Časopis 112 ROČNÍK XV ČÍSLO 2/2016

V úvodu přinášíme základní statistické údaje o činnosti HZS ČR v uplynulém roce a prioritách pro rok 2016. V bloku věnovaném POŽÁRNÍ OCHRANĚ analyzujeme zásah na požár tlakové lahve s acetylénem. Požár byl zlikvidován v ČR dosud nepoužitou metodou – prostřelením tlakové lahve. Informujeme o výsledku požární zkoušky zateplení stěn a přinášíme přehled certifikátů vydaných TÚPO v roce 2015. Cíle a výstupy projektu k zajištění efektivní komunikace HZS ČR pro řešení mimořádných událostí, specifika spolupráce HZS ČR, Letecké služby Policie ČR a Státního ústavu radiační ochrany při monitorování radiační situace na území ČR a prezentace činnosti Letecké záchranné služby Jihočeského kraje jsou tématy části časopisu zaměřené na oblast IZS. V bloku OCHRANA OBYVATELSTVA A KRIZOVÉ ŘÍZENÍ seznamujeme s výsledky analýzy hrozeb pro ČR, aktivitami Výboru pro civilní nouzové plánování nebo prioritami předsednictví Nizozemska v Radě Evropské unie v oblasti ochrany obyvatelstva.  

Po zásahu na požár tlakové láhve se na oddělení chemické služby HZS hl. m. Prahy obrátilo několik příslušníků HZS ČR s dotazy ohledně problematiky acetylenových tlakových láhví. Rád bych se tímto článkem pokusil odpovědět alespoň na některé z nich.

 

Acetylen je triviální název pro ethyn (někdy též ethin). Je to nejjednodušší alkyn, tedy uhlovodík s trojnou vazbou mezi uhlíky. Jeho sumární vzorec je C₂H₂ a strukturní H–CC–H. Molární hmotnost acetylenu je 26,04 g/mol.

 

Ethyn se vyrábí nejčastěji z acetylidu (karbidu) vápenatého. Který vzniká reakcí oxidu vápenatého s koksem za vysoké teploty (CaO + 3C  CaC₂ + CO).

Acetylid se pak nechává reagovat s vodou, přičemž vzniká acetylen a hydroxid vápenatý (CaC₂ + 2H₂O  Ca(OH)₂ + C₂H₂).
Další možností výroby je pyrolýza nasycených uhlovodíků (ze zemního plynu nebo ropy).

Za normálního tlaku a teploty je acetylen bezbarvý, extrémně hořlavý plyn. Trojná vazba mezi uhlíky je slabá v porovnání s dvojnými vazbami, které vzniknou při spálení na oxid uhličitý, proto se při spalování uvolňuje extrémní množství energie.

Čistý acetylen je bez vůně a zápachu, avšak v běžné komerční jakosti má charakteristickou vůni po česneku, která je znakem kontaminace nečistotami (zejména fosfanem). Acetylen je o trochu lehčí než vzduch (jeho relativní hmotnost je 0,91), ve vodě rozpustný je (1185 mg/l; 20 °C), ale lépe se rozpouští v organických rozpouštědlech. Teplota varu acetylenu je -80,8 °C a teplota vznícení je 305 °C.

Toxické účinky

 

Čistý acetylen je klasifikován jako netoxický a nevykazuje ani chronické škodlivé účinky i při vyšších koncentracích. Je však dusivý a má mírné anestetické účinky. Vdechování acetylenu může způsobovat závratě, bolesti hlavy a nauseu (nevolnost).

 

Komerční acetylen však může obsahovat toxické nečistoty, zejména fosfan (typicky pod 15 ppm, avšak v nečištěném acetylenu až 1 000 ppm), sulfan (pod 10 ppm), arsan a amoniak (síra, fosfor a arsen jsou příměsemi koksu použitého při syntéze, zdrojem dusíku je vzduch).

S ohledem na anestetické vlastnosti bývá acetylen občas zneužíván podobným způsobem jako oxid dusný. Vzhledem k toxicitě výše zmíněných nečistot však může takové zneužívání vést ke smrti.

