Год

Протяжённость подземных газопроводов,

тыс. км.

Число аварий

Тыс. км. газопроводов на одну аварию

Число травмированных смертельно, чел

Тыс. км газопроводов на одну травму со смертельным исходом

1998

261,6

32

8,18

10

26,16

1999

269,5

38

7,09

13

20,75

2000

300,0

31

9,68

12

25,00

2001

320,0

37

8,65

12

26,67

2002

327,0

47

6,96

4

81,75

2003

330,0

39

8,46

15

22,00

2004

357,0

22

16,23

5

71,40

2005

368,0

52

7,08

3

122,67

2006

375,5

49

7,66

4

93,88

2007

380,6

47

7,75

5

90,66

2008

384,7

51

8,51

4

91,8

Сумма

3673,9

445

87

Сред

ний уровень

10,38

43,29

Количественная мера

Качественная мера

Случаи реализации опасности

Диапазон частоты реализации опасности, случаев/год

Определение

Диапазон

Толкование

1

2

3

Многочисленные

Более 1

10⁰

Более одного раза в год на объекте

Отдельные

1…0,1

10^-1

Несколько случаев за десятилетие эксплуатации

Единичные

01…0,01

10^-2

№ п/п

Наименование характеристики

Единица измерения

Значение

1

2

3

4

1.

Абсолютный максимум температуры наружного воздуха

⁰С

38

2.

Абсолютный минимум температуры наружного воздуха

⁰С

минус 41

3.

Продолжительность времени года с положительными суточными температурами

сутки

133

4.

Продолжительность времени года с отрицательными суточными температурами

сутки

124

5.

Повторяемость направлений ветра / Средняя скорость ветра по направлениям

север

северо-восток

восток

юго-восток

юг

юго-запад

Объекты Сергиевского ЛПУ МГ располагаются в центральной части Самарской области, относящейся к умеренному климатическому району. План расположения газопроводов представлен в приложении А рисунок А1. Характер местности представляет собой возвышенную волнистую равнину, пересеченную глубокими речными долинами. Большую часть территории занимают пашни, естественные кормовые угодья, леса (смешанные, пойменные), болота. Территория сложена пермскими отложениями (известняками и доломитами), что обусловило широкое распространение здесь остаточно-карбонатных щебневатых и каменисто-щебневатых черноземов, составляющих около 40 % почвенного покрова района. В целом почвы представлены выщелоченными и типичными черноземами (64%), главным образом тяжелого механического состава. Район имеет сложный рельеф и сильно подвержен водной эрозии.

Регион характеризуется сравнительно слабым развитием речной сети и относительной бедности водными ресурсами. Магистральные газопроводы и газопроводы-отводы пересекают в основном небольшие реки, такие как Сургут, Шунгут, Орлянка, Суруш ширина русла которых в межень в местах подводных переходов не превышает 30 м; имеется несколько пересечений реки Сок ширина русла в межень в створе перехода до 100 м (всего 5 рек, не считая более мелких водных преград). В местах переходов нередко наблюдается уменьшение глубины заложения, размывы, а иногда и подмывы трубопроводов. На трассах имеются овраги, через которые оборудованы воздушные переходы (5 переходов).

Из ЧС природного характера в регионе возможны ураганы, лесные пожары. В случае аварий на гидротехнических сооружениях (ГЭС им.Ленина) региона возможно только подтопление местности площадью более 5 га.

Сейсмоактивность в районе промплощадки КС «Сергиевская» не наблюдается.

1.9 Принципиальная технологическая схема КС-21 «Сергиевская»

Технологическая схема компрессорной станции (представлена в приложении А рисунок А3) представляет собой трубопроводную систему высокого давления различного диаметра, связывающую между собой технологические аппараты и оборудование, и образующую тем самым замкнутую цепь, обеспечивающую проведение технологического процесса компремирования природного газа.

Технологической схемой предусматриваются следующие основные процессы:

- очистка газа перед компримированием;

- компримирование газа;

- охлаждение газа после компримирования.

Кроме указанных процессов, технологической схемой компрессорной станции предусмотрен ряд вспомогательных систем и установок, обеспечивающих нормальную работу основного оборудования:

- система смазки, хранения и регенерации масел;

- система циклового воздуха, сбора и утилизации тепла дымовых газов;

- система сжатого воздуха.

КС-21 состоит из одного цеха, подключенного к магистральному газопроводу «Уренгой - Петровск», Д_у=1400 мм, Р_пр=76 кгс/см². Газ высокого давления из магистральных газопроводов через входные шаровые краны № 7, 7а, 7р, 7ар (Ду 1000) узла подключения по всасывающим газопроводам-шлейфам поступает через входные коллекторы на батареи циклонных пылеуловителей (6 пылеуловителей производительностью 20 млн. нм³/сутки), где очищается от механических и жидких примесей. После очистки газ попадает во всасывающий коллектор (Д_у 1000) газоперекачивающих агрегатов, из которого направляется в параллельно работающие нагнетатели 6-и агрегатов СТД - 12500, где сжимается до проектного давления (75 кгс/см²). Компримированный газ под давлением 75 кгс/см² поступает в нагнетательный коллектор (Д_у 1000) и далее по трубопроводам (Д_у 1000) направляется к батарее из 9 аппаратов воздушного охлаждения газа. Охлажденный газ по выходным шлейфам (Д_у 1000) направляется к узлу подключения, попадая через кран № 8, 8а в магистральный газопровод.

Перемычка между всасывающим и нагнетательным шлейфами с кранами № 36, 36р, 6, 6а, 6б, 6в, 6г образует пусковой контур цеха, который предназначен для работы агрегатов на кольцо перед нагрузкой и разгрузкой, а также для регулирования производительности перепуском газа со стороны нагнетания на прием цеха.

Сжатие газа осуществляется с помощью электроприводных газоперекачивающих агрегатов СТД - 12500, каждый из которых представляет собой единую установку электроприводного привода СТД - 12500 и одноступенчатого нагнетателя 370-18-2 в одном цеху.

