Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние вопроса. Цели и задачи исследования 14
1.1. Пожары газобаллонных автомобилей. Причины возникновения и условия развития 14
1.2. Особенности процессов хранения и технического обслуживания газобаллонных автомобилей 27
1.3. Требования нормативных документов к обеспечению пожарной безопасности при хранении и ремонте газобаллонных автомобилей 35
1.4. Метод оценки взрывопожароопасности помещений с газобаллонными автомобилями 44
1.5. Цели и задачи исследования 52
Глава 2. Анализ развития аварий при хранении и ремонте газобаллонных автомобилей 55
2.1. Пожароопасные свойства моторного топлива 55
2.2. Условия образования взрывоопасных смесей при разгерметизации топливной системы автомобиля 59
2.3. Выводы 61
Глава 3. Экспериментальные исследования 64
3.1. Методика проведения эксперимента 64
3.2. Экспериментальные исследования полей концентраций пропан-бутановых смесей при их поступлении в закрытые помещения объёмом 44 и 382,2 м3 82
Глава 4. Оценка пожарной опасности процессов хранения и ремонта газобаллонных автомобилей 98
4.1. Модель распределения горючих газов в закрытых помещениях при разгерметизации топливной системы автомобиля 101 Стр.
4.2. Разработка методики расчёта коэффициента участия пропан-бутановой смеси во взрыве 105
4.3. Оценка влияния температуры и влажности воздуха на формирование локального взрывоопасного объёма пропан-бутановой смеси 109
4.4. Оценка влияния направления потока газа на формирование локального взрывоопасного объёма пропан-бутановой смеси 120
4.5. Разработка методики определения оптимального количества датчиков газоанализаторов довзрывных концентраций для защиты производственных помещений с газобаллонными автомобилями 132
4.6. Способы снижения пожарной опасности помещений для хранения и ремонта газобаллонных автомобилей 148
4.7. Выводы 149
Глава 5. Обоснование категорий помещений для хранения и ремонта газобаллонных автомобилей по взрывопожарной и пожарной опасности 151
5.1. Оценка наиболее неблагоприятного варианта аварии 151
5.2. Расчёт избыточного давления взрыва 152
5.3. Оценка величины горючей нагрузки 159
5.4. Выводы 165
Глава 6. Разработка рекомендаций по обеспечению пожарной безопасности процессов хранения и ремонта газобаллонных автомобилей 168
6.1 Рекомендации по обеспечению пожарной безопасности при хранении газобаллонных автомобилей 168
6.2 Рекомендации по обеспечению пожарной безопасности при эксплуатации газобаллонных автомобилей 171
Стр. 6.3 Рекомендации по обеспечению пожарной безопасности при техническом обслуживании газобаллонных автомобилей 173
Заключение 176
Список использованной литературы
- Пожары газобаллонных автомобилей. Причины возникновения и условия развития
- Условия образования взрывоопасных смесей при разгерметизации топливной системы автомобиля
- Модель распределения горючих газов в закрытых помещениях при разгерметизации топливной системы автомобиля
- Оценка наиболее неблагоприятного варианта аварии
Введение к работе
С начала девяностых годов прошлого столетия в нашей стране наблюдается неуклонный рост цен на бензин. Спрос на него неуклонно повышается как у нас в стране, так и за рубежом. Это связано с быстро увеличивающимся количеством автотранспорта, постепенной выработкой используемых месторождений нефти и необходимостью разработки новых месторождений. Такая тенденция будет сохраняться и в будущем. Поэтому в ближайшем будущем проблема обеспечения автотранспорта топливом будет актуальной. Вместе с этим, рост количества автомобилей ведёт к ухудшению, и без того плохой, экологической ситуации. Автомобиль стал одним из основных источников загрязнения окружающей среды. В крупных городах его вредные выбросы в несколько раз превышают загрязнение воздуха промышленными предприятиями. Загрязнение воздуха вредными выбросами автомобилей в конце XX века стало одной из глобальных экологических проблем. В этой связи в нашей стране и за рубежом всё большее внимание уделяется использованию в качестве моторного топлива сжиженных пропан-бутановых смесей (СУГ) и сжатого природного газа (КПГ). В 1996 году Правительствами г.Москвы, Московской области и правительствами ряда других регионов России приняты программы перевода автотранспорта на газовое топливо. По оценкам специалистов, в ближайшие десятилетия будет наблюдаться резкое увеличение количества автотранспорта, использующего газовое топливо [1-10].