Požární rizika

 

Kvůli trojným vazbám mezi uhlíky je acetylen fundamentálně nestabilní a rozpadá se exotermickou reakcí na uhlík a vodík.

 

Dolní mez výbušnosti (DMV) acetylenu je, dle platné normy ČSN EN 60079-20-1, 2,3 %, v literatuře je však možné najít hodnoty od 1,5 % do 3 %. Jako horní mez výbušnosti se někdy udává hodnota 83 %. Ta je však jen teoretická, jelikož se vztahuje na reakci acetylenu s kyslíkem. Skutečná horní mez výbušnosti je, s ohledem na jeho nestabilitu, v podstatě 100 %. A tuto hodnotu uvádí i výše zmíněná norma.

Nebezpečné jsou také acetylidy, které vznikají reakcí acetylenu s kovy, zejména s mědí, stříbrem, cínem a rtutí (případně se slitinami nebo solemi těchto kovů). Acetylidy jsou výbušné a velmi citlivé jak na teplotu, tak na náraz nebo tření.

Měření koncentrace acetylenu

Koncentrace acetylenu v ovzduší se v podmínkách HZS ČR měří a vyjadřuje v procentech dolní meze výbušnosti (DMV). Pokud se ke stanovení použije explozimetr kalibrovaný na metan, naměřená hodnota v procentech DMV se pro acetylen násobí faktorem 1,9. Pokud tedy naměříme explozimetrem kalibrovaným na metan 50 % DMV, je v případě acetylenu hodnota DMV takřka 100 %.

Je vhodné upozornit ještě na jednu věc: měříme­ li výbušnost v místech, kde uniká acetylen, kombinovaným přístrojem, který má integrované čidlo i na detekci oxidu uhelnatého, začne toto čidlo indikovat přítomnost CO. Nejedná se však o oxid uhelnatý, ale o acetylen, který vykazuje na čidle oxidu uhelnatého odezvu (interferenci).

Tlakové láhve

 

Tlakové láhve na acetylen používané v Česku se vyrábějí ocelové bezešvé. Teoreticky bychom mohli narazit i na láhve svařované ocelové, nebo bezešvé hliníkové. Velikost používaných acetylenových láhví se pohybuje obvykle mezi 10 až 50 l vodního objemu. Padesátilitrová láhev pak obsahuje 10 kg acetylenu. Láhve jsou vybavené ventilem, někdy i ústrojím k ochraně ventilu. Existují také láhve s tavnými pojistkami, které uvolní tlak uvnitř láhve, jestliže je láhev vystavena příliš vysokým teplotám. Tyto pojistky však žádná z firem na našem trhu nepoužívá.

 

Od roku 1999 jsou láhve s acetylenem označeny podle ČSN EN 1089-3 kaštanovou barvou. Staré značení barvou bílou skončilo v červnu 2008. Od té doby již nemusí být na nově značených láhvích rozlišovací znak – písmeno „N“.

Nádoby jsou zcela vyplněny buď sypanou (starší láhve) nebo monolitickou (novější) porézní hmotou o poréznosti až 92 %. Kromě schválených zahraničních hmot se u nás nejčastěji používá sypaná hydrohmota (do roku 1980), Silica Sintex (1963-1992), litá azbestová tzv. NL hmota (NL hmota) (1980-1996) a od roku 1997 bezazbestová porézní hmota UL (UL1- pro aceton, UL2 - pro DMF), nebo SIAD AF. Hlavním účelem použití porézní hmoty je zabránit iniciaci a rozkladu acetylenu.

Acetylen není v láhvi jako stlačený plyn, ale je za tlaku rozpuštěn ve vhodném rozpouštědle. Proto nelze obsah acetylenu v láhvi zjistit manometrem. Jako rozpouštědla se běžně používá aceton nebo dimethylformamid (DMF). Od DMF se však ustupuje a v krátké době se jeho používání ukončí.

Aceton

Aceton je těkavá, vysoce hořlavá a jen mírně toxická kapalina (při zneužívání acetylenu k inhalaci částečně dochází k intoxikaci).

