Время образования взрывоопасной смеси при утечке газа.

Если газовоздушная смесь с концентрацией в пределах воспламеняемости заполнила, какой либо замкнутый объем, то при появлении источника высокой температуры смесь воспламениться сразу во всем объеме. Сгорание газовоздушной смеси произойдет с большой скоростью, Произойдет взрыв всего объема газовоздушной смеси скопившейся в помещении, топке, котловане и др. Вся масса газовоздушной смеси превратиться в продукты сгорания, восприняв все тепло выделившееся при горении. Максимальная температура горения стехиометрической смеси природного газа с воздухом может достигать примерно 2000 °С . Нагретые газы расширяются, что сопровождается мгновенным повышением избыточного давления в замкнутом объеме. Давление продуктов сгорания повышается до тех пор, пока стены помещения, топки не перестанут выдерживать напор и не разрушаться. Тогда газы с силой выходят наружу. Образуется взрывная волна, которая распространяется во все стороны. может Скорость взрывной волны может достигнуть 600 м/сек. Если предусмотреть отверстие, через которое волна выйдет из топки или помещения, то разрушения основной конструкции не произойдет. В помещениях взрывная волна сбрасывается через оконные проемы, а в топках устанавливают сбросные клапаны. Максимальное давление возникает в подвале, где нет окон и сопротивление ограждающих конструкций большое. Максимальное давление при взрыве может достигнуть 0,8 МПа. Эффективная и надежно действующая вентиляция является одним из важных мероприятий предотвращающее образование взрывоопасной смеси. Вместо воздуха удаляемого из помещения, поступает свежий воздух, т. е. организуется воздухообмен. Наиболее опасными являются газы у которых нижний предел взрываемости наименьший и те, у которых наибольший диапазон между нижним и верхним пределами взрываемости.

Можно приблизительно определить время образования нижнего предела и верхнего предела взрываемости того или иного газа в помещении или в топке при утечке газа. Последовательность вычисления следующая:

1 – определение количества газа для данного объема помещения (топки) для образования нижнего предела взрываемости – V загазованности м³

V_заг = V_пом × L_н,

где V_пом – объем помещения (топки), м³; L_н – нижний предел взрываемости, в долях;

2 – определить или задаться утечкой газа, т. е. количеством газа, поступающего в помещение (топку) – V утечки, м³/час;

3 – время образования опасной смеси – τ, час;

4 – время образования взрывоопасной смеси с учетом вентиляции помещения – τ¢, час,

,

где А – часовая кратность воздухообмена.

Если газовоздушная смесь с концентрацией газа в пределах воспламеняемости образовалась в горелочных устройствах, то при поджигании ее на выходе из горелки она будет гореть. На поверхности разгерметизированных газопроводов, газовых резервуаров при поднесении источника высокой температуры она будет гореть диффузионным пламенем. Газовоздушная смесь с концентрацией газа в пределах воспламеняемости, распространившаяся по всему замкнутому объему (помещение, подвал, котлован, топка и др.), при внесении открытого огня сгорает с большой скоростью передачи теплоты от одних частиц к другим и с практически мгновенным выходом энергии – происходит тепловой взрыв всей смеси. Например, мгновенное сгорание, т. е. взрыв, стехиометрической смеси метана с воздухом сопровождается мгновенным повышением избыточного давления в замкнутом объеме до значений, близких 0,8 МПа за счет резкого повышения температуры и увеличения объема продуктов сгорания. Максимальное давление может возникнуть только в том случае, если происходит полное сгорание газа в каком-то объеме и прочность ограждающих конструкций выдержит это давление. В помещении величина давления будет такая, какое давление выдержит легко разрушающаяся часть ограждающих конструкций, например – окна, двери.

Максимальное давление, возникающее при взрыве газовоздушных смесей может быть определено по следующей формуле

где P_o – атмосферное давление, Р_о = 0,1 МПа; t_К – калориметрическая температура горения, °С, t_К = 2000 °С; – коэффициент объемного расширения; – коэффициент избытка воздуха, при котором происходит горение. При взрыве в помещении можно принять = 1.(по формуле из справочника)

Объем влажных продуктов сгорания на 1 м³ газа

м³/м³

Горение газов в воздухе может быть записано в общем виде ниже представленного выражения:

C_mH_n + (m + ) (O₂ + 3,67N₂) = mCO₂ +H₂O + (m + ) × 3,67 N₂

Кислород необходимый для горения поступает с воздухом, являясь его составной частью. Воздух состоит из:

О₂ » 21%;

N₂ » 79%.

