Диссертация (Методы расчета динамических параметров аварийного взрыва неоднородной газовоздушной смеси), страница 2

Москва: НИУ МГСУ, 2016);IV Всероссийской научно-практической конференции с международным участием«Проблемыобеспечениябезопасностиприликвидациипоследствийчрезвычайных ситуаций» (г. Воронеж, Воронежский институт ГПС МЧС России,2016); XIX Международная межвузовская научно-практическая конференциястудентов, магистрантов, аспирантов и молодых учёных «Строительство –Формирование среды жизнедеятельности» (г.

Москва: НИУ МГСУ, 2016); XXМеждународная межвузовская научно-практическая конференция студентов,магистрантов, аспирантов и молодых учёных «Строительство – Формированиесреды жизнедеятельности» (г. Москва: НИУ МГСУ, 2017); XXVI R-S-P Seminar2017 "Theoretical Foundation of Civil Engineering" (Warsaw, Poland) ; XXIМеждународная научная конференция «Строительство – формирование средыжизнедеятельности» (г. Москва: НИУ МГСУ, 2018).Структура, объём работы и её основные разделы.

Диссертация состоит извведения, четырёх глав, заключения, списка литературы и приложения.Содержание работы изложено на 112 страницах машинописного текста, включаетв себя 10 таблиц, 64 рисунка, список литературы из 115 наименований, 1приложение.7ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ МЕТОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯПАРАМЕТРОВ АВАРИЙНЫХ ВЗРЫВОВ1.1. Анализ последствий аварийных взрывов8 августа 2014 г. в г.

Махачкала на перекрестке проспектов Шамиля иАкушинского произошла авария, связанная с утечкой пропана на автозаправочнойстанции и последующим взрывным горением смеси (рисунок 1.1 - рисунок 1.4)[28]. Источником зажигания пропановоздушной смеси послужил припаркованныйавтомобиль с работающим двигателем.Рисунок 1.1 - Утечка пропана в атмосферу, формирование взрывоопасной зоны.8Рисунок 1.2 - Момент воспламенения взрывоопасной смеси и началораспространения пламени взрывного горения.Рисунок 1.3 - Полное сгорание всей взрывоопасной смеси, максимальный размерогненного шара.Рисунок 1.4 - Последствия аварииВ результате аварии, огонь уничтожил пять автомашин, припаркованных узаправки, на территории которой произошло ЧП, три человека были доставлены вбольницу с различными степенями тяжести.9Другойаварийныйвзрыв,происшедшийврезультатеутечекизтрубопроводов, принадлежащих двум различным организациям, произошелночью в середине сентября [15].

В результате взрыва погибло четыре человека,которые приехали к месту утечек на автомобиле. Автомобиль сгорел полностью.В момент аварии была безветренная, ясная погода (по метеосводкам – полныйштиль).Общий вид послеаварийной обстановки приведен на фотографии (рисунок1.5), на которой видны три области горения над аварийными свищами в двухтрубопроводах. В дальнейшем их будем обозначать Ф1 (над трубопроводомД219), Ф2 и Ф3(над трубопроводом Д325).Замеры состава топлива, выполненные после ликвидации аварии, показали,что по трубопроводу Д219 транспортировался этан (диаметр свища былдостаточно мал – 1,3 мм), а по трубопроводу Д325 транспортировался нефтянойгаз, содержащий около 50% пропана, 10% бутана, 10% легких углеводородныхфракций и 30% тяжелых углеводородных газов.Рисунок 1.5 Фотография местааварии сразу послелокализации пожараОбщая схема места аварии приведена на рисунке 1.6, где принятыобозначения, которые использованы в дальнейших расчётах.Был проведен расчет расхода газа через свищ над областью горения Ф1,который показал, что на момент аварии расход Q1 составлял около 10 л/с.10Определение расходов газа в областях горения Ф2 и Ф3 было выполнено,исходя из размеров области горения.

Расчеты показали, что зона горения сразмерами Ф2 могла быть создана источником с расходом не менее Q2=150 л/с, азона горения с размерами факела Ф3 могла быть создана источником с расходомне менее Q3 =1500 л/с.Рисунок 1.6 Общая схема места аварииНа рисунке 1.7 приведены фотографии трех областей горения, приведенныек одному масштабу, с указанием приблизительных размеров [15].Рисунок 1.7 Области горения Ф1, Ф2 иФ3, приведенные кединому масштабу.На рисунке 1.8 приведена фотография двух наиболее значительныхобластей горения (Ф2 и Ф3) после прогорания смеси.

Фотографирование велось сточки, расположенной вблизи сгоревшего автомобиля (см. схему на рисунке 1.6).11Между местом фотографирования и факелами расположена область,подверженная воздействию огневого шторма, возникшего при воспламенениисмеси.Рисунок 1.8 Области горения Ф1 и Ф2после прогорания смеси.На рисунке 1.9 приведена фотография общего вида последствия взрывнойаварии.

Видно, что территория, где произошла авария, достаточно плоская. Онане имеет строений, деревьев, естественных складок и т.д. Таким образом, на нейполностью отсутствуют препятствия, способные привести к турбулизации(ускорению) процесса взрывного горения.Рисунок 1.9 – Общий вид области, подвергшейся термическому воздействиюпри взрывном сгорании смеси.12Были проведены расчеты диффузионной картины, сопровождавшей аварию.На рисунке 1.10 приведены уровни равных концентраций газа, которые создалисьбы в атмосфере при принятой утечке газа.Рисунок 1.10 Уровни равных концентраций при утечке газа с источников Ф1, Ф2 и Ф3.Расходы: Q1=10 л/с, Q2 =150 л/с, Q3 =1500 л/с.Имеется незначительное движение атмосферы в сторону автомобиля – W=25м/час.I – Область возможного воспламенения смеси.II – Область взрывного горения.III – Область горения.IV – Область пожара.Под областью горения (обозначенной на рисунке 1.10 индексом III)понимается область с концентрацией газа выше 5% об.

