Estimate Minimum Amount of Methane for Explosion in a Confined Space

Leaking of natural gas, which is mostly methane, in a confined living space creates flammable atmosphere and gives rise to explosion accident. The minimum amount of leaked methane for explosion is highly dependent on the degree of mixing in the confined space. This paper proposes a method for estimating minimum amount of flammable gas for explosion by using Gaussian distribution explosion model(GDEM) and experimental explosion data. The explosion pressure in the confined space can be estimated by assuming the Gaussian distribution of flammable gas along the height of an enclosure and estimating the maximum amount of gas within flammable limits, combustion of the estimated gas with constant volume and adiabatic or isothermal mixing in the confined space. The predicted minimum gas amount for an explosion is tied to explosion pressure that results in a given building damage level. The result shows that very small amount of methane leaking in the confined space may results in a serious gas explosion accident. This result could be applied not only to setting the leak criteria for developing a gas safety appliance but also to accident investigating of explosion.

밀폐공간에서 메탄 폭발사고의 최소 가스누출량 예측

밀폐된 거주공간에서 주성분이 메탄으로 이루어진 천연가스 누출은 가연성 분위기를 형성여 폭발사고로 이어진다. 밀폐공간에서 폭발을 일으키기 위한 최소 매탄 누출양은 혼합정도에 크게 의존한다. 본 논문에서는 가우스분포모델과 폭발실험에 근거하여 폭발 사고가 발생할 수 있는 최소한의 메탄 누출량을 예측하기 위한 방법을 제시하고자 한다. 밀폐공간에서 높이에 따라 가연성가스의 농도분포는 가우스분포를 가지는 것을 가정하여 연소범위에 있는 가스의 최대량을 예측하고, 일정한 부피에서 예측된 가스가 연소되어 단열 또는 등온 혼합과정을 통하여 최종 폭발압력을 예측할 수 있다. 폭발사고에 의한 건물의 피해 정도에 대응하는 최소가스 누출양을 예측할 수 있다. 연구결과 건물 내 밀폐공간에서 아주 적은 양의 메탄가스가 누출되어도 심각한 폭발사고를 일으킬 수 있다. 이는 안전장치 개발에 있어서 적절한 조치를 취하기 전에 최소허용 가스 누출량을 설정하는 것에 유용하게 사용될 수 있을 뿐 만 아니라 폭발사고 조사에도 활용 될 수 있다.