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 9S
4.1. Модель распределения горючих газов в закрытых помещениях при разгерметизации топливной системы автомобиля 101
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. Способы снижения пожарной опасности помещений для хранения и ремонта газобаллонных автомобилей 132
4.6. Выводы 133
Глава 5. Обоснование категорий помещений для хранения и ремонта газобаллонных автомобилей по взрывопожарной и пожарной опасности 135
5.1. Оценка наиболее неблагоприятного варианта аварии 13 5
5.2. Расчёт избыточного давления взрыва 136
5.3. Оценка величины горючей нагрузки 143
5.4. Выводы 149
Глава 6. Разработка рекомендаций по обеспечению пожарной безопасности процессов хранения и ремонта газобаллонных автомобилей 152
6.1. Рекомендации по обеспечению пожарной безопасности при хранении газобаллонных автомобилей 152
6.2. Рекомендации по обеспечению пожарной безопасности при эксплуатации газобаллонных автомобилей 155
6.3. Рекомендации по обеспечению пожарной безопасности при техническом обслуживании газобаллонных автомобилей 157
6.4. Рекомендации по оснащению автотранспортных предприятий по обслуживанию газобаллонных автомобилей на сжиженном углеводородном газе датчиками газоанализаторов довзрывных концентраций 159
Заключение 164
Список использованной литературы
- Особенности процессов хранения и технического обслуживания газобаллонных автомобилей
- Условия образования взрывоопасных смесей при разгерметизации топливной системы автомобиля
- Экспериментальные исследования полей концентраций пропан-бутановых смесей при их поступлении в закрытые помещения объёмом 44 и 382,2 м3
- Разработка методики расчёта коэффициента участия пропан-бутановой смеси во взрыве
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. м ). 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 (ДР), 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 в достаточной степени 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 в должной мере 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, не учитывают в полной мере специфики пожарной опасности технологических процессов и требуют корректировки, 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 максимальной проектной 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 ВНИИГАЗ 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 помещениях для пропан-бутановой смеси, учитывающая влияние температуры воздуха и направления потока газа. 3.Расчётный метод определения коэффициента участия пропан-бутановой
смеси во взрыве. 4.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).
11 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.). З.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: 1.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. 2. Васюков Г.В. Проблемы обеспечения пожарной безопасности гаражей
стоянок автотранспорта на газовом топливе // Промышленное и гражданское
строительство. - 2004. - №10. С.44-46.
12 З.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. П.Васюков Г.В. О категорировании объектов хранения и технического обслуживания газобаллонных автомобилей // Технологии безопасности. - 2005. -№5.С.67-69.
13 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.
Васюков Г.В., Корольченко А.Я., Рубцов В.В. Методика расчёта минимального количества газоанализаторов довзрывных концентраций для защиты производственных помещений с газобаллонными автомобилями, использующими пропан-бутан // Пожаровзрывобезопасность. - 2006. - №2. С.24-30.
Васюков Г.В. О числе датчиков газоанализаторов, необходимых для защиты помещений с газобаллонными автомобилями // Автомобильная промышленность. - 2006. - № 9. С.28-30.
Бегишев И.Р., Васюков Г.В. О категорировании объектов хранения и технического обслуживания газобаллонных АТС // Автомобильная промышленность. - 2007. - №4. С.24-27.
Особенности процессов хранения и технического обслуживания газобаллонных автомобилей
Хранение газобаллонных автомобилей может осуществляться различными способами [14]: 1. на открытых площадках; 2. на автостоянках открытого типа (автостоянка без наружных стеновых ограждений. Автостоянкой открытого типа считается также такое сооружение, которое открыто, по крайней мере, с двух противоположных сторон наибольшей протяженности. Сторона считается открытой, если общая площадь отверстий, распределенных по стороне, составляет не менее 50 % наружной поверхности этой стороны в каждом ярусе этаже); 3. в надземных автостоянках закрытого типа (одно и многоярусных); 4. в автостоянках боксового типа и в обособленных боксах.
Наиболее распространенным способом хранения газобаллонных автомобилей является хранение на открытых площадках и автостоянках открытого типа. Причиной этому являются значительные ограничительные требования к автостоянкам закрытого типа при нахождении в них газобаллонных автомобилей, которые имеют существенные различия с требованиями к помещениям с автомобилями на жидком топливе.
Одноэтажные автостоянки закрытого типа используются, как правило, для хранения грузовых автомобилей и автобусов, использующих компримированный природный газ и сжиженный углеводородный газ. Для хранения легковых газобаллонных автомобилей наиболее распространены многоуровневые закрытые автостоянки.
