Диссертация (Методика прогнозирования скорости распространения фронта пламени при сгорании газовоздушного облака в открытом пространстве)

МИНИСТЕРСТВО РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИПО ДЕЛАМ ГРАЖДАНСКОЙ ОБОРОНЫ, ЧРЕЗВЫЧАЙНЫМ СИТУАЦИЯМИ ЛИКВИДАЦИИ ПОСЛЕДСТВИЙ СТИХИЙНЫХ БЕДСТВИЙАкадемия государственной противопожарной службы МЧС РоссииНа правах рукописиГрохотов Михаил АндреевичМЕТОДИКА ПРОГНОЗИРОВАНИЯ СКОРОСТИРАСПРОСТРАНЕНИЯ ФРОНТА ПЛАМЕНИ ПРИ СГОРАНИИГАЗОВОЗДУШНОГО ОБЛАКА В ОТКРЫТОМ ПРОСТРАНСТВЕСпециальность: 05.26.03 – Пожарная и промышленная безопасность(нефтегазовая отрасль, технические науки)ДИССЕРТАЦИЯна соискание ученой степеникандидата технических наукНаучный руководитель:доктор технических наук, профессорБегишев Ильдар РафатовичМосква – 20182ОГЛАВЛЕНИЕВВЕДЕНИЕ ...................................................................................................................

6ГЛАВА 1. АНАЛИЗ МЕТОДИК ОЦЕНКИ ЗОН ВОЗДЕЙСТВИЯПОРАЖАЮЩИХ ФАКТОРОВ ПРИ ВНЕШНИХ ВЗРЫВАХГАЗОВОЗДУШНЫХ СМЕСЕЙНА ПОЖАРОВЗРЫВООПАСНЫХ ОБЪЕКТАХ ...................................................... 111.1. Краткий анализ аварийных ситуацийс взрывом газовоздушных смесей ........................................................................ 111.2. Анализ методик, используемых в нормативных документахдля расчѐта взрывных нагрузок при аварийных взрывах .................................. 141.2.1. Методика, используемая в «Общих правилах взрывобезопасностидля взрывопожароопасных химических, нефтехимическихи нефтеперерабатывающих производств»(приказ Ростехнадзора № 96 от 11.03.2012 г.)..............................................

141.2.2. Методика, используемая в «Методике определения расчѐтныхвеличин пожарного риска на производственных объектах»(приказ МЧС России №404 от 10.06.2009 г.)................................................ 181.2.3. Методика, разработанная М.А. Садовским ........................................ 191.2.4. Методика, используемая в «Определение категорий помещений,зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарнойопасности» СП 12.13130.2009 ........................................................................

201.2.5. Методика, используемая в «Системе стандартов безопасноститруда. Пожарная безопасность технологических процессов. Общиетребования. Методы контроля» ГОСТ Р 12.3.047–2012 ............................. 211.3. Анализ существующих методик расчета нагрузок на здания и сооруженияпри дефлаграционном горении смесей в открытом пространстве ................... 211.3.1.

Общая характеристика дефлаграционных взрывов .......................... 211.3.2. Методики расчѐта параметров воздушных волн сжатияпри дефлаграционных взрывах, основанные на расчѐте параметров3волн сжатия от сферы, расширяющейся во времени .................................. 221.3.3. Методика определения скорости распространения фронта пламенипри дефлаграционных взрывах в открытом пространстве ........................ 261.4. Сравнение результатов расчѐтов параметров взрыва по анализируемымметодикам ............................................................................................................... 28Выводы..................................................................................................................... 31ГЛАВА 2.

МОДЕЛЬ ФОТОТЕПЛОВОГО ВОСПЛАМЕНЕНИЯ ДЛЯРАСЧЁТА ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПОЖАРОВЗРЫВООПАСНОСТИГАЗОВЫХ СМЕСЕЙ ................................................................................................... 322.1. Математическая модель фототеплового воспламенения ............................ 332.2. Методика эксперимента ..................................................................................

442.3. Экспериментальные значения предельных параметроввоспламенения смесей метана с хлором .............................................................. 482.4. Апробация математической модели фототеплового воспламенения ....... 52Выводы.....................................................................................................................

62ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЯ ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ СКОРОСТИРАСПРОСТРАНЕНИЯ ФРОНТА ПЛАМЕНИВ ГАЗОВОЗДУШНЫХ СМЕСЯХ ............................................................................... 633.1. Определение параметров распространения пламенив пропановоздушной смеси ................................................................................... 633.2. Результаты экспериментальных исследований ............................................

653.3. Теоретический расчѐт скорости распространения фронтафронта пламени в газовых смесях ........................................................................ 763.3. Сравнение усовершенствованной методики определения скоростираспространения фронта пламени с существующими........................................ 80Выводы..................................................................................................................... 84ГЛАВА 4. ВЕРИФИКАЦИЯ УСОВЕРШЕНСТВОВАННОЙ МЕТОДИКИПРОГНОЗИРОВАНИЯ СКОРОСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ФРОНТА ПЛАМЕНИПРИ СГОРАНИИ ГАЗОВОЗДУШНОЙ СМЕСИ НА ОСНОВЕСРАВНИТЕЛЬНОГО АНАЛИЗА РЕЗУЛЬТАТОВ РАСЧЁТА4С ПОСЛЕДСТВИЯМИ РЕАЛЬНЫХ АВАРИЙНЫХ ВЗРЫВОВ .............................. 854.1. Взрыв на заводе «Нипро Кемикл Плант» в г.

