Взрывы при разгерметизации магистрального газопровода.

Разгерметизация магистрального газопровода сопровождается истечением транспортируемого продукта до момента срабатывания отсекателей и истечением продукта из участка трубопровода, отсеченного запорной арматурой.

Истечение продукта в окружающую среду происходит под высоким давлением. Легкие компоненты (плотность меньше плотности воздуха) поднимаются в атмосферу, другие (тяжелее воздуха) оседают в приземном слое. Смешиваясь с воздухом, газы образуют, облако взрывоопасной смеси.

При авариях на газопроводе взрывное превращение может происходить по дефлаграционному или детонационному режиму.

Дальность распространения облака взрывоопасной смеси в направлении ветра определяется по эмпирической зависимости [3]:

где М - массовый расход газа, кг/с;

25 - коэффициент пропорциональности, имеющий размерность м^3/2 /кг ^1/2

U- Скорость ветра, м/с

Граница зоны детонации, ограниченная радиусом r₀ м, может быть определена по формуле:

При критическом режиме истечения газа, когда его основные параметры зависят от параметров разгерметизированного трубопровода, массовый секундный расход газа, кг/с, может быть определен по формуле:

где Ψ - коэффициент, зависящий от скорости истечения газа (для звуковой скорости истечения Ψ = 0,7);

F- площадь отверстия истечения, принимаемая равной площади сечения трубопровода, м² ;

μ - коэффициент расхода, учитывающий форму отверстия μ = 0,7-0,9 (при расчетах принимается μ =0,8);

P_r - давление газа в газопроводе, Па;

V_r - удельный объем транспортируемого газа при параметрах в газопроводе, м³/кг, определяется по формуле:

V_r =R₀ x T/ Р_r

где Т - температура транспортируемого газа, К;

R₀ - удельная газовая постоянная, определяемая по формуле:

R₀ =8314/∑ (m_к x q_к), Дж/ (кг x К).

где 8314 -универсальная газовая постоянная, Дж/(кмоль * К);

q_k - мольная доля (или объемная) компонента в транспортируемом газе;

n - число компонентов.

В зоне детонационной волны давление принимается равным 1,7 МПа.

При прогнозировании последствий взрывов на газопроводах зоны воздействия определяют с учетом направления ветра. Считается, что граница зоны детонации распространяется от трубопровода по направлению ветра на расстояние 2r_0. При заблаговременном прогнозировании зона детонации определяется в виде полос вдоль трубопровода шириной 2r₀ с обеих сторон. Зоны действия воздушной ударной волны также имеют вид полосовых участков вдоль газопровода по обе стороны.

При планировании мероприятий по гражданской обороне и чрезвычайным ситуациям на картах (схемах) наносятся зоны возможных сильных разрушений вдоль магистральных нефте - и газопроводов, определяемая граница которых ограничивается величиной избыточного давления 50 кПа.

При оперативном прогнозировании учитывают класс магистрального трубопровода, определяемый рабочим давлением газа Р_г: для газопроводов высокого давления - 2,5 МПа; среднего давления -1,2-2,5 МПа; низкого давления - до 1,2 МПа, Диаметр газопровода может быть от 150 до 1420 мм. Температура транспортируемого газа в расчетах принимается t = 40°С.

Пример.

Исходные данные:

d = 1,2 м –диаметр трубопровода

P_r = 2,2 x 10⁶ Па - давление газа в газопроводе.

Т = 40 ⁰С - температура транспортируемого газа.

U =3 м/с - Скорость ветра

r = 2000 м –Расстояние от центра взрыва до рассматриваемой точки.

Определить влияние взрывной волны на человека, здания, сооружения.

Решение:

1. По формуле (5) определим удельную газовую постоянную

R₀ =8314/(0,9883 x 16 + 0,0081 x 44 + 0,0024 x 58 + 0,0012 x 71) =

= 8314/16,336 = 507,149 Дж/(кг x К).

2. Определим удельный объём транспортируемого газа по формуле

V_r =R₀ * T/ Р_r

V_r = 507,149 x (273+40) / 1,8 x 10⁶ =0,08818 м³ /кг

3. По формуле (3) посчитаем массовый секундный расход при его истечении из газопровода:

М= 0,7 x 3,14 x 1,44 x 1/4 x 0,8 x √(2,2 x 10⁶ /0,08818) =3161,89≈ 3162 кг/с.

