Взрывы при аварийной разгерметизации магистральных газопроводов (МГП)

Аварии при разгерметизации газопроводов сопровождаются следующими процессами и событиями:

истечением газа до срабатывания отсекающей арматуры (импульсом на закрытие арматуры является снижение давления продукта);

закрытие отсекающей арматуры; истечение газа из участка трубопровода, отсеченного арматурой.

В местах повреждения происходит истечение газа под высоким давлением в окружающую среду.
На месте разрушения в грунте образуется воронка.
Метан поднимается в атмосферу (легче воздуха), а др. газы или их смеси оседают в приземном слое.
Смешиваясь с воздухом газы образуют облако взрывоопасной смеси - газовоздушную смесь (ГВС).
При наличии источника зажигания случается воспламенение облака ГВС.
Взрывное горение при авариях на газопроводе может происходить также по одному из 2^х режимов:

• хлопок ГВС - дефлаграционный режим - быстрое сгорание горючей смеси, которое не сопровождается образованием сжатых газов, способных разрушать объекты;
• взрыв ГВС - детонационный режим - быстрое химическое превращение взрывоопасной среды, сопровождающееся выделением теплоты, энергии и образованием сжатых газов, способных производить разрушение объектов.

Для большинства углеводородных газов скорость распространения пламени сначала составляет около 0,40 м/сек. При такой скорости горения взрыва не происходит.
При достижении скорости распространения пламени более 100 м/сек возникает дефлаграционное горение, при котором генерируются взрывные волны с максимальным разрушающим избыточным давлением до 100 кПа. Продолжительность горения до достижения взрывного режима для газов - около 0,2 сек.
При дальнейшем ускорении горения дефлаграционые процессы перерастают в детонационные, со скоростью распространения пламени более 1 км/сек.
Статистика показывает, что примерно 80% аварий сопровождается пожаром.
Искры возникают в результате взаимодействия частиц газа с металлом и твердыми частицами грунта.
Обычное горение трансформируется во взрыв за счет самоускорения пламени при его распространении по рельефу и в лесу.

Оперативное прогнозирование последствий аварии

При оперативном прогнозировании принимают, что процесс развивается в детонационном режиме.
Расчетно определяют:

• дальность распространения облака взрывоопасной смеси в направлении ветра;
• границу зоны детонации, ограниченная радиусом r0, в результате истечения газа за счет нарушения герметичности газопровода;
• массовый секундный расход газа М из газопровода для критического режима истечения, когда основные его параметры (расход и скорость истечения) зависят только от параметров разгерметизированного трубопровода.

В зоне действия детонационной волны давление принимается равным 1,7 МПа.
Давление во фронте воздушной ударной волны на различном расстоянии от газопровода определяется с использованием данных табл.
При прогнозировании последствий случившейся аварии на газопроводе:

• зону детонации и зону действия воздушной ударной волны принимают с учетом направления ветра;
• считают, что граница зоны детонации распространяется от трубопровода по направлению ветра на расстояние 2r0;
• зона детонации определяется в виде полос вдоль всего трубопровода шириной 2r0, расположенных с каждой из его сторон:
• это связано с тем, что облако взрывоопасной смеси может распространяться в любую сторону от трубопровода, в зависимости от направления ветра,
• за пределами зоны детонации по обе стороны от трубопровода находятся зоны действия воздушной ударной волны,
• на плане местности эти зоны также имеют вид полосовых участков вдоль трубопровода.

При разработке разделов проекта ИТМ ГОЧС на планах местности вдоль МНП и МГП наносятся зоны возможных сильных разрушений, границы которых определяются величиной избыточного давления 50 кПа.
При проведении оперативных расчетов следует учитывать, что в зависимости от класса МГП, рабочее давление газа Рг может составлять:

• для газопроводов высокого давления - 2,5 МПа;
• среднего давления - от 1,2 до 2,5 МПа;
• низкого давления - до 1,2 МПа.

Диаметр газопровода может быть 150 - 1420 мм.
Температура транспортируемого газа может быть принята в расчетах t = 40^оС.
Состав обычного природного газа, при отсутствии данных, может быть принят в соотношении:

• метан (СН₄) - 90 %;
• этан (С₂Н₆) - 4 %; пропан (С₃Н₈) - 2 %; Н-бутан (С₄Н₁₀) - 2 %; изопентан - (С₅Н₁₂) - 2 %.

Пример расчета радиуса зоны детонации r0

Исходные данные:
D = 0,5 м; Рг = 1,9 МПа; t = 400С; W = 1 м/с; m=0,8.
Расчет:
1. R0=8314,4 =8314,4 = 486Дж/(кг*К).
2. Vг = R0 = 0,08 м3/кг.
3. М = 536 кг/с.
4. r0 = 12,5 = 289 м.