Пожарная безопасность технологических процессов / Buzaev - Metodi prognozirovaniya parametrov vzrivoopasnikh zon (Dissertaciya) 2015

91

Примерно через 40 минут после прибытия на место пожара сотрудников ФПС раздался «хлопок» и через ворота №12 вырвался факел длиной около 10-12

метров. Факел просуществовал около секунды. Потом началось приземное горение в боксе №12. В этот момент два бойца находились в боксе №12. В результате они получили значительные термические повреждения и погибли [46].

Общий вид фасадов боксов №9-№13 приведен на рисунке 4.2.2.

Бокс №13

Рисунок 4.2.2 – Общий вид фасадов боксов №9-№13

Рассмотрим физические процессы, сопровождавшие взрывную аварию. Оценим необходимое количество горючего вещества, которое способно создать имевший место при аварии дефлаграционный взрыв. Взрыв наблюдался свидетелями в виде вспышки, сопровождавшейся слабым «хлопком». Наиболее вероятным веществом, участвовавшем во взрыве, следует принять ацетон,

канистры из-под которого имеются на месте аварии. Ацетон имеет следующие физико-химические параметры: молярная масса – μ=58, температура кипения –

56.20С, плотность – ρ=760.8кг/м3, плотность паров – ρ=2.59кг/м3, скорость нормального горения – UН=0.44м/с, смесь ацетона с воздухом, обладающая максимальной нормальной скоростью горения, содержит 121г/м3, смесь ацетона с воздухом на нижнем концентрационном пределе воспламенения (НКПВ)

92

содержит 59г/м3. Т.е. верхний концентрационный предел воспламенения (ВКПВ)

– 4.67%объёма, НКПВ – 2.28%объёма.

Общая схема аварийного помещения приведена на рисунке 4.2.3. Ворота №9 в момент взрыва были закрыты, ворота №10, 11, 12 – открыты.

Рисунок 4.2.3 – Общая схема аварийного помещения

Оценочные расчеты показывают, что для реализации взрыва, который имел место при аварии, требуется около 1.0-2.5 кг паров ацетона на погонный метр помещения в предположении, что облако имеет вытянутую вдоль протяженной оси гаражей форму. Примерный объем смеси (на погонный метр) должен быть не менее 25м3. Только при взрыве такого количества паров возможен выброс пламени из ворот №12 на расстояние около 10м. Например, максимальная скорость выброса факела из ворот №12 при дефлаграционном взрыве 25м3 смеси, содержащей пары ацетона (на погонный метр), может быть оценена значением 40-

45м/c. Время прогорания смеси – около 1 секунды [46].

Ниже приведены результаты расчета параметров взрывоопасной зоны ацетона, которая сформировалось во время пожара.

Расчет данного процесса проводился путем численного интегрирования нестационарного уравнения турбулентной диффузии, разложенного по координатным осям по трехточечной схеме [16, 18, 25, 37, 55, 79, 89]:

93

На рисунке 4.2.4 приведены начальные и граничные условия, принятые в расчетах. Расчеты проводились на расчетной сетке с шагом 0,25м.

Рисунок 4.2.4 – Схема расчётной области

На рисунке 4.2.5 приведены линии равных уровней концентрации в топливовоздушном облаке для нескольких моментов времени, которые были получены в результате расчёта.

94

1

2

3

4

5

Рисунок 4.2.5 – Линии равной концентрации в формирующемся паровоздушном облаке для различных моментов времени после пролива: 1 – через 4 мин, 2 –

через 8 мин, 3 – через 12 мин, 4 – через 16 мин, 5 – через 20 мин.

95

Из приведенных результатов расчета следует, что время формирования взрывоопасного облака составляет не менее 20 мин. При этом в приземном слое находится переобогащенная смесь, а в верхней части наиболее взрывоопасная.

На рисунке 4.2.6, где приведены временные зависимости концентрации от времени в трех приземных точках (расположение точек см. на рисунке 4.2.3).

Рисунок 4.2.6 – Временные зависимости концентрации в трех точках

Зависимости от времени паровой фазы, находящейся в помещении гаража

(на погонный метр пролива), и паров, находящихся во взрывоопасном состоянии,

приведены на рисунке 4.2.7.

Рисунок 4.2.7 – Временные зависимости массы паровой фазы и массы паров,

находящихся во взрывоопасном состоянии (на погонный метр пролива)

96

Из приведенных расчетов и анализа работ [9, 11, 13, 28, 39,44, 46, 47, 49]следует, что для формирования необходимого взрывоопасного облака достаточно иметь пролив ацетона шириной 1.0-1.5 метра и время на его испарение, которое должно составлять не менее 20 минут (значительный подвод тепла к предполагаемому месту пролива следует исключить, т.к. в этой части гаража не было зафиксировано на момент взрыва очагов пожара).

Следовательно, наиболее вероятным источником формирования взрывоопасного облака в боксе №12 может быть пролив ацетона, происшедший в примыкающем к нему боксе №13. В пользу такого предположения говорит наличие достаточного количества тары из-под ацетона, которые были обнаружены на месте аварии. Источником воспламенения паровоздушного облака мог быть открытый огонь у стены бокса №9 или искра, переносимая конвективными потоками из бокса №9 к воротам №12.

