室內(nèi)燃?xì)庑孤┰蚣皵U(kuò)散影響因素的分析

張 麗，戴 彪

（中北大學(xué)， 山西 太原 030051）

室內(nèi)燃?xì)庑孤┰蚣皵U(kuò)散影響因素的分析

張 麗，戴 彪

（中北大學(xué)， 山西 太原 030051）

以居民住房為研究對(duì)象，以各學(xué)者的研究成果為依據(jù)，深入分析了室內(nèi)燃?xì)庑孤┑幕驹?，并且?duì)影響燃?xì)庑孤稊U(kuò)散的不同因素，如泄漏源的位置及泄漏方向，泄漏氣體的性質(zhì)，泄漏量，室外風(fēng)速，障礙物等進(jìn)行了研究，進(jìn)而歸納總結(jié)了不同影響因素下室內(nèi)燃?xì)鉂舛鹊臄U(kuò)散規(guī)律，為事故預(yù)防和事故發(fā)生后及時(shí)采取有效的措施提供依據(jù)。

燃?xì)?；泄漏原因；擴(kuò)散；影響因素

隨著科技的發(fā)展及人們生活水平的提高，人們對(duì)能源的要求也越來越高，天然氣作為一種高效綠色節(jié)能能源，備受人們關(guān)注。然而從燃?xì)庾陨硇再|(zhì)來講，它是一種易燃易爆氣體，當(dāng)其與空氣混合達(dá)到一定濃度時(shí)，在一定得點(diǎn)火能作用下，會(huì)發(fā)生劇烈的燃燒爆炸，將嚴(yán)重危及到人們的生命和財(cái)產(chǎn)安全。

在室內(nèi)及相對(duì)封閉的空間，燃?xì)庖坏┌l(fā)生泄漏，不易擴(kuò)散，容易造成堆積，引發(fā)火災(zāi)及爆炸等危險(xiǎn)事故的可能性更大，且在一般居民家庭中不具備火災(zāi)爆炸等防護(hù)用品，人們的安全知識(shí)又相對(duì)缺乏，一旦發(fā)生事故整個(gè)小區(qū)都會(huì)面臨重大的傷害。因此深入研究分析室內(nèi)燃?xì)庑孤U(kuò)散規(guī)律不僅可以在一定程度上防止燃燒爆炸事故的發(fā)生，而且在發(fā)生燃燒爆炸事故后可以在一定程度上指導(dǎo)人們采取措施減低事故造成的傷害。

1 燃?xì)庑孤┰虻姆治?/h2>

1.1 人為原因

現(xiàn)實(shí)生活中，有些用戶的安全意識(shí)淡薄，安全認(rèn)知不夠，他們往往為了自己的便捷而忽視相關(guān)規(guī)定和制度，私自改裝燃?xì)夤艿?，私自在燃?xì)夤艿郎辖友b燃?xì)庠O(shè)備，有些用戶為了盜氣甚至隨意拆卸燃?xì)獗?，由于其操作的非專業(yè)性及在完成上述行為之后不進(jìn)行氣密性檢測(cè)，以致泄漏點(diǎn)重重存在，燃?xì)獯罅啃孤?有些用戶不正確適用灶具，閥門關(guān)閉不嚴(yán)或忘記關(guān)閉灶具閥門，造成大量燃?xì)庑孤?，危及自身安全的同時(shí)也給小區(qū)其他居民的生命和財(cái)產(chǎn)造成了嚴(yán)重的危害[1]。

1.2 非人為原因

（1）管道泄漏，多由于周圍環(huán)境潮濕而致使管道外壁銹蝕穿孔。

（2）接口、閥門泄漏，多由磨損、腐蝕、密封材料老化等誘發(fā)。

（3）膠管脫落，一是由于膠管或連接處的老化龜裂而造成漏氣；二是老化變硬的膠管受外力作用松動(dòng)脫落而引起的開放式泄漏[2]。

2 燃?xì)庑孤U(kuò)散的影響因素

室內(nèi)燃?xì)庑孤┖蟮臄U(kuò)散往往會(huì)受到多種因素的影響，比如，泄漏源的位置及泄漏方向，泄漏氣體自身性質(zhì)，泄漏量，外界風(fēng)速，空間障礙物等[3]。這些因素都會(huì)在或多或少的影響燃?xì)庠谑覂?nèi)濃度場(chǎng)的空間分布。

