Обеспечение безопасности прогнозирование и разработка мероприятий по предупреждению и ликвидации (стр. 8 из 28)
2.2 Описание расчетного сценария чрезвычайной ситуации
В 17.05 происходит полная разгерметизация соединительного газопровода высокого давления, всасывающего коллектора газоперекачивающего агрегата от блока питания до ЭГПА (f 1020*16мм, 38 м, Р=7,5 МПа) в результате резкого повышения давления в трубопроводе. Происходит образование облака газовоздушной смеси с взрывоопасной концентрацией газа. Источником инициирования взрыва явилось соударение металлических предметов при выбросе из трубопровода газа, либо, стало результатом взаимодействия (трения) частиц вещества и металлических конструкций трубопровода.
2.3 Расчет избыточного давления взрыва для горючих газов
Избыточное давление взрыва ∆Р, кПа, для индивидуальных горючих веществ определяется по формуле:
∆Р = (Рmax – Р0) ∙ ((mZ)/(Vсвρг.п.)) ∙ (100/Сст) ∙ (1/Кн), (2.1)
где Рmax – максимальное давление взрыва стехиометрической газовоздушной смеси в замкнутом объеме, определяемое экспериментально или по справочным данным. При отсутствии экспериментальных или справочных данных допускается принимать Рmax равным 900 кПа;
Р0 – начальное давление, кПа (допускается принимать равным 101кПа);
m – масса ГГ, вышедших в результате аварии в помещение
m = Vг ∙ ρг. (2.2)
где Vг – объем газа, поступившего в помещение в результате гипотетической аварии на газопроводе, м3;
ρг – плотность газа при расчетной температуре tp, кг∙м3, вычисляемая по формуле
ρг =
= 
кг/м3, (2.3)где М- молярная масса вещества, кг/кмоль;
V0- мольный объем, равный 22,413 м3/ кмоль;
tp - расчетная температура, ºС. В качестве расчетной температуры следует принимать максимально возможную температуру воздуха в данном помещении в соответствующей климатической зоне или максимально возможную температуру воздуха по технологическому регламенту с учетом возможного повышения температуры в аварийной ситуации, в нашем случае 21 ºС.
Произведем расчет параметров взрыва при разгерметизации соединительного газопровода для наиболее опасного сценария С1 развития аварии: разгерметизация трубопровода в замкнутом пространстве (помещении) (полная разгерметизация соединительного газопровода, всасывающего коллектора ГПА от блока питания до ЭГПА, f 1020*16мм 38 м в блоке компримирования газа) ® выброс газа ® образование взрывоопасной ГВС в замкнутом пространстве ® взрыв ГВС от источника инициирования ® поражение оборудования и персонала ударной волной, осколками оборудования, дальнейшее развитие аварии на территории компрессорной станции.
Исходные данные:
Трубопровод высокого давления Рт=7,5 МПа;
Максимальный расход q=5 м3/с;
Диаметр трубопровода d=1020 мм;
Время срабатывания задвижек (автоматическое отключение) Т=30 с;
Расстояние между задвижками l=30 м.
Объем газа, вышедшего из трубопроводов определяется по следующей формуле
Vг = V1Т + V2Т = 150+3315= 3465 (м3); (2.4)
где V1Т – объем газа вышедшего из трубопровода до его отключения,м3;
V1Т =q∙T = 5∙30=150 (м3); (2.5)
где q – расход газа, равный 5 м3/с;
Т – время, до перекрытия трубопровода, равное 30 с;
V2Т - объем газа, вышедшего из трубопровода после его отключения,м3;
V2Т =0,01πp2(r21l1+r22l2+,…,r2nln),= 0,01∙ 3,14∙ 7,5∙10 3∙0,685²·30= 3315 (м3);(2.6)
π = 3,14;
Р2 – максимальное давление в трубопроводе по технологическому регламенту, равное 7,5∙103 кПа;
r – внутренний радиус трубопроводов, равный 1 м;
L – длина трубопроводов от аварийного аппарата до задвижек, 30 м.
Следовательно, согласно формуле (3.2) вычислим массу ГГ, вышедших в результате аварии и в помещение:
m =3465∙0,67= 2322 (кг).
Z – коэффициент участия горючего вещества во взрыве, который допускается принимать для горючих газов Z = 0,5;
Vсв – свободный объем помещения, в нашем случае Vсв =44200 м3;
Сст – стехиометрическая концентрация ГГ, %(об.), вычисляемая по формуле
Сст = 100/(1+4,84β), (2.7)
где β = nc+((nH-nX)/4)-(no/2) – стехиометрический коэффициент кислорода в реакции сгорания; (2.8)
Следовательно стехиометрическая концентрация ГГ будет равна:
Сст =100/(1+4,84 ∙2) = 9,36%(об.).
