Влияние состава сжиженных углеводородных газов на зону поражения | Статья в журнале «Молодой ученый»

Автор:

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №3 (83) февраль-1 2015 г.

Дата публикации: 23.01.2015

Статья просмотрена: 203 раза

Библиографическое описание:

Астафьева Н. В. Влияние состава сжиженных углеводородных газов на зону поражения // Молодой ученый. — 2015. — №3. — С. 90-94. — URL https://moluch.ru/archive/83/15160/ (дата обращения: 19.09.2018).

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

Объём газгольдера, в м3

Наполнение пропан -бутановой смеси (80 % от объёма).

Теплота сгорания низшая в газообразном состоянии МДж /м3: пропан 85,6; бутан 111,6; непредельные углеводороды ~ 0,7.

Пропан автомобильный (ПА): пропан 85 %, бутан 15 %

Пропан- бутан автомобильный (ПБА): пропан 50 %, бутан 44 %, непредел. углевод. 6 %

2,7

2,16

193,32

198,60336

4,85

3,88

347,26

356,75048

6,4

5,12

458,24

470,76352

9,1

7,28

651,56

669,36688

10,0

8

716

735,568

20,0

16

1432

1471,129

 

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;

Ds — 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» Ds, 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 = 0,5DS                                                                                                                                                              (5)

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

                           (6)

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

Таблица 2

Зависимость q расстояния от объёма и состава СУГ

Расстояние от центра огненного шара до поверхности экспозиции м.

q = EfFqt кВт/м2

2,16

3,88

5,12

7,28

8

16

Зима (ПА)

Лето (ПБА)

Зима (ПА)

Лето (ПБА)

Зима (ПА)

Лето (ПБА)

Зима (ПА)

Лето (ПБА)

Зима (ПА)

Лето (ПБА)

Зима (ПА)

Лето (ПБА)