Количество газобаллонных автомобилей на конец 2004 года в нашей стране составило около четырёхсот тысяч, тридцать шесть тысяч из них составляют газобаллонные автомобили на сжатом природном газе (по данным Государственного научно-исследовательского института автомобильного транспорта). В настоящее время требования пожарной безопасности к объектам хранения и технического обслуживания газобаллонных автомобилей регламентируются системой нормативно-технических документов, среди которых основополагающими являются ГОСТ 12.1.004-91, СНиП 21-01-97*,
НПБ 105-03 и СНиП 21-02-99 [11-14]. В свою очередь, СНиП 21-02-99 имеет ссылки на отраслевые и ведомственные руководящие документы и нормы проектирования ОНТП 01-91, ВСН 01-89, РД-3112199-98 [15-17]. Причём, требования ВСН 01-89 не распространяются на объекты хранения легковых автомобилей (из разъяснения вопросов применения требований СНиП 21-02-99 и ВСН 01-89 Управлением технормирования Госстроя России и ГУГПС МВД России от 30.10.00).
Анализ требований этих документов показывает, что производственные помещения с газобаллонными автомобилями, как правило, соответствуют категории А по взрывопожарной опасности. Эти помещения могут быть отнесены к пожароопасной категории В при условии выполнения компенсирующих мероприятий (оборудования помещения системой автоматического контроля воздушной среды с функциями включения аварийной вытяжной вентиляции, звуковой сигнализации и аварийного освещения, отключения электроэнергии при возникновении аварийных ситуаций, электроснабжение этих систем по первой категории электроснабжения). Перечисленные компенсирующие мероприятия допускается использовать для производственных помещений с газобаллонными автомобилями всех типов, кроме легковых газобаллонных автомобилей, использующих пропан-бутановые смеси. Для помещений с этими автомобилями пожароопасная категория В может быть определена только в случае очень большого объёма помещения (более 9,2 тыс. м3). Это положение касается объектов хранения легковых автомобилей, наиболее распространённых в крупных городах - многоуровневых автостоянок. Объём этажа таких автостоянок, как правило, не превышает 5000 м3. Соответственно, при условии нахождения в них газобаллонного автомобиля, все они должны относиться к взрывопожароопасной категории А. Поэтому нахождение легковых газобаллонных автомобилей на пропан-бутановой смеси в закрытых автостоянках нормативными документами запрещено. Местами хранения легковых газобаллонных автомобилей могут быть только открытые площадки и
7 автостоянки открытого типа. Это создаёт значительные трудности для автотранспортных предприятий, а также для владельцев газобаллонных автомобилей в крупных городах. Эти проблемы особенно сильно проявляются в зимний период, когда для нормальной эксплуатации автомобиля требуется закрытое отапливаемое помещение. Таким образом, требуется скорейшее решение этой проблемы.
В отличие от газобаллонных автомобилей, взрывопожароопасные производственные помещения с автомобилями на бензине допускается относить к пожароопасной категории В1-В4 (п.5.4 [14]). Причиной существующего положения в вопросе обеспечения пожарной безопасности объектов хранения и технического обслуживания газобаллонных автомобилей является оценка их пожарной опасности как повышенной. Однако данное отношение к газобаллонным автомобилям возникло на основе субъективных факторов, так как каких-либо количественных данных для оценки пожарной опасности газобаллонных автомобилей опубликовано не было. Категории помещений по взрывопожарной и пожарной опасности определяются по НПБ 105-03 [13]. Критерием категорирования помещений является расчётное избыточное давление взрыва (АР), которое возникнет при взрыве горючего газа, поступившего в помещение при аварии. Расчётное избыточное давление взрыва, в значительной степени зависит от того, какая доля горючего газа будет участвовать во взрыве. Это характеризует коэффициент Z участия горючего газа во взрыве. Методика определения коэффициент Z определена в Приложении к НПБ 105-03 [13], и одинакова для всех горючих газов, в том числе для пропан-бутана, являющегося наиболее распространённым топливом для газобаллонных автомобилей. Эта методика имеет следующие особенности: 1. Методика основана на экспериментальных данных измерения концентраций трёх газов - пропилена, этилена и метана [19]. Процесс распределения пропан-бутана в помещении будет иметь некоторые особенности, отличные от газов с которыми проводились опыты, что может значительно повлиять
8 на величину избыточного давления взрыва. Данная методика этот фактор не учитывает.
При расчёте массы газа, сосредоточенной в локальном взрывоопасном объёме, не учитывается сложный характер распределения в нём горючего газа (по принятой в Приложении НПБ 105-03 [13] модели, это нормальный закон распределения). Принимается допущение, что взрывоопасный объём имеет форму полуэллипсоида, внутри которого равномерно распределена некая среднеобъёмная концентрация.
Данная методика не учитывает особенности распределения пропан-бутановой смеси при разных температурах окружающего воздуха и разных направлениях потока газа при его поступлении в помещение. Однако эти факторы могут оказывать существенное влияние на величину расчётного избыточного давления взрыва и соответственно на категорию помещения с газобаллонными автомобилями.