Импульсный газ отбирается от входного и выходного шлейфа через краны 32,32’,33,33’, а также с выхода пылеуловителей через краны 34’

После очистки импульсного газа в газосепараторах и осушки в адсорберах он подводится к крановым узлам.

Для обеспечения нормальной работы систем смазки, регулирования и уплотнения ГПА в состав цеха входит система маслоснабжения, которая обеспечивает прием, хранение, учет расхода масла, подачу чистого масла в маслобаки ГПА, слив отработанного масла на склад, аварийный слив и перелив из маслобаков, очистку масла в регенераторной.

1.10 Характеристика природного газа

Природный газ – смесь газов, образовавшаяся в недрах земли при анаэробном расположении органических веществ.

Природный газ – основное вещество, которое участвует в технологическом процессе КС, является взрывопожароопасным.

Характеристики природного газа приведены в таблице 1.4.

Таблица 1.4 – Характеристика вещества

640...800 ^оС (метан)

5...15 % (в смеси с воздухом)

6

Реакционная способность

В химические реакции в рабочих условиях не вступает

7

Запах

Не имеет запаха

8

Коррозионное воздействие

Коррозионная активность низкая

9

Меры предосторожности

На территории КС и на трассе надо исключать присутствие источников открытого огня (если только их наличие не связано с проведением разрешенных огневых работ). В помещениях надо следить за исправностью систем вентиляции и газоанализаторов.

10

Информация о воздействии на людей

Главные опасности связаны:

1) с возможной утечкой и воспламенением газа с последующим воздействием тепловой радиации на людей;

2) с удушьем при 15-16%-м снижении содержания кислорода в воздухе, вытесненного газом.

11

Средства защиты

Специальных индивидуальных средств защиты в компрессорных цехах и на трассе газопровода не требуется

12

Методы перевода вещества в безвредное состояние

В силу малотоксичности природного газа химические методы не предусмотрены. При утечке газа в помещении цехов включается аварийная вентиляция

13

Меры первой помощи пострадавшим от воздействия вещества

В случае удушья вынести пострадавшего на открытый воздух, вызвать медицинского работника. Давать с перерывами (3-4 подушки в час) кислород. При остановке дыхания немедленно применить искусственное дыхание до восстановления естественного.

Составляю-щая декларируе-мого бъекта

Краткая характеристика составляющей

Опасное вещество (с признаками идентификации)

Количество опасного вещества,т

Предельное количество оп. вещ-ва,т

1

2

3

4

5

Компрессорная станция

КС-21 с шестью газоперекачивающими агрегатами

1. Природный газ (воспламеняющийся газ)

154,5

Как видно из табл. 1.5, превышение предельных значений количеств опасных веществ в целом по ЛПУМГ имеет место только по природному газу в магистральных газопроводах. Количества турбинного масла и метанола не превышают предельных значений.

1.12 Общая обстановка при производственных авариях с взрывом на предприятиях по транспортировке газа

В результате разрушения газопроводов возможен выброс хранящегося продукта внутрь промышленного здания или на открытую площадку с образованием газовоздушной смеси (ГВС). Серьезную опасность для персонала, зданий, сооружений и технологического оборудования представляет взрыв образовавшейся ГВС. Источником зажигания при взрыве может являться искры от неисправной проводки, искры от сварочных работ и т.д.

Для определения негативного воздействия поражающих факторов ЧС на человека, его имущество и окружающую природную среду необходимо знать пространственно-временное распределение тех или иных физико-химических, биологических, теплофизических и других параметров:

- при барическом воздействии – избыточное давление на фронте ударной волны и импульс фазы сжатия;

- при термическом воздействии – поле плотностей тепловых потоков излучения;

- при токсическом воздействии – поле концентраций (токсодоз) токсиканта и т.д..

Под сценарием развития техногенной аварии понимается последовательность логически связанных между собой отдельных событий (истечение, выброс, испарение, рассеяние, воспламенение, взрыв, воздействие на людей и соседнее оборудование и т.п.), в соответствии с которыми определяются поля физических параметров, вид и величина поражающих факторов, степень поражения людей, их имущества и окружающей природной среды.

Согласно ГОСТ Р 22.0.07 – 95 параметрами поражающих факторов при взрыве технологического оборудования (таблица 1.6) являются:

Таблица 1.6 – Параметры поражающих факторов при взрыве технологического оборудования.

К вторичным поражающим факторам относятся:

1. Обломки зданий и сооружений, разрушающихся во время взрыва. Нахождение людей во время завала, придавливание конструкциями разрушенных зданий и сооружений при обвалах.

2. Взрывы при разрушении емкостей, коммуникаций и агрегатов с газом.

Наиболее опасным следствием аварии разгерметизации газопровода с природным газом являются пожары и взрывы, в результате которых разрушаются и повреждаются производственные здания, техника и оборудование. В свою очередь, пожары и взрывы, могут стать вторичной причиной аналогичных явлений вследствие повреждений электропроводки, разрушения газопроводов, опрокидывания действующих огневых установок и приборов. Характерны обрушения перекрытий цехов во время пожаров при сильном перегреве металлических конструкций [10].

Для локализации зоны аварии и недопущения увеличения масштаба ЧС необходимо быстрое и эффективное выполнение АСДНР, их правильная организация

В режиме детонационного горения нагрузки значительно возрастают. Поэтому режим детонационного горения принят за расчетный случай для прогнозирования инженерной обстановки при авариях с взрывом.

К основным условиям, влияющим на параметры взрыва, относят: массу и тип взрывоопасного вещества, его параметры и условия хранения или использования в технологическом процессе, место возникновения взрыва, объемно-планировочные решения сооружений в месте взрыва.

Взрывы на промышленных предприятиях и базах хранения можно разделить на две группы - в открытом пространстве и производственных помещениях.

В производственных помещениях на промышленных предприятиях и базах хранения возможны взрывы газовоздушных смесей (ГВС), образующихся при разрушении газопроводов, резервуаров со сжатыми и сжиженными под давлением или охлаждением (в изотермических резервуарах) газами, а также при аварийном разливе легковоспламеняющихся жидкостей [9,11].