Для использования 1м³ О₂ требуется 4,76 м³ воздуха.

На 1м³ О₂ приходится 3,76 м³ N₂.

Определение теоретического расхода сухого воздуха необходимого для полного сгорания 1м³ газа.

м³/м³

= (2CH₄ + 3,5C₂H₆ + 5C₃H₈ + 6,5C₄H₁₀ + 8C ₅H₁₂ + Н₂ S ) м³/м³

= (2×93+3,5×3,1+5×0,7+6,5×0,6) = 9,7 м³/м³

Определение теоретического расхода влажного воздуха необходимого для полного сгорания.

м³/м³

= 10гр – количество водяных паров в воздухе.

Опасные свойства горючих газов. Обладая высокими теплотой сгорания, температурой горения и незначительной температурой воспламенения, все углеводородные газы чрезвычайно опасны при разгерметизации газопроводов, газового оборудования и газовых резервуаров. При даже незначительных, на первый взгляд, утечках газа в плохо вентилируемых помещениях могут создаваться взрыво- и пожароопасные газовоздушные смеси.

Для определения утечек газу придают запах путем добавки остропахнущего вещества – этилмеркаптана C₂H₅SH. Такой процесс называется одоризацией газов. Запах одорированного газа должен ощущаться при содержании его в воздухе около 1/5 нижнего предела воспламенения.

Вследствие того что природные газы легче воздуха (плотность воздуха r = 1,293 кг/м³, а природного газа r = 0,73 кг/м³) при утечках они будут скапливаться в верхних частях помещений, затрудняя обнаружение. Пары сжиженных газов будут скапливаться в низких и непроветриваемых местах, так как их плотность больше плотности воздуха.

Природные газы не токсичны. Однако, человек, находящийся в атмосфере с небольшим содержанием горючего газа в воздухе, испытывает кислородное голодание, а при значительных концентрациях газа в воздухе может погибнуть от удушья. Так, содержание сжиженного газа в воздухе в количествах, снижающих концентрацию в нем кислорода от 21 до 15–16 % (по объему) может привести к удушью.

Сжиженные углеводородные газы, на организм человека оказывают наркотическое действие. Признаками наркотического действия вначале являются недомогание и головокружение, затем наступает состояние опьянения, сопровождаемое беспричинной веселостью, потерей сознания. Предельно допустимая концентрация в воздухе рабочей зоны предельных углеводородов 300, непредельных– 100 мг/м³ (в пересчете на углерод), в атмосфере населенных пунктов – пропана и бутана 200 мг/м³. Попадая на кожу человека, жидкая фаза пропан-бутанов в результате интенсивного испарения вызывает обмораживание. По характеру действия обмораживание напоминает ожог. Возможное присутствие в сжиженном газе сероводорода H₂S иногда из-за химического соединения последнего с металлом внутренней полости газопроводов и газовых резервуаров создает опасность образования пирофорных отложений, способных самовоспламеняться на воздухе.

Несоблюдение температурного режима хранения, транспортирования и использования сжиженных газов создает опасность разрушения резервуаров-хранилищ и транспортных сосудов при избыточном давлении, поскольку при повышении температуры жидкой фазы ее объем резко увеличивается вследствие высокого коэффициента объемного расширения сжиженных газов. Так, например, коэффициент объемного расширения жидкого пропана в 16 раз больше, чем воды, а у бутана – в 11 раз. Поэтому при использовании сжиженных газов следует недопускать бесконтрольного нагрева стенок сосудов с газом. Необходимо тщательно следить за нормой заполнения сосудов жидкостью, оставляя резервные объемы. «Правилами безопасности в газовом хозяйстве» заполнение сжиженными газами емкостей регламентировано: не более чем 85 % геометрического объема для надземных резервуаров и баллонов.