3.2 Прогнозирование и оценка масштабов аварии, вызванной разгерметизацией газопровода высокого давления

С точки зрения возможных последствий, наихудшим сценарием аварии является С1, результатом развития которого могут являться такие последствия, как:

• тепловое излучение пожара;

• образование «огненного шара»;

• избыточное давление при взрыве ГВС.

Наиболее вероятным является случай развития аварийной ситуации по сценарию С4. Опасных последствий при реализации этого сценария практически нет – в помещении ГРП предусмотрена принудительная вентиляция. Некоторую опасность представляет токсическое действие газа. При должной оснащенности персонала средствами индивидуальной защиты (СИЗ) вероятность опасных последствий сводится к нулю.

При разрушении (разгерметизации) газопроводов взрывоопасный газ истекает под высоким давлением в атмосферу. При снижении давления в газопроводе срабатывает отсекающая арматура (автоматы закрытия кранов), перекрывающая аварийный участок. Объем поступившего в окружающую среду газа зависит от длины блокируемого автоматами участка и времени срабатывания запорной арматуры.

В местах разрушения в грунте образуется воронка. Метан поднимается в атмосферу, а другие газы или их смеси распространяются вдоль приземного слоя. Смешиваясь с атмосферным воздухом, эти газы образуют облако взрывоопасной смеси. Практика показывает, что около 80 % аварий сопровождаются крупными пожарами и взрывами. Искры возникают в результате взаимодействия частиц газа с металлом и твердыми частицами грунта. Обычное горение может перейти во взрыв за счет самоускорения пламени при его распространении по рельефу. Зона максимального возможного поражения при авариях будет характеризоваться развитием на территории котельного цеха.

Горение при авариях на газопроводах может происходить по дефлаграционному или детонационному режиму. В данной курсовой работе предлагается к рассмотрению порядок расчет характеристик взрыва для детонационного режима. [21] Рассмотрим порядок расчета характеристик взрыва для наиболее опасного режима – детонационного.

Рисунок 6− Схема взрыва на газопроводе по детонационному механизму

Дальность распространения облака взрывоопасной смеси в направлении ветра определяется по эмпирической формуле:

, м                                         (4)

где G – массовый секундный расход газа из поврежденного участка трубы, кг/с;

u– скорость ветра, м/с.

Граница зоны детонации, ограниченная радиусом, в результате истечения газа за счет нарушения герметичности газопровода, определяется по формуле:

, м                                 (5)

Массовый секундный расход газа G из газопровода для критического режима истечения (при условии р> 2р_атм) рассчитывается по формуле

, кг/с                                 (6)

В этой формуле:

S – площадь отверстия, из которого истекает газ (принимается равной площади поперечного сечения трубы), м²;

р – давление газа в газопроводе, Па;

V – удельный объем транспортируемого газа, м³/кг.

Величина удельного объема рассчитывается по формуле

, м³/кг (7)

где R – удельная газовая постоянная транспортируемого газа, Дж/(кг·К);

Т – температура транспортируемого газа, К.

Величина R зависит от состава транспортируемого газа и молярных масс входящих в него компонентов:

, Дж/(кг·К), (8)

где 8314, Дж/(кмоль·К) – универсальная газовая постоянная;

n – количество компонентов в смеси транспортируемого газа;

Ci – объемные доли компонентов;

m_i– молярные массы компонентов, кг/кмоль.

Температура транспортируемого газа принимается Т = 40°С (313 К).

При максимально неблагоприятном сценарии развития аварии С1, зона смертельного поражения человека начинается при давлении более 100 кПа, зона тяжелых повреждений (здание подлежит сносу) – 53 кПа, зона средних повреждений (возможно восстановление здания) – 28 кПа.

Определим радиус зоны детонации, площадь и характер повреждений при подрыве газопровода диаметром 0.5 м и скорости ветра u=2.63 м/с. Состав транспортируемого газа приведен в таблице 3.

Таблица 3−Состав транспортируемого газа  

Составляющие	Объемные доли компонентов Ci	Молярные массы компонентов mi, кг/кмоль
Метан	0.98	16
Этан	0.0073	30
Пропан	0.0012	44
Бутан	0.000062	58
Азот	0.0078	14
Бутан	0.000048	58

Удельная газовая постоянная R смеси компонентов находится по формуле 8:

Удельный объем газа по формуле 7:

Массовый секундный расход газа рассчитывается по формуле 6:

Зона детонации находится по формуле 5:

Следовательно, площадь зоны полных разрушений можно найти по формуле:

Результаты вычислений площади разрушений приведены в таблице 4.

Таблица 4−Расчетная таблица показателей зоны детонации

Показатель	Значение для тяжелых повреждений	Значение для умеренных повреждений	Значение для легких повреждений
Давление	53 кПа	28 кПа	15 кПа
Удельный объем газа	3,04 м3/кг	5,76 м3/кг	10,76 м3/кг
Массовый секундный расход газа	14, 49 кг/с	7,65 кг/с	4,10 кг/с
Зона детонации	72,06 м	115,53 м	152,53 м
Площадь зоны разрушений	16306,75 м2	41913,44 м2	73012,3 м2

Рисунок 3− Графическое изображение полученных данных

Как видно из приведенных результатов, с уменьшением давления возрастает удельный объем газа, как следствие уменьшается массовый секундный расход газа. Радиус зоны детонации всецело зависит от ранее перечисленных факторов и, как видно, возрастает. Так же возрастает и площадь зоны разрушений.

6