Горючие смеси газов (паров) с воздухом (окислителем) образуются в ограниченных объемах технологической аппаратуры в помещениях промышленных и жилых зданий вследствие утечки газа по различным причинам и воспламеняются от внешних источников зажигания [7, 22]. Горение ГВС в замкнутых объемах от точечного источника зажигания происходит послойно с дозвуковой скоростью распространения пламени (дефлаграционное горение) при повышении давления и температуры во всем объеме. К концу полного выгорания смеси среднее значение температуры в помещении достигает значений в 1,5-2 раза больших, чем при аналогичных взрывах в открытом пространстве [10, 14].

Согласно рекомендациям ГОСТ 12.1.004-85, избыточное давление взрыва ГВС в помещениях можно определить по формуле [10,14]

ΔР_ф =   (2.15),

где М_г = V_св · _г – масса горючего газа, поступившего в помещение в результате аварии, кг;

Q_г - удельная теплота сгорания ГВС, Дж/кг;

P₀ – начальное давление в помещении, кПа; его принимают в расчетах P₀ = 101 кПа;

Z – доля участия продуктов во взрыве, принимается в расчетах Z = 0,5 ;

V_св – свободный объем помещения, м³; допускается принимать 80% от полного объема помещения, т. е. V_св = 0,8 V_п;

V_п – полный объем помещения, м³;

ρ_В – плотность воздуха до взрыва, кг/м³ при начальной температуре Т₀, ⁰К. Рекомендуется принимать в расчетах ρ_В = 1,225 кг/м³;

С_В - удельная теплоемкость воздуха, Дж/(кг·⁰К); принимают С_В = = 1,01·10³ Дж/(кг·⁰К);

k ₁ – коэффициент, учитывающий негерметичность помещения и неадиабатичность процесса горения, допускается принимать k ₁ = 2 или k ₁ = 3;

Т₀ - начальная температура воздуха в помещении, ⁰С

Пример 1. В результате утечки бытового газа пропана в кухне квартиры площадью 10 м² и высотой 2,5 м при температуре 200⁰С образовалась равновесная пропано-воздушная смесь. Рассчитать избыточное давление взрыва такой смеси при К₁ = 2 и К₁ = 3.

Решение:

Согласно (2.15)              ΔР_ф =   

М_В = М_г = ρ_ВV_св , V_св = 0,8V_п = 0,8·10·2,5 = 20 (м);

М_В = М_г = V_св· ρ_В/К₁ = (20 ·1,225)/2 = 12,2 (кг).

Q_г = 2,8 ·10⁶ Дж/кг при Т₀ = 293⁰К определим по табл. 1.3 для пропано-воздушной смеси [10].

Р₀ = 101 кПа; Z = 0,5 ; ρ_В = 1,225 кг/м³; С_В = 1,01·10³ Дж/(кг·⁰К) – значения принимаются в расчетах.

Подставив эти значения параметров в формулу (2.15), получим

ΔР_ф1 = 119 кПа при k₁ = 2; ΔР_ф2 = 80 кПа при k ₁ = 3.

Контрольный пример. Условие задачи то же, но принять выброс в помещение метана и образование в нем метано-воздушной смеси.

Задания для самостоятельной работы

В результате утечки газа в помещении площадью образовалась равновесная ГВС. Рассчитать избыточное давление взрыва такой смеси при К₁ = 2 и К₁ = 3.

2.5 Прогнозирование последствий взрывов газопаровоздушных смесей (ГПВС) в производственных помещениях (третья методика) [16]

Кратко рассмотрим модели воздействия, позволяющие определить поля давлений при прогнозировании последствий взрывов в производственных помещениях.

Наиболее типичными аварийными ситуациями в этом случае считаются:

· разрушение аппарата или трубопровода со смешанными газами или жидкостями;

· потеря герметичности трубопроводов (разрыв сварного шва, прокладки, отрыв штуцера);

· разлив жидкостей по полу помещения или по рельефу местности;

· образование или выброс горючей пыли.

В этом случае газо-, паро-, пылевоздушная смесь займет частично или полностью весь объем помещения. Затем этот объем заменяется расчетной сферой (в отличии от полусферы в открытом пространстве), радиус которой определяется с учетом объема помещения, типа и массы опасной смеси. При прогнозировании последствий считают, что процесс в помещении развивается в режиме детонации.