Пределы взрываемости природного газа

Пределы взрываемости природного газа в смеси с воздухом составляют от 5 % до 15 % по объёму. Нижний концентрационный предел распространения пламени равен 5 %, при меньшей доле метан не горит. Верхний предел составляет 15 %, выше него смеси не хватает кислорода для взрыва. Наиболее опасная и острая реакция происходит при концентрации около 9,5 %. Знание этих границ необходимо для предотвращения аварийных ситуаций.

Разбор по случаям

Примеры

Расчёт опасного объёма. В закрытой кухне объёмом $V = 30\text{ м}^3$ произошла утечка метана.

Минимальный объём газа для создания опасной смеси рассчитывается по формуле $V_{\text{min}} = 30 \times 0{,}05 = 1{,}5\text{ м}^3$.

Когда в помещении оказывается $1{,}5\text{ м}^3$ метана, эти границы взрываемости становятся определяющим фактором аварийной опасности при появлении любой искры.

Оценка риска при заполнении. Помещение объёмом $V = 50\text{ м}^3$ заполнилось объёмом $5\text{ м}^3$ метана.

Объёмная доля газа в воздухе составляет $\varphi = \frac{5}{50} \times 100\% = 10\%$.

Данное значение попадает в опасный интервал от 5 % до 15 %. Так как 10 % близко к стехиометрической концентрации 9,5 %, смесь обладает максимальной взрывной силой.

Влияние высокой температуры на границы взрываемости. При нагревании газовоздушной смеси существенно расширяется диапазон взрываемости природного газа. Нижний предел снижается, а верхний предел возрастает. Если при температуре $20\,^\circ\text{C}$ верхний предел составляет $15\%$, то при нагреве до $400\,^\circ\text{C}$ он увеличивается до $17{,}5\%$. В замкнутом технологическом аппарате объемом $2$ кубических метра при давлении $0{,}5\text{ MPa}$ смещенная смесь становится опасной при более низкой доле кислорода. Для надежного предотвращения аварийных ситуаций технологическую концентрацию метана поддерживают с регламентированным коэффициентом запаса $K = 1{,}25$ относительно новых динамических границ взрываемости.

Частые ошибки

• Считать, что природный газ взрывается при любой концентрации в воздухе.
• Путать нижний предел взрываемости с пределом обнаружения газа по специфическому запаху.
• Игнорировать опасность концентраций выше 15 %, которые при проветривании снова проходят взрывоопасный диапазон.

Коротко

Таким образом, пределы взрываемости природного газа составляют от 5 % до 15 % объёмной доли в воздухе. Соблюдение правил вентиляции и контроль утечек позволяют не допустить образования опасной газовоздушной смеси.