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

81

показал следующее: максимальное значение коэффициента участия газа во взрыве для Варианта 01 составляло Zmax=7,67%, а максимальное значение коэффициента участия газа во взрыве для Варианта 02 составляло Zmax=7,94%. Кроме этого расчеты показали, что максимальное значение коэффициента участия газа во взрыве для Варианта 01А составляло Zmax=7,60%, а для Вариант 02А составляло

Zmax=7,76%.

Таким образом, при отсутствии подвижности атмосферы (скорость ветра равна нулю) препятствия (жесткие поверхности) не оказывают существенного влияния на параметры облака. Кроме того линейные размеры расчетных ячеек не оказывают значительного влияния на точность расчетов. Полученные выводы вытекают из того, что в результате расчетов было получено незначительное отличие в значениях коэффициента участия газа во взрыве для различных начальных и граничных условий. Хотя структура полей концентраций и отличалась.

Рассмотрим результаты выполненных расчётов, описывающие влияние подвижности атмосферы на процесс формирования и распространения взрывоопасной зоны по территории типового объекта.

Для более точного и реального описания физики процесса формирования стационарных и нестационарных воздушных потоков в вычислительных экспериментах следует учитывать обе методики (см. главу 2.5). Принимаем в расчёте осреднённое значение полей векторов, выполненных по двум методикам.

Были заданы следующие начальные условия: залповой выброс в атмосферу

VВЫБРОС=4500м3 (при нормальных условиях) «тяжелого» взрывоопасного вещества. Скорость перемещения атмосферы WАТМ=0,1м/с, направление перемещения «справа налево» относительно места мгновенного выброса.

Начальные и граничные условия, принятые в расчетах, приведены на рисунке 4.1.14, где кроме того представлены векторы скорости воздушных потоков. Обозначим эти результаты, как Вариант 05.

82

Рисунок 4.1.14 – Расчетная область, граничные и начальные условия.

Двухмерное представление. Вариант 05

По результатам расчёта были получены изолинии равных концентраций через каждые 1000 секунд после аварийной утечки горючего вещества (рисунок

4.1.15). Изолинии равного значения концентрации были равны: 2% (НКПВ – нижний концентрационный предел воспламенения); 4% (стехиометрия); 8% (ВКПВ – верхний концентрационный предел воспламенения); 12% (1.5*ВКПВ); 16% (2.0*ВКПВ).

В результате расчёта получено, что примерно на 32-ой минуте после аварийного выброса образуется максимальный объем пропано-воздушной смеси.

Было получено максимальное значение коэффициента участия газа во взрыве,

которое составляет Zmax=7,23%.

	83
1	2

3 4

5

Рисунок 4.1.15 – Линии равной концентрации в облаке через каждые 1000

секунд после выброса. Вариант 05

Рассмотрим результаты расчета для аналогичных начальных и граничных условий, но при WАТМ=0,2м/с. Изолинии равных концентраций через каждые 1000

секунд после залпового выброса пропана изображены на рисунке 4.1.16.

	84
1	2

3 4

5

Рисунок 4.1.16 – Линии равной концентрации в облаке через каждые 1000

секунд после выброса. Вариант 11

На основании расчётов получено, что максимальное значение объема взрывоопасной смеси образуется примерно на 17-ой минуте. При этом

max.взр.

85

максимальное значение коэффициента участия газа во взрыве составило

Zmax=5,76%.

Из приведённых расчётов следует, что при увеличении скорости перемещения атмосферы в 2 раза время достижения V уменьшится практически в 2 раза с 32 мин. до 17мин. Максимальный объем горючего вещества, который перешёл во взрывоопасное состояние, и максимальное значение коэффициента участия газа во взрыве уменьшились на 20%.

Следовательно, можно сделать вывод, что чем меньше скорость перемещения воздушных потоков, тем раньше формируется взрывоопасная смесь, а её объём увеличивается.

Из рисунка 4.1.15-2 видно, что взрывоопасное облако достигает преград примерно через 2000 секунд после аварийного выброса, тогда как при

WАТМ=0,2м/с – через 1000 секунд (рисунок 4.1.16-1). Следовательно, чем больше значение WАТМ, тем быстрее происходит снос и рассеяние взрывоопасной зоны.

Поэтому самые опасные аварийные ситуации происходят, когда состояние атмосферы характеризуется как “ясная ночь”. В таких условиях и осуществляется дрейф взрывоопасных облаков, и формирование их застойных зон возле различных преград. Определяющим фактором в процессе рассеивании облака для данных условий является коэффициент турбулентной диффузии. Данные выводы подтверждаются многочисленными происшедшими авариями [8, 12, 13, 15, 48, 49,

61, 65].

Рассмотрим результаты расчётов по исследованию влияния параметров источника выброса на процесс формирования и распространения взрывоопасной зоны для идентичной аварийной ситуации.

