Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ статистических данных по аварийности в системах газоснабжения 9
1.1. Статистический материал по аварийности 9
1.2. Потокоотказы по видам повреждений газопроводов 15
1.3. Характер и виды повреждений газопроводов. Выбор критерия оценки размера повреждения. Оценка величины повреждения по полученному критерию 25
1.4. Краткие выводы по главе 1 29
Глава 2. Методика проведения исследований 31
2.1. Выбор и анализ базовых расчетных формул, используемых для гидравлических расчетов при определении выбросов и утечек газа из газопроводов 31
2.2. Влияние гидравлических режимов в газопроводах на величину выброса и утечки газа при повреждениях газопроводов 40
2.3. Разработка физической модели выбросов и утечек газа в зависимости от различных условий и влияющих факторов 46
2.4. Краткие выводы по главе 2 51
Глава 3. Основа решения задач 52
3.1. Выбор объектов представителей для проведения исследований 52
3.2. Разработка алгоритмов решений задач по определению объемов выбросов и утечек газа из газопровода 56
3.4. Краткие выводы по главе 3 64
Глава 4. Исследования по определению давлений перед отверстиями повреждения газопроводов и величин выбросов и утечек газа 65
4.1. Для газопроводов высокого и среднего давлений 65
4.2. Для газопроводов низкого давления 80
4.3. Краткие выводы по главе 4 94
Глава 5. Исследования зависимости аварийной опасности эксплуатации систем газопроводов от материальных затрат 95
5.1. Влияние полноты использования перепадов давлений 95
5.2. Оценка выбора категорий давлений в газопроводах 108
5.3. Краткие выводы по главе 5 112
Глава 6. Анализ экспериментальных исследований по выбросам и утечкам газа из газопроводов высокого и среднего давлений 114
6.1. Краткие выводы по главе 6 130
Общие выводы 132
Список литературы 134
Приложения 145
- Характер и виды повреждений газопроводов. Выбор критерия оценки размера повреждения. Оценка величины повреждения по полученному критерию
- Влияние гидравлических режимов в газопроводах на величину выброса и утечки газа при повреждениях газопроводов
- Разработка алгоритмов решений задач по определению объемов выбросов и утечек газа из газопровода
- Анализ экспериментальных исследований по выбросам и утечкам газа из газопроводов высокого и среднего давлений
Введение к работе
Актуальность работы и пути решения проблемы.
Интенсивное развитие газовой отрасли промышленности относится к числу приоритетных направлений социальной политики России.
С каждым годом все очевиднее возрастающая роль транспортирования природного газа для развития промышленности и энергообеспечения России. Поэтому по мере изменения технических и экономических условий развития газового хозяйства требуется решение все более сложных задач по обеспечению надежности и безопасности единой системы газо- и энергоснабжения, начиная от места добычи топлива до его сжигания в энергогенерирующих установках потребителя. Главным требованием к газораспределительной системе является обеспечение надежности, безопасности и эффективности в экономическом и экологическом плане. В результате не будет создаваться угроза жизни и здоровью людей, а таюке окружающей природной среде. Это является одной из главных актуальных проблем современности.
Решению данной проблемы по существенно возможному снижению аварийности газопроводов посвящена данная работа, в которой проведены исследования всех условий и учтены все факторы, влияющие на создание опасности выбросов и утечек газа.
Главными факторами, влияющими на безопасность эксплуатации систем газоснабжения, являются выбросы и утечки из газопроводов. Несмотря на важность этой проблемы, вопросы оценки опасности утечек газа остаются мало изучены как для подземных, так и надземных газопроводов. Выбросы и утечки газа представляют серьезную опасность взрывов и загораний с последующим травмированием и гибелью людей, а также с разрушением зданий.
Анализ имеющихся статистических данных по газовому хозяйству России и, в частности, по Саратовской области за период с 1998 по 2006 гг.
показал, что из общего количества аварий на газопроводы (с арматурой) приходится 40-50% от общего количества аварий, связанных с распределением и использованием природного газа, из них на надземные газопроводы примерно 25%.
Данные поИвариям на объектах повышенной опасности, опубликованные в журнале «Безопасность труда в промышленности» с 2002 по 2006 гг., показывают, что аварии, связанные с транспортом и использованием газа, составляют около 30%, из них в системах газораспределительных организациях (ГРО) примерно 15%.
