Пожарная безопасность технологических процессов / Buzaev - Metodi prognozirovaniya parametrov vzrivoopasnikh zon (Dissertaciya) 2015

101

Временная зависимость концентрации газа вблизи автомобиля для принятых исходных данных приведена на рисунке 4.3.6.

Рисунок 4.3.6 – Временная зависимость концентрации газа вблизи автомобиля. Утечка газа только с источника Ф1.

Расчеты показывают, что максимальная концентрация газа вблизи автомобиля при утечке газа только с источника Ф1 составляет не более 0.22-

0.24%об. При подобных концентрациях воспламенение газовоздушной смеси принципиально невозможно.

Был проведен расчет полей концентрации при утечке газа с трех источников: Ф1, Ф2 и Ф3. Производительность источников (их расход) был принят из условия, что на момент аварии на газопроводе (ОАО

«Самаранефтегаз»), который был причиной формирования двух факелов Ф2 и Ф3,

была установлена заглушка с отверстием 20мм, а по газопроводу транспортировались легкие углеводороды. При таком сценарии расход с источника Ф2 составлял бы Q2 =15.8л/с, а над областью горения Ф3 расход газа был бы равен Q3 =83.8л/с. Суммарный расход с двух источников при таком сценарии был бы равен 99.6л/с.

На рисунке 4.3.7 приведены уровни равных концентраций газа, которые создались бы в атмосфере при принятой утечке газа. А на рисунке 4.3.8 приведена

102

временная зависимость концентрации газа вблизи автомобиля для принятых исходных данных.

Под областью взрывного горения (обозначенной на рисунке 4.3.7 индексом

II) понимается область с концентрацией газа выше 2%об. Тяжелые углеводородные фракции способны взрываться при подобных концентрациях.

Для легких углеводородов данная область на 1-2% выше.

Рисунок 4.3.7 – Уровни равных	Рисунок 4.3.8 – Временная
концентраций при утечке газа с	зависимость концентрации газа
источников Ф1, Ф2 и Ф3. Расходы:	вблизи автомобиля. Утечка газа с
Q1=10л/с, Q2 =15.8л/с, Q3 =83.8л/с.	источников Ф1, Ф2 и Ф3.

Из рисунка 4.3.7 видно, что некоторое движение атмосферы, которое могло иметь место при аварии, не приводит к существенному изменению процесса формирования газовоздушного облака. Основной вывод, который следует из выполненных расчетов, заключается в следующем. Сценарий, который предполагает, что на газопроводе (ОАО «Самаранефтегаз») была установлена заглушка с отверстием 20мм, а по газопроводу транспортировались легкие углеводороды, полностью исключается по трем основным причинам. Во-первых,

создаваемые утечками с газопровода факелы Ф2 и Ф3 должны быть существенно меньше, чем наблюдались при аварии. Во-вторых, области возможного воспламенения облаков от источника Ф1 и источников Ф2+Ф3 не пересекаются

(существуют две независимые области, см. рисунок 4.8.7). Поэтому возгорание

103

одного из облаков не привело бы к распространению пламени на соседнее облако.

В-третьих, зона возгорания, наблюдавшаяся при аварии, была существенно больше. Кроме этого, воспламенение смеси (при данном сценарии развития аварии) полностью исключена при появлении источника зажигания внутри или вблизи автомобиля. Концентрация газа вблизи автомобиля не превысила бы

0.6%об, что полностью исключает возможность ее воспламенения.

Был проведен расчет формирования газовоздушного облака при условии,

что расходы газа в источниках Ф2 и Ф3 соответствовали бы размерам наблюдавшихся при аварии факелов. Расчеты по определению расходов газа в областях горения Ф2 и Ф3, выполненные ранее через размеры областей горения,

показали, что источник Ф2 должен иметь расход не менее Q2=150л/с, а источник Ф3 должен иметь расход не менее Q3 =1500л/с. Только при таких расходах (не меньше) размеры областей горения соответствовали бы имевшем место при аварии факелам.