1.12.1 Взрывы газовоздушных смесей в производственных помещениях

Аварии со взрывом могут произойти на пожаровзрывоопасных объектах. К пожаровзрывоопасным объектам относятся объекты, на территории или в помещениях которых находятся (обращаются) горючие газы, легковоспламеняющиеся жидкости и горючие пыли в таком количестве, что могут образовывать взрывоопасные горючие смеси, при горении которых избыточное давление в помещении может превысить 5 кПа.

Последствия взрыва на пожаровзрывоопасных предприятиях определяются в зависимости от условия размещения взрывоопасных продуктов.

Если технологический аппарат со взрывоопасными продуктами размещен в зданиях, то авария развивается по сценарию взрыва в замкнутом объеме.

Кратко рассмотрим модели воздействия, позволяющие определить поля давлений при прогнозировании последствий взрывов в производственных помещениях.

Наиболее типичными аварийными ситуациями в этом случае считаются:

- разрушение аппарата или трубопровода со смешанными газами или жидкостями;

- потеря герметичности трубопроводов (разрыв сварного шва, прокладки, отрыв штуцера);

- образование или выброс горючей пыли.

В этом случае газо-, паро-, пылевоздушная смесь займет частично или полностью весь объем помещения. Затем этот объем заменяется расчетной сферой (в отличии от полусферы в открытом пространстве), радиус которой определяется с учетом объема помещения, типа и массы опасной смеси. При прогнозировании последствий считают, что процесс в помещении развивается в режиме детонации.

1.13 Оценка риска возникновения чрезвычайных ситуаций на компрессорной станции «Сергиевского ЛПУМГ»

Практика эксплуатации газовых сетей и сооружений показывает, что при повреждении отдельных элементов системы вытекающий газ может легко воспламениться, после чего начинается его интенсивное горение. Газ загорается, но взрывов при этом не бывает. Объясняется это тем, что взрывоопасен не сам газ, а его смесь с воздухом, так называемая газовоздушная смесь, и притом в строго определенной пропорции. Если в воздухе содержится газа меньше нижнего предела, то смесь не способна ни взрываться, ни гореть [4].

Учитывая причины аварии рассмотренные в пункте 1.9 данного раздела работы построена блок-схема развития различных аварийных ситуаций на магистральном газопроводе «Сергиевского ЛПУМГ» (рисунок 1.5), на основании блок-схемы, построено дерево событий (рисунок 1.6).

Рисунок 1.5 – Схема развития аварии на магистральном газопроводе

Рисунок 1.6 – Дерево событий разрыва магистрального газопровода

Вероятность возникновения инициирующего события – разрушение газопровода, принята равной 1.

Значение частоты возникновения отдельного события или сценария пересчитывается путем умножения частоты возникновения инициирующего события на условную вероятность развития аварии по конкретному сценарию.

1 – разрыв газопровода;

2 – «вырывание» концов разрушенного газопровода из грунта на поверхность («в слабонесущих» грунтах) с разлетом осколков трубы;

3 – образование котлована в грунте (в «твердых» грунтах) с разлетом осколков трубы;

4 – истечение газа из газопровода в виде двух независимых высокоскоростных струй с одновременным образованием ударной воздушной волны;

5 – образование газовоздушного облака;

6 – истечение газа из котлована в виде «колонного» шлейфа с одновременным образованием ударной воздушной волны;

7 – воспламенение истекающего газа с образованием двух настильных струй пламени;

8 – рассеивание истекающего газа без воспламенения;

9 – рассеивание облака;

10 – взрыв газовоздушной смеси;

11 – рассеивание истекающего газа;

12 – воспламенение истекающего газа с образованием «столба» пламени.

Значение частоты возникновения сценария аварийной ситуации при разрыве газопровода, с воспламенением истекающего газа и образованием двух настильных струй пламени равно:

Р_{н.стр.пл} = Р1· Р12 · Р24 · Р47 = 1·0,7·0,7·0,2= 9,8·10^-2. (1.1)

Вероятность возникновения взрыва газовоздушной смеси:

Р_взр = Р1·Р13·Р35·Р510 = 1·0,3·0,05·0,01= 1,5·10^-4. (1.2)

Вероятность возникновения «столба» пламени:

Р_ст.п. = Р1·Р13·Р36·Р612 =1·0,3·0,25·0,1= 7,5·10^-3. (1.3)

Вероятность возникновения взрыва и пожара:

Р_{взр пож}= Р₇+Р₁₀+Р₁₂= Р₁· Р₁₂ · Р₂₄ · Р₄₇ + Р₁·Р₁₃·Р₃₅·Р₅₁₀ + Р₁·Р₁₃·Р₃₆·Р₆₁₂= =1·0,7·0,7·0,2+1·0,3·0,05·0,01+1·0,3·0,25·0,1= 9,8·10^-2+1,5·10^-4 +7,5·10^-3 =0,105(1.4)

Таким образом, наиболее вероятным сценарием развития аварии является разрушение газопровода без воспламенения, но, учитывая статистику ЧС, связанных с разрушением газопровода, наибольшие разрушающие последствия имеют разрывы с образованием опасной газовоздушной смеси c последующим разрушением зданий, поэтому будет рассматриваться именно этот сценарий ЧС.

1.14 Разработка сценариев развития чрезвычайной ситуации

Результаты расследования ранее произошедших аварий позволяют предположить возможность трех типов техногенных аварий, которые могут произойти на компрессорной станции.

Группа сценариев С1 (наиболее опасное): Разгерметизация соединительного газопровода, от блока пылеуловителей до электроприводного газоперекачивающего агрегата в блоке компримирования газа в замкнутом пространстве (помещении), вследствие резкого увеличения давления ® выброс газа ® образование взрывоопасной ГВС в замкнутом пространстве ® взрыв ГВС от источника инициирования (источником инициирования взрыва явилось соударение металлических предметов при выбросе из трубопровода газа, либо, стало результатом взаимодействия (трения) частиц вещества и металлических конструкций трубопровода) ® поражение оборудования и персонала ударной волной, осколками оборудования.

