uma concentração explosiva da mistura de hidrocarboneto e oxigênio — significativamente mais rápido do que em vazamentos de substâncias combustíveis líquidas.

Um vazamento forte da mistura do botijão ou de uma válvula de bloqueio defeituosa pode ser identificado pelo cheiro ou pelo som — o som é semelhante ao que ouvimos ao esvaziar rapidamente um balão de ar.

Em caso de suspeita de vazamento de gás ou para fins de verificação de sua ausência, basta aplicar uma solução de sabão no botijão com uma esponja e, pelas bolhas que se formam, determinar o local da despressurização.

Se houver vazamento de gás, é necessário cobrir o local da despressurização com um pano úmido, com cuidado, levar o recipiente para fora e chamar os técnicos de gás.

A partir de 2016, as normas técnicas preveem a instalação obrigatória de detectores de gás em casas novas. Para residências já construídas, essa norma tem caráter recomendatório, mas o benefício deste dispositivo, especialmente em casas onde se utiliza gás de botijão, é indubitável.

O fato é que a densidade da mistura de hidrocarbonetos é maior que a densidade do ar. Quando há violação da vedação do botijão, do equipamento de bloqueio ou da mangueira de conexão, o gás começa a se acumular na parte inferior, e seu cheiro pode não ser detectado imediatamente. É por isso que a mistura com propano, que escapa para o ar de um botijão de gás danificado, frequentemente explode em casas por qualquer faísca, sem ser notada.

Fundamentos do manuseio seguro de cilindros

Antes de instalar o botijão e conectá-lo a aparelhos a gás, a primeira coisa a fazer é verificar se não há danos, ferrugem no corpo e se a válvula está funcionando corretamente.

Apenas cilindros certificados, fornecidos por organizações especializadas, que possuam um passaporte em papel em todos os ciclos de operação e a marcação correspondente, aplicada por meio de gravação por impacto, podem ser utilizados.

Os principais requisitos técnicos que devem ser observados durante a operação dos cilindros incluem:

1. Todos os cilindros, exceto um (o de cinco litros para conexão ao fogão a gás), devem ser instalados em anexos externos aos edifícios e a uma distância não inferior a 5 m da entrada dos mesmos.
2. Evitar o armazenamento de cilindros em salas de estar, porões e sótãos.
3. Não colocar cilindros a menos de 1 m de aparelhos de aquecimento e a menos de 5 m de chamas abertas.

Entre as medidas de segurança óbvias, mas frequentemente esquecidas, ao usar recipientes de gás, devem ser consideradas e rigorosamente observadas as seguintes:

1. Não aproximar um fósforo aceso ou isqueiro do cilindro para verificar vazamento de gás.
2. Proibir categoricamente o uso de chamas abertas para aquecer o regulador ou a válvula. Para esses fins, é permitido apenas o uso de água quente.
3. Ao detectar gás no ambiente, não ligue nenhum aparelho elétrico, incluindo luzes, nem os desligue. A temperatura da faísca na tomada ou interruptor pode chegar a mil graus.
4. Não tente fazer reparos por conta própria na válvula de fechamento e em outros elementos estruturais do cilindro.

Além disso, é necessário cumprir rigorosamente os prazos de uso dos cilindros prescritos pelo fabricante. Os recipientes fabricados antes de dezembro de 2014 podem ser operados por 40 anos.

Na ausência de informações sobre o prazo de uso permitido para cilindros de gás fabricados após essa data e que não possuam documentação de acompanhamento, a Rostekhnadzor recomenda considerar como vida útil do cilindro — 20 anos.

É terminantemente proibido transportar cilindros de gás usando a válvula como dispositivo de retenção. Isso pode causar despressurização ou quebra do dispositivo de bloqueio.

Uma alternativa segura aos cilindros de gás de aço são os recipientes polimérico-compósitos mais modernos — os eurocilindros. Seus frascos são protegidos por uma carcaça plástica, não acumulam eletricidade estática. A segurança contra explosão dos cilindros compósitos é garantida pelo equipamento com dispositivos de segurança de nova geração — um inserto fusível e uma válvula de retenção de alívio de sobrepressão.

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

Causas de explosões de cilindros de gás com base em exemplos de fatos reais, e o que pode e o que categoricamente não pode ser feito ao usá-los:

Como usar corretamente os cilindros de gás em casa, e a quais requisitos eles devem atender:

Apesar de todos os fatores de risco existentes que acompanham a operação de equipamentos de cilindros de gás, não há motivos para ceder ao medo e abrir mão da conveniência de usá-los em casa.

O conhecimento teórico das causas e condições que acompanham a explosão de botijões de gás doméstico visa ajudar a superar esse medo. E o cumprimento do conjunto de normas de uso seguro apresentado servirá como uma garantia confiável contra as graves consequências de uma explosão de gás e incêndio.

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