Изложенные выше проблемы свидетельствуют о том, что существующие способы обеспечения пожаровзрывобезопасности объектов хранения и технического обслуживания газобаллонных автомобилей, работающих на сжиженном углеводородном газе, нуждаются в уточнении и совершенствовании при условии минимизации затрат на достижение нормируемого уровня безопасности, что является целью диссертации. Возможным путём решения этой проблемы являются:
комплексная оценка пожарной опасности газобаллонных автомобилей, проведённая путём анализа статистических данных о пожарах на газобаллонных автомобилях и исследовании условий образования взрывоопасных смесей пропан-бутана с воздухом при разгерметизации газового оборудования;
разработка методики оценки уровня пожаровзрывоопасности процессов хранения и технического обслуживания газобаллонных автомобилей;
9 разработка рекомендаций по обеспечению пожаровзрывобезопасности процессов хранения и технического обслуживания газобаллонных автомобилей.
Диссертация состоит из введения, шести глав, списка использованной литературы и приложений.
Первая глава посвящена обзору и анализу статистических данных о пожарах на газобаллонных автомобилях. Даны выводы о наиболее распространённых причинах пожаров на газобаллонных автомобилях, наиболее опасных периодах эксплуатации этих автомобилей и наиболее вероятных местах утечки газа в газобаллонном оборудовании. Рассмотрено, какие помещения должны иметь автотранспортные предприятия, эксплуатирующие газобаллонные автомобили, согласно особенностям процессов хранения и технического обслуживания. Приведены характеристики помещений автотранспортных предприятий, выполненных по типовым чертежам, а также какое максимальное количество пропан-бутана может содержаться в различных газобаллонных автомобилях. Проанализированы требования действующих нормативных документов по обеспечению пожарной безопасности помещений с газобаллонными автомобилями, показана необходимость их ^дальнейшего совершенствования. Рассмотрен существующий метод оценки взрывопожароопасности помещений с газобаллонными автомобилями. Сформулированы цели и задачи исследования.
Во второй главе рассмотрены пожароопасные свойства бензина и газового моторного топлива, а также особенности образования взрывоопасных смесей в помещении при аварии на газобаллонном автомобиле.
В третьей главе изложена методика и результаты экспериментальных исследований. Проанализированы закономерности формирования локальных взрывоопасных объёмов пропан-бутановой смеси.
В четвёртой главе описана методика оценки пожарной опасности процессов хранения и технического обслуживания газобаллонных
10 автомобилей, разработанная на основе обработки полученных экспериментальных данных.
Пятая глава посвящена обоснованию категорий производственных помещений с газобаллонными автомобилями на основе расчёта избыточного давления взрыва при наиболее неблагоприятном варианте аварии.
В шестой главе представлены рекомендации по обеспечению пожарной безопасности производственных помещений с газобаллонными автомобилями. В приложения включены полученные экспериментальные данные, а также материалы о практическом использовании результатов работы.
Основные экспериментальные исследования выполнялись на опытно-экспериментальной базе ВНРШГАЗ и на полигоне ФГУ ВНИИПО МЧС России на оборудовании, предоставленном научно-производственной фирмой «Инкрам», научно-техническим центром «Ольдам» и Пожарно-техническим объединением «Пожтехсервис».
На защиту выносятся следующие положения: 1.Результаты экспериментального определения полей концентраций пропан-
бутановой смеси при её поступлении в закрытые помещения. 2.Модель распространения горючего газа в закрытых помещения^ для пропан-бутановой смеси, учитывающая влияние температуры воздуха и направления потока газа. 3.Расчётный метод определения коэффициента участия пропан-бутановой
смеси во взрыве. 4.Расчётный метод определения оптимального количества датчиков газоанализатора довзрывных концентраций для защиты помещений с газобаллонными автомобилями. 5.Методика оценки уровня взрывопожароопасности процессов хранения и технического обслуживания газобаллонных автомобилей на пропан-бутане. Результаты диссертационного исследования по снижению пожарной опасности автотранспортных предприятий, эксплуатирующих автомобили на газовом топливе нашли практическое применение при разработке
«Рекомендаций по обеспечению пожарной безопасности газобаллонных автомобилей» (ФГУ ВНИИПО МЧС России при участии адъюнкта Академии ГПС МЧС России Васюкова Г.В., 2006).