Группа сценариев С2 (наиболее вероятное): Разгерметизация нагнетательного газопровода с природным газом в блоке компримирования газа в здании компрессорной станции, в результате нарушения целостности сварного шва ® выброс газа в пределах помещения ® воспламенение от источника зажигания (источником воспламенения послужила электрическая искра от неисправного оборудования) ® термическое поражение оборудования и персонала.

Группа сценариев С3 (максимально негативное воздействие на окружающую среду): Разгерметизация трубопровода с природным газом на открытом пространстве, вследствие дефекта сварного шва ® выброс газа в открытое пространство ® образование переобогащенной ГВС ® сгорание ГВС по модели «огненный шар» при наличии источника инициирования (источником инициирования послужил разряд молнии) ® прямое огневое воздействие на окружающую среду ® термическое воздействие на окружающую среду.

Взрывоопасные облака топливно-воздушной смеси, как правило, воспламеняются через некоторое время после их образования. Это позволяет оповестить персонал предприятия о необходимости включения устройств защиты (паровые или водяные завесы для его рассеивания) и принять меры по предотвращению возможных взрывов на соседних объектах. Таким образом, весьма актуальным является обнаружение загазованности воздушной среды территории предприятий на ранних стадиях аварии.

Для расчета вероятности возникновения ЧС необходимо построить дерево отказов для каждого сценария.

1.15 Расчет вероятности возникновения ЧС, вызванной разгерметизацией газопровода в здании компрессорной станции

Моделирование аварийной ситуации представлено на дереве событий.

Дерево отказов - это графическое представление связей между отказами оборудования и аварийными ситуациями. Одним из достоинств метода является систематическое логически обоснованное построение множества отказов элементов системы, которые могут привести к аварии. В соответствии с формулами 1.5 и 1.6 проведем расчет вероятности возникновения взрыва в парке высокого давления.

; (1.5)

. (1.6)

На рисунке 1.6 приведено дерево отказов для наиболее вероятного сценария, разгерметизация газопровода в здании компрессорной станции с последующим воспламенением истекающего газа.

Рисунок 1.6 – Дерево отказов для наиболее вероятного сценария развития ЧС

В таблице 1.7 приведены значения вероятности возникновения конечных событий для нежелательного события – разгерметизация нагнетательного газопровода ГПА в блоке компримирования газа в здании компрессорной станции с последующим воспламенением истекающего газа.

Таблица 1.7 – Исходные события «дерева отказов»

Значение для события Х, по формуле 1.5

Р_x= =1-(1-0,0738)∙(1-0,08)=0,1478;

Для события Y, по формуле 1.5:

Р_y==1-(1-0,0041)∙(1-0,07)=0,0738;

Для события Z, по формуле 1.6:

Р_Z=Р_A∙Р_В=0,06∙0,0688=0,0041;

Для события В:

Р_В=1-(1-0,04)∙(1-0,03)=0,0688.

В соответствии с данными таблицы 1.5 ЧС, вызванная разгерметизацией газопровода, с дальнейшим воспламенением от источника зажигания, является редкой.

В таблице 1.8 приведены значения вероятности возникновения конечных событий для нежелательного события – разгерметизация подземного газопровода в открытом пространстве с последующим воспламенением.

Таблица 1.8 – Вероятность возникновения события

3,6∙10^-3

11

Проведение ремонтных работ в охранной зоне

1∙10^-3

12

Трасса МГ не обозначена

10^-4

13

Неосведомленность строительных организаций о наличии МГ

10^-3

14

Оползень

0,14

15

Паводок

10^-4

16

Разряд молнии

1∙10^-2

17

Селевой поток

10^-3

18

Дефекты заводского продольного шва трубы

1,3∙10^-4

19

Низкое качество металла трубы

1,5∙10^-4

№

Событие

Вероятность

1

2

3

L

Абразивный износ регулятора давления

1,3∙10^-4

M

Дефекты не ликвидируются

10^-3

1

Отбор пробы до продувочной свечи через вентиль

На рисунке 1.8 приведено дерево отказов для нежелательного события – разгерметизациия газопровода в помещении, с дальнейшим полным разрушением здания компрессорной станции. Это является наиболее опасным сценарием развития чрезвычайной ситуации.

Рисунок 1.8 – Дерево отказов для наиболее опасного сценария развития аварии на магистральном газопроводе

Значение для события Y(по формуле 1.5):

;

Для события D:

;

Для события А:

Р_А=Р_M∙Р_D=0,39∙10^-3∙10^-3=0,39∙10^-6;

Для события К:

Р_К=Р₉∙Р₁₀=3,2∙10^-2∙3,6∙10^-2=1,15∙10^-3;

Для события J:

;

Для события I:

Р_I=Р_К∙Р_J=1,15∙10^-3∙0,029=3,33∙10^-5;

Для события H:

;

Для события G:

;

Для события F:

;

Значение для события E:

Р_E=Р_F∙Р_G=0,0135∙0,0062=0,83∙10^-4;

Значение для события B:

Р_B=Р_E∙Р_M=0,83∙10^-4∙10^-3=0,83∙10^-7;

Для события C:

1-(1-1,3∙10^-2)∙(1-2,3∙10^-3)∙(1-1∙10^-2)=0,025;

Таким образом, для события Х:

Р_Х=1-(1-0,39∙10^-6)∙(1-1,3∙10^-4)∙(1-0,83∙10^-7) ∙(1-0,025)=0,025.

В соответствии с данными таблицы 1.5 эта ЧС является единичной (один раз за время существования объекта).

1.16 Описание чрезвычайной ситуации

В здании компрессорной станции происходит полная разгерметизация соединительного газопровода, всасывающего коллектора ГПА (f 1020*16мм 38 м) в блоке компримирования газа. Причиной возникновения ЧС на компрессорной станции было резкое увеличение давления в трубопроводе. В результате происходит образование 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.

Для проведения расчетов принимаем, что авария произошла в 12 часов дня. Время года – весна, 17 мая, скорость ветра 1,0 м/с, температура воздуха 15 ºС. Степень вертикальной устойчивости – изотермия. План компрессорной станции на рис.А2.