Dimethylformamid (DMF)

DMF je čirá, bezbarvá kapalina, prakticky bez zápachu. Je hořlavý, ne však vysoce hořlavý. Jeho toxicita je výrazně vyšší než acetonu.

Nebezpečné stavy tlakových láhví

Za nebezpečné stavy tlakových láhví můžeme označit zejména:

Přímé působení požáru nebo zdroje extrémně vysoké tepelné energie

V tlakové láhvi dochází působením tepla k vytěsnění acetylenu z acetonu a následně k rozkladu acetylenu na elementární uhlík a vodík. Tento rozklad je rychlý a doprovázený značným vývinem tepla. S rostoucí teplotou narůstá tlak uvnitř láhve, který dále zrychluje rozklad acetylenu.

Nebezpečná teplota povrchu láhve je 65 °C, nad touto teplotou již dochází ke spontánnímu uvolnění acetylenu z acetonu a k jeho rozkladu.

Zpětné prošlehnutí plamene do láhve

Zpětné prošlehnutí plamene může způsobit rozklad acetylenu v láhvi. Láhev tzv. „hoří uvnitř“. Zpětné prošlehnutí se projevuje opakujícím se třaskavým zvukem nebo hvízdáním v injektoru hořáku, zvyšující se povrchovou teplotou láhve v její horní části a tím, že láhev tzv. „čadí“, vystupuje z ní černý dým.

Příčinami zpětného prošlehnutí mohou být nízká výstupní rychlost plamene (méně než 70 m/s), nebo nečistoty v injektoru hořáku, hadicích, trysce hořáku, případně poškození hořáku nebo redukčního ventilu. Další příčinou zpětného prošlehnutí může být hořák přehřátý nad teplotu 350 °C, což je teplota vznícení kyslíko­ acetylenové směsi.

Kompresní teplo – tlakový ráz

Acetylen se při kompresi zahřívá. Nedojde­ li k rychlému předání uvolněného tepla, může teplota acetylenu při rázovém zvýšení tlaku z 1 na 20 barů dosáhnout až 300 °C, což způsobí rozklad acetylenu a následnou explozi. Rozklad acetylenu může být někdy iniciován i třením, ke kterému dojde při uzavírání ventilu acetylenové láhve po provedeném plnění.

Pokud není rozklad acetylenu včas zpomalen nebo zastaven a není snížena teplota pláště láhve, dojde nárůstem tlaku k porušení těsnosti láhve nebo k jejímu fyzikálnímu výbuchu. Při výbuchu láhve dochází k výronu plynu do prostoru a k rozletu střepin láhve až do vzdálenosti 300 m. Výronem plynu obvykle vzniká efekt „ohnivé koule“ (fire ball), doprovázený intenzivním sáláním tepla a tlakovými účinky. Po vyhoření plynu vzniká množství nedýchatelných nebo jedovatých zplodin hoření.

Likvidace nebezpečných stavů tlakových láhví

 

Pokud byla láhev zasažena požárem, nebo se její teplota, např. vlivem zpětného zášlehu a následného rozkladu acetylenu, blíží nebo dokonce přesahuje kritickou teplotu (65 °C), nedoporučuje se s láhví vůbec manipulovat. Konvenční způsob likvidace takovýchto nebezpečných stavů je chladit láhev na místě po dobu minimálně 24 hodin. K rozkladu acetylenu však může dojít samovolně i po ukončení ochlazování. Proto se dále doporučuje umístit láhev do nádoby s vodou na dalších 24 hodin. Kromě chlazení má toto opatření i tu výhodu, že při netěsnosti láhvového ventilu, ke které často dochází, probublává acetylen skrz vodní sloupec, což omezuje možnost vytvoření výbušné atmosféry. Navíc, v případě, že by přece jen došlo ke vznícení acetylenu nad vodní hladinou, funguje vodní sloupec jako pojistka, že nedojde k prošlehnutí plamene dovnitř láhve. Všechna tato opatření kladou nemalé nároky na síly a prostředky, spotřebu vody a v neposlední řadě může značné nepříjemnosti způsobit voda odtékající z chlazení, pokud ji nemůžeme účinně zachytávat, nebo odvádět do kanalizace nebo vodoteče.