Начальные и граничные условия задачи прежние. Но для данных расчётов мгновенный выброс горючего вещества заменили продолжительной утечкой.

Продолжительность аварийной утечки составила ТВЫБРОС=60 мин.

Расчёты показали (см. рисунок 4.1.18), что максимальный объем пропано-

воздушной смеси образуется примерно на 62-ой минуте после начала аварийной

86

утечки. Было получено максимальное значение коэффициента участия газа во взрыве, что составляет Zmax=6,23%.

Рисунок 4.1.17 – Временные	Рисунок 4.1.18 – Временные
зависимости концентрации в точках.	зависимости объема газа,
Вариант 07	находящегося во взрывоопасной
	концентрации. Vmax.взр.=2804 м3 при
	Т=62 мин. Вариант 07

Также был проведён аналогичный расчёт (см. рисунок 4.1.20), но для ТВЫБРОС=120 мин. Результаты расчёта: Vmax.взр. образуется на 138 минуте после начала утечки, Zmax=1,85%.

87

Рисунок 4.1.19 – Временные	Рисунок 4.1.20 – Временные
зависимости концентрации в точках.	зависимости объема газа,
Вариант 09.	находящегося во взрывоопасной
	концентрации. Vmax.взр.=834 м3 при
	Т=138 мин. Вариант 09.

Рисунок 4.1.21 – Временные	Рисунок 4.1.22 – Временные
зависимости концентрации в точках.	зависимости объема газа,
Вариант 10	находящегося во взрывоопасной
	концентрации. Vmax.взр.=3415 м3 при
	Т=32 мин. Вариант 10

88

Аналогично был выполнен расчёт (см. рисунок 4.1.22) и для ТВЫБРОС=15 мин. Результаты расчёта: Vmax.взр. образуется на 32 минуте после начала утечки,

Zmax=7,59%.

На рисунке 4.1.23 представлено сравнение временных зависимостей концентрации пропановоздушной смеси в точке №2 (см. рисунок 4.1.14) для мгновенного выброса (ТВЫБРОС=0 мин.) и продолжительной утечки вещества.

Рисунок 4.1.23 – Сравнение временных зависимостей концентрации смеси в точке №2 для четырёх вариантов аварийного выброса

Характерный размер выброса при данных расчётах составлял L0=30м.

Из рисунка 4.1.23 видно, что зависимости №1 (мгновенный выброс) и №2 (время выброса ТВЫБРОС=15мин.) очень схожи. Из теории размерности следует,

что критерием мгновенности выброса является его характерное время: Т 0 L0 2 ,

D

где D – значение коэффициента турбулентной диффузии и равно 0,25 м2/с. Для выполненных расчётов Т0=60мин. Расчётами установлено, что если ТВЫБРОС<0,5Т0, то аварийную утечку можно фактически считать залповым выбросом. А вот если ТВЫБРОС>0,5Т0, то Zmax и Vmax.взр монотонно уменьшаются, а время достижения Vmax.взр увеличивается. Это видно из рисунка 8, где приведены зависимости

89

изменения концентрации для случаев, когда ТВЫБРОС=Т0 (ТВЫБРОС=60мин.) и

ТВЫБРОС=2Т0 (ТВЫБРОС=120мин.).

Сводная таблица результатов (таблица Б.1) серии вычислительных экспериментов по исследованию процесс формирования взрывоопасных зон на типовом объекте представлена в Приложении Б.

На основании изложенной в данной научной работе методики можно хорошей достоверностью прогнозировать и рассчитывать параметры формирования взрывоопасной зоны при аварийном выбросе горючих веществ как в атмосферу, так и в зданиях и сооружениях. Зная данные параметры можно говорить о последствиях аварийных выбросов.

90

4.2. Анализ взрыва, происшедшего при тушении пожара в 2013 года на

Тополевой аллее (г. Москва)

Разработанная и протестированная выше методика (см. главу 2) позволяет достоверно восстанавливать сценарии произошедших аварийных ситуаций,

связанных с утечкой горючих веществ. В 3-ей главе численное решение процесса формирования взрывоопасных зон было подтверждено результатами экспериментов. С помощью методики можно определять основные закономерности и факторы, влияющие на ход развития аварий, для разработки рекомендаций по снижению ущерба на энергоёмких объектах и предприятиях.

Как говорилось ранее (см. главу 1.2), взрывные нагрузки напрямую зависят от динамических параметров взрывоопасных зон. Данные нагрузки в свою очередь и определяют ущерб от произошедших взрывных аварий.

На основании аварийного взрыва, описанного в работе [46], с помощью разработанной методики был восстановлен ход аварии и определен источник утечки.

30 ноября 2013 года в Москве на Тополевой аллее, дом 10 произошел пожар. При тушении пожара произошел взрыв, в результате которого погибли два сотрудника отряда ФПС г. Москвы [46]. На рисунке 4.2.1 приведена фотография пожара.

Рисунок 4.2.1 –фотография пожара