Материалы по оценке пожарной опасности газобаллонных автомобилей, уточнённой модели распространения пропан-бутановой смеси в закрытых помещениях и методике расчёта коэффициента участия во взрыве пропан-бутановой смеси были доложены: l.Ha научно-практическом семинаре «Системы обеспечения пожарной
безопасности», прошедшем в рамках Девятого Международного форума
«Технологии безопасности 2004» (Москва, 05.02.2004 г.). 2.На секции «Технические средства и технологии борьбы с пожарами» в рамках
международного симпозиума «Комплексная безопасность России -
исследования, управление, опыт» (Москва, 27.05.2004 г.). 3.На техническом совете «Мосгортранс» (Москва, 26.10.2004 г.). 4.На тринадцатой научно-технической конференции «Системы безопасности»
СБ-2004 (Москва, АГПС МЧС России, 28.10.2004). 5.На XIX научно-технической конференции «Пожарная безопасность
многофункциональных высотных зданий и сооружений» (Москва, ВНИИПО,
01.112005 г.). б.На четырнадцатой научно-технической конференции «Системы
безопасности» СБ-2005 (Москва, АГПС МЧС России, 28.10.2005). 7.На тематической научно-практической конференции «Городской
строительный комплекс и безопасность жизнеобеспечения граждан» (Москва,
МГСУ, 09.11.2005 г.)
Основные результаты работы опубликованы в следующих изданиях: І.Васюков Г.В., Рубцов В.В., Воронов СП. Совершенствование порядка
статистического учёта пожаров в части пожаров на газобаллонных
автомобилях // Вестник Академии Государственной противопожарной
службы МЧС России. - 2004. - №2. С. 137-145.
12 2. Васюков Г.В. Проблемы обеспечения пожарной безопасности гаражей
стоянок автотранспорта на газовом топливе // Промышленное и гражданское
строительство. - 2004. - №10. С.44-46. 3.Васюков Г.В., Рубцов В.В., Воронов СП. Горит ли автотранспорт,
работающий на газовом моторном топливе? // Пожарное дело. - 2004. -№11.
С.40-41. 4.Васюков Г.В., Корольченко А.Я., Рубцов В.В. Проблемы пожарной
безопасности объектов хранения, технического обслуживания и ремонта
автомобилей на газовом топливе // Пожаровзрывобезопасность. - 2004. - №4.
С.59-66. 5.Васюков Г.В., Корольченко А.Я., Рубцов В.В. Пожарная опасность
газобаллонных автомобилей // Пожаровзрывобезопасность. - 2005. - №1.
С.33-38. б.Васюков Г.В., Корольченко А.Я., Рубцов В.В. О теории образования
локальных взрывоопасных объёмов пропан-бутана при его поступлении в
помещения с газобаллонными автомобилями // Пожаровзрывобезопасность. -
2005.-№4.С.23-29. 7.Васюков Г.В., Корольченко А.Я., Рубцов В.В. Пожарная безопасность помещений с АТС, работающими на газовом топливе // Автомобильная промышленность. - 2005. - №6. С.24-26.
Б.Васюков Г.В. О некоторых проблемах в обеспечении пожарной безопасности газобаллонных автомобилей // Вестник Академии государственной противопожарной службы, №3 / Академия ГПС МЧС России. - М.: 2005. -С.183-188.
9.Васюков Г.В., Корольченко А.Я., Рубцов В.В. Влияние температуры и влажности воздуха на формирование локальных взрывоопасных объёмов пропан-бутана при его поступлении в закрытые помещения с газобаллонными автомобилями // Пожаровзрывобезопасность. - 2005. - №5. С.68-74. Ю.Васюков Г.В. Пожарная безопасность автомобилей на газовом топливе // «Каталог пожарной безопасности №1(7)-2006». -2005. С.256-257.
13 11 .Васюков Г.В. О категорировании объектов хранения и технического обслуживания газобаллонных автомобилей // Технологии безопасности. - 2005. - №5. С.67-69.
12.Васюков Г.В., Корольченко А.Я., Рубцов В.В. Образование взрывоопасных объёмов при аварийном поступлении пропан-бутановых смесей в помещение // Пожаровзрывобезопасность. - 2005. - №6. С.39-42.
13. Васюков Г.В., Корольченко А.Я., Рубцов В.В. К вопросу о категорировании помещений для хранения и технического обслуживания газобаллонных автомобилей // Пожаровзрывобезопасность. - 2006. - №1. С.25-29. Н.Васюков Г.В. Где хранить автотранспорт на газовом топливе? // Пожарное дело. - 2006.. - №1. С.23-24.
15.Васюков Г.В., Корольченко А.Я., Рубцов В.В. О пожарной опасности газобаллонных автомобилей // Автомобильная промышленность. - 2006. - №2. С.22-24.
