Диссертация (Методика прогнозирования скорости распространения фронта пламени при сгорании газовоздушного облака в открытом пространстве), страница 2

Bradley, D. Lee, K.Y. Huh et. all).Однако, несмотря на значительные достижения в этой области исследований, до настоящего времени отсутствует единое мнение в выборе методики дляопределения СРФП при сгорании ГВС в открытом пространстве.Цель работы: совершенствование методики прогнозирования СРФП присгорании газовоздушного облака в открытом пространстве.В соответствии с целью были сформулированы следующие задачи:1. Выполнить анализ существующих методик определения параметроввзрыва ГВС в открытом пространстве и выявить их отличительные особенности;2. Разработать математическую модель фототеплового воспламенения, необходимую для расчѐта показателей пожаровзрывоопасности газовых смесей, основанную на законах химической кинетики и термодинамики;83. Теоретически обосновать расчѐт СРФП при сгорании ГВС, учитывающую физико-химические и газодинамические свойства горючей среды;4.

Провести верификацию усовершенствованной методики прогнозированияСРФП на основе сравнительного анализа результатов расчѐта с последствиямиреальных аварийных взрывов.Объект исследования – процесс сгорания ГВС, образовавшейся при аварийных выбросах горючих газов из технологического оборудования или трубопроводов в открытом пространстве.Предмет исследования – определение СРФП при сгорании ГВС.Научная новизна работы заключается в следующем:– разработана математическая модель фототеплового воспламенения, позволяющая рассчитывать показатели пожаровзрывоопасности горючих газовыхсмесей, которая учитывает химическую кинетику и термодинамику процесса;– получена теоретически обоснованная формула для расчѐта СРФП при сгорании ГВС;– экспериментально установлена динамика изменения СРФП для пропановоздушной смеси стехиометрического состава в зависимости от расположения источника зажигания и условий расширения сгорающей ГВС.Теоретическая и практическая значимость работы.

Разработанная математическая модель фототеплового воспламенения, базирующаяся на кинетикехимического взаимодействия и тепловой теории распространения пламени, является универсальной и может быть использована для определения показателей пожаровзрывоопасности любых газовых смесей с известными кинетическими параметрами и теплофизическими свойствами.Формула для расчѐта СРФП, полученная теоретически с учѐтом физикохимических и газодинамических свойств газовой среды, может применяться дляпрогнозирования последствий аварийных выбросов горючих газов в открытомпространстве, в том числе, при оценке пожарных рисков.Методология и методы исследования.

Основу теоретических исследований составляли методы математического моделирования и физического подобия,9физический эксперимент, теория ошибок, сравнение, описание. Результаты численных расчѐтов подтверждены результатами экспериментальных исследований,в том числе, выполненных другими авторами.Информационной основой исследования являлись отечественные и зарубежные литературные источники, нормативные документы, а также материалырасследований аварийных взрывов на объектах нефтегазовой отрасли.Положения, выносимые на защиту:– математическая модель фототеплового воспламенения, позволяющаяопределять показатели пожаровзрывоопасности газовых смесей;– теоретически обоснованная формула для прогнозирования СРФП присгорании ГВС в открытом пространстве;– результаты верификации методики прогнозирования СРФП на основесравнительного анализа результатов расчѐтов с последствиями реальных аварийных взрывов.Степень достоверности полученных результатов и выводов, сформулированных в диссертации, подтверждается: обоснованностью выбора параметров икритериев, позволяющих сравнивать теоретические и экспериментальные данные;экспериментальные исследования выполнялись с применением измерительногооборудования, прошедшего поверку и откалиброванного для соответствующихусловий; внутренней непротиворечивостью результатов и их согласованностью срезультатами экспериментов и данными других авторов.Материалы диссертации реализованы:- при разработке свода правил СП 231.1311500.2015 Обустройство нефтяных и газовых месторождений.