Для большинствауглеводородов (особенно тяжелых) данная концентрация превышает верхнийконцентрационный предел распространения пламени (ВКПР) и горение смеси неносит явно выраженный взрывной характер (оно растянуто по времени), т.к.горение смеси происходит по мере поступления в область горения кислорода. Подобластью пожара (обозначенной на рисунке 1.10 индексом IV) понимается13область с концентрацией газа выше 12,5% об.

Данная концентрация газа в смесивыше ВКПР всех углеводородов. Горение носит характер «огневого шторма» или«огневого шара». Время его существования достаточно велико, поэтому можноговорить о пожаре.Полученная в результате расчета область горения соответствует областигорения, наблюдавшейся в действительности.Зажигание смеси произошло вблизиавтомобиля,т.е.накраюраспространяющегосявзрывоопасногооблака.Свидетели взрывной аварии, находившиеся на достаточном удалении от меставозгорания (в 1.0-1.5 км), показали, что взрыв не сопровождался избыточнымдавлением (звуковой эффект полностью отсутствовал), а наблюдалось толькозарево, длившееся меньше минуты. После этого остались гореть только факелынад местами утечки топлива.1.2 Анализ нормативных документов и существующих методик расчета1.2.1. Методики, используемые в «Общих правилах взрывобезопасности длявзрывопожароопасных химических, нефтехимических инефтеперерабатывающих производств»В данном нормативном документе [97] для оценки параметров взрываприменяется две методики:-методика,основаннаянаэнергопотенциалесмеси(тротиловомэквиваленте);- методика, учитывающая тип взрывного превращения (дефлаграция /детонация);Тротиловый эквивалент при взрывах газопаровоздушных облаков, твердыхи жидких химически нестабильных соединений рассчитывается по следующимформулам:- для парогазовых сред14Wт 0,4q'zm0,9 q т(1.1)где 0.4 - количество энергии взрыва парогазовой среды, затрачиваемаянепосредственно на формирование ударной волны; 0,9 - количество энергиивзрыва ТНТ, затрачиваемая непосредственно на формирование ударной волны; q'- удельная теплота сгорания парогазовой среды, кДж/кг; q т - удельная энергиявзрыва ТНТ, кДж/кг; z – коэффициент участия парогазовых веществ, во взрыве; m- масса парогазовой среды, кг.- для твердых и жидких химически соединений:Wт qк Wк ,qт(1.2.)где W к - масса твердых и жидких веществ, кг; q к - удельная энергия взрыватвердых и жидких веществ, кДж/кг.Зоной разрушения является площадь с границами, определяемая радиусомR, центром которой является технологический блок или место разгерметизациитехнологической системы.Границы каждой зоны характеризуются значениями избыточных давленийпо фронту ударной волны P и, соответственно, безразмерным коэффициентомК.Классификация зон разрушения приводится в таблице 1.1.Таблица 1.1.Класс зоныКразрушения∆Р, кПа13,8≥ 10025,67039,628Возможные последствия, характерповреждений зданий и сооруженийПолное разрушение зданий с массивнымистенамиРазрушение стен кирпичных зданий толщиной в1,5 кирпича; перемещение цилиндрическихрезервуаров;разрушениетрубопроводныхэстакадРазрушение перекрытий промышленных зданий;разрушение промышленных стальных несущихконструкций; деформации трубопроводныхэстакад1542814556≤2Разрушение перегородок и кровли зданий;повреждение стальных конструкций каркасов,фермГраница зоны повреждений зданий; частичноеповреждение остекленияРадиус зоны разрушения (м) определяется из выражения:RK3Wт  3180  2  1    Wт  1/6, м.(1.3)При детонации газового облака согласно настоящей методике определяетсяэффективный энергозапас E по зависимости (1.4):E  M г  qг ,(1.4)где M г - количество горючего, кг; q г - удельная теплота взрыва, МДж/кг.Определяется безразмерное расстояние  по формуле (1.2.9):  R / E1/ 3 ,(1.5)Находится безразмерное избыточное давление взрыва по формуле:ln(  P / P0 )  0 ,299  2 ,058 ln   0 ,26(ln  ) 2 .(1.6)При дефлаграция газового облака основным параметром, основнымпараметромопределяющимдавлениеволнысжатия,являетсяскоростьраспространения пламени.В нормативном документе [97] скорость распространения фронта пламениопределяется в зависимости от класса горючего и вида окружающегопространства.Для газов (C3H8, C4H10, C4H6, C3H6, C4H8 и т.п.) удельная теплотасгорания парогазовоздушной смеси равняется E—Љ  44МЂс / ђ‹ .

Для другихгорючих веществ вводится коэффициент  , значение которого для различныхвеществ приведено в табл.1.2. И удельная теплота сгорания определяетсявыражением:16E уд  ( 44   ) МДж / кг.(1.8)Таблица 1.2.Класс 3,4Класс 2Класс 1Аммиак0,42Этилен1,07Ацителен1,10Ацетон0,65Бутан1,00Водород2,73Сероводород0,34Бутилен1,00Спирты0,70Пропан1,00Бензин1,00Пропилен1,00Метан1,14Пропилен1,00Классчувствительностиопределяетсяпохарактернымразмерамдетонационной ячейки.