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; QТНТ – теплота сгорания тротила, равная 4,2×106 Дж/кг; МГ – масса сжатого газа, участвующая в формировании первичных волн сжатия, кг (3.11),
, кг. (2.13)
АГ – работа расширения единицы массы газа, Дж/кг, и, полагая процесс расширения газа адиабатическим (PVk=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 ХНКПР, YНКПР, ZНКПР рассчитывают по следующим формулам:
ХНКПР = К1l(K2ln(δC0/CНКПР)0.5; (2.15) YНКПР = К1b(K2ln(δC0/CНКПР)0.5; (2.16) ZНКПР = К3h(K2ln(δC0/CНКПР)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; СНКПР – по табличным данным для метана составляет 5,28% (об.) Вычислим Со – предэкспоненциальный множитель, %(об.), равный: при отсутствии подвижной среды для ГГ:
Со = 3,77 ∙ 103 ∙ (m / (ρг. ∙ Vсв); (2.18)
где m - масса ГГ, вышедших в результате аварии и в помещение; ρг. - плотность газа, вышедшего из трубопроводов, ρг =0,67 м3 Vсв - свободный объем помещения, в нашем случае Vсв =44200 м3; при подвижности воздушной среды для ГГ:
Со = 3 ∙ 102 ∙ (m / (ρг. ∙ Vсв ∙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.
Со = 3,77 ∙ 103 ∙(2322 /(0,67. ∙44200) = 296 %(об.); Со = 3∙ 102 ∙(2322 /(0,67. ∙44200. ∙ 0,1) = 235 % (об.);
Рассчитаем размеры зон, ограниченных НКПР газов при поступлении ГГ в помещение: при работающей вентиляции:
ХНКПР =1,1314 ∙ 85 (1. ∙ ln ((1,63. ∙235) / 5,28))0,5 = 199 м; YНКПР =1,1314 ∙ 65 ((1. ∙ ln (1,63. ∙235) / 5,28))0,5 = 152 м; ZНКПР =0,02828 ∙ 10 ((1. ∙ ln (1,63. ∙ 235) / 5,28))0,5 =0,58 м; при неработающей вентиляции:
ХНКПР =1,1314 ∙ 85 ((1. ∙ ln (1,63. ∙ 296) / 5,28))0,5 = 204 м; YНКПР =1,1314 ∙ 65 ((1. ∙ ln (1,63. ∙296) / 5,28))0,5 = 156 м; ZНКПР =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 Со – предэкспоненциальный множитель, %(об.): при отсутствии подвижной среды для ГГ, по формуле 2.18:
Со = 3,77 ∙ 103 ∙(856 /(0,67. ∙44200) = 109 %(об.);
при подвижности воздушной среды для ГГ, по формуле 2.19:
Со = 3∙ 102 ∙(856 /(0,67. ∙44200. ∙ 0,1) = 87 % (об.);
при работающей вентиляции:
ХНКПР =1,1314 ∙ 85 ((1. ∙ ln (1,63. ∙87) / 5,28))0,5 = 175 м; YНКПР =1,1314 ∙ 65 ((1. ∙ ln (1,63. ∙87) / 5,28))0,5 = 134 м; ZНКПР =0,02828 ∙ 10 ((1. ∙ ln (1,63. ∙ 87) / 5,28))0,5 =0,5 м; при неработающей вентиляции:
ХНКПР =1,1314 ∙ 85 ((1. ∙ ln (1,63. ∙ 109) / 5,28))0,5 = 180 м; YНКПР =1,1314 ∙ 65 ((1. ∙ ln (1,63. ∙109) / 5,28))0,5 = 138 м; ZНКПР =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 ХНКПР, YНКПР, ZНКПР, м. Эти расстояния для горючих газов рассчитываются по формулам:
, (2.20)
, (2.21)
где mг – масса поступившего в открытое пространство ГГ при аварийной ситуации, кг; ρг – плотность ГГ при расчетной температуре и атмосферном давлении, кг/м3; СНКПР – 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; tp – расчетная температура, равная 12 0С; Отсюда, ρг = 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:
mг=Vт∙ρг,
Объем газа, вышедшего из трубопровода, по формуле 2.4: Vт = 5∙900=4500 м3; mг=4500 × 0,71 =3195 кг. Т.о. по формулам (2.20) и (2.21) рассчитаем расстояния XНКПР, YНКПР и ZНКПР для природного газа, ограничивающие область концентраций, превышающих НКПР:
м; м.
Для ГГ геометрически зона, ограниченная НКПР, будет представлять цилиндр с основанием радиусом Rб и высотой hб = 2Rб при Rб £ h и hб = h + Rб при Rб > 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 Rб = XНКПР = YНКПР = 142,6 м и высотой hб = Z НКПР=3,2 м.
2.7 Расчетное определение значения коэффициента участия ГГ во взрыве
Приведенные расчеты применяются для случая 100т/(ρг.п ∙ Vсв)<0.5 ∙ CНКПР – 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) ∙ ρг ∙(C0+ CНКПР /δ) ∙ ХНКПР ∙ YНКПР ∙ ZНКПР; (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); ρг = 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.
Популярное: Как построить свою речь (словесное оформление):
При подготовке публичного выступления перед оратором возникает вопрос, как лучше словесно оформить свою... Личность ребенка как объект и субъект в образовательной технологии: В настоящее время в России идет становление новой системы образования, ориентированного на вхождение... Почему человек чувствует себя несчастным?: Для начала определим, что такое несчастье. Несчастьем мы будем считать психологическое состояние... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (418)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |