Мониторинг безопасности
..pdf
блок 6 – запись Ry (h),ti , Ry[i], i = 0,n в файл “dl.PAS”;
блок 7 – запись ti , Ry[i], i = 0,n в файл “d2. PAS”.
Переменные и их идентификаторы
Ниже приведены некоторые переменные и массивы, а также идентификаторы этих переменных и массивов в программе а1, написанной на языке Паскаль.
Обозначение переменных
|
Обозначение |
математическое |
в программе |
∆t |
dt |
σу |
sy |
σ |
s |
Т |
Т |
п |
n |
α |
a |
β |
b |
D0 |
d0 |
τ |
tt |
h |
h |
|
|
Ry[i] |
ry[i] |
|
|
Ry (h) |
ryh |
|
|
Порядок выполнения практической работы
1.Ознакомиться с руководством по выполнению данной практической работы.
2.Получить у преподавателя вариант задания (табл. 3.1).
71
Таблица 3.1
Варианты заданий
Вариант |
Ry (τ) |
|
|
|
|
|
Параметры |
|
|
|
Т |
α, с |
−1 |
β, c |
−1 |
∆t,c |
σу, °С |
σ, °С |
D0 |
||
|
|
|
|
|||||||
1 |
R1(τ) |
1 |
0,250 |
0 |
|
0,1 |
50 |
30 |
– |
|
2 |
R2 (τ) |
2 |
0,050 |
3,50 |
0,1 |
50 |
30 |
– |
||
3 |
R3 (τ) |
3 |
0,030 |
0,40 |
0,1 |
50 |
30 |
– |
||
4 |
R4 (τ) |
4 |
0,125 |
0 |
|
0,1 |
50 |
30 |
– |
|
5 |
R5 (τ) |
5 |
0,100 |
0 |
|
0,1 |
50 |
30 |
– |
|
6 |
R6 (τ) |
6 |
0,100 |
0 |
|
0,1 |
50 |
30 |
– |
|
7 |
R7 (τ) |
7 |
0,250 |
0 |
|
0,1 |
50 |
30 |
– |
|
8 |
R8 (τ) |
8 |
0,200 |
0 |
|
0,1 |
50 |
30 |
β2уπ/ α |
|
9 |
R9 (τ) |
9 |
0,100 |
0,25 |
0,1 |
50 |
30 |
– |
||
10 |
R10 (τ) |
10 |
0,030 |
0,40 |
0,1 |
50 |
30 |
– |
||
11 |
R11(τ) |
11 |
0,500 |
0,20 |
0,1 |
50 |
30 |
– |
||
12 |
R12 (τ) |
12 |
0,200 |
0 |
|
0,1 |
50 |
30 |
– |
|
13 |
R13 (τ) |
13 |
0,200 |
0 |
|
0,1 |
50 |
30 |
– |
|
Корреляционные |
функции |
Ri (τ), i = |
1,13 |
, определяются |
|||||||||||||||
соотношениями: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
R (τ) = σ2 |
e−α|τ|; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
1 |
y |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R (τ) = σ2 |
e−α|τ| cosβτ; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
2 |
y |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R (τ) = σ2 |
e−α|τ| cosβτ+ αsinβ| τ| |
|
; |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
3 |
y |
|
|
|
|
β |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
e |
−α|τ| |
− |
1 |
α| τ| |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R4 (τ) = σy |
1 |
2 |
; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R (τ) = σ2 |
e−α|τ| (1+α| τ|); |
R (τ) = σ2 |
e−α2τ2 |
; |
|
||||||||||||||
5 |
y |
|
|
|
|
|
6 |
|
|
|
y |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
e |
−α|τ| |
|
|
|
2 |
τ |
2 |
+ |
1 |
α |
3 |
3 |
|
; |
|||
R7 (τ) = σy |
1 |
+α| τ| −2α |
|
3 |
|
| τ| |
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
72
R (τ) = D0 sin ατ |
; |
R (0) = D0α |
; τ≥ 0; |
|||||||||||
8 |
|
|
πτ |
|
8 |
|
|
π |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
R (τ) = σ2 (e−α|τ| +e−βτ| | ); |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
9 |
|
y |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R |
(τ) = σ2 |
e−α|τ| |
cosβτ− αsinβ| τ| ; |
|
||||||||||
10 |
|
y |
|
|
|
|
|
β |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R (τ) = σ2 |
e−α|τ| |
chβτ+ αshβ| τ| |
; α ≥β; |
|||||||||||
11 |
|
y |
|
|
|
|
|
β |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
e |
−α|τ| |
|
+α| τ| + |
1 |
α |
2 |
| τ| |
2 |
; |
||
R12 (τ) = σy |
|
1 |
3 |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R |
(τ) = σ2 |
e−α|τ| |
cosατ, |
|
|
|
|
|
|
|
||||
13 |
|
y |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где ch x = |
ex +e−x |
; sh x = |
ex |
−e−x |
. |
|
|
|
|
|||||
2 |
|
|
2 |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Для всех вышеприведенных корреляционных функций полагается, что τ≥ 0.
3.Запустить на выполнение программу al, находящуюся
вфайле “labl0.PAS”.
4.Ввести из табл. 3.1 исходные данные: номер варианта задания, параметры α, β.
5.Выполнить расчеты по программе al, содержащейся в файле “labl0.PAS”.
6.Просмотреть содержимое файла “dl. PAS”. В этом фай-
ле содержатся следующие результаты расчетов: Ry (h),ti , Ry[i],
i= 0,h.
7.Определить величину h, построив на одном рисунке
графики Ry (ti ) и Ry(h) (см. рис. 3.2).
8.Определить необходимую частоту измерений по фор-
муле (3.3).
9.Оформить отчет по практической работе.
73
Содержание отчета
1.Цель работы.
2.Краткие теоретические сведения.
3.Исходные данные.
4.Графики Ry (ti ) и Ry(h), показанные на одном рисунке
(см. рис. 3.2).
5.Найденные значения величин h и N.
6.Выводы по работе.
Контрольные вопросы
1.К каким последствиям приводит завышенная частота измерений при дискретном контроле технологического объекта?
2.К каким последствиям приводит заниженная частота измерений при дискретном контроле технологического объекта?
3.Какой класс контролируемых величин рассматривается
впрактической работе?
4.Под действием каких возмущений находятся технологические объекты в реальных производственных условиях?
5.Какие факторы учитываются при определении необходимой частоты измерений при дискретном контроле технологического объекта?
6.Какие два случая встречаются при определении необходимой частоты измерений при дискретном контроле технологического объекта?
7.Какой из этих двух случаев рассматривается в практической работе?
8.Какие статистические характеристики измеряемой функции времени y(t) могут использоваться для определения необходимой частоты измерений при дискретном контроле технологического объекта.
74
9.Какой вид аппроксимации измеряемой величины используется в практической работе?
10.В чем сущность метода, который применяется для определения необходимой частоты измерений при дискретном контроле технологического объекта?
11.Какой величиной характеризуется погрешность, возникающая при измерении y(t), если время между соседними замерами равно h?
Список литературы
1.Гаспер Б.С., Липатов И.Н. ИВС и АСУТП: учеб. пособие. – Пермь, 1999.
2.Ицкович Э.Л. Статистические методы при автоматизации производства. – М.; Л.: Энергия, 1964. – 192 с.
3.Бойко И.В. Схемотехника цифровых систем. Цифровые устройства. – СПб.: БХВ-Петербург, 2004. – 512 с.
75
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 4 Исследование безопасности магистрального газопровода
Цель работы – определение зон действия поражающих факторов аварий на подземных магистральных газопроводах; определение вероятных зон поражения человека поражающими факторами; зонирование территории вблизи подземного магистрального газопровода по критерию индивидуального риска.
Теоретические сведения
Высокие значения рабочих параметров магистрального газопровода, таких как давление газа, диаметр и толщина стенки трубы, обусловливают высокую величину потенциальной энергии системы, накопленную в виде энергии сжатого газа, перекачиваемого в газопроводе, а также в виде энергии упругих деформаций растянутого металла стенок трубы, что в ряде случаев приводит к разрыву газопровода и развитию аварии.
Аварии, приводящие к протяженному разрыву трубопровода, происходят по различным причинам, определяемым источниками негативного воздействия на магистральный газопровод (или инициирующими событиями) и механизмом этого воздействия.
Вероятность аварии (вероятность хотя бы одного разрушения) на определенном участке газопровода длины L в соответствии с теорией надежности определяется по зависимости
Qав =1−е−λавT L ,
где Т – период наблюдения, принимаемый равным 1 году; L – протяженность участка газопровода, км.