Технологический процесс эксплуатации, технического обслуживания и технического ремонта газобаллонных автомобилей значительно отличается от процесса эксплуатации автомобилей на жидком топливе. Поэтому автотранспортные предприятия, эксплуатирующие газобаллонные автомобили, должны иметь производственно-техническую базу, позволяющую выполнять следующие технологические операции: слив сжиженного углеводородного газа или выпуск компримированного природного газа с последующей дегазацией баллонов негорючим (инертным газом); складирование автомобильных порожних дегазированных баллонов; хранение наполненных баллонов с негорючим (инертным газом); хранение наполненных автомобильных баллонов с компримированным природным газом и сжиженным углеводородным газом; ежедневное техническое обслуживание; техническое обслуживание (ТО-1 и ТО-2); диагностирование; регулировочные работы; хранение подвижного состава. Характеристики помещений автотранспортных предприятий, эксплуатирующих грузовые автомобили и автобусы, составленных по типовым проектам Гипроавтотранс, представлены в таблице 1.2.
Строительные объёмы помещений многоярусных автостоянок легковых автомобилей по типовым проектам «Промстройпроект» представлены в таблице 1.3.
Максимальное количество газа, находящегося в различных видах газобаллонных автомобилей и автобусах на газе не ограничено нормативными документами и определяется конструктивными особенностями транспортных средств и газового оборудования. Отечественной промышленностью для установки на автомобилях выпускаются газовые баллоны объёмом от 10 до 160 литров.
Однако, как правило, максимальный объём газобаллонов и их количество, устанавливаемых на транспортных средствах, не превышают значений, приведённых в таблице 1.4. Конструкция современного газового оборудования исключает выход газа из всех баллонов, установленных на газобаллонных автомобилях, при аварии на газовом оборудовании. При неисправности газового оборудования выход газа возможен только из одного газового баллона. Другие баллоны от общей расходной магистрали отключены.
Таким образом, по принятому в [13] варианту аварии, количество газа, которое поступит в помещение с газобаллонными автомобилями при расчётном варианте аварии, будет равно количеству газа, находящемуся в одном газобаллоне, установленном на газобаллонном автомобиле, при условии его полного заполнения согласно техническим условиям эксплуатации.
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.
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 северовосточных, 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 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].
Экспериментальные исследования полей концентраций пропан-бутановых смесей при их поступлении в закрытые помещения объёмом 44 и 382,2 м3
Экспериментальные исследования по определению полей концентраций пропан-бутановой смеси в помещениях объёмом 382,2 м проводились при условиях близких к процессам хранения и технического обслуживания автомобилей. Температура +8С близка к среднегодовой температуре, которая может наблюдаться в помещениях на объектах хранения и технического обслуживания автомобилей в средней полосе России. Размеры помещения, наличие естественных неплотностей в ограждающих конструкциях и наличие вентиляционной системы в этом помещении соответствуют условиям, близким к условиям, которые наблюдаются в производственных помещениях с автомобилями.
Экспериментальные исследования в помещении объёмом 44 м3 проводились при температуре +8С и +20С. Эти значения температур близки к среднегодовым температурам, которые могут наблюдаться в производственных помещениях с автомобилями в средней полосе России и её южных регионах. В отличие от помещения объёмом 382,2 м в этом помещении были созданы условия максимально благоприятные для образования локальных взрывоопасных объёмов пропан-бутановой смеси. Это было достигнуто за счёт устранения неплотностей в оконных и дверных проёмах, а также за счёт отсутствия вентиляционной системы. При этих условиях результаты экспериментальных исследований концентраций пропан-бутановой смеси при её поступлении в это помещение будут значительно отличаться от концентраций, которые образуются в реальном производственном помещении с автомобилями в сторону завышения. Величину этого завышения можно будет оценить путём анализа полей концентраций, полученных в помещениях объёмом 44 и 382,2 м .
Параметры и условия проведения экспериментов в помещениях объёмом 44 и 382,2 м3 представлены в таблице П.2 (приложение 2). Концентрации пропан-бутановой смеси в точках измерения в помещениях объёмом 44 и 382,2 м при различных условиях проведения опытов представлены в таблице П.З (приложение 3).
