Содержание к диссертации
Введение.
Глава 1. Анализ причин и последствий возникновения и развития аварийных ситуаций при
транспортировке СУГов. 6
Обзор типичных аварийных ситуаций 6
Теория атмосферной турбулентности. 11
1.2.1. УравЕїеиия баланса кинетической э нерпі и турбулентности и дисперсии температуры. 11
1.2.3. Теория Монина - Обухова для приземного слоя. 16
1.3. Современное состояние теорий, описывающих распространение вредных веществ, попал в юши х в
атмосферу в условиях аварийных разгерметизации. Нормативные методики. IS
L3 J, Модель диффузии примесей в атмосфере. 19
Граничные условия. 21
Коэффициенты уравнения атмосферной диффузии. 22 1.3-4. Обзор решений уравнения (1.9). Нормативные методики. 24
1.4. Постановка задачи исследования, ' 29
Глава 2.Теоретическое исследование процесса истечения СУГов из аварийных отверстий характерных
размеров. 31
2.1. Моделирование закономерностей формирования профиля давлений по длине продуктопровода при
перекачке СУГов.. 31
2.4. Полная схема расчета развития аварийной ситуации. 42
Глава 3- Математическое моделирование распространения ПВО в атмосфере. 42
Выбор и формулировка исходной системы уравнений, 42
Выбор приемов решения выбранного математического описания. 44 3.2Л. Обзор существующих методов решения. 44
Расчетная схема. 45
3.3Л, Матричная запись исходной системы уравнений. 45
3.3.2- Схема расчета. 47
3.3.3. Аппроксимация пространственных производных, 51
Коэффициенты турбулентной диффузии. 56
Описание численного решения математической модели. 58
Граничные и начальные условия. 58
Ко н еч нора з постный аналог математической модели изменения скорости ветра по высоте. 66
Конечноразностнын аналог математической модели гидродинамического потока тяжелого газа-72
3.6. Проверка адекватности математической модели. 78
Глава 4. Практическое применение разработанного математического описания для моделирования
опасных ситуаций, 85
4.1. Утечка ШФЛУ через свищ диаметром 5 мм. 85
Расчет размеров и интенсивности испарения. 85
Расчет пространственно-временного распределения концентрации взрывоопасного паровоздушного облака. 86
4.2. Утечка ШФЛУ через свищ диаметром 50 мм, 90
4«2.1* Расчет размеров и интенсивности испарения. 90
4,2.2. Расчет пространственно-временного распределения концентрации взрывоопасного
паровоздушного облака. 91
4.3. Утечка ШФЛУ через свиш диаметром 100 мм. 95
4.3.1. Расчет размеров и интенсивности испарения, 95
Выводы. 96
Исследование температурной стратификации атмосферы на характеристики турбулентности, 98
Заключение. ЮЗ
Литература. Юб
Введение к работе
Любое предприятие химической промышленности в той или иной мере представляет потенциальную опасность для экологии и населения. Особую опасность представляют предприятия, осуществляющие переработку, хранение и транспортировку нефтехимических продуктов, обладающих взрывоопасными и/или токсическими характеристиками. Особое место в списке потенциально опасных веществ занимают вещества с низкими температурами кипения- К ним относятся сжиженные углеводородные газы (этан, пропан, бутан), хлор и его соединения, оксид этилена и многие другие вещества. Процессы переработки этих веществ, а также их хранение и транспортировка проводятся под давлением (0,6-=-10 МПа) и, как правило, в жидком состоянии-В основном транспортировка сжиженных газов на большие расстояния осуществляется по подземным магистральным трубопроводам, и, в случае повреждения трубопровода, возникает аварийная ситуация, отличная от аварий при разрушении оборудования на технологических установках. Во время таких аварий возникает опасность выброса большого количества сжиженного газа в окружающую среду. Основной причиной этого является большая протяженность магистралей, вследствие чего, бывает очень трудно обнаружить утечку опасного вещества. При этом утечка может происходить в опасной близости от населенных пунктов, авто-, железнодорожных магистралей, сель-хоз. угодий и т.д.
Как правило, транспортируемые вещества в трубопроводах это вещества, у которых критическая температура выше, а точка кипения ниже температуры окружающей среды. Для сжижения этих веществ их достаточно только сжать. Они отличаются способностью к "мгновенному испарению", т.е. при разгерметизации содержащего данное вещество оборудования часть жидкости
мгновенно испаряется, а оставшаяся охлаждается до точки кипения при атмосферном давлении.
Основной опасностью при выбросе сжиженных углеводородных газов в окружающую среду является образование взрывоопасного и токсичного паровоздушного облака. Паровоздушное облако - это одна из наиболее серьезных опасностей химических производств- Они образуются главным образом при мгновенном разрушении резервуаров хранения или при испарении разлитии криогенных жидкостей. Паровоздушное облако может образоваться двумя различными путями. В первом случае облако возникает при достаточно длительном истечении, когда вещество выбрасывается непрерывно в течение определенного промежутка времени, часа или более. Во втором случае облако образуется в результате почти мгновенного выброса при полном разрешении сосуда, содержащего вещество, которое способно мгновенно испаряться.
Образование паровоздушного облака может привести к появлению трех типов опасностей: крупному пожару, взрыву парового облака, токсическому воздействию, а в некоторых случаях, например при выбросе аммиака, возникает опасность и воспламенения и токсического воздействия.
Для оценки последствий вероятных техногенных аварий на опасных производственных объектах с целью принятия компенсационных мер (выбора площадки застройки и т. д.), оценки риска от эксплуатации опасных производственных объектов, например, при разработке декларации промышленной безопасности согласно федеральному закону ФЗ 116 [1], необходима количественная оценка распространения паровоздушных облаков в пространстве. Декларация промышленной безопасности уточняется или разрабатывается в случае изменения сведений, содержащихся в декларации промышленной безопасности, или в случае изменения требований промышленной безопасности [2],
Приемов для полноценной количественной оценки риска от эксплуатации магистральных продуктопроводов недостаточно. Наиболее применяемые на сегодняшний день методики расчетов истечения и распространения СУГов в атмосфере дают противоречивые результаты, Это обусловлено тем, что процессы истечения СУГов из емкостей и трубопроводов, а также их рассеивания в нижних слоях атмосферы протекают в условиях, которые сильно зависят от множества природных факторов. Например, образование и рассеивание ПВО в атмосфере зависит от температуры окружающей среды, которая изменяется в пределах от-30С до +30С, от скорости ветра, от степени турбулизованности атмосферы и т.д. Для учета влияния всех этих факторов необходимо решать точные уравнения гидродинамики, записанные в дифференциальной форме. Существующие методики, как правило, основаны на определенных допущениях, которые игнорируют влияние тех или иных факторов,
В свете вышесказанного, разработка методики расчета для точной количественной оценки последствий аварий является очень актуальной.
