Разбор статьи Девида Гейли - «Возгорание алюминиевых редукторов». (часть 1)

Неточности, замечания, неучтенные моменты, особенности применения с учетом российского законодательства.

Введение

В качестве введения хотелось бы отметить крайне высокую актуальность затронутой Д. Гейли темы. В условиях современной России, когда с одной стороны резко снизился уровень и качество контроля государства за безопасностью в сфере техники и технологий, а с другой стороны потребители все чаще предпочитают «одноразовые» изделия, вопрос безопасности встает крайне остро. Как и любое другое событие, воспламенение кислородного редуктора или любой другой аппаратуры, работающей с кислородом высокого давления необходимо рассматривать с точки зрения теории вероятности, и если в конструкции аппаратуры имеется возможность контакта кислорода высокого давления с материалами, которые воспламеняются при этом контакте, то очевидно, что эта вероятность (воспламенения) не нулевая.

Пример, из теории вероятности

Для осознания масштаба проблемы можно решить один пример: предположим, что вероятность воспламенения кислородного редуктора из алюминия равна 0,0001% то есть «шанс один на миллион». Событие наступает каждый раз, когда Вы или сварщик в вашей мастерской открывает вентиль на баллоне, скажем, что это происходит два раза в день с утра и после обеда. Тогда событие произойдет примерно через 1400 лет. Вы скажете, что это слишком большой срок и этого никогда не случится с Вами? Но давайте добавим еще одно условие: на территории России всего 1000 сварщиков используют алюминиевые редукторы и мы увидим совсем другую картину: кто-то «выигрывает» в эту лотерею один раз в полтора года. У Вас все еще есть желание покупать лотерейные билеты? Я надеюсь, что нет, а теперь давайте рассмотрим, почему это происходит и почему оптимистичные надежды господина Гейли не могут быть оправданы, по крайней мере, в России.

О различиях в законодательстве США и России

Для начала можно еще раз отметить, что в отличие от США, в России (также, как и в большинстве стран континентальной Европы) законодательством, прямо и однозначно запрещено использование алюминия, контактирующего с кислородом высокого давления.
В странах СНГ запрещено также применение обычных сталей и каких-либо покрытий для изготовления деталей, которые контактируют с кислородом высокого давления. Этот вопрос подробно рассмотрен в более ранних публикациях, и возвращаться к нему не имеет смысла.

Немного теории

Теперь перейдем непосредственно к разбору статьи, для начала рассмотрим самый общий вопрос: почему материал может воспламениться при контакте с кислородом высокого давления? Господин Гейли в своей работе рассматривает ряд конкретных примеров, которые являются по сути следствием, а не причиной возникновения аварийной ситуации. Для того чтобы понять «физику» процесса и рассмотреть все возможные варианты, а не только те, которые упомянуты в статье, необходимо подняться на одну ступеньку выше, а именно перейти от тепловых потоков к энергии. Для начала определимся с понятием горение. Горение - это химическая реакция окисления, происходящая с большой скоростью. Очевидно, что для протекания этой реакции необходимо наличие окисляемого материала. (теоретически это может быть любой из известных материалов) и окислителя - в земных условия это кислород. Так же, для начала реакции в зону контакта необходимо подвести определенное количество энергии, которое называется энергией активации реакции - ее можно представить в виде своеобразного «запала» который поджигает материал. То есть при наличии достаточного количества энергии практически любой материал может воспламениться и сгореть в среде кислорода. Далее необходимо вспомнить в какой форме может храниться энергия, это механическая энергия, например, маятника в часах, это химическая энергия - бензина в баке, это тепловая энергия - горячей воды, это электрическая энергия в батарейке и множество других вариантов, один из которых энергия сжатого газа находящегося в баллоне под огромным давлением, в 200 раз превышающем земное. То есть в кислородном баллоне одновременно находиться и окислитель и запал определенной мощности, единственное чего не хватает - это подходящего топлива. Теперь осталось лишь указать на тот факт, что энергия активации реакции горения для латуни в среде кислорода значительно выше, чем энергия запасенная в газе под давлением 200 атм. (20Мпа), а энергия активации реакции горения алюминия значительно ниже, и единственная причина по которой алюминиевый редуктор не сгорает сразу, является тонкий слой оксидного покрытия, который отделяет кислород от алюминия и любая царапина, трещина или даже микродефект покрытия может привести к воспламенению.

Во второй части, мы подробно рассмотрим конкретные примеры, которые приводит в своей статье господин Гейли и укажем на отличия медицинских кислородных редукторов (пример Гейли), от редукторов, применяемых в сварочных процессах.

---