Пожары газобаллонных автомобилей. Причины возникновения и условия развития
Для сбора данных о пожарах, произошедших на газобаллонных автомобилях, были использованы публикации в печати, карточки учёта пожаров, опрос частей и подразделений гарнизона пожарной охраны г. Москвы и московской области, а также был проведён запрос региональных центров по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий. В результате проведённой работы проанализировано 37240 карточек учёта пожаров, произошедших на автотранспорте в период с 1995-го по 2003-й год в Москве, Санкт-Петербурге, Московской, Брянской, Воронежской, Ивановской, Курганской, Пермской областях. В результате выявлено только два пожара на газобаллонных автомобилях. Такая ситуация обусловлена несовершенством Приложения №3 к приказу МВД России от 30.07.1994 г. №332 «Инструкция по заполнению и прохождению карточки учёта пожара» (с изменениями и дополнениями от 01.01.2001г.). Принятый порядок заполнения карточек учёта пожаров, не позволяет выделять из общего количества пожаров на автотранспорте пожары, произошедшие на газобаллонных автомобилях [21].
Сбор данных о пожарах на газобаллонных автомобилях по публикациям в печати, позволил выявить восемь крупных пожаров на газобаллонных автомобилях, на различных этапах их эксплуатации [22-33]. Собранные данные представлены в табл. 1.1.
Данные о пожарах, представленные в таблице 1.1, относятся к достаточно крупным и редким пожарам, связанным с эксплуатацией газобаллонных автомобилей, поэтому данные о них опубликованы в печати. Однако это малая доля от общего количества пожаров на газобаллонных автомобилях. Для получения этих сведений был организован сбор данных о пожарах на газобаллонных автомобилях через запрос региональных центров по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий. В результате получены данные из 88 регионов за период с 1998 по 2003 годы и проведён их анализ. За этот период в Российской Федерации зафиксировано 212 пожаров на газобаллонных автомобилях.
Анализ произошедших пожаров в зависимости от времени года показан на рис. 1.1. Данный анализ показывает, что большее количество пожаров на газобаллонных автомобилях происходит зимой. Это объясняется тем, что при отрицательных температурах соединения и детали газобаллонного оборудования наиболее подвержены повреждениям, которые являются причинами утечки газового топлива (резьбовые соединения, резиновые мембраны газового редуктора и уплотнительные прокладки). Помимо этого, при температуре ниже 0С возникает необходимость в переключении с одного вида топлива на другой. При нарушении регулировки двигателя и неправильных действий водителя это может приводить к переполнению смесительной камеры карбюратора и поступлению газа в отсек двигателя [34-45]. Поэтому наиболее пожароопасным периодом при эксплуатации газобаллонных автомобилей является зима.
Основное количество пожаров на легковых, грузовых газобаллонных автомобилях и автобусах с газобаллонным оборудованием возникает в отсеке двигателя рис.(1.2-1.4). Это можно объяснить тем, что, практически, 90 % соединений топливопровода газового оборудования (резьбовые соединения и резиновые трубки, закреплённые хомутами), а также его элементов (газовый редуктор, электромагнитные газовый и бензиновый клапаны, проставка карбюратора, тройник-дозатор и другое) находятся в отсеке двигателя рис. 1.9 [34-45]. Утечки газа наблюдаются, как правило, именно в местах соединений топливопровода. Утечки газа из-за нарушения герметичности топливопровода между местами его соединений к элементам газового оборудования, практически, не встречаются. Поэтому отсек двигателя любого газобаллонного автомобиля является наиболее пожароопасным местом.
Количество пожаров на газобаллонных автомобилях, которые произошли в гаражах-стоянках, приведено на рис. 1.5. Пожары в гаражах-стоянках составляют 7,8 % от общего количества пожаров на газобаллонных автомобилях. Ежегодно количество этих пожаров составляет, в среднем, 2-3 пожара.
За период с 2000-2004 годы выявлено только 2 пожара в гаражах-стоянках, которые сопровождались взрывом газа с разрушением строительных конструкций (13.02.2003 ГАЗ-322132 г. Барнаул и 12.11.2000 ГАЗ-3110 Красноярский край, Емельяновский район, п. Арийск). Причиной третьего пожара с разрушением мог быть как взрыв газа, так и взрыв паров разлитого бензина (по заключению эксперта от 5.09.2004 г. Нижний Новгород). Таким образом, количество пожаров на газобаллонных автомобилях, при которых произошёл взрыв и разрушение строительных конструкций незначительно и за период 2000-2004 годы составляет 0,9 % или 0,18 % в год.
Основное количество пожаров на всех видах газобаллонных автомобилях возникает во время движения (50 %) рис. 1.6 (легковые), рис. 1.7 (грузовые), рис. 1.8 (автобусы), а также при запуске двигателя (20-26 %) рис.(1.6-1.7).