Требования пожарной безопасности. Балашиха:ФГБУ ВНИИПО МЧС России, 2018 г.;- при определении пожаровзрывобезопасного режима работы реактора хлорирования метана на предприятии ООО «ГалоПолимер Кирово-Чепецк». КировоЧепецк: ООО «ГалоПолимер Кирово-Чепецк», 2018 г.;- при расчѐте безопасных расстояний от оборудования оптоволоконной системы мониторинга трубопроводов (ОСМТ) «Омега» до трубопроводов и техно-10логического оборудования, где при авариях возможно образование горючих ГВС.М.: АО «ОМЕГА», 2018 г;- при разработке лекций и проведении практических и семинарских занятийпо дисциплине «Теория горения и взрыва». М.: Академия ГПС МЧС России,2018 г.Основные результаты работы доложены на: 5-й Международной научнопрактической конференции «Пожаротушение: проблемы, технологии, инновации»(г.

Москва, Академия ГПС МЧС России, 2016); XIX Международной межвузовской научно-практической конференции студентов, магистрантов, аспирантов имолодых учѐных «Строительство – формирование среды жизнедеятельности»(г. Москва, НИУ МГСУ, 2016); 25-й Международной научно-технической конференции «Системы безопасности – 2016» (г. Москва, Академия ГПС МЧС России,2016); VI Международной научно-практической конференции молодых учѐных испециалистов «Проблемы техносферной безопасности – 2017» (г. Москва,Академия ГПС МЧС России, 2017); XXIX Международной научно-практическойконференции:«Горение ипроблемытушенияпожаров».(г.Балашиха,ФГБУ ВНИИПО МЧС России, 2017); 26-й Международной научно-техническойконференции «Системы безопасности – 2017» (г.

Москва, Академия ГПС МЧСРоссии,2017);6-йМеждународнойнаучно-практическойконференции«Пожаротушение: проблемы, технологии, инновации» (г. Москва, Академия ГПСМЧС России, 2018).Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 научных работ.Структура, объём работы. Диссертация состоит из введения, четырѐх глав,заключения, списка литературы и трѐх приложений. Содержание работы изложено на 140 страницах текста, включает в себя 21 таблицу, 47 рисунков, список литературы из 96 наименований.11ГЛАВА 1 АНАЛИЗ МЕТОДИК ОЦЕНКИ ЗОН ВОЗДЕЙСТВИЯПОРАЖАЮЩИХ ФАКТОРОВ ПРИ ВНЕШНИХ ВЗРЫВАХГАЗОВОЗДУШНЫХ СМЕСЕЙНА ПОЖАРОВЗРЫВООПАСНЫХ ОБЪЕКТАХ1.1. Краткий анализ аварийных ситуаций с взрывом газовоздушных смесей16 июня 2014 года в ОАО «Ачинский НПЗ Восточная нефтяная компания» всекции С-400 на газофракционирующей установке ЛК-6у, предназначенной дляполучения сжиженных углеводородных газов, в верхней части колонны произошла разгерметизация горизонтального участка трубопровода [1].

В течение 5 минут происходил массированный выброс смеси углеводородов. В результате облако газа распространилось по территории и, достигнув высокотемпературного источника зажигания (печи), газовая смесь воспламенилась с дальнейшим еѐ взрывом и пожаром (рисунок 1.1).Рисунок 1.1 – Воспламенение газовоздушной смеси от печи секции С-200Вследствие аварии в зоне действия ударной волны на территории радиусом 300 метров от места взрыва было полностью разрушено оборудование секции С-400. Частично разрушено остекление зданий насосной установки утилиза-12ции сероводородного газа и других зданий. 32 человека получили травмы различной тяжести, 8 из них смертельные (рисунок 1.2).Рисунок 1.2 – Последствия аварии на Ачинском нефтеперерабатывающем заводе7 февраля 2014 года на газонаполнительной станции в п. Чагода Вологодской обл.

произошѐл взрыв. Ситуационный план объекта представлен на рисунке1.3.Рисунок 1.3 – Ситуационный план размещения зданий на предприятииООО «НоваКом ПСВ»13Причиной взрыва стала утечка газа пропан-бутан из автомобильной цистерны, находившейся в боксе. Источником зажигания газовой смеси согласно расследованию [2] послужил выключатель света.В результате взрыва разрушены здание гаража и здание административногокорпуса ООО «НоваКом ПСВ» (рисунок 1.4).Рисунок 1.4 – Последствия аварии на газонаполнительном пунктеООО ««НоваКом ПСВ» в п.

