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.

Давление при взрыве зависит от прочности конструкции и от температуры , возникающей при взрыве. Если происходит взрыв при содержании газа в воздухе соответствующем нижнему пределу воспламеняемости, то температура горения намного ниже температуры горения при коэффициенте избытка воздуха соответствующему теоретическому количеству воздуха, т.е. равному 1

Значения коэффициента избытка воздуха - α = 2 для природного газа соответствующему нижнему, при это температура горения будет равна 1170⁰С и α = 0,6 при верхнем пределе воспламеняемости, при этом температура горения будет равна 1610⁰С.

Значения коэффициента избытка воздуха - α = 2,06 для сжиженного газа соответствующему нижнему, при это температура горения будет равна 1210⁰С и α = 0,4 верхнему пределам воспламеняемости, при этом температура горения будет равна 1710⁰С.

Максимально возможное давление при взрыве газа

,

где , ,