 

Jedinou alternativou chlazení, kterou uvádí Bojový řád jednotek PO v metodickém listu č. 33 Kapitoly P, jenž se problematikou acetylenových láhví zabývá, je prostřelení láhve. Je zde ale poznámka, že jde o krajní řešení v případě, že nelze jinak zabránit jejímu výbuchu.

Jak však ukazují zkušenosti z posledních let ze cvičení i z provedených zásahů, nemělo by se na prostřelování láhví nahlížet jen jako na krajní řešení, ale spíše jako na standardní postup, který vede k zefektivnění zásahu a snížení rizik jak pro okolí, tak pro zasahující hasiče.
V minulosti proběhlo několik testů, při nichž se ověřovalo a porovnávalo chování tlakových láhví při požáru a jejich reakce při neřízené fyzikální explozi a řízeném odfouknutí prostřelením tlakové láhve. Ve vojenských výcvikových prostorech Ralsko a Brdy (Jince) se cvičilo ve volném prostoru, v Kaznějově v budovách.

Z provedených cvičení vyplynulo několik zásad, které je nutné splnit, aby byl průstřel efektivní a bezpečný:

- střelbu může provést pouze specialista Policie České republiky,
- kvůli bezpečnosti střelce musí být střelba provedena z dostatečné vzdálenosti, která se vždy odvíjí od podmínek a prostředí zásahu – nejméně však 50 m, lépe 100 m,
- kolem cíle musí být minimálně 100 m bezpečnostní zóna, zasahující musejí být krytí za pevnými překážkami,
- za tlakovou láhví musí být pevná překážka a/nebo dostatečně velký vyklizený a uzavřený prostor (perimetr), protože pokud by se střela odrazila, sklouzla, nebo by střelec minul, mohla by střela pokračovat v letu ještě dalších 5 km,
- střela musí mít dostatečný výkon, aby prorazila stěnu tlakové láhve, musí však zůstat uvnitř láhve a nesmí projít druhou stranou, aby nezpůsobila následné škody.

Jako nejspolehlivější byl vytipován zbraňový systém SAKO TRG 42 ráže.338 Lapua Magnum a střelivo.338 LM s celoplášťovou střelou 250 grn (8,6 mm) Lock Base. Tato střela probíjí plášť zcela spolehlivě.

V případě nouze, pokud na místě zákroku nemá odstřelovač k dispozici zbraňový systém v ráži.338 LM s odpovídajícím typem střeliva, je možné použít i zbraňový systém Accuracy International v ráži.308 Win (7,62 x 51 NATO). V tomto případě by však mohl nastat problém u silnějších tlakových láhví na vzdušné plyny (dusík, kyslík, vodík, argon, helium), které již střela ráže.308 Win na 100 m neprostřelí. Další možný zbraňový systém je HK 417 s doporučeným střelivem SAKO 190 grn.

Jako nevhodné se ukázaly střely SCENAR o hmotnosti 250 grn konstrukce HPBT jejíž hrot je dutý a v tomto místě je plášť střely křehký. Při kolmé střelbě na tlakovou láhev je střela schopna plášť probít, ale zásah musí být umístěn přesně ve středové ose. V jiném případě hrozí fragmentace a sklouznutí střely.

Nežádoucí je také použití munice se střelou AP­ Armour piercing (průbojná střela s penetrátorem). Tato střela prochází přední i zadní stěnou pláště tlakové láhve.

Další taktické zásady ke spolehlivému prostřelení pláště tlakové láhve:

- umístit zásah na středové ploše tlakové láhve, tzn. přibližně 25 cm od zakřiveného hrdla a 25 cm od jejího dna (v těchto místech je totiž tloušťka pláště největší). V situaci, kdy to není možné, např. rozházené tlakové láhve v důsledku dopravní nehody, je možné provést výstřel i na jejich dno, ale výhradně ráží.338 LM se střelou Lock Base,
- pokud to situace umožňuje, je dobré použít současně dvou střelců na jednu tlakovou láhev. Jsou­ li střelci dokonale sladěni, mohou střílet naráz na odpočet. Pokud ne, měla by být prodleva mezi výstřely alespoň jedna sekunda, aby nedošlo k tomu, že první střela pootočí tlakovou láhev přesně v okamžiku, kdy na ni dopadá druhá střela a ta v důsledku toho sklouzne po plášti tlakové láhve.

