燃气室内泄漏质量浓度模型与分析

作者：于畅田贯三　来源：山东建筑大学热能工程学院　评论：　更新日期：2013年01月11日

同时，可以通过计算确定出上述3种燃气在不同换气次数条件下房间内燃气浓度达到爆炸下限所需的时间，计算结果见表2。可以看出，换气次数越大，房间内燃气浓度达到爆炸下限的时间越延后。对于天然气和LPG，当换气次数大于10.0次/h时，泄漏到室内的燃气浓度不会达到爆炸极限范围内，即不存在整个空间同时达到爆炸极限的情况。但这并不说明使用该类燃气的居民用户就不存在安全隐患，因为在泄漏点附近的局部区域内，燃气的浓度可能会达到或超过爆炸下限而形成局部危险区，当遇到点火源时会引起局部爆燃或火灾。

表2 燃气在泄漏空间达到爆炸下限的时间

燃气名称	泄漏房间通风换气次数n/(次·h^-1)
燃气名称	0.5	1.0	2.0	5.0	10.0
焦炉煤气	337	345	364	440	886
天然气	592	618	683	1120	∞
LPG	656	689	771	1472	∞

② 燃气质量浓度与泄漏强度的关系

燃气泄漏强度对房间内形成的燃气浓度影响较大，为了分析燃气质量浓度与泄漏强度的关系，取计算条件：房间体积为15m³，泄漏时间为300s，模拟结果见图2。可以看出，在相同的泄漏时间内，泄漏强度越大，泄漏空间内的燃气浓度也越大。当泄漏强度达到10.0g/s、换气次数分别为0.5次/h和10.0次/h时，房间内的燃气质量浓度分别达到196g/m³和136g/m³，均超过3种城市燃气的爆炸下限，存在安全隐患。

③ 燃气质量浓度与换气次数的关系

为了分析在不同的泄漏强度和泄漏时间条件下泄漏房间内燃气质量浓度与换气次数的关系，选取房间体积为15m³进行模拟，结果见图3。可以看出，当泄漏强度较小时，通风对泄漏的燃气的稀释效果较好；泄漏强度越大，通风稀释的效果越差。当泄漏强度超过5.0g/s时，在泄漏时间内通风对泄漏燃气基本无稀释作用。因此，当管道泄漏口较大、管道系统泄漏压力突降而出现快速泄漏时，由于在较短的时间内通风对泄漏的燃气稀释作用较差而导致很快在室内环境中形成可燃危险区域。当泄漏强度不变时，随着换气次数的增加，房间内的燃气浓度会逐渐减小。实际上，当门窗处于关闭状态时，房间的换气次数只有0.5～1.0次/h，在短时间内不能有效降低燃气的浓度。因此，当察觉燃气泄漏时应立即开启门窗，其自然换气次数可达到10.0次/h以上，增加通风量，从而迅速降低燃气的浓度。

对于发生的管道破裂等快速泄漏事故，在泄漏点喷射范围以外的区域，由于燃气自身的扩散能力有限，故其主要扩散方式是随室内气流运动而扩散。对于房间内的角落或障碍物处往往是通风的死角，而这些区域恰好是不利于燃气扩散导致燃气形成高浓度聚集的区域。因此，即使室内燃气浓度计算值低于爆炸下限，但在泄漏点附近及通风死角的燃气高浓度聚集区域内，其浓度仍然会达到爆炸极限。为了保证安全，实际稀释所需的通风量要比式(12)计算值大。在消除室内燃气过程中，应注意通风死角，利用启动排风扇等措施进行扰动，尽快降低高浓度区燃气浓度。

④ 燃气质量浓度与房间容积的关系

为了分析燃气质量浓度与泄漏房间体积的关系，在泄漏时间分别为100s和300s,泄漏强度均为1.0g/s时进行计算，结果分别见图4、5。可以看出，在泄漏强度一定时，随着房间体积的增大，燃气的浓度逐渐减小。对于容积为5～45m³的房间，当泄漏时间为100s,换气次数为0.5～10.0次/h时，室内燃气的质量浓度均小于以上3种燃气的爆炸下限，即不存在整个房间同时达到爆炸极限的情况。当泄漏时间为300s时，对于房间体积为5m³、换气次数分别为0.5、5.0、10.0次/h时，燃气质量浓度分别为58.76、49.07、40.71g/m³，此时焦炉煤气和天然气的质量浓度均超过其爆炸下限，而LPG仅在换气次数为10.0次/h时，略低于其爆炸下限；当房间体积超过15m³时，房间内的燃气质量浓度均低于3种燃气的爆炸下限。由此可见，房间体积越大，室内燃气浓度达到爆炸极限的时间越延后。