На рисунке 4.3.9 приведены уровни равных концентраций газа, которые создались бы в атмосфере при принятой утечке газа.

Рисунок 4.3.9 – Уровни равных концентраций при утечке газа с источников Ф1, Ф2 и Ф3. Расходы: Q1=10л/с, Q2 =150л/с, Q3 =1500л/с.

I – Область возможного воспламенения смеси; II – Область взрывного

горения; III –Область горения.

104

Под областью горения (обозначенной на рисунке 4.3.9 индексом III)

понимается область с концентрацией газа выше 5%об. Для большинства углеводородов (особенно тяжелых) данная концентрация превышает верхний концентрационный предел распространения пламени (ВКПР) и горение смеси не носит явно выраженный взрывной характер (оно растянуто по времени), т.к.

горение смеси происходит по мере поступление с область горения кислорода. Под областью пожара (обозначенной на рисунке 4.3.9 индексом IV) понимается область с концентрацией газа выше 12.5%об. Данная концентрация газа в смеси выше ВКПР, характерных для всех углеводородов. Горение носит характер

«огневого шторма» или «огневого шара». Время его существования достаточно велико, поэтому можно говорить о пожаре.

Область горения при таком сценарии развития аварии соответствует области горения, наблюдавшейся в действительности.

Для определения роли источника Ф1 (ЗАО «Нефтехимия») в формировании газовоздушного облака были проведены расчеты концентрационных полей,

которые создавались бы только источниками Ф2 и Ф3 с газопровода (ОАО

«Самаранефтегаз»).

Рисунок 4.3.10 – Уровни равных концентраций при утечке газа с источников Ф2 и Ф3. Расходы: Q2 =150л/с и Q3 =1500л/с. I – Область возможного воспламенения смеси; II – Область взрывного горения; III – Область горения;

IV – Область пожара

105

На рисунке 4.3.10 приведены уровни равных концентраций газа, которые создались бы в атмосфере при утечке газа только из источников Ф2 и Ф3.

На рисунке 4.3.11 приведена временная зависимость концентрации газа вблизи автомобиля для нескольких вариантов развития аварии: утечка только из источника Ф1; утечка газа из источников Ф2 и Ф3; утечка из всех трех источников: Ф1, Ф2 и Ф3. Из представленных расчетов следует, что влияние источника Ф1 на концентрационный состав газовоздушной смеси вблизи автомобиля крайне мало.

Рисунок 4.3.11 – Временная зависимость концентрации газа вблизи автомобиля

Проведёнными расчётами был восстановлен ход развития аварии, который определил степень виновности организаций, эксплуатирующих два указанных трубопровода. Сравнительный анализ концентрационных полей, создаваемых источниками Ф1, Ф2 и Ф3, показал, что роль источника Ф1 (этанопровод ЗАО

«Нефтехимия»), имеющего относительно малую производительность,

незначительна и практически не оказывает никакого влияния на формирование газовоздушного облака и на весь ход развития аварии.

106

4.4. Выводы по четвёртой главе

При проведении вычислительных экспериментов было рассмотрено влияние следующих параметров аварийной утечки горючих веществ на территории энергоёмкого объекта: наличие подвижности атмосферы и скорость перемещения воздушных потоков; взаимное месторасположение ограждающих конструкций (преград) и источника аварийного выброса; параметры источника аварийного выброса (характерное время – Т0, характерный размер утечки – L0,

характерный расход – Q0).

На основании полученных результатов определены основные факторы, влияющие на процесс формирования взрывоопасных зон при аварийных выбросах горючих веществ:

1.Скорость перемещения воздушных потоков – чем больше значение

WАТМ, тем быстрее происходит снос и рассеяние взрывоопасной зоны;

2.Продолжительность и расход аварийной утечки – критерием

мгновенности выброса является его характерное время:	Т 0	L	2	. Для
		0
		D

выполненных расчётов Т0=60мин.