В результате взрыва из-за воздействия избыточного давления произошло разрушение здания компрессорной станции и близстоящих сооружений. Схема разрушений представлена в приложении А рисунок А4.

В данном разделе представлено краткое описание объекта исследования, технологическая схема «Сергиевского ЛПУМГ», приведены основные характеристики опасного вещества (природный газ). Разработаны сценарии возникновения и развития чрезвычайных ситуаций, возможных на газопроводе высокого давления. Так же рассчитаны вероятности их возникновения. Информация, полученная в данном разделе, позволяет провести расчет параметров поражающих факторов по определенным сценариям развития чрезвычайной ситуации. Цель, поставленная в разделе достигнута.

2. Прогнозирование параметров основных поражающих факторов и оценка устойчивости зданий, сооружений и технологического оборудования

В данном разделе рассчитываются показатели пожаровзрывоопасности объекта, определяется категория компрессорной станции по пожаровзрывоопасности, оцениваются социальный и индивидуальный риски, разрабатываются мероприятия по предупреждению пожаров и взрывов.

2.1 Анализ производства по пожаровзрывоопасности

В нефтегазовом комплексе используется и перерабатывается большое количество горючих и взрывоопасных материалов. Для повышения безопасности технологических процессов необходима правильная оценка взрыво- и пожароопасности этих процессов и выполнение ряда мероприятий, направленных на более рациональное проектирование и безопасную эксплуатацию.

Газоперекачивающая компрессорная станция относится к взрывопожароопасным производствам категории «А». Производства, относящиеся к данной категории, связаны с применением, транспортированием или получением горючих газов, нижний предел воспламенения которых составляет 10 % и менее по отношению к объему воздуха, жидкостей с температурой вспышки паров до 28 градусов при условии, что указанные газы могут образовывать взрывоопасные смеси.

Основными факторами, определяющими опасность участка, являются:

а) наличие и применение в больших количествах природного газа;

б) ведение процесса при высоких давлениях (до 7,5 МПа) и высоких температурах (до 300º С);

в) возможность образования зарядов статического электричества при движении газов и жидкостей по аппаратам и трубопроводам [12].

Пожаровзрывоопасность компрессорной станции обусловлена физико-химическими свойствами транспортируемых веществ. Зависимость параметров газа (давление), а также сложная пространственная конструкция трубопроводов, значительные переменные температурные и газодинамические нагрузки являются основными источниками опасностей в газопроводном транспорте.

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 = (Р_max – Р₀) ∙ ((mZ)/(V_свρ_г.п.)) ∙ (100/С_ст) ∙ (1/К_н), (2.1)

где Р_max – максимальное давление взрыва стехиометрической газовоздушной смеси в замкнутом объеме, определяемое экспериментально или по справочным данным. При отсутствии экспериментальных или справочных данных допускается принимать Р_max равным 900 кПа;

Р₀ – начальное давление, кПа (допускается принимать равным 101кПа);

m – масса ГГ, вышедших в результате аварии в помещение

m = V_г ∙ ρ_г. (2.2)

где V_г – объем газа, поступившего в помещение в результате гипотетической аварии на газопроводе, м³;

ρ_г – плотность газа при расчетной температуре t_p, кг∙м³, вычисляемая по формуле

ρ_г = = кг/м³, (2.3)

где М- молярная масса вещества, кг/кмоль;

V₀- мольный объем, равный 22,413 м³/ кмоль;

t_p - 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 Р_т=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

V_г = V_1Т + V_2Т = 150+3315= 3465 (м³); (2.4)

где V_1Т – объем газа вышедшего из трубопровода до его отключения,м³;

V_1Т =q∙T = 5∙30=150 (м³); (2.5)

где q – расход газа, равный 5 м³/с;

Т – время, до перекрытия трубопровода, равное 30 с;

V_2Т - объем газа, вышедшего из трубопровода после его отключения,м³;

V_2Т =0,01πp₂(r²₁l₁+r²₂l₂+,…,r²_nl_n),= 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;

V_св – свободный объем помещения, в нашем случае V_св =44200 м³;

С_ст – стехиометрическая концентрация ГГ, %(об.), вычисляемая по формуле

С_ст = 100/(1+4,84β), (2.7)

где β = n_c+((n_H-n_X)/4)-(n_o/2) – стехиометрический коэффициент кислорода в реакции сгорания; (2.8)

Следовательно стехиометрическая концентрация ГГ будет равна:

С_ст =100/(1+4,84 ∙2) = 9,36%(об.).

К_н – коэффициент, учитывающий негерметичность помещения и неадиабатичность процесса горения. К_н 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

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 Р_т=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:

ρ_г = = кг/м³,

По формуле 2.6: V_2Т = 0,01∙ 3,14∙ 7,5∙10 ³∙0,5²·20= 1178 м³;

По формуле 2.5: V_1Т =q∙T = 5∙20=100 м³;

По формуле 2.4 рассчитаем объем газа вышедшего из трубопроводов:

V_г = 100+1178= 1278 м³;

Согласно формуле 2.2 вычислим массу ГГ, вышедших в результате аварии и в помещение:

m =1278∙0,67=856 кг;

V_св = 0,8∙55250= 44200 м³ - свободный объем помещения;

СН₄:β =1+((4-0)/4-(0/2) =2;

По формуле (2.7):

С_ст =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)

где -масса тротилового эквивалента, рассчитан по формуле 3.5;

– период положительной фазы сжатия:D

, с, (2.10)

где R – расстояние от места аварии, принимается равным 60 м, расстояние до первого садового участка.