Po prostřelení stěny láhve dojde k úniku plynu a okamžitému snížení tlaku v láhvi. Po výronu plynu nebo jeho vyhoření již nehrozí nebezpečí fyzikálního výbuchu tlakové láhve. V případě, že se tlaková láhev nachází v ohnisku požáru, unikající plyn vytvoří efekt podobný trysce raketového motoru (Jet Fire), nebo ohnivé koule (Fire Ball), a vyhoří. Jednoznačně je ale prostřelení vždy lepší a méně nebezpečné než nechat dojít tlakovou láhev až k hranici fyzikálního výbuchu.

Při testech zůstávaly prostřelené tlakové láhve na místě nebo se opřely o zeď nebo se svalily na zem a vyhořely. Výjimkou byly tlakové láhve s kyslíkem, které se začaly reaktivní silou pohybovat nepředvídatelným směrem. Podobné chování lze předpokládat i u jiných láhví, v nichž jsou plyny stlačené velkým tlakem, ale nejsou rozpuštěné v rozpouštědle, jako acetylen, nebo zkapalněné jako například propan­ butan.

Poté co byla láhev prostřelena a došlo k výronu nebo vyhoření acetylenu, doporučuje se umístit láhev do nádrže s vodou na dobře větratelném místě. Poměrně dlouhou dobu (i déle jak 24 hodin) ještě dochází k uvolňování zbytkových množství acetylenu z porézní hmoty tzv. vydýchávání láhve. Umístěním láhve pod vodní hladinu máme možnost snadno vizuálně kontrolovat stav vydýchávání láhve a omezíme možnost tvorby výbušné atmosféry.

Další možnosti perforace tlakové láhve

Další zajímavou možností perforace tlakové láhve je použití usměrněné nálože (razor) v součinnosti s Pyrotechnickou službou Policie ČR. Tento postup byl testován v prosinci 2015 ve Vojenském výcvikovém prostoru Boletice u Českých Budějovic. Nevýhodou tohoto postupu je nutnost přiblížit se k tlakové láhvi, což však v případě, že je láhev intenzivně chlazena, možné je. Velkou výhodou usměrněných náloží ale je, že nedochází k vystřelování projektilů a nehrozí tak následné škody způsobené odraženou kulkou, nebo její střepinou. Další výhodou je například možnost otevřít všechny láhve ve svazku naráz.

Závěr

Při testech i při reálném zásahu se prokázalo, že prostřelení tlakové láhve, nebo její perforace usměrněnou náloží a řízené odfouknutí nebo vyhoření média značně snižují riziko a zvyšují bezpečnost a efektivitu zásahu.

Literatura

1)    Acetylen v lahvích a svazcích. Česká asociace technických plynů. [online]. 23. 12. 2015 [cit. 2015-12-23]. Dostupné z: http://www.catp.cz/publikace2.php
2)    Praktická příručka pro acetylen. Česká asociace technických plynů. [online]. 23. 12. 2015 [cit. 2015-12-23]. Dostupné z: http://www.catp.cz/publikace2.php
3)    Požáry s přítomností tlakových láhví P 33. Bojový řád jednotek požární ochrany. Praha: MV GŘ HZS ČR, 2005.
4)    KRATOCHVÍL, Václav et al. Tlakové lahve z hlediska požární bezpečnosti. Ostrava: Sdružení požárního a bezpečnostního inženýrství, 2010. ISBN 978-80-7385-070-8.

prap. Ing. Aleš PÍCHA, Ph.D., foto prap. Jan KOSTÍK, HZS hl. m. Prahy

Print  E-mail  X Corp.   Facebook