Влияние состава сжиженных углеводородных газов на зону поражения

Для решения задачи, приняты ёмкости различного объёма с пропан-бутановой смесью и произведены расчёты интенсивности теплового излучения, в случае пожара по типу «огненный шар», в зависимости от объёма, расстояния и процентного соотношения горючей смеси. Сделаны выводы.

Ключевые слова: пропан-бутановая смесь, тепловое излучение, газгольдер, зависимость.

Пропан-бутан, или сжиженный углеводородный газ (СУГ), является побочным продуктом нефтедобычи, и на данный момент, считается одним из самых выгодных типов топлива применяемых для отопления, и горячего водоснабжения. Специалистами подсчитано, что цена тепловой энергии вырабатываемой с использованием пропан — бутана ниже, чем если использовать другие виды топлива (дизельное топливо, уголь и др.) [5].

На сегодняшний день всё больше потребителей решают вопрос газоснабжения (дачи или дома) способом автономной газификации, которая заключается в построении системы снабжения сжиженным углеводородным газом (пропан-бутан) с использованием резервуара, устанавливаемых под землёй или на поверхности. Базовым элементом всей цепочки автономной газификации является газгольдер. Газгольдеры применяются разных объёмов.

Современные системы имеют большую надёжность и простоту эксплуатации, требуют минимального технического обслуживания и длительный срок службы [5].

Однако в процессе эксплуатации возможны различные неисправности, например, утечка газа из газового оборудования.

Причинами утечки могут быть:

-        неисправность фурнитуры, оборудования, трубопроводов и самих ёмкостей;

-        повышение давления газа;

-        усталостное разрушение;

-        внешнее воздействие на элементы газовой системы и оборудования.

Неисправности могут возникнуть: по причине коррозии, чему могут способствовать блуждающие токи; нарушения правил эксплуатации; халатности; атмосферного электричества.

В зависимости от вида повреждения системы газоснабжения, может возникнуть факельное горение, пожар с горением газопаровоздушных смесей, в том числе по типу огненного шара.

Опасными факторами, характерными для таких аварий, является тепловое излучение.

При горении по типу огненного шара количество тепловой энергии выделяемой за единицу времени значительно больше, чем при факельном горении.

Следствием теплового излучения на человека могут быть ожоги различной степени, отравления, болевой шок, потеря сознания и летальный исход [2].

Многолетняя практика эксплуатации показывает что:

-                   при низких температурах окружающего воздуха, эффективнее использовать сжиженные углеводородные газы (СУГ) с повышенным содержанием пропана (85±10), так как при этом обеспечивается надежное испарение газа, следовательно, и стабильная подача продукта [3];

-                   при высоких положительных температурах окружающего воздуха эффективнее использовать СУГ с пониженным содержанием пропана (50±10), иначе в резервуаре и трубопроводах будет создаваться значительное избыточное давление, что может отрицательно повлиять на герметичность газовой системы [3].

Так как в зависимости от времени года состав СУГ различен, то и теплотворная способность смесей различна, поэтому и безопасные допустимые расстояния тоже должны отличаться.

Для расчёта такой зависимости возьмём наиболее часто используемые объёмы газгольдеров на нашем рынке, предлагаемые промышленностью (Россия, Германия, Болгария, Чехия). Вычислим процентное соотношение пропана и бутана зимой (ПА) и летом (ПБА), узнаем теплоту сгорания СУГ в определённом объёме [5].

Таблица 1

Теплота сгорания заключенного в объёмах газа без учёта потерь

Расчёт интенсивности теплового излучения q, кВт/м², рассматриваемых объектов производились по формуле [3]:

                                                                                                      (1)

где  — среднеповерхностная плотность теплового излучения пламени факела, кВт/м²;

 — угловой коэффициент облученности, который характеризует, какая доля излучения от пламени факела попадает на рассматриваемый объект;

 — коэффициент пропускания атмосферы.

Среднеповерхностная плотность теплового излучения пламени факела  принимается на основе имеющихся в литературе экспериментальных данных. При расчетах допускается принимать:  = 450 кВт/м².

Угловой коэффициент облученности  рассчитываем по формуле [3]:

                                                                         (2)

где Н — высота центра «огненного шара», м;

D_s — эффективный диаметр «огненного шара», м;

r — расстояние от облучаемого объекта до точки на поверхности земли непосредственно под центром «огненного шара», м.

Эффективный диаметр «огненного шара» D_s, м, рассчитан по формуле [3]:

                                                                                                (3)

где М — масса, поступившая в окружающее пространство ГЖ или ЛВЖ,

M= кг                                                                                                                    (4)

Плотность сжиженной фазы пропана составляет 510 кг/м³

Плотность сжиженной фазы бутана составляет 580 кг/м³

Высоту центра «огненного шара» обычно определяют в ходе специальных исследований. При отсутствии данных таких исследований допускается принимать

H = 0,5D_S                                                                                                                                                              (5)

Коэффициент пропускания атмосферы λ для теплового излучения определён по формуле [3]:

                           (6)

Применяя полученные по вышеприведенным формулам значения E_ƒ, F_q и λ в формуле (1), можно рассчитать интенсивность теплового излучения q на окружающие объекты.

Таблица 2

Зависимость q расстояния от объёма и состава СУГ

Рис. 1. Зависимость q от расстояния и объёма

Таблица 3

Оценка поражения человека тепловым излучением

Выводы:

Посчитав интенсивность теплового излучения СУГ, и сравнив значения с таблицей 3, становится понятно, что воздействие теплового излучения и степень поражения человека сильно зависит от расстояния до огненного шара. Различие воздействия на человека между ПА и ПБА есть. Зоны летального исхода с вероятностью 50 % при длительности воздействия около 10 с расположены довольно близко (например: при объёме 2,7м³ меньше метра), а вот зоны безопасные для человека в брезентовой одежде увеличиваются (например: при объёме 20 м³ ~ до 3-х метров). Однако эти расстояния малы по сравнению с зоной, где гарантированно поражения человека с летальным исходом и зонами поражения различных степеней (в первом случае расстояние ~ 48м, во втором ~274м).

Исходя из этого, делаем вывод; так как эксплуатация газового оборудования будет происходить в зимний и в летний период, и возможна заправка газгольдеров ПА и ПБА то, расчёты нужно производить по большему значению q, т. е. по ПБА.

Зная зависимость безопасного расстояния от объёма, можно определить газгольдер какого объёма можно устанавливать и на каком расстоянии, а также следует ли применять какие либо защитные конструкции или меры, что бы уменьшить причины и последствия техногенных катастроф.

Литература:

1.                  Бейкер У., Кокс П., Уэстайн П., Кулеш Дж., Стрелоу Р. Взрывные явления. Оценка и последствия. — М.: Мир, 1991.- 319 с.

2.                  Бессмертный Б. С. Математическая статистика в клинической профилактической и экспериментальной медицине / Б. С. Бессмертный. — М.: Медицина, 1967. — 303 с.

3.                  ГОСТ Р 12.3.047–98 — Пожарная безопасность технических процессов. Общие требования. Методы контроля.

4.                  ГОСТ 27578–87 «Газы углеводородные сжиженные для автомобильного транспорта. Технические условия»

5.                  http://av-gaz.ru/ceni.html \ Автономная газификация.