4.Определим радиус зоны детонации по формуле

r₀ =12,5 x √(3162/ 3) =405,81 ≈ 406м

5.Находим соотношение r /r₀ = 2000/406 = 4,93

Данное соотношение соответствует _∆Р_ф =41 кПа, согласно таблице:

r/r0	0-1	1,01	1,04	1,08	1,2	1,4	1,8	2,7	3	4	5	6	8	12	50
∆Рф	1700	1236	814	568	400	300	200	100	80	50	40	30	20	10	5

6. Затем определяем степень разрушения здания находящегося на удалении 2000 метров согласно таблице.

В радиусе зоны детонации будет

Степени разрушения зданий и сооружений, различных видов транспорта при действии
№	Здания, сооружения и устройства различных видов транспорта	Значения ДР^кПа), вызывающие разрушения
		слабое	среднее	сильное	полное
1	1	3	4	5	6
1	Здания вокзалов, депо, ТЭЦ с тяжелым металлическим или ж. 6. каркасом и тяжелым стеновым заполнением	10-20	20-40	40-60	60-100
2	Здания кирпичные (блочные) многоэтажные	8-12	12-20	20-30	30-40
3	Здания кирпичные (блочные) малоэтажные	8-12	12-25	25-35	34-45
4	Здания каркасного типа с легким заполнением	10-20	20-50	50-80	80-120
5	Железнодорожное полотно, стрелочные переводы	100-200	200-300	300-500	более 500
б	Здания тяговых подстанций, фидерных, трансформаторных	10-30	30-60	60-70	более 100
7	Контактная сеть ж.д., воздушные ЛЭГХ	20-50	50-70	70-120	более 120
8	Подземные кабельные линии электроснабжения н связи	200-300	300-600	600-1000	более 1000
9	Мосты железобетонные и металлические пролетом до 45 м	100-150	150-200	200-250	более 250
10	То же с пролетом 100 ми более	50-100	100-150	150-200	более 200
11	Мосты железобетонные с пролетом 20-25 м	50-100	100-150	150-200	более 200
12	Мосты деревянные низководные	20-50	50-80	80-100	более 100
13	Подземные сети водопровода, канализации, газоснабжения	400-600	600-1000	1000-1500	более 1500
14	Водонапорные башни	20-40	40-60	60-70	более 70
15	Станочное оборудование депо и мастерских	25-40	40-60	60-80	более 80
16	Кузнечно-прессовое оборудование	50-100	100-150	150-200	более 200
17	Вагоны, платформы, цистерны	30-40	40-80	80-100	более 100
18	Локомотивы (тепловозы, электровозы)	50-70	70-100	100-150	более 150
19	Тоннели	150-200	200-300	300-500	более 500
20	Шоссейные дороги с твердым покрытием	100-300	300-1000	1000-2000	2000-3000
21	Автомобили грузовые, цистерны	20-30	30-50	55-65	более 65
22	Автобусы и кунги	15-20	20-45	45-60	60-80
23	Автозаправочные станции	20-30	30-40	40-60	-
24	Заглубленные емкости (подземные резервуары)	20-50	50-100	100-200	более 200
25	Магистральные трубопроводы	200-350	350-600	600-1000	-
26	Перекачивающие и компрессорные станции	15-25	25-35	34-45	более 45
27	Резервуарные парки (заполненные)	20-40	40-70	70-90	более 90
28	Частично заглубленные резервуары	30-50	50-80	80-110	более 110
29	Суда на плаву	80-100	100-130	130-180	-
30	Пристани и причалы металлические	50-100	100-150	150-200	более 200
31	Крановое хозяйство портов	20-30	30-60	60-80	более 800
32	Самолеты, вертолеты на стоянке	9-10	10-15	15-25	более 25
33	Защищенные пункты управления	200-300	300-500	500-700	более 700
34	Гусеничные тягачи и тракторы	30-40	40-60	60-80	более 80
35	Взлетно-посадочные полосы	300-400	400-1500	1500-3000	более 3000
36	ЛЭП воздушные высоковольтные	20-60	60-100	100-160	более 160
37	Антенные устройства	10-20	20-40	40-60	более 60

Выводы

1.Ударная волна, возникшая, при взрыве в результате разгерметизации магистрального газопровода может нанести телесные поражения средней тяжести (Поражение средней тяжести - 40-60 кПа) при удалении человека на расстоянии 2000 метров от центра взрыва.

2. Ударная волна, возникшая, при взрыве в результате разгерметизации магистрального газопровода может вызвать разрушение средней тяжести зданий каркасного типа с лёгким наполнением расположенных в радиусе 2000 метров от центра взрыва (Разрушение оконных, дверных проёмов и т.д.) Материальный ущерб при средней степени разрушения может составлять 30-40% от стоимости здания.