Используя разработанные методику и программу расчёта, был восстановлен сценарий развития взрыва, происшедшего при тушении пожара в г. Москва на Тополевой аллее. Определён источник воспламенения – открытый огонь у стены бокса №9 или искра, переносимая конвективными потоками из бокса №9 к воротам №12; источник формирования взрывоопасной зоны в боксе №12 – пролив ацетона. Действия сотрудников ФПС оправданы.

Благодаря проведённым расчётам, восстановлен сценарий развития взрывной аварии, происшедшей на участке газопровода «Нижневартовск-Курган-

Куйбышев» в Самарской области. Была определена степень виновности организаций, эксплуатирующих два указанных трубопровода (Ф1 – этанопровод ЗАО «Нефтехимия», Ф2 и Ф3 – газопровод ОАО «Самаранефтегаз»).

107

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

Итоги выполненного исследования. Из проведенных исследований следует, что цель работы достигнута, т.е. разработана методика прогнозирования параметров взрывоопасных зон при аварийных выбросах горючих веществ.

Разработанная автором компьютерная программа протестирована сравнением результатов расчёта по программе с аналитическим решением задачи.

Работоспособность программы подтверждена и экспериментальными исследованиями. Удовлетворительное совпадение результатов расчёта по разработанной методике с экспериментальными данными и результатами аналитического решения указывает на корректность разработанной математической модели и программы.

Представлена методика расчета параметров воздушных потоков применительно к ситуации малой подвижности атмосферы (почти полный штиль), что является наиболее опасным сценарием развития аварийной ситуации,

связанной с выбросом в атмосферу горючих веществ.

Экспериментально получены минимальные значения коэффициента турбулентной диффузии для пропана и метана при распространении газа по вертикальной оси.

На основании проведённых вычислительных экспериментов определены основные факторы, влияющие на процесс формирования взрывоопасных зон.

Разработанная методика и компьютерная программа расчёта позволили представить события развития взрывной аварии, произошедшей на участке газопровода в Самарской области, и взрыва паров ацетона, при тушении пожара в г. Москва.

Рекомендации. Разработанная методика рекомендуется для расчёта динамики формирования взрывоопасных зон при аварийных выбросах горючих веществ на энергоёмких объектах. На стадии проектирования методика позволяет создать наиболее безопасную компоновку взрывопожароопасного объекта.

108

Методика рекомендуется к использованию для реконструкции событий произошедших взрывных аварий.

В целом методика позволяет разработать рекомендации по снижению ущерба при аварийных выбросах горючих веществ, направленные на взрывобезопасность и взрывоустойчивость энергоёмких объектов.

Перспективы дальнейшей разработки темы. Перспективным направлением исследуемой темы является разработка методики определения взрывных нагрузок на основании расчётных полей концентрации, образующихся в процессе аварийного выброса горючих веществ. Данная методика позволит достоверно определять ущерб от взрывных аварий, а также позволит разработать рекомендации по обеспечению взрывоустойчивости зданий и сооружений.

109

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.Абрамович, Г.Н. Теория турбулентных струй / Г.Н. Абромович. – М.: Физматгиз, 1960. – 715 с.

2.Абросимов, А.А. Экологические аспекты производства и применения нефтепродуктов / А.А. Абросимов. – М.: Барс, 1999. – 736 с.

3.Абросимов, А.А. Мероприятия, обеспечивающие безопасные нагрузки при аварийных взрывах в зданиях со взрывоопасными технологиями / А.А. Абросимов, А.А. Комаров // Сейсмостойкое строительство. Безопасность сооружений. – 2002. – №4. – С. 48-51.

4.Абросимов, А.А. Механизмы формирования взрывных нагрузок на территории нефтеперерабатывающих комплексов / А.А. Абросимов, А.А. Комаров // Нефть, газ и бизнес. – 2002. – №4 (50). – С. 58-61.