Приведённый радиус рассчитывается по формуле:

, (2.11)

Приведение энергии расширения массы газа, участвующей в формировании первичных волн сжатия к эквивалентной энергии от взрыва тротилового эквивалента в соответствии с законами подобия [15,16] позволяет выражение (2.5), в котором энергия распределения сферической волны при наземном взрыве удваивается и имеет форму полусферы:

, кг. (2.12)

где h – поправочный коэффициент, равный для слабонесущих и средних грунтов (пески, супеси) примерно 0,6, а для плотных грунтов (суглинки и глины) – 0,8;

Q_ТНТ – теплота сгорания тротила, равная 4,2×10⁶ Дж/кг;

М_Г – масса сжатого газа, участвующая в формировании первичных волн сжатия, кг (3.11),

, кг. (2.13)

А_Г – работа расширения единицы массы газа, Дж/кг, и, полагая процесс расширения газа адиабатическим (PV^k=const), имеем [13]:

, Дж/кг. (2.14)

P₀ – атмосферное давление, 101,3 кПа;

r₀ =0,7168 – плотность природного газа при 0ºС;

P₁ – рабочее давление перекачки, 5,5 МПа;

r₁ – плотность газа при перекачке, 0,71 кг/м³;

Lp – длина разрушенного участка, 65 м (рисунок 2.1).

Как показал анализ статистики аварий на газопроводах [12,15], существует определенная корреляция между протяженностью разрыва Lp и технологическими параметрами трубопроводов (рисунок 2.1).

Рисунок 2.1 – Зависимость протяженности аварийного разрыва от диаметра трубопровода

Таким образом, по формулам 2.8-2.14 для расчетной аварии подземного трубопровода, получим, что лесопосадка, расположенная в 60 метрах от места разрыва получит избыточное давление в 3,5 кПа. Зависимость значения избыточного давления от расстояния представлена на рисунке 2.2.

Результаты расчета свидетельствуют о том, что возникающая при разрушении газопровода волна сжатия не представляет серьезной угрозы для жизни человека, оказавшегося даже в непосредственной близости (не ближе 50 м) от места аварии, и не способна вызвать каких-либо повреждений зданий и сооружений, расположенных за пределами существующих охранных зон, что также подтверждается отечественным и зарубежным опытом ликвидации аналогичных аварий.

При разгерметизации и взрыве газопровода по произведенным расчетам ожидается, что избыточное давление от взрыва на расстоянии 60 м. составит 3,5 кПа (формула 2.8).

2.5 Расчет размеров зон, ограниченных НКПР газов при поступлении ГГ в помещение

Для определения размеров газопаровоздушного облака паров веществ, поступившего в открытое пространство произведем расчет размеров зон ограничивающих область концентраций, превышающих нижний концентрационный предел распространения пламени.

Расстояние Х_НКПР, Y_НКПР, Z_НКПР рассчитывают по следующим формулам:

Х_НКПР = К₁l(K₂ln(δC₀/C_НКПР)^0.5; (2.15)

Y_НКПР = К₁b(K₂ln(δC₀/C_НКПР)^0.5; (2.16)

Z_НКПР = К₃h(K₂ln(δC₀/C_НКПР)^0.5. (2.17)

где К₁ – коэффициент, принимаемый равным 1,1314 для ГГ;

K₂ - коэффициент, равный 1 для ГГ;

К₃ - коэффициент, принимаемый равным 0,0253 для ГГ при отсутствии подвижной воздушной среды; 0,02828 для ГГ при подвижной воздушной среде;

h – высота помещения, равная 10м;

b – ширина помещения, равная 65м;

l – длина помещения, равная 85м;

δ – допустимое отклонение концентраций при задаваемом уровне значимости Q(C > c), равный 1,63;

размеры помещения 65 на 85;

U – подвижность воздушной среды при работающей вентиляции;

С_НКПР – по табличным данным для метана составляет 5,28% (об.)

Вычислим С_о – предэкспоненциальный множитель, %(об.), равный:

при отсутствии подвижной среды для ГГ:

С_о = 3,77 ∙ 10³ ∙ (m / (ρ_г. ∙ V_св); (2.18)

где m - масса ГГ, вышедших в результате аварии и в помещение;

ρ_г. - плотность газа, вышедшего из трубопроводов, ρ_г =0,67 м³

V_св - свободный объем помещения, в нашем случае V_св =44200 м³;

при подвижности воздушной среды для ГГ:

С_о = 3 ∙ 10² ∙ (m / (ρ_г. ∙ V_св ∙U₎; (2.19)

Рассчитаем размеры зон, ограниченных НКПР газов при поступлении ГГ в помещение, для наиболее опасного сценария С1 развития аварии, по формулам 2.15...2.17:

Данные для расчета: масса вышедшего газа, в результате аварии 2322 кг, свободный объем помещения 44200 м³.

С_о = 3,77 ∙ 10³ ∙(2322 /(0,67_. ∙44200) = 296 %(об.);

С_о = 3∙ 10² ∙(2322 /(0,67_. ∙44200_. ∙ 0,1) = 235 % (об.);

Рассчитаем размеры зон, ограниченных НКПР газов при поступлении ГГ в помещение:

при работающей вентиляции:

Х_НКПР =1,1314 ∙ 85 (1_. ∙ ln ((1,63. ∙235) / 5,28))^0,5 = 199 м;

Y_НКПР =1,1314 ∙ 65 ((1_. ∙ ln (1,63. ∙235) / 5,28))^0,5 = 152 м;

Z_НКПР =0,02828 ∙ 10 ((1_. ∙ ln (1,63. ∙ 235) / 5,28))^0,5 =0,58 м;

при неработающей вентиляции:

Х_НКПР =1,1314 ∙ 85 ((1_. ∙ ln (1,63. ∙ 296) / 5,28))^0,5 = 204 м;

Y_НКПР =1,1314 ∙ 65 ((1_. ∙ ln (1,63. ∙296) / 5,28))^0,5 = 156 м;

Z_НКПР =0,0253 ∙ 10 ((1_. ∙ ln (1,63. ∙296) / 5,28))^0,5 = 0,54 м;

Цилиндр, внутри которого располагается источник возможного выделения горючих газов, будет ограничен размерами здания компрессорной станции (85×65×10). В пределах этой зоны создается взрывоопасная среда.

Рассчитаем размеры зон, ограниченных НКПР газов при поступлении ГГ в помещение, для наиболее вероятного сценария С2 развития аварии, по формулам 2.15...2.17:

Данные для расчета: масса вышедшего газа, в результате аварии 856 кг, свободный объем помещения 44200 м³.