Последствия аварий в ГРО по сравнению с магистральными газопроводами более тяжелые и связаны, как правило, со значительными материальными и человеческими жертвами. Это объясняется тем, что газопроводы ГРО в большинстве случаев прокладываются внутри жилой застройки или промышленной зоны, вблизи транспортных магистралей и производственных объектов. Охранная зона для газопроводов ГРО намного меньше, чем для магистральных. Таким образом, надземные газопроводы в ГРО составляют значительную часть общей технической системы ГРО. Если рассматривать другие технические системы жизнеобеспечения населения (водоснабжение и водоотведение, теплоснабжение, электроснабжение, содержание жилых зданий и др.), то газовое хозяйство характеризуется несопоставимо большей опасностью, т.к. перебои в обеспечении людей услугами этих систем (включая ввод в эксплуатацию объектов) не приводят к гибели людей и разрушению домов.
Указанные причины свидетельствуют об актуальности и возможности поставленной проблемы и возможности существенного снижения аварийности по газопроводам ГРО.
Для выбора действенных мер предотвращения создания взрывопожароопасной ситуации при выбросах и утечках газа из поврежденных газопроводов необходимо, прежде всего, исследовать процессы возникновения этих ситуаций.
Решение этой поставленной актуальной задачи с проведением
исследований влияния всех условий и факторов на создание опасных выбросов
и утечек газа позволит определить как сам физический процесс этих явлений,
так и получить необходимые данные для практического применения в газовом
хозяйстве ГРО. —
Цели и задачи работы. Целью настоящей работы является:
- изучение процессов выбросов и утечек газа из поврежденных газопроводов и создания аварийных ситуаций на основе проведения аналитических и экспериментальных исследований, результаты которых могут использоваться для принятия инженерных решений по снижению аварийности газопроводов.
Задачи исследования. Для достижения поставленной цели были проведены:
Анализ статистических данных и имеющихся материалов по аварийности на газопроводах и сооружений на них.
Определение методики исследования.
Разработка физических моделей выбросов и утечек газа в зависимости от различных условий и влияющих факторов (модель размеров повреждений, модель гидравлических режимов и баланса объемов газа, поступающего к месту повреждения, и выброса его в атмосферу, модель влияния ветровых воздействий на геометрические объемы и пожароопасных зон загазованности).
Исследования по определению объемов выбросов и утечек газа, а также параметров опасных зон загазованности в зависимости от давления и диаметра газопровода, размера повреждения, удаленности места повреждения от начала газопровода, гидравлического режима в сети, ветровых воздействий.
Анализ материальных затрат и показателя опасности при использовании различных категорий давления в газопроводе.
Анализ влияния полноты использования располагаемых расчетных перепадов давлений на величину объемов выбросов и утечек газа.
7 Научная новизна диссертационной работы заключается в том, что разработаны научно обоснованные методы:
количественной оценки объемов выбросов и утечек газа из поврежденных газопроводов в зависимости от влияющих условий и факторов;
решения технико-экономической задачи влияния выбора категории давления в газопроводах на опасность их функционирования и на материальные затраты;
методы технико-экономической оценки полноты использования
располагаемых расчетных перепадов давлений.
Проведенные исследования будут являться основой для принятия широкого круга инженерных решений, направленных на уменьшение аварийной опасности выбросов и утечек газа из газопроводов, среди которых:
1)по корректировке принятых размеров охранных зон по трассе газопроводов;
определению безопасных расстояний расположения технических средств и персонала при ликвидации аварий;
по оценке качества проектной документации с введением обязательного контроля за максимальным использованием располагаемых расчетных перепадов давления при гидравлических расчетах газопроводов;
по решению проблемы использования давления 2,5 МПа в распределительных газопроводах ГРО;
по оценке безопасности и экономичности надземной прокладки стальных газопроводов по сравнению с подземной.
Достоверность диссертационной работы подтверждается применением основных фундаментальных законов механики жидкости и газа, диффузионных законов перемещения веществ в пространстве, подтвержденных статистической теорией и экспериментом, а так же использованием современных методов математического и экономико-математического моделирования и результатов экспериментальных работ.
Одновременно использованы методы исследований, позволяющие с разных сторон изучить одни и те же процессы и явления, положенные в основу предполагаемых решений.
Практическая значимость диссертационной работы определяется использованием основных результатоІГпроведенньїх исследований:
при анализе риска функционирования газопроводов;
для возможности количественного и качественного оперативного определения зоны опасной загазованности при повреждении газопровода;
для определения размера охранных зон по трассе газопровода.