ЧагодаВ зданиях, расположенных в радиусе 100 метров, были разрушены остекления. Два человека получили тяжѐлые травмы, один скончался на месте.Необходимо отметить, что выброс или утечка газа не всегда сопровождаются взрывом. Это обусловлено физико-химическими и взрывоопасными свойствами горючих газов. Узкие интервалы взрывоопасных концентраций газовой смеси,меньшая плотность газа по сравнению с плотностью воздуха обуславливает быстрый подъѐм выбросов в верхние слои атмосферы и его рассеивание [3].141.2 Анализ методик, используемых в нормативных документахдля расчѐта взрывных нагрузок при аварийных взрывах1.2.1 Методика, используемая в «Общих правилах взрывобезопасностидля взрывопожароопасных химических, нефтехимическихи нефтеперерабатывающих производств»(приказ Ростехнадзора № 96 от 11.03.2012 г.)В данном приказе [4] для расчѐта размеров зон поражения используются двеметодики.

Для расчѐта зон поражения при взрывах жидких и твердых веществ илидля приближѐнного расчѐта последствий взрыва топливно-воздушных смесей(ТВС) в замкнутых объѐмах применяется методика, основанная на тротиловом эквиваленте. При взрывах ТВС на наружных установках используется методика,учитывающая тип взрывного превращения (детонация / дефлаграция) при воспламенении ГВС.Тротиловый эквивалент определяется по условиям адекватности характераи степени разрушения при взрывах парогазовых облаков, твердых и жидких химически нестабильных соединений и рассчитывается по следующим формулам:– для жидких и твердых химически нестабильных веществ:где Mk – масса твердых и жидких химически нестабильных соединений, определяемая по их содержанию в технологической системе, блоке, аппарате, кг;qk – удельная энергия взрыва твердых и жидких химически нестабильных соединений, кДж/кг;qT – удельная энергия взрыва тринитротолуола (далее – ТНТ), кДж/кг.– для парогазовых смесей:где 0,4 – доля энергии взрыва парогазовой среды, затрачиваемая непосредственнона формирование ударной волны;150,9 – доля энергии взрыва ТНТ, затрачиваемая непосредственно на формированиеударной волны;qг – удельная теплота сгорания парогазовой среды;Mг – приведенная масса горючих (парогазовых) веществ, участвующих во взрыве.Из расчѐта тротилового эквивалента определяется радиус зоны пораженияпо формуле:√где К – безразмерный коэффициент, характеризующий воздействие взрыва наобъект, определяется по таблице 1.1.Таблица 1.1 – Классификация зон разрушения типовых зданий и оборудованияКласс зоныразрушения1К∆Р, кПа3,8≥ 10025,67039,62842814556≤2Возможные последствия, характер поврежденийзданий и сооруженийПолное разрушение зданий с массивными стенамиРазрушение стен кирпичных зданий толщиной в 1,5кирпича; перемещение цилиндрических резервуаров;разрушение трубопроводных эстакадРазрушение перекрытий промышленных зданий; разрушение промышленных стальных несущих конструкций; деформации трубопроводных эстакадРазрушение перегородок и кровли зданий; повреждениестальных конструкций каркасов, фермГраница зоны повреждений зданий; частичное повреждение остекленияПри массе паров более 5000 кг радиус зоны может определяться по формуле:√В методике, учитывающей тип взрывного превращения (детонация / дефлаграция) при воспламенении ГВС, рассчитываются основные параметры воздушно-ударной волны в зависимости от расстояния до центра облака.16Для вычисления параметров воздушно-ударной волны на расстоянии R отцентра взрыва при детонации облака ГВС рассчитывается безразмерное расстояние по формуле:где Е – эффективный энергозапас ГВС (Е = Mг∙qг), Дж; Р0 – атмосферное давление, Па.Далее рассчитывается безразмерное давление Рх и безразмерный импульсфазы сжатия Iх.Для детонации облака газовой ГВС расчѐт производится по формулам:ln(Px) = –1,124 –1,66 ln(Rx) + 0,26(ln(Rx))2 ± 10%,(1.6)ln(Ix) = –3,4217 – 0,898 ln(Rx) – 0,009(ln(Rx))2 ± 15%.(1.7)Зависимости (1.6) и (1.7) справедливы для значений 0,2 < Rx < 6,5.