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 м^3/2 / кг^1/2;

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 q_k и молярным массам компонентов смеси из соотношения:

, Дж / (кг× К),

(2.15)

где 8314 - универсальная газовая постоянная, Дж / (кмоль × К);

m_k - 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. 6.2). 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.

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.

Рис. 1.2. 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 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.