На защиту выносится:
- метод количественной оценки объемов выбросов и утечек газа из
поврежденных газопроводов в зависимости от влияющих условий и факторов;
- метод решения технико-экономической задачи влияния выбора категории
давления в газопроводах на опасность их функционирования и на
материальные затраты;
методы технико-экономической оценки полноты использования располагаемых расчетных перепадов давлений.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались: на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Саратовского государственного технического университета (Саратов, 2002-2007); первой Всероссийской конференции молодых специалистов «Актуальные научно-технические проблемы совершенствования систем газораспределения и газопотребления» Гипрониигаз (Саратов, 2005); Всероссийской научно-технической конференции «Актуальные проблемы проектирования объектов АПК России» ФГУП «НИПИгипропромсельстрой» (Саратов, 2007).
Структура и объем диссертации. Диссертация включает введение, шесть глав, общие выводы, список литературы из 104 наименований, общий объем 160 страниц, включая 21 таблицу, 47 рисунков.
Характер и виды повреждений газопроводов. Выбор критерия оценки размера повреждения. Оценка величины повреждения по полученному критерию
Наиболее вероятные места утечкРГТаза из газопроводов и сооружений на газопроводах - в сварных соединениях труб, резьбовых соединениях (сгонах, которые представляют собой короткий патрубок с длинной и короткой резьбой на концах и контргайку), в сальниковых и фланцевых уплотнениях арматуры - показаны на рисунке 1.2. Коррозийные, сквозные повреждения наружных газопроводов бывают чрезвычайно редко (за период 2000-2002 гг. по газовому хозяйству Саратовской области не были обнаружены). Интенсивные выбросы газа в окружающее пространство могут образовываться в результате изгиба и растягивания труб, статических и динамических нагрузок (температурные и механические деформации). Для наибольших повреждений характерно осевое и угловое смещение концов труб при полном разрушении сварного соединения. Чаще всего это происходит при температурных деформациях (с учетом коэффициента линейного теплового расширения сокращение длины стальной трубы может достигать 1 - 3 см на 100 м) [5, 72 - 74]. При том же характере повреждения (частичного разрушения сварного соединения) длина раскрытия шва зависит от диаметра трубы.
В процессе эксплуатации задвижек и кранов могут быть такие неисправности, как отрыв фланца, трещины в корпусе задвижек (рисунке 1.2). Утечки газа, связанные с этими неисправностями, чрезвычайно опасны и могут вызвать серьезные аварии. Большинство утечек связано с тем, что сальник набит не специальной набивкой, а обыкновенной паклей, смазанной солидолом. Такая набивка недолговечна. Часто происходят утечки газа из-под прокладки через сальник.
Редко бывают трещины в корпусе арматуры, что было зафиксировано на практике в системе "Саратовоблгаз" за наблюдаемый период только 1 раз. Характерны утечки газа также через фланцевые соединения задвижек. Аварийных заявок на запах газа по газовому хозяйству Саратовской области поступает примерно от 3 до 5 тыс. в год. — Учитывая, что сквозные повреждения газопроводов и арматуры, разгерметизация уплотнений имеют самые разнообразные виды, был предложен критерий величины повреждения газопровода, который выражает в совокупности все виды повреждений газопровода как отношение геометрической площади повреждения к площади поперечного сечения трубы. Так же предложена и оценка размера повреждения (рисунок 1.3). Такой подход позволяет дать градацию величины повреждения: 1. Максимально возможное - полный разрыв сварного соединения, когда площадь отверстия повреждений равна площади поперечного сечения. 2. Большое повреждение - когда площадь отверстия составляет 0,75-0,5 площади поперечного сечения. 3. Среднее повреждение - когда площадь отверстия равна 0,5-0,125 площади поперечного сечения. Таким образом, величина принятого критерия уменьшается от 1 до 0 в зависимости от величины повреждения (рисунок 1.4). При максимально возможном повреждении полностью прекращается газоснабжение потребителей на участке после повреждения. При больших повреждениях практически также прекращается газоснабжение этих потребителей. При средних повреждениях ухудшается (в различной степени) режим газоснабжения потребителей. При малых повреждениях гидравлический режим в газовой сети не меняется. Следует отметить, что возникновение первых двух видов почти одновременно фиксируется потребителями. Исследования проводились для вышеуказанных видов повреждений. 1. проведен анализ статистических данных по аварийности в системах газ о снабжения. Исходя из анализа общей аварийности в газовом хозяйстве России и в частности по Саратовской области следует, что надземные газопроводы являются одним из основных объектов, создающих реальную опасность выбросов и утечек газа в атмосферу. 2. Составлена круговая диаграмма распределения аварий по основным объектам газового хозяйства в процентном соотношении от их общего числа. Самое большое количество аварий приходится на газопроводы - 36-48 %, на жилые дома - 55,7-41,6 %, котельные - 1,1-0,7 %, прочие - 1,5%. В таблицах 1.1-1.3 приведены данные по причинам аварий. Как следует из приведенных данных, основными причинами возникновения аварий являются механические повреждения. З.По результатам расчетов потоотказов по видам повреждений сделан вывод, что надежность надземных газопроводов в 1.7 раза выше, чем подземных. 4. Разработана модель видов повреждений и предложен критерий величины повреждения газопровода, который выражает в совокупности все виды повреждений газопровода как отношение геометрической площади повреждения к площади поперечного сечения трубы. Также предложена оценка размера повреждения.