В результате проведенных расчетов и анализа представленных материалов был восстановлен сценарий аварийной ситуации. Определён источник воспламенения и горючее вещество. Действия сотрудников ФПС оправданы.

97

4.3. Анализ взрывной аварии, происшедшей в 2010 года на участке

газопровода «Нижневартовск-Курган-Куйбышев» (Самарская обл.)

С помощью разработанной методики (см. главу 2) был восстановлен сценарий развития взрывной аварии, произошедшей в ночь на 16 сентября 2010

года в районе 2169 км участка газопровода «Нижневартовск-Курган-Куйбышев» вблизи с.Черновка Кинель-Черкасского района Самарской области.

В районе 2169 км участка газопровода «Нижневартовск-Курган-Куйбышев» вблизи села Черновка в 0230 произошло взрывное горение газопаровоздушного облака. В результате взрыва и пожара автомобиль, находящийся вблизи аварийных отверстий, полностью выгорел, а люди, находившиеся в нем, погибли.

Пожаром была охвачена значительная территория.

Общий вид послеаварийной обстановки приведен на рисунке 4.3.1, где приведена фотография, на которой видны три области горения над аварийными свищами в газопроводах.

Рисунок 4.3.1 – Фотография места аварии сразу после локализации пожара

После локализации пожара были зафиксированы три очага возгорания,

которые можно классифицировать, как горение газопаровоздушной смеси,

98

сформировавшейся при истечении в атмосферу из трубопроводов взрывоопасных веществ в результате их фильтрации через грунт.

Общая схема места аварийного взрыва и последующего приземного горения тяжелых углеводородных фракций приведена на рисунке 4.3.2, где приняты обозначения, которые будут использоваться в дальнейших вычислительных расчётах. Примем обозначение Ф1 – над этанопроводом (ЗАО «Нефтехимия»), Ф2

и Ф3 – над трубопроводом (ОАО «Самаранефтегаз»).

При выполнении расчёта динамики развития взрывной аварии использовалась расчетная область, приведенная на рисунке 4.3.3.

Перед проведением вычислительных расчетов вероятного сценария развития взрывной аварии необходимо сделать следующие замечания. Учитывая,

что достоверных данных по аварийным расходам над областями горения Ф1, Ф2 и

Ф3, которые послужили причиной формирования взрывопожароопасного облака,

нет, поэтому были проведены расчеты по имеющимся косвенным данным, на основании работ [4, 7, 15, 32, 43, 44, 48, 62, 64, 67, 79, 88, 92]. Для оценки аварийных расходов можно использовать два способа. Первый способ основан на газодинамических соотношениях, описывающих процесс истечения газа из

99

резервуара (трубы). Данный метод обладает тем недостатком, что не учитывает заглубление в грунт газопроводов и, соответственно, не учитывает фильтрационные потери давления и снижение расхода газа при его фильтрации через грунт на поверхность земли. Второй способ основан на взаимосвязи площади фронта горения с расходом газа. Другими словами, только определенный расход газа способен сформировать фронт горения заданной площади. Данный способ обладает тем недостатком, что достаточно сложно точно определить площадь фронта горения на момент аварии и нормальную скорость горения смеси. Однако он позволяет с определенной точностью говорить о минимальных и максимальных расходах газа, необходимых для поддержания области горения с определенными размерами [44, 91].

На рисунке 4.3.4 представлены фотографии трех областей горения,

приведенные к одному масштабу, с указанием приблизительных размеров.

Рисунок 4.3.4 – Области горения Ф1, Ф2 и Ф3, приведенные к одному масштабу

На рисунке 4.3.5 приведены уровни равных концентраций, которые создались бы при утечке газа только от источника Ф1. Расход газа был принят равным Q1=10л/с (при Q1=10л/с эквивалентный диаметр свища равен d1=2.6мм).

100

Это значение соответствует размеру факела Ф1, возникшему при аварии, и

соответствует имевшим место при аварии параметрам свища (площади свища) и

параметрам продукта в этанопроводе (давление, плотность и состав газовой смеси). Следовательно, принятое в расчетах значение расхода с источника Ф1 - Q1=10л/с можно считать достаточно обоснованным, т.к. оно было определено двумя независимыми способами (через соотношения для истечения газа из отверстия и через размеры области горения). Вытянутость области горения,

которая наблюдалась на месте аварии, указывает на наличие незначительного движения атмосферы (W=0.7см/с=25м/час) во время формирования газовоздушного облака. Из рисунка 4.3.5 видно, что даже незначительное движение атмосферы приводит к некоторому «размыванию» газовоздушного облака при столь незначительных расходах газа из источника Ф1.

Рисунок 4.3.5 – Уровни равных концентраций, которые создаются при утечке газа только с источника Ф1. Расход газа в источнике - Q1=10л/с.

Под областью возможного воспламенения (обозначенной на рисунке 4.3.5

индексом I) понимается область с концентрацией газа выше 1% объёма. Тяжелые углеводородные фракции способны воспламеняться (горение неустойчивое) при подобных концентрациях. У легких углеводородов нижний концентрационный предел распространения пламени (НКПР) несколько больше.