45

48,9

49,7

60,78

61,53

66,18

66,84

72,67

73,34

74,34

74,98

85,30

85,67

50

42,4

43,1

54,20

54,97

59,77

60,46

66,63

67,35

68,42

69,12

80,47

80,89

55

36,6

37,4

48,19

48,97

53,81

54,51

60,87

61,62

62,74

63,47

75,64

76,10

60

31,7

32,45

42,78

43,54

48,32

49,02

55,44

56,21

57,35

58,10

70,87

71,36

65

27,54

28,17

37,95

38,68

43,33

44,02

50,39

51,16

52,31

53,07

66,22

66,73

70

23,93

24,50

33,66

34,36

38,83

39,50

45,73

46,50

47,64

48,39

61,74

62,27

80

18,20

18,69

26,55

27,17

31,19

31,79

37,59

38,32

39,40

40,13

53,39

53,94

90

14,02

14,42

21,07

21,60

25,13

25,67

30,90

31,57

32,57

33,24

45,96

46,50

100

10,95

11,27

16,85

17,31

20,36

20,83

25,47

26,07

26,97

27,58

39,47

39,99

110

8,663

8,932

13,60

13,98

16,60

17,01

21,08

21,61

22,42

22,96

33,88

34,37

120

6,938

7,160

11,07

11,40

13,64

13,99

17,54

18,00

18,71

19,20

29,11

29,56

130

5,622

5,807

9,095

9,375

11,29

11,59

14,67

15,08

15,71

16,13

25,05

25,47

140

4,605

4,760

7,536

7,774

9,416

9,677

12,35

12,71

13,25

13,63

21,61

21,99

150

3,811

3,941

6,295

6,499

7,909

8,134

10,45

10,77

11,25

11,57

18,70

19,05

160

3,182

3,292

5,300

5,475

6,690

6,885

8,906

9,181

9,602

9,889

16,23

16,55

170

2,680

2,774

4,495

4,646

5,697

5,866

7,629

7,870

8,239

8,492

14,14

14,42

180

2,275

2,355

3,838

3,969

4,881

5,028

6,571

6,782

7,107

7,330

12,36

12,62

190

1,944

2,014

3,298

3,411

4,207

4,336

5,689

5,875

6,161

6,358

10,85

11,07

200

1,673

1,733

2,850

2,950

3,646

3,759

4,950

5,115

5,368

5,542

9,553

9,759

210

1,448

1,501

2,477

2,565

3,177

3,276

4,328

4,474

4,698

4,852

8,439

8,625

220

1,261

1,307

2,164

2,241

2,781

2,869

3,801

3,930

4,129

4,267

7,481

7,648

230

1,104

1,144

1,900

1,968

2,446

2,524

3,352

3,467

3,645

3,767

6,653

6,804

240

0,971

1,006

1,676

1,736

2,160

2,230

2,968

3,071

3,230

3,339

5,935

6,072

250

0,857

0,889

1,484

1,537

1,916

1,978

2,638

2,730

2,872

2,971

5,311

5,435

260

0,761

0,789

1,319

1,367

1,706

1,761

2,353

2,436

2,564

2,652

4,767

4,879

270

0,677

0,702

1,177

1,220

1,524

1,573

2,106

2,180

2,296

2,375

4,290

4,392

280

0,605

0,628

1,054

1,092

1,366

1,411

1,891

1,958

2,062

2,134

3,871

3,964

290

0,543

0,563

0,947

0,982

1,228

1,269

1,703

1,764

1,858

1,923

3,502

3,587

300

0,489

0,507

0,853

0,885

1,108

1,144

1,538

1,593

1,679

1,738

3,176

3,254

 

Рис. 1. Зависимость q от расстояния и объёма

 

Таблица 3

Оценка поражения человека тепловым излучением

Степень поражения

Интенсивность излучения, кВт • м-2

Без негативных последствий в течение неограниченного времени

1,4

Безопасно для человека в брезентовой одежде

4,2

Непереносимая боль через 20–30 с

7,0

Ожог 1 степени через 15–20 с

10,5

Ожог 2 степени через 30–40 с

Непереносимая боль через 3–5 с

Ожог 1 степени через 6–8 с

20,0

Ожог 2 степени через 12–16 с

Мгновенные болевые ощущения через 4 с

Летальный исход с вероятностью 50 % при длительности воздействия около 10 с

44,5

 

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.

Основные термины (генерируются автоматически): тепловое излучение, летальный исход, огненный шар, расстояние, теплота сгорания, зависимость, газовое оборудование, газовая система, брезентовая одежда, автономная газификация.


Ключевые слова

зависимость., пропан-бутановая смесь, тепловое излучение, газгольдер

Похожие статьи

Особенности теплового баланса помещений с системами...

Для расчета системы отопления на основе газовых инфракрасных излучателей нами предложено уравнение теплового баланса

Основные термины (генерируются автоматически): излучатель, система отопления, технологическое оборудование...

Эффективность использования природного газа в г. Хабаровске

Природный газ широко используется на тепловых электростанциях, природный газ также необходим в заводских котельных установках, различных промышленных печах.

Теплота сгорания различных видов топлива.

4. Промышленное газовое оборудование: справочник.

Исследование углубленной холодильной камеры в регулируемой...

Кроме того, во время полного сгорания природного газа, в зависимости от состава образуются агрессивные трехатомные газы, составляющие почти 25% общего объема уходящих газов.

Исследование защиты оборудования источников тепловой энергии и разработка...

Технология сжигания твердых бытовых отходов

Вырабатываемая тепловая энергия за счет сжигания ТБО используется на нужды централизованного

Метод сжигания на заводах по устаревшей технологии, без совершенных систем очистки

Окислительная газификация частиц смолисто-сажевого аэрозоля в...

Эффективный способ повышения прочности поверхностных слоев...

При газопламенном способе нанесения покрытий используется тепло, выделяющееся при сгорании горючих газов (ацетилена, пропанбутана

Наивысшим удельным тепловым потоком обладает ацитилено-кислородное пламя, поэтому оно наиболее распространено.

Перспективы применения переохлажденного сжиженного...

− проблема захолаживания газового оборудования.

Увеличение времени хранения весьма актуально для стационарных хранилищ систем резервирования газа и транспортных хранилищ систем автономного и аварийного газоснабжения.

Улучшение процесса сгорания сжиженного углеводородного газа...

Термопара 1 находилась в потоке отработавших газов на выходе из термического реактора — дожигателя

Влияние применения природного газа на показатели процесса сгорания дизеля с турбонаддувом 4ЧН 11,0/12,5 в зависимости от изменения установочного УОВТ.

Улучшение процесса сгорания сжиженного углеводородного газа...

