Дослідження часу досягнення пожежовибухо-небезпечних концентрацій в приміщенні при витоку природного газу

Ключка Юрій Павлович

Харківський національний університет міського

господарства імені О.М. Бекетова

http://orcid.org/0000-0003-1066-4217

Дорошенко Дар’я Олегівна

Національний університет цивільного захисту України

http://orcid.org/0000-0003-4222-9359

Корнієнко Руслан Валерійович

Національний університет цивільного захисту України

http://orcid.org/0000-0003-4854-283X

DOI: https://doi.org/10.52363/2524-0226-2025-42-13

Ключові слова: метан, витікання, вибірка, логнормальний закон, масова витрата

Анотація

В роботі проведено моделювання процесу витоку та накопичення природного газу в приміщенні. Показано, що у всьому діапазоні можливих значень тиску відбувається докритичне витікання газу. Встановлена залежність масового розходу та часу досягнення пожежовибухонебезпечної концентрації газу в приміщенні. Досліджено стохастичний характер часу досягнення нижньої концентраційної межі поширення полум’я природного газу (метану) при його витоку в закритому приміщенні. Оскільки час залежить від багатьох випадкових факторів, таких як масова витрата газу, що визначається тиском та площею отвору витоку, було проведено математичне моделювання процесу накопичення газу для трьох сценаріїв розподілу площі отвору. Для отриманих трьох вибірок значень часу проведено детальний статистичний аналіз. Розраховані базові показники (середнє, медіана, стандартне відхилення, коефіцієнт асиметрії) та виявлено високу правосторонню асиметрію для всіх вибірок, що свідчить про їх невідповідність нормальному закону. Перевірка гіпотез про відповідність розподілам (нормальному, гамма) за критеріями Шапіро-Вілка та Колмогорова-Смірнова дала негативний результат. Навіть гіпотеза про логнормальний розподіл, що часто використовувується для подібних процесів, була відхилена форма-льними тестами за тими ж критеріями. Візуальний аналіз за допомогою «Q-Q plot» підтвердив результати тестів: для логарифмованих значень часу всі три вибірки показали чітку S-подібну криву, характерну для лептокуртичних розподілів з «важкими хвостами». Це вказує на те, що стандартні моделі, включаючи логнормальну, систематично недооцінюють ймовірність як аномально малих, так і аномально великих значень часу досягнення НКМП. Отримані результати показують на важливості врахування «важких хвостів» при оцінці ризиків та розробці превентивних заходів безпеки.

Посилання

1. Doroshenko D., Klyuchka Yu., Mikhailuk A. Analysis of the consequences of explosions and the conditions for the formation of gas-air mixtures in residential buildings. Problems of fire safety. 2020. Vol. 48. P. 37–44. URL: http://nbuv.gov.ua/UJRN/Ppb_2020_48_8
2. Ismail M., Sharif K., Udin Z., Hassan M., Nawi M., Hamid Z., Ibrahim J., Othman A. A risk assessment in natural gas supply. International Journal of Supply Chain Management. 2018. Vol. № 4. P. 180–184. doi: 10.59160/ijscm.v7i4.2371
3. Аналітична довідка про пожежі та їх наслідки в Україні за 12 місяців 2024 року. Київ, 2025. 39 с. URL: https://dsns.gov.ua/upload/2/3/0/1/6/1/2/analiticna–dovidka–pro-pozezi-za-12-misiaciv-2024-na-sait.pdf
4. Аналітична довідка про пожежі та їх наслідки в Україні за 12 місяців 2023 року. 7 с. URL: https://dsns.gov.ua/upload/2/0/2/2/3/2/1/2023-rik.pdf
5. Ключка Ю., Дорошенко Д. Оцінка часу досягнення пожежовибухонебезпечних концентрацій в приміщенні при розгерметизації балону з пропан-бутаном. Комунальне господарство міст, Харків. 2025. Том 3. № 191. С. 509–515. doi: 10.33042/2522-1809-2025-3-191-509-515
6. Ryder N., Jordan S. ,Jagruti M. NYSEARCH A Study for Natural Gas Dispersion and Detection in Residential Environments. 2021. P. 5. URL: https://www.nysearch.org/white-papers/WhitePaper_Dispersion_Study_in_Residential_Environments_V7.pdf
7. Muharam Y., Septian Simulation of Gas Leakage in a Gas Utilization System in Household Sector. International Journal of Technology. 2013. Vol. 4. Issue 3. P. 224–231. doi: 10.14716/ijtech.v4i3.118
8. Cioclea D., Ianc N. , Boanta C. Dispersion of Methane in Closed Enclosures. Journal of Environmental Protection and Ecology. 2024. Vol. 1. Issuе 1. P. 263–274. doi: 10.29227/IM-2024-01-29
9. Vrouwenvelder T., Bernt L. Probabilistic modelling of internal gas explosions. 2009. P. 19. URL: https://www.cost-tu0601.ethz.ch/Documents/Meetings/Ljubljana/
   FACTSHEETS/vrouwenvelder_3.pdf
10. Tchouvelev A., Cheng Z., Pignotti V. CFD modeling of gas release and dispersion: Prediction of flammable gas clouds. Environmental Security. 2007. P. 17. doi:1007/978-1-4020-6515-6_14
11. Leach S. J., Lowe D. J. Ventilation in relation to toxic and flammable gases in buildings. Building Services Engineer. 1973. Vol. 8. P. 289–310. URL: https://www.aivc.org/sites/default/files/members_area/medias/pdf/Airbase/airbase_00203.pdf
12. Rasyid A., Sukwika T., Ramli S., Citroatmojo S. Gas Leakage Risk Management of Biogas Powerplant Using ALOHA Gas Dispersion Modelling and Bow-Tie Analysis. Journal of Universal Studies. 2024. Vol. 4. Issue 10. P. 9160–9172. doi: 10.59188/eduvest.v4i10.43673
13. S. Chemical Safety and Hazard Investigation Board. Investigation Report: Dangers of Flammable Gas Accumulation. 2006. P. 1–10. URL: https://www.csb.gov/file.aspx?DocumentId=5639
14. Xuegang L., Hongchao J. Fluent in the Simulation of the Application of the Natural Gas Leakage. Proceedings of the 2nd International Conference on Consumer Electronics, Communications and Networks. 2012. P. 690–692. doi:10.2991/
    2012.88
15. Minnesota Pollution Control Agency. Remediation Division Methane Guidance. 2025. P. 25. URL: https://www.pca.state.mn.us/sites/default/files/c-rem3-32.pdf
16. Kluchka Y., Krivtsova V., Borisenko V. Characterization expiration hydrogen gas from a cylinder. Problems of fire safety. 2011. Vol. 29. P. 84–91. URL: http://repositsc.nuczu.edu.ua/bitstream/123456789/1866/1/29.pdf