Аварии при разгерметизации газопроводов сопровождаются следующими процессами и событиями:
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 2х 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.
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.
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 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.
Температура транспортируемого газа может быть принята в расчетах t = 40оС.
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.