Одним из наиболее перспективных путей повышения экономичности и снижения токсичности газового ДВС является использование смесевого

1 — камера сгорания постоянного объема; 2 — ионизационные датчики; 3 — свеча зажигания; 4 — лабораторная система зажигания с...

Минимизация выбросов отходящих газов от дымовой трубы...

‒ автоматический контроль процесса горения; ‒ утилизация отходящих газов

Такая система подачи воздуха на горение обеспечивает постепенный

Расчеты проводили согласно методике расчётавредных выбросов в атмосферуиз нефтехимического оборудования(РМ — 62–91–90).

Особенности теплового баланса помещений с системами...

Для расчета системы отопления на основе газовых инфракрасных излучателей нами предложено уравнение теплового баланса

Основные термины (генерируются автоматически): излучатель, система отопления, технологическое оборудование...

Эффективность использования природного газа в г. Хабаровске

Природный газ широко используется на тепловых электростанциях, природный газ также необходим в заводских котельных установках, различных промышленных печах.

Теплота сгорания различных видов топлива.

4. Промышленное газовое оборудование: справочник.

Исследование углубленной холодильной камеры в регулируемой...

Кроме того, во время полного сгорания природного газа, в зависимости от состава образуются агрессивные трехатомные газы, составляющие почти 25% общего объема уходящих газов.

Исследование защиты оборудования источников тепловой энергии и разработка...

Технология сжигания твердых бытовых отходов

Вырабатываемая тепловая энергия за счет сжигания ТБО используется на нужды централизованного

Метод сжигания на заводах по устаревшей технологии, без совершенных систем очистки

Окислительная газификация частиц смолисто-сажевого аэрозоля в...

Эффективный способ повышения прочности поверхностных слоев...

При газопламенном способе нанесения покрытий используется тепло, выделяющееся при сгорании горючих газов (ацетилена, пропанбутана

Наивысшим удельным тепловым потоком обладает ацитилено-кислородное пламя, поэтому оно наиболее распространено.

Перспективы применения переохлажденного сжиженного...

− проблема захолаживания газового оборудования.

Увеличение времени хранения весьма актуально для стационарных хранилищ систем резервирования газа и транспортных хранилищ систем автономного и аварийного газоснабжения.

Улучшение процесса сгорания сжиженного углеводородного газа...

Термопара 1 находилась в потоке отработавших газов на выходе из термического реактора — дожигателя

Влияние применения природного газа на показатели процесса сгорания дизеля с турбонаддувом 4ЧН 11,0/12,5 в зависимости от изменения установочного УОВТ.

Улучшение процесса сгорания сжиженного углеводородного газа...

Одним из наиболее перспективных путей повышения экономичности и снижения токсичности газового ДВС является использование смесевого

1 — камера сгорания постоянного объема; 2 — ионизационные датчики; 3 — свеча зажигания; 4 — лабораторная система зажигания с...

Минимизация выбросов отходящих газов от дымовой трубы...

‒ автоматический контроль процесса горения; ‒ утилизация отходящих газов

Такая система подачи воздуха на горение обеспечивает постепенный

Расчеты проводили согласно методике расчётавредных выбросов в атмосферуиз нефтехимического оборудования(РМ — 62–91–90).

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle

Похожие статьи

Особенности теплового баланса помещений с системами...

Для расчета системы отопления на основе газовых инфракрасных излучателей нами предложено уравнение теплового баланса

Основные термины (генерируются автоматически): излучатель, система отопления, технологическое оборудование...

Эффективность использования природного газа в г. Хабаровске

Природный газ широко используется на тепловых электростанциях, природный газ также необходим в заводских котельных установках, различных промышленных печах.

Теплота сгорания различных видов топлива.

4. Промышленное газовое оборудование: справочник.

Исследование углубленной холодильной камеры в регулируемой...

Кроме того, во время полного сгорания природного газа, в зависимости от состава образуются агрессивные трехатомные газы, составляющие почти 25% общего объема уходящих газов.

Исследование защиты оборудования источников тепловой энергии и разработка...

Технология сжигания твердых бытовых отходов

Вырабатываемая тепловая энергия за счет сжигания ТБО используется на нужды централизованного

Метод сжигания на заводах по устаревшей технологии, без совершенных систем очистки

Окислительная газификация частиц смолисто-сажевого аэрозоля в...