Анализ гистограмм на рис.(1.6-1.7) показывает, что большинство утечек газа на газобаллонном оборудовании происходит на работающем двигателе. При этом наиболее вероятным местом для утечек газа является участок от электромагнитного газового клапана 10 (рис. 1.9) до карбюратора 16, так как при неработающем двигателе и выключенном зажигании электромагнитный газовый клапан 10 закрыт и, если он исправен, утечка газа может возникнуть только в месте соединения перед клапаном 10 или на запорно-предохранительном блоке, расположенном на газовом баллоне 14.
Условия образования взрывоопасных смесей при разгерметизации топливной системы автомобиля
Одним из параметров, характеризующих пожарную опасность процессов хранения и технического обслуживания автомобилей, являются пожароопасные свойства используемого в них моторного топлива.
Основными газовыми топливами, которые используют газобаллонные автомобили, являются топлива трёх видов: 1. сжиженный углеводородный газ (СУГ) [72]; 2. компримированный природный газ (КПГ) [73]; 3. сжиженный природный газ [74-76].
К сжиженным углеводородным газам относятся такие углеводороды, которые при нормальных условиях находятся в газообразном состоянии, а при относительно небольшом повышении давления (без снижения температуры) переходят в жидкое состояние. При снижении давления эти углеводородные жидкости испаряются и переходят в паровую фазу [77]. Согласно [72], газобаллонные автомобили могут использовать две марки сжиженного углеводородного газа: ПА - пропан автомобильный и ПБА - пропан-бутан автомобильный.
Марка газа ПБА допускается к применению во всех климатических районах при температуре окружающего воздуха не ниже минус 20С. I Марка ПА применяется в зимний период в тех климатических районах, где температура воздуха опускается ниже минус 20С и рекомендуемый температурный интервал ее применения от минус 20С до минус 35С. В весенний период времени с целью полного израсходования запасов сжиженного газа марки ПА допускается ее применение при температуре до 10С.
Сжиженные газы малотоксичны и по степени воздействия на организм относятся к веществам 4-го класса опасности по [78].
Сжиженные газы образуют с воздухом взрывоопасные смеси при концентрации паров пропана от 2,1 до 9,5 %, изобутана от 1,8 до 8,4 %, нормального бутана от 1,5 до 8,5 % объемных при давлении 98066 Па (1 атм) и температуре 15-20 С. Пары сжиженного газа обладают плотностью большей, чем плотность воздуха, и могут скапливаться в низких и непроветриваемых местах. Для контроля взрывоопасных концентраций сжиженных газов в производственных помещениях используют сигнализаторы с общими техническими требованиями по [79] и настройкой порога срабатывания - 20 % от нижнего предела распространения пламени.
Температура самовоспламенения в воздухе при давлении 0,1 МПа (760 мм рт. ст.) составляет: пропана - 466 С, изобутана - 462 С, бутана - 405 С.
При температуре окружающего воздуха 45 С давление насыщенных паров сжиженного газа марки ПА может превышать расчетное давление оборудования для производства, транспортирования, хранения и эксплуатации газа (1,6 МПа), разрешенное Госгортехнадзором СССР. В связи с этим до наступления летнего периода неизрасходованные запасы топлива марки ПА должны быть полностью использованы. Запрещается применять и хранить сжиженный газ в закрытых гаражах и других отапливаемых помещениях, где температура воздуха превышает 25 С. Хранение сжиженного углеводородного газа осуществляется согласно [80].
Применение компримированного природного газа регламентируется [73]. Избыточное давление в баллонах должно быть от 19,0 до 19,6 МПа.
Компримированный природный газ должен содержать сероводорода не более 0,02 ч/м , воды не более 9 мг/м , механических примесей не более 1,0 мг/м , меркаптановой серы не более 0,036 мг/м . Общая объёмная доля негорючих компонентов в газе, включая кислород, не должна превышать 7 %.
Одной из разновидностей газового моторного топлива является сжиженный природный газ. Он представляет собой криогенную жидкость, сохраняющуюся при сверхнизких температурах. Температура кипения сжиженного природного газа составляет -160С. Основным отличием газового оборудования, для использования сжиженного природного газа, является наличие криогенного бака. Главным преимуществом сжиженного природного газа является то, что при сжижении объём газа уменьшается в 600 раз. Поэтому в криогенном баке содержится в три раза больше природного газа, чем компримированного природного газа в баллоне той же ёмкости при давлении 200 атмосфер.