Процесс распространения пропан-бутановой смеси по объёму закрытого помещения имеет сложный нестационарный характер. В течение короткого отрезка времени, равного одной минуте, концентрация может периодически возрастать и уменьшаться с амплитудой более одного % объёмных. В процессе распространения пропан-бутановой смеси по объёму помещения с достаточной степенью точности можно выделить момент времени, когда значения концентраций в большинстве точек объёма будут максимальными. Этот момент времени будет соответствовать образованию максимального взрывоопасного объёма, который представляет наибольшую опасность при взрыве. Поэтому при проведении экспериментальных исследований концентраций пропан-бутановой смеси в помещении основное внимание уделялось моментам времени, которые соответствовали образованию взрывоопасных объёмов максимальных размеров. Примеры изменения концентраций пропан-бутановой смеси во времени в различных точках помещения объёмом 44 м3 представлены на рис.(3.12-3.13).
Газобаллонные автомобили эксплуатируются на всей территории России, при различных климатических условиях. В этой связи была проведена серия опытов, целью которых было выявление зависимости влияния температуры воздуха на формирование взрывоопасных объёмов пропан-бутановой смеси. В этих опытах при постоянных параметрах и условиях (масса газа, массовая скорость подачи, направление потока газа) изменялась только температура воздуха tB. Часть опытов была проведена при температуре воздуха +8С, другая часть при температуре +20С. Зависимости изменения концентрации пропан-бутановой смеси во времени при разной температуре воздуха представлены на рис.(3.14-3.15).
Анализ рис.(3.14-3.15) позволяет заключить, что максимальные концентрации, образующиеся в одинаковых точках помещения при одинаковой массе газа, но разных значениях температуры, значительно отличаются друг от друга. Это различие имеет общую закономерность - концентрации, образовавшиеся при температуре +20С, в среднем, в 1,5 раза меньше концентраций, образовавшихся при температуре +8С.
Разработка методики расчёта коэффициента участия пропан-бутановой смеси во взрыве
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: Снкпр - концентрация, соответствующая нижнему концентрационному пределу распространения пламени, т/и3. Для пропан-бутана Снкпр=41,8 г/м3. Кб - коэффициент безопасности, примем Кб=1,5.
Зависимость коэффициента Z от расчётного относительного взрывоопасного объёма, рассчитанная для помещения объёмом 382,2 м3 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 =36%, коэффициент Z с увеличением / уменьшается. Такой характер зависимости Z от V mp можно объяснить уменьшением взрывоопасного объёма пропан-бутана, находящегося между нижним и верхним концентрационными пределами воспламенения, после достижения У нчвзр-Ъ6%. 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. значения коэффициента Z для пропан-бутаной смеси, так как учитывает сложный характер распределения газа в локальном взрывоопасном объёме и учитывает массу газу, находящуюся при концентрациях выше верхнего концентрационного предела распространения пламени.
Как было показано в разделе 3.2, максимальные концентрации пропан-бутановой смеси, образующиеся в одинаковых точках помещения при одинаковой массе газа, но разных значениях температуры, значительно отличаются друг от друга. Это различие имеет общую закономерность -концентрации, образовавшиеся при температуре +20С, в среднем, в 1,5 раза меньше концентраций, образовавшихся при температуре +8С. Следовательно, при одинаковой массе пропан-бутановой смеси, но разных температурах воздуха, взрывоопасная масса газа будет различной, а значит разным будет и коэффициент участия пропан-бутановой смеси во взрыве.
Для количественной оценки коэффициента участия пропан-бутановой смеси во взрыве при разных значениях температуры воздуха был использован массив данных концентраций, полученных в помещении объёмом 44 м при температурах воздуха +8С и +20С (эксперименты 1-3, 10-12 приложения 1-3). Данный массив был обработан с использованием выражения (1.3) методом наименьших квадратов. В результате были получены значения коэффициентов К2, Кз для выражения (1.3) для пропан-бутана для двух случаев: для температуры +8С и относительной влажности 95% и температуры +20С и относительной влажности 69%. Для определения коэффициентов Кг, Кз, необходимо было определить величину предэкспоненциального множителя Со выражения (1.3): С0 = 100 т о -V г г п #> (4.15)
Определение Со производилось эмпирически, на основе предположения, что Со численно равно максимальной концентрации в точке, расположенной по центру пола, то есть в точке с координатами X=0,Y=0,Z=0 (рис.3.11). Экспериментальные значения максимальных концентраций пропан-бутана в точке, расположенной по центру пола помещения, при различной массе газа и разных температуре и влажности воздуха представлены в таблице 4.1.
