VII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2015

Для газоснабжения городов в основном применяются сжиженные углеводородные газы (СУГ). Основные углеводородные соединения, входящие в состав сжиженных газов, — пропан и бутан. Пропан-бутановые системы широко используют, ввиду их высокой теплоты сгорания, относительной дешевизны и гигиеничности.

Несмотря на широкое использование СУГ и довольно глубокую проработку в вопросах их получения, использования и хранения, открытыми остаются вопросы о пожаровзрывоопасности этих систем, в частности, во внештатных ситуациях и в условиях ЧС.

СУГ - представляют собой смесь химических соединений, состоящую в основном из водорода и углерода с различной структурой молекул. Основными компонентами СУГ являются пропан и бутан, в виде примесей в них содержатся более легкие углеводороды (метан и этан) и более тяжелые (пентан). Пары сжиженных газов бесцветны и не имеют запаха. Это затрудняет обнаружение газа в помещениях в случае его утечки. Для придания сжиженному газу специфического запаха в него добавляют сильно пахнущие вещества — одоранты, например технический этил-меркаптан. Одоризация сжиженных углеводородных газов бытового и коммунально-бытового назначения производится на газоперерабатывающих, нефтеперерабатывающих и нефтехимических заводах.

Анализ литературы [1-3] показал, что в быту данные газы используются предпочтительно для систем отопления в жилых домах, что обу-славливает повышенную опасность в связи с вытоком газа в замкнутом пространстве с возможной детонацией, а также на автотранспорте в качестве топлива.

Основная особенность сжиженных углеводородных газов заключается в том, что они хранятся и транспортируются в жидком, а используются в" газообразном состоянии. Хранение большой массы природного газа под давлением близким к атмосферному выгодно отличается от способа хранения газов в резервуарах высокого давления при температуре окружающей среды,поскольку изотермическое хранилище СУГ, как и любой другой объектхранения и переработки горючего газа, является потенциальнопожаровзрывоонасным объектом.

На данный момент системы хранение пропано-бутановых смесей существуют предпочтительно в:

• системах сжиженного продукта под давлением, близким к атмосферному;

• системах хранения газов в резервуарах высокого давления притемпературе окружающей среды.

Для бытовых систем используются баллоны, которые заполняются газом на 85% его объема.

Анализ таблицы показывает, что значения массы газа, приводимые заводом, ниже тех, которые мы можем получить расчетным путем, это обусловлено тем, что баллон рассчитан на давление 1,6 МПа, и, закачивая в него большие объемы (массы) газа существует риск превышения данного значения, в силу физико-химических свойств пропан-бутановой смеси. В таблице 1 приведены параметры газовых смесей «пропан-бутан» в зависимости от времени года.

Табл. 1.

Процентное соотношение газов «пропан-бутан»

при их «пользование в различных климатических условиях.

Период	Соотношение пропана и бутана, %	Максимальное давление насыщенных паров
Зима _________ Лето1	60/40	При температуре - 20°С - не менее 0,1 6 МПа
Лето	40/60	При температуре + 45 °С - не более 1,6 МПа

Данные системы являются пожаровзрывоопасными по причине того, что при испарении 1л сжиженного газа образуется около 250 л газообразного. Таким образом, даже незначительная утечка СУГ может быть опасной, так как объем газа при испарении увеличивается в 250 раз. Плотность газовой фазы в 1,5-2,0 раза больше плотности воздуха [4].

Этим объясняется тот факт, что при утечках газ с трудом рассеивается в воздухе, особенно в закрытом помещении. Пары его могут накапливаться в естественных и искусственных углублениях, образуя взрывоопасную смесь.

При взрыве пропан-бутана помимо основных факторов пожара (открытый огонь, повышенная температура окружающей среды, токсичные продукты горения и т. д.) проявляются вторичные факторы: волна сжатия, образующаяся при взрыве баллона и влекущая за собой разрушение зданий или отдельных их частей, разрушение (или повреждение) наружного и внутреннего водопроводов, пожарной техники, стационарных средств тушения, технологического оборудования, возникновение новых очагов пожаров и взрывов. Кроме того, при взрыве баллона пропан - бутана в очаге пожара возможно образование «огненного шара» диаметром 10 м.