Эффективный способ повышения прочности поверхностных слоев...

При газопламенном способе нанесения покрытий используется тепло, выделяющееся при сгорании горючих газов (ацетилена, пропанбутана

Наивысшим удельным тепловым потоком обладает ацитилено-кислородное пламя, поэтому оно наиболее распространено.

Перспективы применения переохлажденного сжиженного...

− проблема захолаживания газового оборудования.

Увеличение времени хранения весьма актуально для стационарных хранилищ систем резервирования газа и транспортных хранилищ систем автономного и аварийного газоснабжения.

Улучшение процесса сгорания сжиженного углеводородного газа...

Термопара 1 находилась в потоке отработавших газов на выходе из термического реактора — дожигателя

Влияние применения природного газа на показатели процесса сгорания дизеля с турбонаддувом 4ЧН 11,0/12,5 в зависимости от изменения установочного УОВТ.

Улучшение процесса сгорания сжиженного углеводородного газа...

Одним из наиболее перспективных путей повышения экономичности и снижения токсичности газового ДВС является использование смесевого

1 — камера сгорания постоянного объема; 2 — ионизационные датчики; 3 — свеча зажигания; 4 — лабораторная система зажигания с...

Минимизация выбросов отходящих газов от дымовой трубы...

‒ автоматический контроль процесса горения; ‒ утилизация отходящих газов

Такая система подачи воздуха на горение обеспечивает постепенный

Расчеты проводили согласно методике расчётавредных выбросов в атмосферуиз нефтехимического оборудования(РМ — 62–91–90).

Особенности теплового баланса помещений с системами...

Для расчета системы отопления на основе газовых инфракрасных излучателей нами предложено уравнение теплового баланса

Основные термины (генерируются автоматически): излучатель, система отопления, технологическое оборудование...

Эффективность использования природного газа в г. Хабаровске

Природный газ широко используется на тепловых электростанциях, природный газ также необходим в заводских котельных установках, различных промышленных печах.

Теплота сгорания различных видов топлива.

4. Промышленное газовое оборудование: справочник.

Исследование углубленной холодильной камеры в регулируемой...

Кроме того, во время полного сгорания природного газа, в зависимости от состава образуются агрессивные трехатомные газы, составляющие почти 25% общего объема уходящих газов.

Исследование защиты оборудования источников тепловой энергии и разработка...

Технология сжигания твердых бытовых отходов

Вырабатываемая тепловая энергия за счет сжигания ТБО используется на нужды централизованного

Метод сжигания на заводах по устаревшей технологии, без совершенных систем очистки

Окислительная газификация частиц смолисто-сажевого аэрозоля в...

Эффективный способ повышения прочности поверхностных слоев...

При газопламенном способе нанесения покрытий используется тепло, выделяющееся при сгорании горючих газов (ацетилена, пропанбутана

Наивысшим удельным тепловым потоком обладает ацитилено-кислородное пламя, поэтому оно наиболее распространено.

Перспективы применения переохлажденного сжиженного...

− проблема захолаживания газового оборудования.

Увеличение времени хранения весьма актуально для стационарных хранилищ систем резервирования газа и транспортных хранилищ систем автономного и аварийного газоснабжения.

Улучшение процесса сгорания сжиженного углеводородного газа...

Термопара 1 находилась в потоке отработавших газов на выходе из термического реактора — дожигателя

Влияние применения природного газа на показатели процесса сгорания дизеля с турбонаддувом 4ЧН 11,0/12,5 в зависимости от изменения установочного УОВТ.

Улучшение процесса сгорания сжиженного углеводородного газа...

Одним из наиболее перспективных путей повышения экономичности и снижения токсичности газового ДВС является использование смесевого

1 — камера сгорания постоянного объема; 2 — ионизационные датчики; 3 — свеча зажигания; 4 — лабораторная система зажигания с...

Минимизация выбросов отходящих газов от дымовой трубы...

‒ автоматический контроль процесса горения; ‒ утилизация отходящих газов

Такая система подачи воздуха на горение обеспечивает постепенный

Расчеты проводили согласно методике расчётавредных выбросов в атмосферуиз нефтехимического оборудования(РМ — 62–91–90).

Задать вопрос