燃氣室內(nèi)泄漏質(zhì)量濃度模型與分析

作者：于暢田貫三　來源：山東建筑大學熱能工程學院　評論：　更新日期：2013年01月11日

????同時，可以通過計算確定出上述3種燃氣在不同換氣次數(shù)條件下房間內(nèi)燃氣濃度達到爆炸下限所需的時間，計算結(jié)果見表2?？梢钥闯?，換氣次數(shù)越大，房間內(nèi)燃氣濃度達到爆炸下限的時間越延后。對于天然氣和LPG，當換氣次數(shù)大于10.0次/h時，泄漏到室內(nèi)的燃氣濃度不會達到爆炸極限范圍內(nèi)，即不存在整個空間同時達到爆炸極限的情況。但這并不說明使用該類燃氣的居民用戶就不存在安全隱患，因為在泄漏點附近的局部區(qū)域內(nèi)，燃氣的濃度可能會達到或超過爆炸下限而形成局部危險區(qū)，當遇到點火源時會引起局部爆燃或火災。

表2 燃氣在泄漏空間達到爆炸下限的時間

燃氣名稱	泄漏房間通風換氣次數(shù)n/(次·h^-1)
燃氣名稱	0.5	1.0	2.0	5.0	10.0
焦爐煤氣	337	345	364	440	886
天然氣	592	618	683	1120	∞
LPG	656	689	771	1472	∞

??? ② 燃氣質(zhì)量濃度與泄漏強度的關(guān)系

燃氣泄漏強度對房間內(nèi)形成的燃氣濃度影響較大，為了分析燃氣質(zhì)量濃度與泄漏強度的關(guān)系，取計算條件：房間體積為15m³，泄漏時間為300s，模擬結(jié)果見圖2。可以看出，在相同的泄漏時間內(nèi)，泄漏強度越大，泄漏空間內(nèi)的燃氣濃度也越大。當泄漏強度達到10.0g/s、換氣次數(shù)分別為0.5次/h和10.0次/h時，房間內(nèi)的燃氣質(zhì)量濃度分別達到196g/m³和136g/m³，均超過3種城市燃氣的爆炸下限，存在安全隱患。

? ③ 燃氣質(zhì)量濃度與換氣次數(shù)的關(guān)系

? ?為了分析在不同的泄漏強度和泄漏時間條件下泄漏房間內(nèi)燃氣質(zhì)量濃度與換氣次數(shù)的關(guān)系，選取房間體積為15m³進行模擬，結(jié)果見圖3。可以看出，當泄漏強度較小時，通風對泄漏的燃氣的稀釋效果較好；泄漏強度越大，通風稀釋的效果越差。當泄漏強度超過5.0g/s時，在泄漏時間內(nèi)通風對泄漏燃氣基本無稀釋作用。因此，當管道泄漏口較大、管道系統(tǒng)泄漏壓力突降而出現(xiàn)快速泄漏時，由于在較短的時間內(nèi)通風對泄漏的燃氣稀釋作用較差而導致很快在室內(nèi)環(huán)境中形成可燃危險區(qū)域。當泄漏強度不變時，隨著換氣次數(shù)的增加，房間內(nèi)的燃氣濃度會逐漸減小。實際上，當門窗處于關(guān)閉狀態(tài)時，房間的換氣次數(shù)只有0.5～1.0次/h，在短時間內(nèi)不能有效降低燃氣的濃度。因此，當察覺燃氣泄漏時應立即開啟門窗，其自然換氣次數(shù)可達到10.0次/h以上，增加通風量，從而迅速降低燃氣的濃度。

??? 對于發(fā)生的管道破裂等快速泄漏事故，在泄漏點噴射范圍以外的區(qū)域，由于燃氣自身的擴散能力有限，故其主要擴散方式是隨室內(nèi)氣流運動而擴散。對于房間內(nèi)的角落或障礙物處往往是通風的死角，而這些區(qū)域恰好是不利于燃氣擴散導致燃氣形成高濃度聚集的區(qū)域。因此，即使室內(nèi)燃氣濃度計算值低于爆炸下限，但在泄漏點附近及通風死角的燃氣高濃度聚集區(qū)域內(nèi)，其濃度仍然會達到爆炸極限。為了保證安全，實際稀釋所需的通風量要比式(12)計算值大。在消除室內(nèi)燃氣過程中，應注意通風死角，利用啟動排風扇等措施進行擾動，盡快降低高濃度區(qū)燃氣濃度。

??? ④ 燃氣質(zhì)量濃度與房間容積的關(guān)系

??? 為了分析燃氣質(zhì)量濃度與泄漏房間體積的關(guān)系，在泄漏時間分別為100s和300s,泄漏強度均為1.0g/s時進行計算，結(jié)果分別見圖4、5?？梢钥闯?，在泄漏強度一定時，隨著房間體積的增大，燃氣的濃度逐漸減小。對于容積為5～45m³的房間，當泄漏時間為100s,換氣次數(shù)為0.5～10.0次/h時，室內(nèi)燃氣的質(zhì)量濃度均小于以上3種燃氣的爆炸下限，即不存在整個房間同時達到爆炸極限的情況。當泄漏時間為300s時，對于房間體積為5m³、換氣次數(shù)分別為0.5、5.0、10.0次/h時，燃氣質(zhì)量濃度分別為58.76、49.07、40.71g/m³，此時焦爐煤氣和天然氣的質(zhì)量濃度均超過其爆炸下限，而LPG僅在換氣次數(shù)為10.0次/h時，略低于其爆炸下限；當房間體積超過15m³時，房間內(nèi)的燃氣質(zhì)量濃度均低于3種燃氣的爆炸下限。由此可見，房間體積越大，室內(nèi)燃氣濃度達到爆炸極限的時間越延后。

3 結(jié)論

??? ① 在相同的泄漏時間內(nèi)，燃氣泄漏強度越大，房間容積越小，換氣次數(shù)越少，泄漏空間內(nèi)的燃氣濃度就越大。當燃氣濃度達到或超過爆炸極限下限時，遇到點火源會引起整個空間爆燃或火災。

??? ② 燃氣泄漏強度較小時，通風對泄漏的燃氣的稀釋效果較好；泄漏強度較大時，在短時間內(nèi)通風稀釋的效果較差。對于所選的3種城市燃氣，當泄漏強度超過5.0g/s時，在較短的泄漏時間內(nèi)通風對泄漏氣體基本無稀釋作用，容易很快在室內(nèi)環(huán)境中形成可燃危險區(qū)域。

??? ③ 可通過改變通風量對泄漏空間的燃氣濃度施加影響。當發(fā)現(xiàn)泄漏時，應立即開啟門窗，增加通風量降低濃度；對于發(fā)生的快速泄漏事故，應注意泄漏源附近以及通風死角處的局部高濃度區(qū)，即使整個空間燃氣濃度低于爆炸下限，但在這些區(qū)域的濃度仍然會超過爆炸下限。此時，可利用啟動排風扇等措施進行擾動，盡快降低燃氣濃度。

參考文獻：

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