Вибухи під час аварійної розгерметизації магістральних газопроводів (МГП)
Аварії при розгерметизації газопроводів супроводжуються наступними процесами та подіями: закінченням газу до спрацьовування відсікаючої арматури (імпульсом на закриття арматури є зниження тиску продукту); закриття відсікаючої арматури; витікання газу з ділянки трубопроводу, відсіченого арматурою.
У місцях пошкодження відбувається витікання газу під високим тиском у довкілля. На місці руйнування у ґрунті утворюється вирва. Метан піднімається в атмосферу (легше за повітря), а інші гази або їх суміші осідають у приземному шарі. Змішуючись із повітрям гази утворюють хмару вибухонебезпечної суміші.
Статистика показує, що приблизно 80% аварій супроводжується пожежею. Іскри виникають у результаті взаємодії частинок газу з металом та твердими частинками ґрунту. Звичайне горіння може трансформуватися під час вибуху за рахунок самоприскорення полум'я при його поширенні по рельєфу і в лісі.
Отже, вибухове горіння при аваріях на газопроводі може відбуватися також за одним із двох режимів - дефлаграційним або детонаційним. При оперативному прогнозуванні приймають, що процес розвивається в детонаційному режимі.
Дальність поширення хмари вибухонебезпечної суміші в напрямку вітру визначається за емпіричною формулою
L = 25 м,
Де М - масова секундна витрата газу, кг/с;
25 - коефіцієнт пропорційності, що має розмірність м3/2/кг1/2;
W – швидкість вітру, м/с.
Тоді межа зони детонації, обмежена радіусом r0, внаслідок закінчення газу за рахунок порушення герметичності газопроводу, може бути визначена за формулою
R0 = 12,5 м.
Масова секундна витрата газу М з газопроводу для критичного режиму закінчення, коли основні його параметри (витрата ішвидкість закінчення) залежать тільки від параметрів розгерметизованого трубопроводу, що може бути визначений за формулою
М = , кг/с,
Де Y-коефіцієнт, що враховує витрату газу від стану потоку (для звукової швидкості закінчення Y=0,7);
F - площа отвору закінчення, що приймається рівною площею перерізу трубопроводу, м2;
- Коефіцієнт витрати, що враховує форму отвору (m = 0,7 . . . 0,9), у розрахунках приймається m = 0,8;
Рг - тиск газу газопроводі, Па;
Vг - питомий обсяг газу, що транспортується при параметрах в газопроводі визначається за формулою:
Vг = R0, м3/кг,
Де Т - температура газу, що транспортується, К;
R0 - питома газова стала, яка визначається за даними пайового складу газу qк і молярним масам компонентів суміші із співвідношення
R0 = 8314, Дж / (кг'К),
Де 8314 - універсальна газова постійна, Дж/(кмоль'К);
Mк – молярна маса компонентів, кг/кмоль;
N – число компонентів.
У зоні дії детонаційноїхвилі тиск приймається рівним 1,7 МПа. Тиск у фронті повітряної ударної хвилі на різній відстані від газопроводу визначається з використанням даних табл.
При прогнозуванні наслідків аварії на газопроводі зону детонації та зону дії повітряної ударноїхвиліприймають з урахуванням напрямку вітру. При цьому вважають, що межа зони детонації поширюється від трубопроводу у напрямку вітру на відстань 2r0 (рис. 6.2). У разі завчасного прогнозування, зона детонації визначається у вигляді смуг уздовж усього трубопроводу шириною 2r0, розташованих з кожної його сторін. Це пов'язано з тим, що хмара вибухонебезпечної суміші може поширюватися в будь-який бік відтрубопроводу, залежно від напрямку вітру. За межами зони детонації з обох боків від трубопроводу знаходяться зони дії повітряної ударної хвилі. На плані території ці зони мають вигляд смугових ділянок вздовж трубопроводу.
При розробці розділів проекту ІТМ ГОЧС на планах місцевості вздовж магістральних нафто- і газопроводів наносяться зони можливих сильних руйнувань, межі яких визначаються величиною надлишкового тиску 50 кПа.