2.1 泄漏源的位置及其泄漏方向

由于室內(nèi)燃?xì)庑孤儆谑芟奚淞?，開始階段燃?xì)鈺?huì)以一定的初始速度噴射出來，此刻入射的速度方向?qū)⑹侨細(xì)饬鲃?dòng)的主導(dǎo)方向。 泄漏源的位置也會(huì)影響燃?xì)鉂舛鹊目臻g分布，在泄漏源附近燃?xì)鉂舛容^高，隨著時(shí)間的推移，氣體逐漸向周邊擴(kuò)散。例如，天然氣的泄漏，當(dāng)泄漏源在地面且水平方向泄漏時(shí)，燃?xì)庠诮咏孛嫣帟?huì)形成高濃度區(qū)，隨后逐漸向上擴(kuò)散；若泄漏源距地面有一定的高度且水平方向泄漏時(shí)，在相同的泄漏源強(qiáng)度及室內(nèi)自然條件下，室內(nèi)頂部會(huì)先形成高濃度區(qū)，隨著時(shí)間的推移，氣體逐漸向下擴(kuò)散[4]。

2.2 泄漏量

燃?xì)庖坏┌l(fā)生泄漏，決定泄漏事故嚴(yán)重程度的主要因素是泄漏量的大小，泄漏量的大小受泄漏速率、泄漏口大小及泄漏時(shí)間的影響。在相同的泄漏口徑下，泄漏量越大，泄漏速率越大，氣體軸線速度越大，氣體擴(kuò)散越遠(yuǎn)，變化也越劇烈，在相同時(shí)間內(nèi)泄漏到室內(nèi)的氣體越多，房間內(nèi)氣體堆積濃度越大。泄漏量大時(shí)在室內(nèi)引發(fā)危險(xiǎn)事故所需要的時(shí)間就越短，因此，當(dāng)泄漏量比較大時(shí)，燃燒爆炸事故主要發(fā)生在泄漏的初始階段，且持續(xù)時(shí)間較短，同理，泄漏量較小時(shí)，處于燃燒爆炸范圍內(nèi)的燃?xì)鉂舛却嬖诘臅r(shí)間越長，發(fā)生燃燒爆炸事故的可能性越大[5]。

2.3 泄漏氣體自身的性質(zhì)

泄漏氣體自身性質(zhì)對(duì)燃?xì)庑孤U(kuò)散的影響主要表現(xiàn)在燃?xì)饷芏壬希芏炔煌臍怏w在擴(kuò)散中的影響主要體現(xiàn)在重力與浮力對(duì)擴(kuò)散過程的干擾。

據(jù)燃?xì)馀c空氣密度的差異，可把燃?xì)夥譃橹刭|(zhì)氣體和輕質(zhì)氣體，密度小于空氣的為輕質(zhì)氣體，密度大于空氣的為重質(zhì)氣體。當(dāng)重質(zhì)氣體泄漏到室內(nèi)空間時(shí)，在重力的作用下會(huì)表現(xiàn)出向下擴(kuò)散的趨勢(shì)，這種趨勢(shì)會(huì)導(dǎo)致重質(zhì)氣體在離開泄漏源一定距離的下方堆積，同時(shí)向上方擴(kuò)散。當(dāng)輕質(zhì)氣體發(fā)生泄漏時(shí)，燃?xì)庠诟×ψ饔孟聲?huì)向上擴(kuò)散，這種流動(dòng)會(huì)使可燃?xì)怏w在離開泄漏源一定距離的上方形成堆積，房間下部氣體濃度較低。

一般地，當(dāng)泄漏燃?xì)馀c空氣混合形成的氣體的相對(duì)密度不小于1.1時(shí)，該混合氣體可能沿地面擴(kuò)散；當(dāng)其相對(duì)密度值在0.9～1.1范圍內(nèi)時(shí)，該混合物能夠迅速與空氣混合[6]。

2.4 風(fēng)速

當(dāng)房間內(nèi)不受外界風(fēng)速影響時(shí)，燃?xì)庠谑覂?nèi)的濃度場(chǎng)將出現(xiàn)明顯的分層現(xiàn)象，但靠近泄漏口，出口及墻壁附近濃度有較大波動(dòng)，

一般情況下，風(fēng)速對(duì)室內(nèi)氣體擴(kuò)散的整體趨勢(shì)的影響不大，室內(nèi)空間氣體濃度變化不明顯，然而在通風(fēng)口附近影響較大。隨著風(fēng)速的增大，通風(fēng)口處氣體擴(kuò)散的速率也隨之增大，風(fēng)速對(duì)氣體擴(kuò)散的影響范圍也越大，對(duì)擴(kuò)散到通風(fēng)口處的燃?xì)獾南♂屪饔靡蚕鄬?duì)好一些。

2.5 空間障礙物

空間障礙物的存在會(huì)在一定程度上阻礙燃?xì)庠谄涓浇臄U(kuò)散，從而影響燃?xì)鉂舛葓?chǎng)的分布[7]。障礙物大多存在于房間的底部，因此障礙物對(duì)重質(zhì)氣體擴(kuò)散的影響遠(yuǎn)大于輕質(zhì)氣體擴(kuò)散的影響，而且多數(shù)燃燒爆炸事故都是由于燃?xì)庠谡系K物附近的堆積引起的。

當(dāng)房間內(nèi)不存在障礙物時(shí)，泄漏氣體濃度場(chǎng)有明顯的分層現(xiàn)象，且空間內(nèi)會(huì)存在濃度漩渦。當(dāng)房間內(nèi)存在障礙物時(shí)，泄漏氣體的擴(kuò)散速度明顯慢于不存在障礙物時(shí)氣體的擴(kuò)散速度,且在障礙物與泄漏口相對(duì)的一面燃?xì)馊菀仔纬啥逊e，相背的一面燃?xì)鉂舛认鄬?duì)較低。

3 結(jié) 論

( 1 ) 通過對(duì)室內(nèi)燃?xì)庑孤┑脑蚍治隹芍?，要想從根源上減少事故的發(fā)生首先應(yīng)加強(qiáng)對(duì)廣大居民的安全教育，提高其安全意識(shí)，使其意識(shí)到嚴(yán)格遵守相關(guān)規(guī)章制度的重要性，其次，要加強(qiáng)對(duì)管道及其他部件的維護(hù)及檢修，及時(shí)消除安全隱患。

( 2 ) 根據(jù)對(duì)各影響因素的分析，為了減少可燃濃度場(chǎng)的擴(kuò)散范圍，我們應(yīng)注意室內(nèi)通風(fēng)，同時(shí)減少障礙物等對(duì)泄漏后火災(zāi)爆炸事故的加劇效應(yīng)。

( 3 ) 為預(yù)防各種燃?xì)庑孤┦鹿?，提出了消除爆炸必要條件，盡量避免燃?xì)庑孤┖簏c(diǎn)火源的存在，還可以裝備燃?xì)庑孤z測(cè)器，從而避免燃?xì)庑孤┦鹿实陌l(fā)生。

［1］ 尹衛(wèi)東．燃?xì)饩用裼脩舭踩芾黼y點(diǎn)及對(duì)策[J].煤氣與熱力，2013，33(4):42-44.

［2］王湘寧．居民室內(nèi)燃?xì)庑孤┓治鯷J].煤氣與熱力，2014，34(1):15-17.

［3］臧子璇，黃小美，陳貝.燃?xì)庑孤┥淞鲾U(kuò)散模型及應(yīng)用[J].煤氣與熱力，2011，31(6):39-42.

［4］于暢,田貫三.可燃?xì)怏w室內(nèi)泄漏擴(kuò)散的研究[J］．山東建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2006，3(21):243-247.

［5］王鵬．戶內(nèi)燃?xì)庑孤┑臄U(kuò)散模擬研究及危險(xiǎn)效應(yīng)分析[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2012.

［6］于暢,田貫三．燃?xì)馐覂?nèi)泄漏質(zhì)量濃度模型與分析[J].煤氣與熱力，2008，19(1)：66-72．

［7］于力，柴建設(shè)，史強(qiáng)．室內(nèi)天然氣中壓輸氣管道泄漏擴(kuò)散數(shù)值模擬研究[J].安全科學(xué)技術(shù)，2013，3：5-8．

Analysis on Causes and Diffusion Influencing Factors of Indoor Gas Leakage

ZHANG Li，DAI Biao
（North University of China, Shanxi Taiyuan 030051，China）

Taking the resident houses as research object and based on other scholars’ research results, the basic causes of the indoor gas leakage were analyzed. Then the factors to affect the gas leakage diffusion were studied, such as the location of the leak source, direction of the gas leakage, gas properties, leakage rate, outdoor wind speed, barriers and so on. At last, the diffusion rules of the indoor gas concentration under different impact factors were summarized, which could provide the basis for taking effective measures before and after the gas leakage accident.

Gas；Leakage reason; Diffusion; Influencing factors

TE 88

A

1671-0460（2015）01-0120-02

2014-07-12

張麗（1989-），女，山東聊城人，碩士研究生，研究方向：室內(nèi)燃?xì)獾男孤U(kuò)散及燃燒爆炸的數(shù)值模擬。E-mail：zhli1011@163.com。