5.Адушкин, В.В. Расчет безопасных расстояний при газовом взрыве в атмосфере / В.В. Адушкин, С.М. Когарко, А.Г. Лямин // В сборнике №75/32 «Взрывное дело». – М.: Недра, 1975. – 264 с.

6.Алалыкин, Г.Б. Решение одномерных задач газовой динамики в подвижных сетках / Г.Б. Алалыкин, С.К. Годунов, И.Л. Киреева, Л.А. Плинер – М.: Наука, 1970. – 112 с.

7.Андреев, В.А. Пожаровзрывобезопасность производственных объектов и транспортных систем / В.А. Андреев, В.Ю. Навценя, Д.М. Гордиенко, Л.П. Вогман и др. // Пожаровзрывобезопасность. – 2012. – Т. 20. – №2. – С. 65-78.

8.Атаманюк, В.Г. Гражданская оборона / В.Г. Атаманюк, А.Г. Ширшов, Н.И. Акимов – М.: Высшая школа, 1987. – 207 с.

9.Баратов, А.Н. Интенсификация выгорания газовых облаков / А.Н. Баратов, А.В. Руднев // Проблемы безопасности и чрезвычайных ситуациях. –

1990. – №10. – С. 29-45.

10. Баренблатт, Г.И. О диффузионно-тепловой устойчивости ламинарного

пламени / Г.И. Баренблатт, Я.Б. Зельдович, А.Г. Истратов // ПМТФ. – 1962. –

№10. – С. 21-26.

110

11.Бейкер, У. Взрывные явления. Оценка и последствия: в 2 кн. / У. Бейкер, П. Кокс, П. Уэстайн, Дж. Кулещ, Р. Стрелоу. –М.: Мир, 1986. – 2 кн.

12.Бесчастнов, М.Е. Промышленные взрывы. Оценка и предупреждение / М.В. Бесчастнов. – М.: Химия, 1991. – 432 с.

13.Бесчастнов, М.В. Взрывобезопасность и противоаварийная защита химико-технологических процессов / М.В. Бесчастнов. – М.: Химия, 1983. – 472 с.

14.Болодьян, И.А. Горение водородно-воздушных смесей большого объема

всвободном пространстве / И.А. Болодьян, В.Н. Куликов, В.И. Макеев, В.В. Строганов и др. // Сборник материалов II Всесоюзной научно-технической конференции «Взрывобезопасность технологических процессов, пожаро- и

взрывозащита оборудования и зданий». – Черкассы, 1985. – С.15-16.

15.Бузаев, Е.В. Формирования взрывопожароопасных облаков тяжелых и легких углеводородных соединений на примере взрывной аварии / Е.В. Бузаев // Сборник материалов Международной научно-практической конференции «Пожаротушение: проблемы, технологии, инновации». – М.: Академия ГПС МЧС России, 2012. – С. 282-284.

16.Бузаев, Е.В. Косвенный метод определения коэффициента турбулентной диффузии при формировании взрывоопасных облаков / Е.В. Бузаев, Р.А. Загуменников // Сборник материалов III Международной научно-практической конференции «Пожаротушение: проблемы, технологии, инновации». – М.: Академия ГПС МЧС России, 2014. – С. 133-135.

17.Бузаев, Е.В. Экспериментальные исследования процесса формирования взрывоопасной метановоздушной смеси в замкнутом объёме / Е.В. Бузаев, Р.А. Загуменников // Евразийский Союз Ученых (ЕСУ). – Технические науки. – 2014. –

№5. – С. 15-19.

18.Бузаев, Е.В. Моделирование аварийных выбросов взрывоопасных веществ в помещении / Е.В. Бузаев, А.А. Комаров, Г.В. Васюков, Р.А. Загуменников // Вестник МГСУ. – 2014. – №10. – С. 132-140.

19.Бузаев, Е.В. Расчёт процесса формирования взрывоопасных облаков с учётом воздушных потоков, зданий и диффузионных процессов / Е.В. Бузаев //