Материал: Жилищное хозяйство и коммунальная инфраструктура

представляется возможным [2]. Возгорание вероятно лишь при возникновении причины зажигания непосредственно в зоне утечки газа. Обычно такие ситуации не имеют существенных негативных воздействий на человека.

Исследования причин аварийных ситуаций на газораспределительном трубопроводе указывают на то, что газовая утечка происходит при 68 % случаев, а такая ситуация, как взрыв газообразного топлива – при 12 % случаях [3]. В тот момент, когда трубопровод теряет герметичность, природный газ истекает в атмосферу и впоследствии рассеивается. Участок, в котором произошло аварийное истечение, может являться как надземным, так и подземным участком трубопровода.

На надземном газораспределительном трубопроводе в случае развития аварии с потерей герметичности может возникнуть «факельное горение». На участке под землей образуется «пожар в котловане», а также факельное горение при условии искусственно созданного в ходе земляных работ котлована [4]. Угрозу для людей представляет первичный момент истечения газа и горения факела, когда наблюдаются максимальные значения скорости истечения и размера струи. Это связано с тем, что оказавшиеся внутри этой опасной зоны люди не успевают оказаться на безопасном расстоянии. Также, в редких случаях на надземных участках трубопровода могут происходить полные разрывы. Когда же утечка газа происходит из подземного трубопровода, вещество проникает через грунт над трубой и происходит воспламенение по длине трассы.

Оценка опасной ситуации для объекта газоснабжения производится на основании Федерального закона №116-ФЗ «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» (прил. 2 п. 4).

Предлагаем рассмотреть сценарий возможной аварии, произошедшей по причине разгерметизации газопровода среднего давления диаметром 57×4 мм и возникновении струйного горения факела (рис. 1). Рассматриваемый объект относится к 3 классу опасности.

Рис. 1. Зона действия поражающих факторов при разгерметизации газопровода:

А1 – радиус зоны поражения при максимальном давлении фронта ударной волны ( Р = 4,9 кПа), R = 9,7 м; А2 – радиус зоны поражения при малых повреждениях с частичным разрушением оконных

проемов ( Р = 2 кПа), R = 25,5 м; А3 – радиус области, ограниченной нижним концентрационным пределом

распространения пламени (НКПР) природного газа (RНКПР = 31 м)

- 50 -

Для определения горизонтального расстояния зоны поражения при аварии необходимо за начало отсчета принять внешние размеры трубопровода. Принимается условие горизонтального горения факела, так как это представляет одну из значимых опасностей. Вероятность реализации условно равна 0,67 [4].

При аварийной разгерметизации проектируемого наружного газопровода возгорание возможно в области, ограниченной нижним концентрационным пределом распространения

пламени (НКПР) природного газа. Определение горизонтальных расстояний зоны RНКПР ,

наличие источника зажигания, который может привести к воспламенению природного газа, производится согласно приказа МЧС РФ от 10.07.2009 N 404 (ред. от 14.12.2010). Об утверждении методики определения расчетных величин пожарного риска на производственных объектах (Зарегистрировано в Минюсте России 17.08.2009 N 14541).

Максимальный горизонтальный размер зоны действия поражающих факторов может быть определен по выражению:

где mГ – масса газа, поступившего в открытое пространство при аварийной ситуации, кг;г – плотность газа при расчетной температуре и атмосферном давлении, кг/м3 ; CНКПР –

нижний концентрационный предел распространения пламени природного газа, %.

Масса смеси газов, содержащегося в облаке топливно-воздушной смеси (далее ТВС), принята в качестве исходного параметра или определяться исходя из условий развития аварий. Если исходные данные отсутствуют, массу смеси газов рекомендуется определять согласно ПБ 09-540-03 «Общие правила взрывобезопасности для взрывопожароопасных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств», утвержденные Постановлением Госгортехнадзора России от 05.05.03 № 29 (прил. 1).

Необходимо определить значения волны давления при сгорании ТВС, при этом принимаются условия максимально возможной аварии – полный разрыв сечения наружного газопровода диаметром 57 × 4,0 мм и давлением 0,6 МПа.