Фликсборо (Англия) .......... 854.1.1. Расчѐт параметров взрыва по «Методике оценки последствийаварийных взрывов топливно-воздушных смесей» (Вариант I). ............... 884.1.2. Расчѐт параметров взрыва по «Методике расчѐта нагрузок на зданияи сооружения при воздействии внешних дефлаграционных взрывов» ..... 904.1.2.1. Расчѐт скорости распространения фронта пламени,по методике предложенной Д.З. Хуснутдиновым (Вариант II) .............

904.1.2.2. Расчѐт скорости распространения фронта пламени по методике,описанной в главе 3 (Вариант III) .............................................................. 914.1.3. Оценка возможных последствий взрыва. ........................................... 934.1.4 Анализ результатов расчѐта и последствий взрыва............................

964.2. Взрыв на участке магистрального газопровода«Нижневартовск–Курган–Куйбышев» ................................................................. 974.2.1. Расчѐт параметров взрыва по «Методике оценки последствийаварийных взрывов топливно-воздушных смесей» (Вариант I) ................ 984.2.2.

Расчѐт параметров взрыва по «Методике расчѐта нагрузокна здания и сооружения при воздействии внешнихдефлаграционных взрывов» ........................................................................... 994.2.2.1. Расчѐт скорости распространения фронта пламени,по методике Д.З.

Хуснутдинова (Вариант II) ........................................... 994.2.2.2. Расчѐт скорости распространения фронта пламенипо методике, описанной в главе 3 (Вариант III)..................................... 1004.2.3 Анализ результатов расчѐта и последствий взрыва .......................... 101Выводы...................................................................................................................

102ЗАКЛЮЧЕНИЕ ........................................................................................................... 104СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ........................................................................................... 105Приложение А. АКТЫ ВНЕДРЕНИЯ ....................................................................... 116Приложение Б. КОД ПРОГРАММЫ «РАСЧЁТНЫЙ МЕТОДОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПОЖАРОВЗРЫВООПАСНОСТИ5ГАЗОВЫХ СМЕСЕЙ ..................................................................................................

121Приложение В. СВИДЕТЕЛЬСТВА О РЕГИСТРАЦИИПРОГРАММЫ ДЛЯ ЭВМ .......................................................................................... 1386ВВЕДЕНИЕАктуальность темы исследования. На территории объектов нефтегазовойотрасли в результате разгерметизации (разрушения) технологического оборудования или трубопроводов возможно образование больших объѐмов горючих газовоздушных смесей (ГВС), воспламенение которых может привести к пожарам,взрывамиразрушениямзданий(сооружений).СогласностатистикиРостехнадзора на рассматриваемых объектах ежегодно происходит до 10 инцидентов, связанных со взрывами ГВС как в замкнутых объѐмах, так и в открытомпространстве.

Одним из характерных примеров взрыва ГВС в открытомпространстве является инцидент, произошедший в 2014 г. на ОАО «АчинскийНПЗ Восточная нефтяная компания». В результате взрыва ГВС на территорииобъекта площадью около 300 тыс. м2 были полностью разрушены до 30 % производственных зданий и сооружений, а остальные – сильно повреждены. При этом32 человека получили травмы различной степени тяжести, из них 8 – смертельные.В соответствии с требованиями ст.

6 Федерального закона № 123-ФЗ«Технический регламент о требованиях пожарной безопасности» одним из условий соответствия объекта защиты требованиям пожарной безопасности являетсявыполнение в полном объеме требований пожарной безопасности, установленныхтехническими регламентами, и пожарный риск не должен превышать допустимыхзначений. Оценка пожарного риска проводится в настоящее время по «Методикеопределения расчѐтных величин пожарного риска на производственных объектах» (утверждена приказом МЧС России № 404 от 10.07.2009 г.), содержащей втом числе, метод количественной оценки параметров волны давления при сгорании газовоздушного облака. На численные значения параметров взрывной волныосновное влияние оказывает скорость распространения фронта пламени (СРФП).Трудность в определении СРФП заключается в том, что она меняется в процессераспространения, зависит от газодинамических процессов и определяется особенностями кинетики химической реакции.

При этом расчеты СРФП, выполненные7как по указанному выше методу, так и по «Методике оценки последствий аварийных взрывов топливно-воздушных смесей» (утверждена приказом Ростехнадзора№ 137 от 31.06.2016 г.), «Методике определения параметров волны сжатиявнешних дефлаграционных взрывов» (разработана НТЦ «Взрывоустойчивость»,1998 г.), а также по методике, предложенной профессором В.И. Макеевым, показали, что полученные значения СРФП существенно различаются между собой.Таким образом, развитие методики определения СРФП при сгорании ГВС воткрытом пространстве позволит точнее прогнозировать последствия аварийныхвзрывов и, как следствие, предусматривать необходимые мероприятия противопожарной защиты, которые, в свою очередь, должны быть учтены при определении расчѐтных величин пожарного риска.Степень разработанности темы исследования.

Вопросами процесса сгоранияГВСиопределениемСРФПзанималиськакотечественные(Д.А. Франк-Каменецкий, Н.Н. Семѐнов, Я.Б. Зельдович, А.С. Компанеец,К.И. Щѐлкин, В.И. Макеев, Ю.Н. Шебеко, А.В. Мишуев, Д.З. Хуснутдинов,А.А. Комаров, В.А. Горев и др.), так и зарубежные учѐные (G. Damkohler,D.T.Williams,L.M.Bollinger,B.Lewis,V.C.Marshall,G.VonElbe,R.G. Abdel-Gayed, D.