Введение к работе
Актуальность проблемы
Химические предприятия и объекты с оборотом опасных химических веществ, таких как аммиак, этилен, сероводород и др., в случае их аварийного высвобождения, представляют значительную угрозу, как для гражданского населения, так и для работников самого предприятия. Поэтому принятие мер по снижению таких рисков, а также по минимизации последствий аварий, являются важнейшими задачами. Для решения важнейшей задачи пожарной и промышленной безопасности объектов химической промышленности - уменьшение людских и материальных потерь, необходимо заранее знать возможное развитие чрезвычайной ситуации. Для этого разработаны методики расчета распространения примесей в приземном слое атмосферы. Однако существующие инженерные методики не могут в достаточной мере учитывать такие важные факторы как рельеф и шероховатость местности, наличие застройки, состояние атмосферы. Применение математического моделирования позволяет спрогнозировать распространение примесей в атмосфере с учетом реальных условий местности и метеорологических параметров на конкретном объекте.
Все газы в зависимости от их плотности относительно воздуха принято делить на тяжелые, нейтральные и легкие. По тяжелым газам в последние годы было проведено немало исследований. Проводилось большое количество полевых испытаний (например, «Остров Торни», «Мэплинские отмели», «Бурро»), разработаны математические модели и инженерные методики (Токси-2, Токси-3) поведения тяжелого газа. Однако по легким (например, аммиак, фтороводо-род) и нейтральным (этан, этилен, моноксид углерода) газам, которые могут представлять не меньшую опасность, в плане возникновения опасных приземных концентраций, количество работ значительно меньше. Также мало исследовано поведение нагретых тяжелых газов. Поэтому создание новой методики, которая учитывала бы все факторы, влияющие на распространение примеси в атмосфере, является актуальной задачей.
В руководстве диссертационной работой принимал участие к т и , доцент Гасилов В.С
Цель работы
Целью диссертационной работы являлась разработка методики прогнозирования распространения облаков легких и нейтральных газов в случае их аварийного высвобождения на предприятиях и объектах с оборотом опасных химических веществ, с учетом рельефа местности, застройки, скорости ветра, состояния атмосферы, а также исследование общих закономерностей поведения легких и нейтральных газов.
Для достижения цели работы необходимо решить следующие задачи:
Разработать математическую модель распространения легких и нейтральных примесей с учетом рельефа местности, застройки, скорости ветра и состояния атмосферы.
Обосновать применение разработанной модели, верифицировав её по опубликованным результатам полевых испытаний.
Провести численные опыты по распространению легких и нейтральных газов с различным рельефом, скоростью ветра и состоянием атмосферы, наличием и отсутствием застройки.
Метод решения
Методом решения поставленных задач явилось математическое моделирование с численной реализацией моделей на ЭВМ при помощи расчетного комплекса FLUENT.
Достоверность и обоснованность полученных результатов, выводов и рекомендаций обусловлена использованием современных методов и средств математического моделирования, основанных на фундаментальных уравнениях сохранения и переноса, а также удовлетворительным согласованием результатов расчета с опубликованными данными натурных экспериментов. Научная новизна
1. Построена математическая модель для описания процессов распространения облаков легких и нейтральных газов с учетом физических свойств веществ, фазового перехода при вскипании сжиженных газов, рельефа местности, застройки, а также теплообмена с подстилающей поверхностью.
Разработана и верифицирована методика расчета распространения облаков опасных химических веществ при залповых и продолжительных аварийных выбросах при авариях на химических предприятиях.
Впервые установлено влияние и оценена степень влияния таких факторов, как скорость ветра, температура вещества, устойчивость атмосферы и рельеф подстилающей поверхности на распространение легких и нейтральных газов. В частности установлено, что для аммиака опасная скорость ветра составляет 5 м/с и выше, а не 1 м/с.
Впервые численно исследовано поведение облаков нагретых тяжелых газов. Установлено, что несмотря на то, что в нагретом состоянии их плотность примерно равна плотности воздуха, облака обладают положительной плавучестью, которая позволяет им распространяться на значительные расстояния от источника, что может повлечь за собой образование опасно высоких концентраций в отдалении от источника.
Практическая значимость
Предлагаемая методика может применяться для расчета зон токсического поражения, как для действующих химических предприятий и объектов с оборотом опасных химических веществ, так и при проектировании новых, при разработке следующих документов: планов локализации и ликвидации аварийных ситуаций, деклараций промышленной безопасности, паспортов безопасности, при разработке мероприятий по защите персонала предприятия и населения.
Результаты работы использовались при разработке планов локализации и ликвидации аварийных ситуаций, а также паспортов безопасности для ОАО «Казаньоргсинтез», ОАО «Нижиекамскнефтехим», ОАО «Нижнекамский НПЗ», парка хранения аммиака ОАО «Менделеевсказот».
Апробация работы и публикации
Результаты исследований докладывались:
- на Межвузовской научно-практической конференции студентов и аспирантов «Актуальные проблемы образования, науки и производства» (г. Нижнекамск, 13-14 апреля 2006 г.);
на XIX Международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях» - MMTT-I9 (г. Воронеж, 30 мая -2 июня 2006 г.);
на XX Международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях» - ММТТ-20 (г. Ярославль, 29 мая -1 июня 2007 г.);
на Международной научной конференции «Теоретические основы создания, оптимизации и управления энерго- и ресурсосберегающими процессами и оборудованием» (г. Иваново, 3-5 октября 2007 г.).
По теме диссертации опубликовано 8 работ, в том числе 4 статьях, из которых 3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК Минобрнауки России.
Структура и объем работы