Вещества, которые образуют горючие смеси с воздухом, классифицируются по величине собственной чувствительности к возбуждению взрывных процессов. Согласно классификационной таблицы, которая приведена в методике определения расчетных величин пожарного риска на производственных объектах, природный газ (метан) по степени взрывоопасности относится к 4 классу. Для определения интенсивности сгорания облака выделяют шесть основных режимов, которые зависят от скорости распространения фронта пламени, значение которого может быть определено по выражению:

где ki – константа, равная 43. По величине скорости распространения фронта пламени принят 5 класс (дефлаграция).

Для обеспечения безопасности при возможном возникновении аварии необходимо определить значения воздушных волн давления в зависимости от расстояния от центра облака, которые рассчитываются исходя из ожидаемого режима сгорания облака.

Соответствующее безразмерное расстояние от центра облака ТВС определяют по выражению:

E 3Po

где R – расстояние от центра облака, м; Ро – атмосферное давление, Па; Е – эффективный энергозапас смеси, Дж, который определяют по выражениям:

- 51 -

ISSN 2541-9110 Housing and utilities infrastructure. No. 3(18). 2021

где qг – средняя теплота сгорания смеси газов, Дж/кг; Сг – удельная концентрация горючего вещества в облаке ТВС, кг/м3. В случае если определение концентрации горючего вещества в смеси затруднено, в качестве величины Сг рекомендуется принять концентрацию, соответствующую нижнему концентрационному пределу воспламенения горючего газа. Сст – стехиометрическая концентрация вещества в смеси с воздухом, кг/м3, значение которой определено из справочных данных.

где С0 – скорость звука в воздухе, которая обычно принимается равной 340 м/с; – степень расширения продуктов сгорания, которая для газовой смеси равна 7.

Выражения (6) и (7) справедливы для значений Rx, больших величины Rк1 = 0,34, в противном случае вместо Rx в вышеуказанных формулах принимается величина Rк1.

Размерные величины избыточного давления и импульса фазы сжатия в волне давления могут быть определены по выражениям:

Для оценки последствий взрывов ТВС необходимо определить радиус зон поражения, который может быть определен по выражению согласно [5]:

где К – коэффициент, который зависит от уровня разрушений конструкций; W – тротиловый эквивалент взрыва, кг, значение которого может быть определено из выражения:

Значения максимального избыточного давления, импульса фазы сжатия воздушных волн давления и радиусов зон поражения при взрыве ТВС на газопроводе среднего давления представлены в таблице.

При истечении сжатых горючих газов из отверстия под давлением существует вероятность возникновения диффузного факела [6…7]. Длину факела LF при горении можно определить по выражению:

где К – эмпирический коэффициент, который равен 13,5 при истечении горючих газов; G – расход вещества, кг/с.

- 52 -

Зона контакта пламени определяется размерами факела. На рассматриваемом объекте эти величины составляют LF = 16,4 м и DF = 2,5 м. Для оценки пожарной опасности горящего факела на газопроводе допускается принимать, что внешняя граница области теплового воздействия с интенсивностью 10 кВт/м2 располагается на величину от LF до 1,5·LF от места возникновения факела. В результате данных допущений следует, что границы потенциально опасного теплового воздействия с интенсивностью 10 кВт/м2 проходят параллельно оси газопровода с каждой его стороны.

В ходе анализа реальных аварийных ситуаций выявлено, что на практике невозможно возникновение взрыва газовоздушной смеси в атмосферных условиях, и наиболее вероятно термическое поражение людей, находящихся на трассе непосредственно в месте выхода газа.

Авария при эксплуатации котельной может возникнуть в результате появления в помещении опасной концентрации природного газа из-за нарушения правил безопасности при работе с котлами, при неисправности в системах автоматического регулирования и блокировок, вентиляции, газоудаления и электропитания [8…9].

Рассмотрим сценарий максимальной гипотетической аварии при разрыве трубы газопровода диаметром 57 × 4 мм и давлением 0,6 МПа внутри котельной. Внутренние габариты помещения составляют 12,0 м × 9,0 м.

Необходимо определить избыточное давления при сгорании ТВС по выражению:

где Pmax – величина максимального давления, развиваемого при сгорании стехиометрической газовоздушной смеси в замкнутом пространстве, кПа; Po – величина начального давления, кПа; Z – коэффициент участия горючего при сгорании газовоздушной смеси;VСВ –

свободный объем помещения, м3 ; CСТ – свободная концентрация газа, %(об); KН – коэф-

фициент, учитывающий негерметичность помещения.