Вычислим С_о – предэкспоненциальный множитель, %(об.):

при отсутствии подвижной среды для ГГ, по формуле 2.18:

С_о = 3,77 ∙ 10³ ∙(856 /(0,67_. ∙44200) = 109 %(об.);

при подвижности воздушной среды для ГГ, по формуле 2.19:

С_о = 3∙ 10² ∙(856 /(0,67_. ∙44200_. ∙ 0,1) = 87 % (об.);

при работающей вентиляции:

Х_НКПР =1,1314 ∙ 85 ((1_. ∙ ln (1,63. ∙87) / 5,28))^0,5 = 175 м;

Y_НКПР =1,1314 ∙ 65 ((1_. ∙ ln (1,63. ∙87) / 5,28))^0,5 = 134 м;

Z_НКПР =0,02828 ∙ 10 ((1_. ∙ ln (1,63. ∙ 87) / 5,28))^0,5 =0,5 м;

при неработающей вентиляции:

Х_НКПР =1,1314 ∙ 85 ((1_. ∙ ln (1,63. ∙ 109) / 5,28))^0,5 = 180 м;

Y_НКПР =1,1314 ∙ 65 ((1_. ∙ ln (1,63. ∙109) / 5,28))^0,5 = 138 м;

Z_НКПР =0,0253 ∙ 10 ((1_. ∙ ln (1,63. ∙109) / 5,28))^0,5 = 0,5 м;

Цилиндр, внутри которого располагается источник возможного выделения горючих газов, будет ограничен размерами здания компрессорной станции (85×65×10). В пределах этой зоны создается взрывоопасная среда.

2.6 Расчет размеров зон, ограниченных НКПР газов при поступлении ГГ в открытое пространство

Произведем расчет зон, ограниченных НКПР газов для сценария С3 с максимально негативным воздействием на окружающую среду.

Критериями размеров зон, ограниченных НКПР газов, при аварийном поступлении горючих газов в открытое пространство при неподвижной воздушной среде являются расстояния Х_НКПР, Y_НКПР, Z_НКПР, м.

Эти расстояния для горючих газов рассчитываются по формулам:

, (2.20)

, (2.21)

где m_г – масса поступившего в открытое пространство ГГ при аварийной ситуации, кг;

ρ_г – плотность ГГ при расчетной температуре и атмосферном давлении, кг/м³;

С_НКПР – нижний концентрационный предел распространения пламени ГГ % (об.).

Для определения плотности ГГ применяется формула:

, (2.22)

где М – молярная масса, равна 16,1 кг/моль – для природного газа;

V₀ – мольный объем, равный 22,413 м³/кмоль;

t_p – расчетная температура, равная 12 ⁰С;

Отсюда, ρ_г = 16,1/(22,413·(1+0,00367·12)) = 0,71 кг/м³.

Произведем расчёт зон НКПР пламени для сценария С3 с максимально негативным воздействием на окружающую среду, при беспламенном истечении газа из образовавшегося свища в газопроводе в 5 м³/с и длительностью 15 минут.

Для определения массы поступившего в открытое пространство ГГ при разгерметизации трубопровода применяется формула 2.2:

m_г=V_т∙ρ_г,

Объем газа, вышедшего из трубопровода, по формуле 2.4:

V_т = 5∙900=4500 м³;

m_г=4500 × 0,71 =3195 кг.

Т.о. по формулам (2.20) и (2.21) рассчитаем расстояния X_НКПР, Y_НКПР и Z_НКПР для природного газа, ограничивающие область концентраций, превышающих НКПР:

м;

м.

Для ГГ геометрически зона, ограниченная НКПР, будет представлять цилиндр с основанием радиусом R_б и высотой h_б = 2R_б при R_б £ h и h_б = h + R_б при R_б > h, внутри которого расположен источник возможного выделения ГГ [17].

Таким образом, для расчетной аварии подземного трубопровода, геометрически зона, ограниченная НКПР газов, будет представлять цилиндр с основанием радиусом R_б = X_НКПР = Y_НКПР = 142,6 м и высотой h_б = Z _НКПР=3,2 м.

2.7 Расчетное определение значения коэффициента участия ГГ во взрыве

Приведенные расчеты применяются для случая

100т/(ρ_г.п ∙ V_св)<0.5 ∙ C_НКПР – нижний концентрационный предел распространения пламени газа, % (об.), и для помещений в форме прямоугольного параллелепипеда с отношением длины к ширине не более 5.

Коэффициент Z участия ГГ во взрыве при заданном уровне значимости рассчитывается:

Z = ((5∙10^-3∙π)/m) ∙ ρ_г ∙(C₀+ C_НКПР /δ) ∙ Х_НКПР ∙ Y_НКПР ∙ Z_НКПР; (2.23)

Рассчитаем коэффициент Z участия ГГ во взрыве при заданном уровне значимости для наиболее опасного сценария С1.

Данные для расчета:

m =2322 кг, согласно формуле (2.2);

ρ_г = 0,67 кг/м^-3, согласно формуле (2.3);

С₀ = 296 %(об.), согласно (2.11) – при отсутствии воздушной среды;

С₀ = 235 %(об.), согласно (2.12) – при подвижной воздушной среде;

δ = 1,63

при отсутствии воздушной среды

Z = ((5∙10^-3 ∙3,14)/2322) ∙0,67 ∙(296+(5,28/1,63)) ∙204 ∙156 ∙0,54 = 23;

при подвижной воздушной среде:

Z = ((5∙10^-3 ∙3,14)/2322) ∙0,67 ∙(235+(5,28/1,63)) ∙199 ∙152 ∙0,58 = 19.

Таким образом коэффициент участия горючих газов во взрыве при отсутствии воздушной среды равно 23, при подвижной воздушной среде – 19.

2.8 Расчет параметров взрыва газовоздушных смесей

При взрыве газовоздушных смесей (ГВС) зону детонационной волны, ограниченную радиусом r₀, можно определить по формуле

r₀ = , м, (2.24)

где 1/ 24 - коэффициент, м/кДж^1/3;

Э - энергия взрыва смеси, определяемая из выражения

Э = , кДж, (2.25)

где С - стехиометрическая концентрация горючего по объему в %, для метана 9,45 об.%;

r_стх - плотность смеси стехиометрического состава, кг/м³, для метана составит 1,232 кг/м³;

Q_стх - энергия взрывчатого превращения единицы массы смеси стехиометрического состава, кДж/кг;

V₀ - свободный объем помещения, м³.