Кн – коэффициент, учитывающий негерметичность помещения и неадиабатичность процесса горения. Кн допускается принимать равным 3.
Из всего выше вычисленного можно найти значение избыточное давление взрыва ∆Р для индивидуальных горючих веществ:
∆Р =(900-101) ∙((2322∙0,5)/(44200∙0,67)) ∙ (100/9,36) ∙ (1/3) = 112 кПа
Определим степень разрушения здания компрессорной станции по таблице 2.1
Таблица 2.1 Предельно допустимое избыточное давление взрыва в помещениях или на открытом пространстве
| Степень поражения | Избыточное давление, кПа |
| Полное разрушение зданий | 100 |
| 50 %-ное разрушение зданий | 53 |
| Средние повреждения зданий | 28 |
| Умеренные повреждения зданий (повреждение внутренних перегородок, рам, дверей и т.п.) | 12 |
| Нижний порог повреждения человека волной давления | 5 |
| Малые повреждения (разбита часть остекления) | 3 |
В соответствии с таблицей определяем, что при ∆Р=112 кПа происходит полное разрушение здания компрессорной станции.
Произведем расчет параметров пожара для наиболее вероятного сценария С2: разгерметизация трубопровода с природным газом (частичная разгерметизация всасывающего газопровода ГПА f 1020*16,5 мм 285 м в блоке компримирования газа в здании компрессорной станции) ® выброс газа в пределах помещения ® воспламенение от источника зажигания ® термическое поражение оборудования и персонала, дальнейшее развитие аварии на территории предприятия.
Исходные данные:
Трубопровод высокого давления Рт=7,5 МПа;
Максимальный расход q=5 м3/с;
Диаметр трубопровода d=1020 мм;
Время срабатывания задвижек (автоматическое отключение) Т=20 с;
Расстояние между задвижками l=20 м;
Параметры помещения 85×65×10.
Находим массу горючего газа, вышедшего в результате расчетной аварии в помещение:
V=m∙ρг;
По формуле 2.3:
ρг =
= кг/м3,По формуле 2.6: V2Т = 0,01∙ 3,14∙ 7,5∙10 3∙0,5²·20= 1178 м3;
По формуле 2.5: V1Т =q∙T = 5∙20=100 м3;
По формуле 2.4 рассчитаем объем газа вышедшего из трубопроводов:
Vг = 100+1178= 1278 м3;
Согласно формуле 2.2 вычислим массу ГГ, вышедших в результате аварии и в помещение:
m =1278∙0,67=856 кг;
Vсв = 0,8∙55250= 44200 м3 - свободный объем помещения;
СН4:β =1+((4-0)/4-(0/2) =2;
По формуле (2.7):
Сст =100/(1+4,84 ∙2) = 9,36%(об.);
Z=0,5 по таблице 2.7.
По формуле (2.1) избыточное давление сгорания газовоздушной смеси ∆Р, кПа, для индивидуальных горючих веществ определяется:
∆Р = (900 –101) ∙ ((2023∙0,5)/(44200∙0,67.)) ∙ (100/9,36) ∙ (1/3)=97кПа,
В соответствии с таблицей 2.1, при ∆Р=97 кПа происходит полное разрушение здания компрессорной станции.
2.4 Расчёт параметров волны давления при разрыве газопровода в открытом пространстве
Рассчитаем параметры волны давления при разрыве газопровода в открытом пространстве, для сценария С3 развития аварии с максимально негативным воздействием на окружающую среду
Параметрами волны давления являются избыточное давление в положительной фазе волны Dp и безразмерный импульс положительной фазы волны i.
При разрушении газопровода с природным газом на полное сечение реализуются три основных сценария:
1 – образование воздушных волн сжатия в воздухе за счет расширения в атмосфере природного газа, выброшенного под высоким давлением из объема разрушившейся части газопровода с воздействием избыточного давления и импульса, разлет фрагментов трубы и обломков грунта;
2 – образование огневого шара, возникающего на начальной стадии истечения газа из разрушенного трубопровода (не более 1 минуты после разрушения), с воздействием теплового поля;
3 – горение факела с воздействием теплового поля от пламени, образованного горением высокоскоростных струй газа, истекающих из разрушенной части трубопровода.
При моделировании опасных факторов взрыва учитывались только факторы нагружения импульсным и барическим действием воздушных волн сжатия, образующихся при расширении в атмосфере природного газа, выброшенного под высоким давлением из объема разрушившейся части газопровода. Для расчета этих характеристик были использованы широко применяемые на практике соотношения М.А.Садовского для сферической волны в свободном пространстве [13, 14]:
– избыточное давление на фронте волны сжатия:
, МПа, (2.8)где
- приведённый радиус, рассчитан по формуле 2.11;– импульс положительной фазы сжатия:
, кПа×с, (2.9)