При сгорании газовоздушной смеси в помещении котельной возникает избыточное давление в размере 192 кПа, которое может привести к полному разрушению котельной (категория повреждения А).

Для профилактики возникновения аварийной ситуации в помещении котельной должна быть предусмотрена установка сигнализации. Чтобы уменьшить разрушительные

- 53 -

последствия аварии, при проектировании котельной мы предлагаем установку легкосбрасываемых конструкций площадью из расчета 0,03 м2 на 1 м3 объема помещения, которая обеспечивается одинарным остеклением оконных блоков [10]. При ликвидации аварийных ситуаций на системах газоснабжения также необходима слаженная работа аварийно-вос- становительных служб. Рациональная стратегия действий диспетчерского персонала позволяет распределять имеющиеся материально-технические ресурсы с учетом изменений ситуации во времени [9, 11]. Для уменьшения последствий аварийных ситуаций на газопроводе и на объектах газоснабжения в целом, необходимо предусматривать комплекс мероприятий, которые позволят увеличить безопасность сотрудников, а также не повлияет на работоспособность объекта газоснабжения в дальнейший период эксплуатации.

Заключение.

Для подтверждения нераспространения пожара на территории котельной рассмотрены расчетные сценарии проектного пожара и оценено его тепловое воздействие на окружающую среду.

Определено противопожарное расстояние для рассматриваемого объекта газоснабжения, безопасность сокращения до которого необходимо обосновать расчетным путем. В целях повышения работоспособности объекта газоснабжения были проведены расчеты по определению безопасного места строительства с допустимыми приближениями к существующим подземным и надземным сооружениям.

При внедрении результатов расчета полученные значения расстояний необходимо проверять на предмет соответствия требованиям по противопожарным расстояниям между рассматриваемым объектом и соседними существующими зданиями, сооружениями. Выполнение соответствующих расчетов в рабочих проектах позволит в большинстве случаях снизить ущерб, наносимый аварией имуществу, жизни и здоровью населения, окружающей среде, а также значительно уменьшит время на ликвидацию и локализацию последствий аварийной ситуации.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1.Солопова, В. А. Качественный анализ причин аварии на газовых котельных / В. А. Солопова, А. И. Грошева // MODERN SCIENCE, Научно-информационный издательский центр «Институт стратегических исследований». – 2020. – № 10-1. – С. 464-468.

2.Шмурыгина, А. В. Аварии на газопроводе в котельных: причины и мероприятия по их предотвращению / А. В. Шмурыгина, Н. Ф. Свинцова // Актуальные вопросы в науке

ипрактике: сборник статей по материалам XII международной научно-практической конференции, ООО «Дендра», Уфа. – Том. Часть 1(4). –2018. – С. 139-144.

3.Красных, Б. А. Анализ аварий и несчастных случаев на объектах газового надзора / Б. А. Красных, В. Ф. Мартынюк, Т. С. Сергиенко, А. А. Сорокин, А. А. Феоктистов, А. С. Нечаев. – М.: ООО «Анализ опасностей» и др. В надзаг. также: Госгортехнадзор России, Рос. гос. ун-т нефти и газа им. И. М. Губкина, 2003. – 320 с.

4.Щелчкова, А. И. Графический анализ пожаровзрывобезопасности промышленного предприятия, эксплуатирующего котельные установки / А. И. Щелчкова, Л. Ф. Хасанова, А. Р. Галеева, О. Г. Мартынова, Р. И. Ахметшин, С. Т. Рахманова, К. Ш. Ямалетдинова, З. А. Янгуразова // Электронный научный журнал Нефтегазовое дело. – Уфа. – 2020.

– № 3. – С. 92-108.

5.Бесчастнов, М. В. Промышленные взрывы. Оценка и предупреждение / М. В. Бесчастнов. – М.: Химия, 1991. – 432 с.

6.Пузач, С. В. Модифицированная зонная модель расчета термогазодинамики пожара в помещении, учитывающая форму конвективной колонки / С. В. Пузач, С. А. Колодяжный, Н. В. Колосова // Пожаровзрывобезопасность. – 2015. – № 12. – С. 33-39.

-54 -