Аварийные ситуации, вызванные выбросом СУГ, имеют ряд характерных особенностей, которые в значительной степени обусловлены физико-химическими свойствами газа. При аварийных разливах и выбросах СПГ появляются дополнительные по сравнению с легковоспламеняющимися и горючими жидкостями опасные факторы: быстроразвивающиеся пожаровзрывоопасные облака, распространяющиеся на большие расстояния; высокая среднеповерхностная плотность теплового излучения пламени (для пожара пролива СПГ 220 кВт/м²); высокотемпературный горящий факел, возникающий при истечении паровой и (или) жидкостной фазы СПГ [5].

Пожаровзрывоопасность систем хранения сжиженного газа определяется следующими параметрами: вероятностью повреждения резервуара (баллона) и утечки продукта, ее количественными характеристиками; интенсивностью испарения сжиженного газа с поверхности; скоростью смешения его паров с воздухом и образованием взрывоопасной смеси в зависимости от метеорологических условий и расстояния от места испарения; характерными размерами технологического оборудования; вероятностью появления источника зажигания; характеристиками пожара или взрыва.

Источники зажигания могут быть механическими (фрикционные искры), термические (нагретые поверхности), электрические (короткое замыкание).

Проведенный анализ показывает, что увеличение доли пропана ведет к уменьшению общей массы газа и увеличению теплоты его сгорания. Так же при воздействии на баллон с газом источника тепла следует учитывать, что в баллоне может находиться разное количество газа, и, соответственно, система имеет разную теплоемкость. Теплоемкость системы может увеличиваться более чем в 100 в зависимости от степени заполнения, а избыточное давление может изменяться в диапазоне 5% в зависимости от состава смеси «пропан-бутан».

На сегодняшний день существует ряд работ посвященных хранению газов, их получению, использованию, оценке последствий взрывов и т.д.

В работе [6] рассматриваются методологические основы применения модели определения уровня допустимого риска эксплуатации бесшовных стальных баллонов, предназначенных для хранения и эксплуатации газов. Одной из опасных ситуаций, которая рассматривается, является воздействие пожара на баллон, в результате чего происходит повышение давления. Однако изложенный математический аппарат не позволяет учесть условий пожара, в полной мере механических и, геометрических характеристик баллона, и как следствие, не позволяет определить изменение давления в условиях пожара и иные параметры.

В ГОСТ 14249-89 «Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность» приведены подходы к решению задач прочности баллонов при повышенных температурах, однако данный ГОСТ не учитывает неравномерность нагрева конструкции, возникновения дополнительных напряжений и, как следствие, изменение времени до разрушения данных систем под воздействием внешних источников тепла.

Таким образом, анализ литературы показал, что на сегодняшний день отсутствуют математические модели, позволяющие в полной мере провести оценку ПВО характеристик систем хранения газа «пропан-бутан» в условиях воздействия внешних тепловых потоков.

В результате проведенной работы:

- рассмотрены чрезвычайный ситуации связанные с системами«Пропан-бутан»;

- проанализированы пожаровзрывоопастные характеристики; - рассмотрен механизм и термодинамические характеристики систем хранения;

- проведен анализ изученности вопроса пожаровзрывоопасности данных систем.

Библиографический список

1. Сушко, Е.А. Использование логико-графических методов анализа риска возникновения аварийной ситуации на опасном производственном объекте/ Сушко Е.А., Гордиенко Н.Н., Облиенко А.В. // Научный вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета. Строительство и архитектура. -2010. -№ 3. С. 148-153.

2. Сушко, Е.А. О взрывах природного газа и их последствиях в многоэтажном жилом секторе/ Сушко Е.А., Зайцев А.М., Кашникова А.А., Черных Д.С.// Вестник Воронежского института ГПС МЧС России. -2013. -№ 3 (8). С. 20-23.

3. Сушко Е.А. Анализ современных методов определения среднеобъемной плотности газовой среды в помещении при пожаре/ Сушко Е.А., Паршина А.П.// В сборнике: Наука и образование в XXI веке. Сборник научных трудов по материалам Международной научно-практической конференции: в 34 частях. -2013. С. 133-136.

4. Баратов А.Н. Справочник пожаровзрывобезопасность веществ и материалов. Том 1/ А.Н. Баратов, А.Я. Корольченко, Г.Н. Кравчук, 1990. -384 с.

5. ГОСТ 14249-89 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность.-М. 1989. –IV, 18 с.

6. Толмачев, В.В. Модель для определения значимости риска эксплуатации бесшовных баллонов/ Толмачев В.В., Федоров И.Н../Электронный ресурс//Режим доступа:http://asms.ru/kompet/2012/novbec/tolmachev42.pdf.

Код для цитирования: Скопировать