Произведем расчет параметров взрыва газовоздушных смесей для наиболее опасного сценария С1:

Данные для расчета: Q_стх – для метана 2,763∙10³ кДж/кг,

V₀ =0,8∙V_п=0,8∙55250=44200 м³.

Э = =1592,1∙10⁶, кДж,

r₀ = =48,7, м,

Зона действия воздушной ударной волны (ВУВ) начинается сразу за внешней границей облака ГВС. Давление во фронте ударной волны DР_ф зависит от расстояния до центра взрыва и определяется таблице 2.2, исходя из соотношения

DР_ф = f (r / r₀), (2.26)

где r - расстояние от центра взрыва до рассматриваемой точки.

Таблица 2.2- Зависимость DР_ф от расстояния до центра взрыва

Данные определенные по формуле 2.10 в соответствии с таблицей 2.2 занесем в таблицу 2.3.

Таблица 2.3 – Зависимость избыточного давления на фронте ударной волны и расстояния до центра взрыва

Рассмотрим воздействие избыточного давления ударной волны на человека.

Таблица 2.4 – Воздействие избыточного давления ударной волны на человека

Избыточным давлением ударной волны будет поражен персонал компрессорной станции.

Рассчитаем уровни разрушений при взрыве в здании компрессорной станции.

2.9 Расчет уровней разрушений при взрыве

Произведем расчет уровней разрушений при взрыве для наиболее опасного сценария С1 развития аварии.

Расстояние от предполагаемого центра взрыва до объекта, т.е. радиус разрушений, который определяют по формуле:

, (2.27)

где W – тротиловый эквивалент взрыва, кг;

К – константа соответствующих разрушений;

Выделяют шесть основных зон опасности для следующих значений константы:

1) К=1 – условный радиус полного разрушения.

2) К=3,8 – зона полного разрушения зданий.

3) К=5,6 – зона 50%-го разрушения зданий.

4) К=9,6 – зона разрушений зданий без обрушения.

5) К=28 – зона умеренного разрушения зданий с разрушением дверей, оконных переплетов, внутренних перегородок.

6) К=56 – зона малого повреждения с разрушением около 10% остекления.

Тротиловый эквивалент взрыва рассчитывается по формуле:

W=, (2.28)

где Z – доля приведенной массы паров, участвующих во взрыве (принимается Z=0,1),

q – низшая теплота сгорания, кДж/кг (для прир. газа q = 53082,492 кДж/кг)

q_t – удельная энергия взрыва тротила, кДж/кг (q_t = 4520 кДж/кг),

m – общая масса газа, кг.

W = = 1212 кг.

Отсюда, согласно формуле 3.13 находим радиус разрушений:

R = K· = K·7,55.

Результаты расчетов по всем зонам опасности сведены в таблице 2.5.

Таблица 2.5 – Зоны разрушений при взрыве природного газа

Ситуационный план рассматриваемого сценария развития аварии представлен в приложении А.

Все полученные данные сведем в таблицу.

Таблица 2.6 – Сводная таблица

В связи с тем, что наличие очагов возгорания возможно, применение средств пожаротушения необходимо. Но на территории компрессорной станции располагается сеть пожарных гидрантов.

2.10 Расчет параметров завала, образовавшегося в результате взрыва

Рассчитаем параметры завала, образовавшегося в результате взрыва, для наиболее опасного сценария С1.

Высота завала (h) – расстояние от уровня земли до максимального уровня обломков в пределах контура здания.

Основными факторами, определяющими высоту завала, являются этажность здания и величина действующего давления во фронте воздушной ударной волны. Чем больше давление, тем дальше разлетаются обломки, что приводит к уменьшению высоты завала (рисунок 2.2). Максимальной по величине высота завала будет в том случае, если на здание подействует минимальное давление, вызывающее разрушение стен здания. За минимальное давление обычно принимают P_ф=0,05МПа.

Высоту завала можно определить из условия равенства объема образовавшегося завала

, (2.29)

и объема обелиска

, (2.30)

где А, В, Н - длина, ширина и высота здания, м;

g - объем завала на 100 м³ строительного объема здания, принимаемый: для промышленных зданий – g = 20 м³; для жилых зданий – g = 40 м³;

h – высота завала;

L – дальность разлета обломков (при авариях со взрывом L=0,5H);

А_зав, В_зав – длина и ширина завала.

Рисунок 2.2 – Расчетная схема образования завала при различных давлениях

Размеры завалов при взрыве в здании определяются по формулам

А_зав= А+2L; В_зав=В+2L (2.31)

Вне здания: А_зав= А+L; В_зав=В+L (2.32)

Приравняв правые части формул (2.22) и (2.23), найдем высоту завала

, (2.33)

Из приложения Б видно, что полному разрушению подвергнутся здание компрессорной станции (А=85 м, В=65 м, Н=10 м, А_зав=95 м, В_зав=75 м) и установка подготовки газа (А=4 м, В=5 м, Н=4 м, по формулам 3.17: А_зав=6 м, В_зав=7 м). Таким образом, подставив значения получим высоту и объем завала, образовавшегося при полном разрушении строения

;

;

;

;

;

.

Объем завала зданий, получивших сильную степень разрушения, принимают равным половине от объема завала полностью разрушенного здания. В зоне сильных разрушений находятся установка охлаждения газа (А=45м, В=20 м, Н=4 м, А_зав=47 м, В_зав=22 м), здание ремонтного управления (А=30 м, В=10 м, Н=3 м, А_зав=33 м, В_зав=13 м) и установка очистки газа (А=38 м, В=15 м, Н=4 м, А_зав=40 м, В_зав=17 м).

;

;

;

;

;

;

;

;

;

Общие потери людей на объекте будут суммироваться из чисел пострадавших в зданиях и вне зданий

N_об = N_об.зд + N_{об.откр.}, (2.34)