Такой подход позволяет сделать следующие выводы: при максимально возможных и больших повреждениях полностью прекращается газоснабжение потребителям. При средних повреждениях режим газоснабжения ухудшается, при малых - режим газовой сети не меняется.
Влияние гидравлических режимов в газопроводах на величину выброса и утечки газа при повреждениях газопроводов
Интересно отметить, что потери газа в объеме 240 м /ч (или примерно 1,5 млн м /год) в 2 раза превышают годовое газопотребление 100 жилых домов в сельском населенном пункте. Анализ этих формул показывает, что использование формулы (2.30) дает нам при истечении из сквозных отверстий площадью 1 см - 83 м /ч - сильно заниженное значение. Данные, полученные при расчете по формуле (2.31) -270 м /ч на 13% выше, чем при расчете по формуле (2.32) - 240 м /ч. Здесь следует учесть, что в формуле (2.31) не учитывается коэффициент расхода а при истечении газа из отверстия (как бы предполагается, что случайное отверстие является идеальным соплом с а=1). Если ввести в формулу (2.30) очный коэффициент 2,9, а в формулу (2.31) - 0,9, то все предлагаемые формулы можно использовать в дальнейших расчетах. Кроме этого формула (2.32) имеет очень простой вид и может легко применяться при оперативных расчетах в полевых условиях.
Объемы выбросов и утечек газа из поврежденных надземных газопроводов представляют разнообразную картину и зависят от совокупности ряда следующих факторов: 1) площади отверстия повреждения; 2) диаметра газопровода (или диаметров его участков); 3) длины газопровода (или длин его участков); 4) гидравлического режима в газопроводе на момент возникновения повреждения (максимальное газопотребление, отсутствие газопотребления, в зимний, переходной или летний периоды); 5) удаленности места повреждения от начала газопровода; 6) давления в газопроводе; 7) характера отбора газа потребителями (транзитные и путевые расходы газа). Повреждения надземных газопроводов имеют внезапный характер и происходят в основном от воздействий транспортных средств и стихийных природных явлений (сильные обледенения и ветровые воздействия, падения деревьев, паводки, оползни и др.). Сквозные коррозионные повреждения бывают чрезвычайно редко и в данном случае не учитываются. Повреждения, как правило, сосредоточены в одном месте (реже в двух) и представляют собой в основном разрушенные сварные соединения газопроводов. В последнее время участились хищения, когда от действующего газопровода (чаще всего низкого давления) отрезают участки значительной протяженности. Во всех этих случаях истечение газа в атмосферу происходит в основном из полностью открытого поперечного сечения газопровода и является максимально возможным объемом выброса газа (критерия оценки размера повреждения газопровода). На первом этапе решения задачи определения объемов выбросов газа из поврежденных надземных газопроводов высокого, среднего и низкого давлений рассматривается идеализированная модель газопровода, имеющего одинаковый диаметр (d) и одинаковый расход газа (О) (рисунок 2.5).
