燃氣室內泄漏質量濃度模型與分析

作者：于暢田貫三　來源：山東建筑大學熱能工程學院　評論：　 ? 收藏本頁

????同時，可以通過計算確定出上述3種燃氣在不同換氣次數條件下房間內燃氣濃度達到爆炸下限所需的時間，計算結果見表2。可以看出，換氣次數越大，房間內燃氣濃度達到爆炸下限的時間越延后。對于天然氣和LPG，當換氣次數大于10.0次/h時，泄漏到室內的燃氣濃度不會達到爆炸極限范圍內，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域內，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，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 燃氣質量濃度與泄漏強度的關系

燃氣泄漏強度對房間內形成的燃氣濃度影響較大，為了分析燃氣質量濃度與泄漏強度的關系，取計算條件：房間體積為15m³，泄漏時間為300s，模擬結果見圖2。可以看出，在相同的泄漏時間內，泄漏強度越大，泄漏空間內的燃氣濃度也越大。當泄漏強度達到10.0g/s、換氣次數分別為0.5次/h和10.0次/h時，房間內的燃氣質量濃度分別達到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 燃氣質量濃度與換氣次數的關系

? ?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燃氣質量濃度與換氣次數的關系，選取房間體積為15m³進行模擬，結果見圖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、管道系統泄漏壓力突降而出現快速泄漏時，由于在較短的時間內通風對泄漏的燃氣稀釋作用較差而導致很快在室內環境中形成可燃危險區域。當泄漏強度不變時，隨著換氣次數的增加，房間內的燃氣濃度會逐漸減小。實際上，當門窗處于關閉狀態時，房間的換氣次數只有0.5～1.0次/h，在短時間內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氣流運動而擴散。對于房間內的角落或障礙物處往往是通風的死角，而這些區域恰好是不利于燃氣擴散導致燃氣形成高濃度聚集的區域。因此，即使室內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域內，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，盡快降低高濃度區燃氣濃度。

??? ④ 燃氣質量濃度與房間容積的關系

??? 為了分析燃氣質量濃度與泄漏房間體積的關系，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，結果分別見圖4、5。可以看出，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,換氣次數為0.5～10.0次/h時，室內燃氣的質量濃度均小于以上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、換氣次數分別為0.5、5.0、10.0次/h時，燃氣質量濃度分別為58.76、49.07、40.71g/m³，此時焦爐煤氣和天然氣的質量濃度均超過其爆炸下限，而LPG僅在換氣次數為10.0次/h時，略低于其爆炸下限；當房間體積超過15m³時，房間內的燃氣質量濃度均低于3種燃氣的爆炸下限。由此可見，房間體積越大，室內燃氣濃度達到爆炸極限的時間越延后。

3 結論

??? ① 在相同的泄漏時間內，燃氣泄漏強度越大，房間容積越小，換氣次數越少，泄漏空間內的燃氣濃度就越大。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通風對泄漏氣體基本無稀釋作用，容易很快在室內環境中形成可燃危險區域。

??? ③ 可通過改變通風量對泄漏空間的燃氣濃度施加影響。當發現泄漏時，應立即開啟門窗，增加通風量降低濃度；對于發生的快速泄漏事故，應注意泄漏源附近以及通風死角處的局部高濃度區，即使整個空間燃氣濃度低于爆炸下限，但在這些區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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