Gas Tanker Familiarisation – kurs #4 | Stany Skupienia

Cała charakterystyka chemiczna i fizyczna ładunków gazowych zostanie podzielona na kilka tekstów, aby łątwiej przyswajać wiedzę. Jest to duża i ważna część tego biznesu, które powinien znać każdy oficer trzymający pieczę nad ładunkiem, a to z uwagi na zagrożenia, które istnieją w tej pracy przy tego typu ładunku. Warto znać specyfikę tego co się wozi w zbiornikach, tak aby wiedzieć czego oczekiwać i w sytuacjach awaryjnych wiedzieć co robić. Dzisiaj dowiemy się trochę o podstawach. Stany skupienia, które pomogą nam w dalszych częściach kursu.

Jeżeli nie czytałeś poprzedniego artykułu to zapraszam gorąco poprzez ten link lub za pomocą spisu treści powyżej.

Stany skupienia

Większość substancji może istnieć w stanie stałym, ciekłym lub gazowym. Przy zmianie stanu ze stałego na ciecz (topnienie) lub przechodzenie z cieczy w parę (parowanie), w tym celu daną substancję należy ogrzać.
Podobnie przy zmianie z pary na ciecz (skraplanie) lub z cieczy na ciało stałe (krzepnięcie), substancja musi oddać to ciepło. Ciepło oddawane przez substancję w zmieniającym się stanie nazywana jest ciepłem utajonym (latent heat). Dla danej masy substancji ciepło utajone dla topnienia i krzepnięcia są takie same. Podobnie ciepło utajone dla parowania i kondensacji jest taka sama, chociaż różni się od ciepła utajonego topnienia lub krzepnięcia.

Sublimacja lub resublimacja następuje w określonej temperaturze dla danej substancji i w tej temperaturze jest praktycznie niezależna od ciśnienia. Parowanie lub skraplanie czystej substancji, jednakże występuje w temperaturze, która zmienia się w szerokim zakresie w zależności od wywieranego ciśnienia na tę substancję.

Ciepło utajone parowania zmienia się również wraz z ciśnieniem. Rysunek poniżej ilustruje tę relacje, gdy substancja jest podgrzewana lub chłodzona w trzech stanach; topnienia lub krzepnięcia (A) i parowania lub skraplania (B).

Temperatury, ciśnienie i utajone ciepło parowania są bardzo ważne w całym tym procesie. Te dane można przedstawić w formie graficznej na podstawie metanu. Zawarte są tam informacje o gęstości cieczy(y’), gęstości pary nasyconej(y”), ciśnienia oparów (P) i ciepło utajone parowania(r) w funkcji temperatury. Podobne graficzne przedstawienie tych właściwości jest dostępne dla wszystkich gazów skroplonych przewożonych drogą morską.

W tym miejscu wygodnie jest rozważyć, co dzieje się, gdy wycieknie skroplony gaz. Po pierwsze, gdy schłodzona ciecz wycieknie ze zbiornika na zewnątrz, wówczas jest już albo niedługo znajdzie się pod ciśnieniem atmosferycznym lub stanie zbliżonym do ciśnienia atmosferycznego, ale po drodze napotyka różne przedmioty, takie jak konstrukcja statku (metal), woda morska, które posiadają temperaturę otoczenia.

Różnica temperatur między zimną cieczą a tymi obiektami, z którymi się styka, zapewniają natychmiastowe przeniesienie ciepła utajonego ciepła do cieczy, w wyniku czego następuje szybkie wydzielanie pary. Odprowadzanie ciepła od stykających się ciał stałych schłodzi je, zmniejszy różnicę temperatur i ustabilizuje szybkość parowania do poziomu niższego niż początkowo, aż do momentu, w którym ciecz całkowicie odparuje.

W przypadku rozlania cieczy do wody, konwekcja w górnych warstwach wody może w dużym stopniu utrzymać różnicę temperatur i proces parowania może utrzymywać wysokie tempo początkowe.
Jeżeli wyciek nastąpił ze zbiornika pod ciśnieniem wówczas temperatura cieczy niewiele będzie się różnić od temperatury otoczenia, ale sama ciecz jest uwalniana ze zbiornika pod wysokim ciśnieniem wówczas następuje niezwykle szybkie odparowanie, przy czym niezbędne ciepło utajone jest pobierane głównie z samej wyciekającej cieczy, która szybko schładza się do temperatury parowania pod ciśnieniem atmosferycznym.

Nazywa się to odparowaniem błyskawicznym (flash evaporation) i w zależności od zmiany ciśnienia cieczy wydostającej się ze zbiornika, duża część cieczy może odparować w ten właśnie sposób. Znaczna objętość wytworzonej pary z wydostającej się cieczy powoduje, że ciecz ta będzie rozpadać się na małe kropelki. I w zależności od zmiany ciśnienia, gdy ciecz wycieka, kropelki te zostaną wyrzucone ze znaczną prędkością i będą pobierać ciepło z otaczającego powietrza w celu skroplenia w parę wodną w powietrzu, tworząc białą widoczną chmurę i w tym procesie cała ciecz odparowuje do postaci gazu. Następnie jakakolwiek pozostała ciecz wyparuje w tym samym sposób jak w przypadku rozlanej całkowicie schłodzonej cieczy, dopóki wyciek nie zostanie całkowicie odparowany.

Oprócz zagrożenia związanego z wytwarzaniem się oparów (najczęściej palnych w połączeniu z otaczającym powietrzem),, gwałtowne schłodzenie stykających się przedmiotów spowoduje ich pękanie, a ludzka tkanka może zamarznąć i przekształcić swoją strukturę w stan kruchy.

I to by było na tyle z tematyki Stany skupienia. Na kolejne artykuły zapraszam wkrótce. Jeżeli znalazłeś gdzieś błąd lub masz inne pojęcie na ten temat to zostaw komentarz poniżej lub w mediach społecznościowych.