Термічний вплив

В роботах вчених і науковців ІФНТУНіГ наведені узагальнені результати спостережень за наслідками від руйнування газопроводів на території колишнього СРСР (табл. 2.4.)

Аналіз вітчизняної і зарубіжної статистики свідчить, що при руйнуванні магістральних газопроводів пожежі виникають у 50 – 55 % випадків. Джерелом загоряння газу є іскри, що утворюються при зіткненні одного з одними фрагментів труби або при ударах по трубі твердих частинок ґрунту.

Таблиця 2.4

Масштаби наслідків від руйнування магістральних газопроводів

Діаметр,мм	530	720	820	1020	1220	1420
Розміри котлована, м	28х15х4,5	35х12х5	60х15х4	106х30х12	49х22х12	65х40х10
Радіус термічного впливу	150	195	244	244	275	288
Втрати газу, млн. м3	2,2	2,3	2,8	7,3	11	13,9

Аналіз вітчизняної і зарубіжної статистики свідчить, що при руйнуванні магістральних газопроводів пожежі виникають у 50 – 55 % випадків. Джерелом загоряння газу є іскри, що утворюються при зіткненні одного з одними фрагментів труби або при ударах по трубі твердих частинок ґрунту.

Динаміка займання газового шлейфа досліджувалась А. Хоффом . За допомогою спеціальної швидкісної кінозйомки було встановлено, що при загоранні суміші газу з повітрям відбувається швидке (миттєве) згоряння лише малої частки шлейфа. Основна горюча маса не є гомогенною і згоряє зі значно меншою швидкістю ( ) окремими зонами (об’ємами).

За деякими іншими даними, приблизно у половині випадків аварійного руйнування магістральних газопроводів загоряння газу відбувається безпосередньо на місті розриву. Характер горіння газу і масштаби впливу на довкілля залежить від багатьох факторів, основними серед них є:

• робочий тиск і діаметр газопроводу;

• густина ґрунту засипки, а також властивості корінного масиву ґрунту (діаметр утвореного “котлована”);

• взаємне положення осей кінців труб, що регулює поле газодинамічного витоку.

Для струминного полум’я, що виникає при відмові трубопроводів високого тиску з наступним загорянням витікаючого газу, форма зони ураження описується кутовим сектором з довжиною факела, яка залежить від специфіки горіння (властивість газу, тиску і діаметру трубопроводу) і з приблизним “кутом розкриття” факела для вуглеводних газів метанового ряду 15 – 20 град.

ВНДІГАЗ’ом виконані спеціальні модельні експерименти що до вивчання особливостей горіння двох зустрічних звукових струменів метану при руйнуванні магістральних газопроводів, за різних варіантів утворення “котловану” і різної орієнтації у просторі осей двох кінців труб. Експерименти та розрахунки дозволили дійти висновку, що газодинамічні та калориметричні характеристики факела, його конфігурація і просторова орієнтація (як наслідок, рівень теплової дії на навколишнє середовище) є неоднозначними і залежать від дії великої кількості факторів. Для ілюстрації на рис.2.1 показана зміна (у вертикальній проекції) контурів полум’я при відхиленні осей кінців труб від горизонталі, а також – при взаємодії горизонтальних струменів у траншеї.

Для інженерних прогнозів можливих зон термічного ураження людей при пожежах на газопроводах є доцільним користуватися даними фірми “Брітіш Газ” . Фірмою за результатами здійсненої великої серії натурних експериментів одержані залежності деякої “критичної відстані” від діаметра трубопроводу і робочого тиску. Критичну відстань характеризує собою радіус кола, на межі якого питомий тепловий потік на поверхні землі становить 32 КВт/м².

Для розрахунку довжини факелів за відмови магістральних газопроводів припускають, що полум’я є тримірним об’ємним тілом і наближається до зрізаного конусу, що спрямований меншою основою до місця витоку газу.

Довжину факела можна визначити за допомогою наступної формули

;

де L_B – довжина факела з врахуванням швидкості вітру, м;

L_Bo – довжина факела у безвітряну погоду, м;

_в – швидкість вітру, м/с;

- кут нахилу трубопроводу до горизонту, град.

Розахунок випромінювання від факела у навколишнє середовище грунтується на моделі Тортона Опромінювання певної точки у просторі розраховується як:

,

де  - кутовий коефіцієнт опромінення;

- коефіцієнт поглинання випромінювання атмосферою;

Е – інтенсивність випромінювання з одиниці поверхні полум’я розраховується за формулою:

де Q_ф – загальне тепловиділення факела;

F_ф – площа поверхні випромінювання факелом.

Слід відзначити, що федеральними стандартами США припускається короткочасний тепловий вплив на людину потужністю у 5 кВт/м². При тепловому впливі опіки ІІ-го ступеня можуть виникнути приблизно через 40 с. Рівень теплового впливу, за якого у цей же проміжок часу є вірогідним летальний наслідок, відповідає приблизно 10 кВт/м².

7.3