В общем случае вероятность аварии зависит от диаметра газопровода и регионального коэффициента.
76
В зависимости от физико-механических характеристик грунта района аварии на магистральном газопроводе возможно развитие аварии по одному из следующих основных сценариев:
для грунтов с нормальной несущей способностью: СМГ1: разрушение газопровода → образование первич-
ной ударной волны за счет расширения выброшенного при аварии газа → разлет осколков трубы → образование котлована с уплотненными стенками → истечение газа из котлована
ввиде «колонного» шлейфа → воспламенение истекающего газа с образованием «столба» пламени («пожар в котловане») с соотношением высоты пламени к эффективному диаметру, равным 2 и 4 равновероятно → попадание персонала в зону радиационного термического воздействия → получение людьми ожогов различной степени тяжести;
СМГ2: разрушение газопровода → образование первичной ударной волны за счет расширения выброшенного при аварии газа → разлет осколков трубы → образование котлована с уплотненными стенками → истечение газа из котлована
ввиде «колонного» шлейфа → рассеивание истекающего газа; для грунтов со слабой несущей способностью:
СМГ3: разрушение газопровода → образование первичной ударной волны за счет расширения выброшенного при аварии газа → разлет осколков трубы → образование котлована с осыпающимися стенками → «вырывание» концов разрушенного газопровода → истечение газа из газопровода в виде двух независимых высокоскоростных струй → воспламенение истекающего газа с образованием двух настильных струй пламени («струевое пламя») → попадание персонала в зону прямого или радиационного термического воздействия → получение людьми ожогов различной степени тяжести;
СМГ4: разрушение газопровода → образование первичной ударной волны за счет расширения выброшенного при аварии газа → разлет осколков трубы → образование котлована с осыпающимися стенками → «вырывание» концов разру-
77
шенного газопровода → истечение газа из газопровода в виде двух независимых высокоскоростных струй → рассеивание истекающего газа без воспламенения.
Таким образом, из всех вероятных сценариев наиболее опасными сценариями будут сценарии СМГ1, СМГ3, а наиболее вероятными – СМГ2, СМГ4.
Программа «Магистраль» позволяет прогнозировать
зоны действия следующих поражающих факторов аварий на магистральных газопроводах:
а) барического воздействия волн сжатия, образующихся за счет расширения в атмосфере природного газа, выброшенного под давлением из разрушенного участка трубопровода («первичная» ударная волна);
б) барического воздействия воздушных волн сжатия, образующихся при воспламенении газового облака и расширении продуктов его сгорания («вторичная» ударная волна);
в) термического воздействия огненного шара при воспламенении переобогащенного топливом газового облака;
в) термического воздействия воспламенившихся струй газа.
Особенности программы:
–произведена вероятностная оценка формы пламени пожара от свойств грунта и диаметра трубопровода, получены опорные вероятности формирования сценариев для различных грунтов и диаметров трубопроводов;
–установлена зависимость воздействия внешних факторов (ветер, атмосферные условия, наличие коммуникаций, влияние антропогенного фактора) на дифференцию тепловых полей;
–учтено комплексное воздействие основных сценариев развития аварий на магистральных газопроводах, что позволило осуществить зонирование территории в районе трубопроводов по критерию индивидуального риска;
–результаты расчетов хранятся на диске в виде текстового файла-отчета с таблицами и графиками и промежуточных файлов расчета в формате Excel.
78
ПОРЯДОК РАБОТЫ С ПРОГРАММОЙ
Ввод исходных данных
Исходные данные вводятся через пункт меню Файл → Новые данные (рис. 4.1). Ввод исходных данных по участкам газопровода показан на рис. 4.2.
Рис. 4.1. Форма ввода исходных данных по газопроводу
79
Рис. 4.2. Ввод исходных данных по участкам газопровода
Среднее давление на участке вводится вручную или берется из данных конкретного газопровода. При расчете вручную принимается равномерное понижение давления от точки врезки газопровода в лупинг (либо компрессорной станции) до газораспределительной станции, затем производится уточнение давления на середине длины расчетного участка на основе его удаления (расстояния) от точки врезки. Расчет значения вероятности возникновения аварии на данном газопроводе показан на рис. 4.3.
80