Забруднення атмосферного повітря
Як відомо, природний газ метан негативно впливає на життєдіяльність людини, оскільки має наркотичну і токсичну дію.
В рамках проблеми, яку ми розглядаємо, певний інтерес становить можливість загазованості атмосферного повітря при руйнуванні магістральних газопроводів. Виконані перевірочні розрахунки показали, що максимальні розміри забруднених зон атмосферного повітря не перевищують 250 – 300 м. У районах річних заплав або на болотах, на “слабоплинних” або “оторфованих” ґрунтах, при руйнуванні газопроводу кінці труб можуть бути значно зміщені вверх або вбік відносно вихідної осі і, як наслідок, витік двох звукових струменів газу може відбуватися незалежно один від одного. За цього випадку зони загазованості за напрямком витоку для горизонтальних струменів із газопроводів з Ду 1400 мм може зрости до 600 – 800 м. Проте (як було зазначено вище) у половині випадків при витоках газу, за відмови магістральних газопроводів, відбувається загоряння газу на місті пошкодження, при цьому зменшуються масштаби загазованості атмосферного повітря.
Зони токсичного ураження людей від конкретної аварійної ситуації розраховується окремо не лише у разі знаходження їх на відкритих територіях, але і в середині робочих та житлових приміщеннях.
Оскільки токсичне ураження людей на відкритих територіях малоймовірне, то в середині закритих приміщень воно часто проявляється. Багато таких прикладів є при відмові газопроводів низького і середнього тиску розміщених у населених пунктах. У даному випадку, виникає пожежно – вибухова небезпека при концентрації метану у повітрі, що перевищує 5 % за об’ємом.
При відмові трубопроводу підземна міграція газу до закритих приміщень спостерігаються у проникних ґрунтах (пісок, супісок, гравій, галька, тріщинуваті корінні породи).
Зміна концентрації шкідливої речовини у середині приміщень пов’язана з аналогічною зміною концентрації у підземних умовах у зоні аерації, де на концентрацію впливають процеси сорбції та дисперсії. Ця зміна підпорядковується рівнянню :
де Т – час повітряобміну у приміщені, год;
Свн – концентрація газу у середині приміщення, мг/м3;
Сn – концентрація газу в зоні аерації, мг/м3;
t – час міграції газу, год.
При початкових
умовах: Свн
(t)
= 0; Cn
(t)
= C0
= Const
та при t
,
а Свн
Cn,
рівняння (3.5) буде мати вигляд:
Якщо концентрація у зоні аерації є нормальною та розподілена з часом (що характерно для миттєвих викидів газу із трубопроводів), то показник максимальної концентрації у закритому приміщені буде таким:
=
де
- коефіцієнти поперечної і вертикальної
дисперсії:
Q – маса викиду газу із трубопроводу.
Механічний вплив фрагментів при відмові газопроводів
Проектування і будівництво нових трубопроводів та експлуатація існуючих зв’язані з розв’язанням низки задач, в тому числі і оцінки ризику об’єкта, де ураження осколками є однією з основних негативних факторів. Актуальність оцінки цього уражаючого фактора постійно зростає внаслідок підвищення навантаження на газопроводи, їх старіння, впливу сторонніх факторів тощо.
Для аналізу потенційної небезпеки механічного впливу фрагментів пошкодженого трубопроводу на навколишнє середовище проаналізовані матеріали розслідування крупних аварій на магістральних газопроводах СРСР, Російської федерації та України.
Джерелом осколків можуть бути, як зруйнований трубопровід великого тиску (первинні осколки) так і зруйновані прилеглі об’єкти (вторинні осколки). Останні утворюються внаслідок руйнування або переміщення об’єктів, розташованих поруч магістральних трубопроводів, при дії на них первинних осколків або ударної хвилі.
Відомо, що при руйнуванні газопроводу енергія розширення газу витрачається на деформацію і руйнування оболонки резервуара, стиснення і переміщення атмосфери або грунту, прискорення утворення осколків тощо.
Для визначення частки енергії, витраченої на утворення осколків, для оцінки початкової швидкості осколків при аналізі зон ураження в роботах наведені результати числового моделювання руйнування трубопроводів. Встановлено, що небезпечною висотою для ураження осколками людини є висота менша 2,2 м. Розрахунок дальності розльоту осколків, утворених при руйнуванні труб діаметром 1400 мм, заповнених природним газом під тиском 7,5 МПа показав, що більше 50% всіх викинутих осколків падає ближче 50 м, а решта – на відстань понад 200 м.
При визначенні зон осколкового ураження необхідно врахувати рельєф місцевості та вплив лісу, що примикає до просіки в зоні ураження.
Також встановлено, що руйнування трубопроводів з утворенням багатьох фрагментів (відносно незначних розмірів) відбувалось здебільшого на трубах виготовлених із сталі з недостатньо високим в’язкісними характеристиками (17 ГІС, 17ГІС-Y). Саме із сталей цієї групи було побудовано більшість трубопроводів діаметром 1020 мм, на долю яких припадає найбільше число відмов і аварій.
В подальшому з переходом, переважно, до газопроводів з діаметром 1420 мм. вимоги до в’язкісних характеристик металу були значно підвищені і, як наслідок, при аварійних руйнуваннях газопроводів Ду 1400 мм відбувається в основному або розвальцовка труб у межах траншей, або внаслідок утворення двох, трьох крупних фрагментів.
Таким чином, при проектуванні необхідно враховувати, що для трубопроводів Ду 700 – 1200 м (побудови 60 – 70 років) дальність розльоту металевих осколків може досягати 200 – 250 м, а для трубопроводів Ду 1420 мм (в основному із труб імпортного постачання або вітчизняних з підвищеними в’язкісними характеристиками) – у межах 150 м.