Согласно [81] для автомобилей применяют следующие марки бензина: А-72, А-76, АИ-91, АИ-93, АИ-95 [82]. Автомобильные бензины подразделяют на виды: летний - для применения во всех районах, кроме северных и северо восточных, в период с 1 апреля до 1 октября; в южных районах допускается применять летний вид бензина в течение всех сезонов; зимний - для применения в течение всех сезонов в северных и северо-восточных районах и остальных районах с 1 октября до 1 апреля. Автомобильные бензины являются малоопасными продуктами и по степени воздействия на организм относятся к 4-му классу опасности в соответствии с [78]. Автомобильный бензин до этилирования и окраски представляет собой і бесцветную легковоспламеняющуюся жидкость с температурой самовоспламенения 255-370 С. Температурные пределы воспламенения: нижний - минус 27- минус 39 С, верхний - минус 8 - минус 27 С. Концентрационные пределы распространения пламени: нижний - 1,0 %, верхний - 6 % объёмных [83]. Предельно допустимая концентрация паров бензина в воздухе составляет 100 мг/м3 [84].
Показатели пожарной опасности основных составляющих газовых топлив и бензина представлены в табл. 2.1. Анализ показателей пожарной опасности моторных топлив, показывает, что все моторные топлива при нормальных условиях способны образовывать взрывоопасные смеси с воздухом. При этом температуры самовоспламенения и концентрационные пределы распространения пламени у бензинов ниже, чем у пропан-бутановых смесей.
Модель распределения горючих газов в закрытых помещениях при разгерметизации топливной системы автомобиля
В разделе 1.4 было показано, что для описания процесса распределения горючих газов в закрытом помещении используется выражение (1.4), полученное на основе массива данных концентраций трёх газов - пропилена, этилена и метана.
Для изучения процесса распределения пропан-бутановой смеси в закрытом помещении использовались данные её концентраций в помещении склада баллонов объёмом 382,2 м3. Полученные данные (эксперименты 13-23 приложения 1-3), были обработаны с использованием выражения (1.3) методом наименьших квадратов. В результате были получены значения коэффициентов Кі.Кг, Кз выражения (1.3) для пропан-бутановой смеси. Полученное выражение имеет вид: Л2 ( , V z + 233.54 ,%об (4.1) С = 100—-—23.1 -ехр о -V гг п
С помощью выражения (4.1) можно рассчитать концентрацию пропан-бутановой смеси в любой точке объёма помещения в момент времени, соответствующий максимальному взрывоопасному объёму. Чтобы сравнить насколько точно, полученное выражение (4.1) позволяет оценивать концентрации пропан-бутановой смеси в объёме закрытого помещения, можно сравнить поля концентраций, рассчитанные по выражению (4.1) и полученные экспериментальным путём при одинаковых условиях. Поле концентраций пропан-бутановой смеси на уровне пола в помещении с размерами, соответствующими размерам помещения, где проводились опыты и массе пропан-бутана 0,7 кг, рассчитанное по выражению (4.1), будет иметь вид, представленный на рис.4.1.
Аналогичная схема помещения, поле концентраций в котором на уровне пола при тех же условиях получено в результате экспериментального измерения концентраций, представлено на рис.4.2.
Для сравнения на рис.4.3 приведена схема помещения с линиями концентраций, рассчитанных для аналогичных условий по выражению (1.4), на котором основан расчёт коэффициента Z в [13].
Анализ рис.(4.1-4.3) показывает, что выражение (4.1) позволяет более точно рассчитывать значения концентраций пропан-бутановой смеси при её поступлении в закрытые помещения, в сравнении с принятым на данный момент выражением (1.4). Значения концентраций пропан-бутановой смеси, рассчитанных по выражению (1.4) значительно отличаются от концентраций, полученных экспериментальным путём, в сторону завышения.
Значение коэффициента Z не постоянно и зависит от многих факторов -массы газа, объёма помещения, подвижности воздуха, температуры воздуха в помещении, способа поступления газа, места поступления газа.
Рассмотрим зависимость коэффициента Z от массы поступающего газа, вычисленную с использованием полученных выражений (4.1, 4.12). Для исследования этой зависимости удобно использовать зависимость Z от расчётного относительного взрывоопасного объёма У взр, который определяется выражением: ,= 100, %, (4.13) где VB3p - взрывоопасный объём, определяемый выражением: - . м3, (4.14) нкпр тг - масса газа, г; Снкпр - концентрация, соответствующая нижнему концентрационному пределу распространения пламени, г/м . Для пропан-бутана СНКПр=41,8 г/м . Кб - коэффициент безопасности, примем Кб=1,5.
Зависимость коэффициента Z от расчётного относительного взрывоопасного объёма, рассчитанная для помещения объёмом 382,2 м по методике, принятой в [13] и по разработанной методике с использованием выражений (4.1, 4.12), показана на рис.4.4.
Анализ зависимостей, показанных на рис.4.4, показывает, что при расчёте коэффициента Z по принятой в настоящее время методике, он будет принимать значения от 0 до 1, в зависимости от массы газа, поступившей в помещение. Поэтому принятое для расчётов в [13] значение Z, равное 0,5, для пропан-бутана является некоторым средним значением, которое находится на участке кривой, на котором незначительное изменение массы пропан-бутана ведёт к резкому изменению Z.
При расчёте Z по предлагаемой методике с использованием интегрирования взрывоопасного объёма, Z изменяется от 0 до 0,4, причём, достигнув значения 0,4 при 0dp=36%, коэффициент Z с увеличением КРтвзРуменьшается. Такой характер зависимости Z от V e3p можно объяснить уменьшением взрывоопасного объёма пропан-бутана, находящегося между нижним и верхним концентрационными пределами воспламенения, после достижения VJZZZip = 36%. Это связано с увеличением объёма пропан-бутана, находящегося при концентрации выше верхнего концентрационного предела распространения пламени. Этот положение не учитывается в действующей на настоящий момент методике.
Оценка наиболее неблагоприятного варианта аварии
Согласно [13], расчётное избыточное давление взрыва газовоздушной смеси, которая поступит в помещение, определяется по выражению . m-Hm-P0-Z 1 АР = -— ,кПа, (S П где ш — масса горючего газа, пара ЛВЖ или взвешенной в воздухе горючей пыли, кг; Нт - теплота сгорания истекающего вещества, кДж/кг. Для пропана Нт=46,5-106Дж/кг; Р0 - атмосферное давление, 101 кПа; Z - коэффициент участия горючего вещества во взрыве. Для пропан-бутановой смеси Z=0,4; VCB - свободный объём помещения, м3; р - плотность воздуха, кг/м . Для температуры Т= +20С р=1,3 кг/м ;
С - теплоёмкость воздуха, Дж/(кг-К), С= 1,01 103 Дж/(кг-К); То - температура в помещении, К. Принимаем Т0= +20С; Кн - коэффициент учитывающий негерметичность помещения (принимается равным 3); К — коэффициент, учитывающий аварийную вентиляцию (учитывается при 1-й категории надёжности электроснабжения).
Подставив в (5.1) соответствующие значения переменных, получим выражение для расчёта избыточного давления взрыва пропан-бутановой смеси при температуре Т0= +20С без учёта работы общеобменной вентиляции ДР = 1,628-103-—,кПа. (5.2) се Для учёта работы вентиляции массу газа принимать равной /и, =- -, кг, (5.3) Л. где К=А-Т+1 А - кратность воздухообмена, с"1; Т - продолжительность поступления газа, с.
Расчётные значения избыточного давления взрыва, которое возникнет в помещениях автотранспортных предприятий, эксплуатирующих легковые, грузовые автомобили и автобусы на сжиженном углеводородном газе, при наиболее неблагоприятном варианте аварии, представлены в таблицах (5.1-5.2).
Как следует из расчётов, представленных в таблице 5.1, в помещениях автотранспортных предприятий, эксплуатирующих грузовые автомобили и автобусы на сжиженном углеводородном газе, избыточное давление взрыва при аварии превысит значение 5 кПа в помещении диагностики Д-2 и помещении поста ТО-2 и ТР профилактория на 300 грузовых автомобилей (проекты 503-305 и 503-287). Во всех остальных помещениях избыточное давление взрыва будет иметь значения меньше 5 кПа. Если учитывать работу общеобменной вентиляции, которой оборудованы все автотранспортные предприятия, то избыточное давление взрыва более 5 кПа образуется только в помещении поста диагностики Д-2 автотранспортного предприятия на 300 грузовых автомобилей. Как следует из расчётов, если свободный объём помещений автотранспортного предприятия, эксплуатирующего грузовые автомобили и автобусы с газовыми баллонами для сжиженного углеводородного газа ёмкостью 100 литров, превышает 14700 м3, то избыточное давление взрыва в этих помещениях не превысит 5 кПа.
Анализ расчетов, приведённых в таблице 5.2 показывает, что на автостоянках с числом автомобилей на этаже не более семидесяти, избыточное давление взрыва пропан-бутановой смеси во всех помещениях превышает 5 кПа (проекты ТАО-96/3357, 3-97-3494, 3-95/2617, 3-94-2947). На более крупных автостоянках, на которых на каждом этаже находится более восьмидесяти автомобилей, избыточное давление взрыва не превышает 5 кПа (проекты 08-96, 12-96/3267). Во всех помещениях технического обслуживания автомобилей избыточное давление взрыва более 5 кПа. Из проведённых расчётов следует, что при свободном объёме помещения автостоянки более 7400 м при аварии на легковом газобаллонном автомобиле с ёмкостью газового баллона 50 литров избыточное давление взрыва не превысит 5 кПа.
