 |
Взрывы при аварийной разгерметизации магистрального газопровода
|
|
|
|
Рассмотрим модели, используемые для определения параметров взрыва при авариях на газопроводах.
Аварии при разгерметизации газопроводов сопровождаются следующими процессами и событиями: истечением газа до срабатывания отсекающей арматуры (импульсом на закрытие арматуры является снижение давления продукта); закрытие отсекающей арматуры; истечение газа из участка трубопровода, отсеченного арматурой.
В местах повреждения происходит истечение газа под высоким давлением в окружающую среду. На месте разрушения в грунте образуется воронка. Метан поднимается в атмосферу (легче воздуха), а другие газы или их смеси оседают в приземном слое. Смешиваясь с воздухом газы образуют облако взрывоопасной смеси.
Статистика показывает, что примерно 80%аварий сопровождается пожаром. Искры возникают в результате взаимодействия частиц газа с металлом и твердыми частицами грунта. Обычное горение может трансформироваться во взрыв за счет самоускорения пламени при его распространении по рельефу и в лесу.
Итак, взрывное горение при авариях на газопроводе может происходить также по одному из двух режимов – дефлаграционному или детонационному. При оперативном прогнозировании принимают, что процесс развивается в детонационном режиме.
Дальность распространения облака (рис 2.2) взрывоопасной смеси в направлении ветра определяется по эмпирической формуле:
 , м,
| (2.11) |
где М – массовый расход газа, кг/с;
25 – коэффициент пропорциональности, имеющий размерность м3/2 / кг1/2;
W – скорость ветра, м/с.
Тогда граница зоны детонации, ограниченная радиусом r 0, в результате истечения газа за счет нарушения герметичности газопровода, может быть определена по формуле:
|
|
|
 , м,
| (2.12) |
Массовый секундный расход газа М из газопровода для критического режима истечения, когда основные его параметры (расход и скорость истечения) зависят только от параметров разгерметизированного трубопровода, может быть определен по формуле:
 , кг/с,
| (2.13) |
где ψ – коэффициент, учитывающий расход газа от состояния потока (для звуковой скорости истечения ψ =0,7);
F – площадь отверстия истечения, принимаемая равной площади сечения трубопровода, м2;
μ – коэффициент расхода, учитывает форму отверстия
(μ = 0,7...0,9), в расчетах принимается μ = 0,8;
Р г – давление газа в газопроводе, Па;
V г – удельный объем транспортируемого газа при параметрах в газопроводе (определяется по формуле 2.14).
 , м3/кг,
| (2.14) |
где Т – температура транспортируемого газа, К;
R 0 – удельная газовая постоянная, определяемая по данным долевого состава газа qk и молярным массам компонентов смеси из соотношения:
 , Дж / (кг×К),
| (2.15) |
где 8314 – универсальная газовая постоянная, Дж / (кмоль × К);
mk – молярная масса компонентов, кг/кмоль;
n – число компонентов.
В зоне действия детонационной волны давление принимается равным 1,7 МПа. Давление во фронте воздушной ударной волны на различном расстоянии от газопровода определяется с использованием данных табл. 2.1.
При прогнозировании последствий случившейся аварии на газопроводе зону детонации и зону действия воздушной ударной волны принимают с учетом направления ветра. При этом считают, что граница зоны детонации распространяется от трубопровода по направлению ветра на расстояние 2 r 0 (рис. 2.2). В случае заблаговременного прогнозирования, зона детонации определяется в виде полос вдоль всего трубопровода шириной 2 r 0, расположенных с каждой из его сторон. Это связано с тем, что облако взрывоопасной смеси может распространяться в любую сторону от трубопровода, в зависимости от направления ветра. За пределами зоны детонации по обе стороны от трубопровода находятся зоны действия воздушной ударной волны. На плане местности эти зоны также имеют вид полосовых участков вдоль трубопровода.
|
|
|
Рис. 2.2. Расчетная схема к определению давлений при аварии на газопроводе
Δ Р Д – давление в зоне детонации; Δ Р Ф – давление во фронте воздушной ударной волны; Р о – радиус зоны детонации; R – расстояние от расчетного центра взрыва; 0 – центр взрыва; 1 – зона детонации; 2 – зона воздушной ударной волны (R>r 0)
При разработке разделов проекта ИТМ ГОЧС на планах местности вдоль магистральных нефте- и газопроводов наносятся зоны возможных сильных разрушений, границы которых определяются величиной избыточного давления 50 кПа.
При проведении оперативных расчетов следует учитывать, что в зависимости от класса магистрального трубопровода, рабочее давление газа Р г может составлять: для газопроводов высокого давления – 2,5 Мпа; среднего давления – от 1,2 до 2,5 Мпа; низкого давления – до 1,2 Мпа. Диаметр газопровода может быть от 150 до 1420 мм.
Температура транспортируемого газа может быть принята в расчетах t = 40°С. Состав обычного газа, при отсутствии данных, может быть принят в соотношении: метан (СН4) – 90 %; этан (C2Hg) – 4 %; пропан (С3Н8) – 2 %; Н-бутан (С4Н10) – 2 %; изопентан – (С5Н12) – 2 %.
Пример расчета радиуса зоны детонации r o
Исходные данные: d = 0,5 м; Р г = 1,9 Мпа; t = 40°С; W = 1 м/с; μ =0,8.
Расчет:
1. 
2. 
3. 
4. 
|
|
|