Принимаются 4 ступени давления в газопроводе в соответствии [74;:—— высокого давления - 1,2 МПа, высокого давления - 0,6 МПа, среднего давления - 0,3 МПа, низкого давления - 0,003 МПа (3,0 кПа, или 300 мм.вод.ст). На моделях показаны пьезометрические графики: для высокого (среднего) и низкого давлений при безаварийном режиме и при отсутствии газопотребления. Для высокого и среднего давлений график имеет линейную зависимость одинаковых значений квадратов абсолютных давлений {Р2а6с), абсолютных давлений (Ра6с), то есть PLc=-PLo Ршс ава- При расчетном газопотреблении расхода газа (Ор) пьезометрический график имеет линейную наклонную зависимость для квадратичных абсолютных давлений (р1бс)- При аварийном режиме пьезометрический график имеет более наклонную зависимость для квадратичных абсолютных давлений {Р2аСс). При повреждениях зависимость распределяется от Р . до Р;абс (где Рх -квадратичное абсолютное давление в газопроводе в месте его повреждения). При максимально возможных повреждениях газопроводов газ к участку газопровода от места повреждения до конца не поступает. При больших, средних и малых повреждениях газ от места повреждения газопровода будет поступать в зависимости от размера повреждения (критерия оценки размера повреждения газопровода). В этом случае график распределения квадратов абсолютных давлений в газопроводе от Р\мбс до Рх,аоС будет иметь линейную зависимость с различным наклоном при отсутствии и при наличии газопотребления. . Также на графике имеются величины: расход газа по газопроводу от его начала до места повреждения (Ох), объем выброса и утечки газа (Vx), расчетная длина газопровода (Lp) и длина участка газопровода от начала до места повреждения (1Х). Показаны пьезометрические графики: для низкого давления при безаварийном режиме и при отсутствии газопотребления (рисунок 2.6). График имеет линейную зависимость избыточных давлений (Ризб), то есть Р\изб - рішб При расчетном газопотреблении расхода газа (Ор) пьезометрический график имеет также линейную зависимость для избыточных давлений (Ршб). При аварийном режиме пьезометрический график имеет более наклонную зависимость для избыточных давлений (Р ). При повреждениях зависимость распределяется от РХизб до Рхизб (где Рх -избыточное давление в газопроводе в месте его повреждения). При максимально возможных повреждениях газопроводов газ к участку газопровода от места повреждения до конца не поступает. При больших, средних и малых повреждениях газ от места повреждения газопровода будет поступать в зависимости от размера повреждения (критерия оценки размера повреждения газопровода). В этом случае график распределения избыточных давлений в газопроводе от РХтб до Рхизб будет иметь линейную зависимость с различным наклоном при отсутствии и при наличии газопотребления.
Разработка алгоритмов решений задач по определению объемов выбросов и утечек газа из газопровода
Рассматриваются наземные или надземные наружные газопроводы, газ из сквозньпгттовреждений которых истекает в атмосферу воздуха. Наиболее опасными являются большие повреждения на действующих газопроводах, сопровождающиеся большими выбросами газа. Максимально возможный размер большого повреждения газопровода представляет собой полностью открытое поперечное сечение трубы. Такое повреждение может быть, когда полностью разрушен сварной стык и трубы раздвинулись по оси на расстояние 0,25-d и больше или оси трубы в месте разрыва смещаются относительно друг друга, оставляя свободный выход газа через все поперечное сечение.
При указанном виде большого повреждения существенно меняется установившийся гидравлический режим, давление газа на выходе из трубы резко падает и составляет очень небольшую величину. Этот вид повреждения практически встречается сравнительно редко, в основном в результате разрыва газопровода строительными машинами. Наиболее распространенным видом больших повреждений является разрыв сварных стыков с расхождением их кромок под значительным углом. При этом площадь отверстия повреждений может составить Vi„ 1Л, Ys поперечного сечения трубы (при площади отверстия, равной ХА поперечного сечения трубы, угол расхождения кромок составит 8). При одинаковой площади отверстия истечения и одинаковом исходном давлении в газопроводе объем выброса газа зависит от места нахождения повреждения, то есть его удаленности от начала газопровода. При возникновении средних повреждений газопроводов гидравлический режим меняется незначительно. При небольших повреждениях гидравлический режим практически не меняется. Принимаются 4 ступени давления в газопроводе в соответствии с [74]: высокого давления -1,2 МПа, высокого давления - 0,6 МПа, среднего давления - 0,3 МПа, низкого давления - 3 кПа (300 да Па, или 300 мм.в.ст.). При решении задачи определения объемов выбросов (утечек) газа при повреждениях газопроводов использовались базовые формулы (3.1), (3.2), (3.3), (3.4). При гидравлическом расчете газопроводов высокого и среднего давлений на стадии проектирования принята следующая формула [74]: где Р,2 и Р; - абсолютные давления газа, МПа, в начале и в конце газопровода; d - внутренний диаметр газопровода, см; О - расход газа, м /ч, при температуре 0 С и давлении 0,10132 МПа (760 мм.рт.ст.); / - расчетная длина газопровода постоянного диаметра, км; п - эквивалентная абсолютная шероховатость внутренней поверхности стенки трубы, см (для стальных труб - 0,01; для полиэтиленовых труб - 0,002); v - коэффициент кинематической вязкости газа, м /с, при температуре 0 С и давлении 0,10132 МПа (для метана v = 1,51-10" м /с); р - плотность газа, кг/м , при температуре 0 С и давлении 0,10132 МПа (для природного газа принята равной-0,79 кг/м3). При гидравлическом расчете газопроводов низкого давления на стадии проектирования используется формула [74]: где і 2 - абсолютные давления газа, Па, в начале и конце газопровода; d, О, /, n,v,p — обозначения те же, что и в формуле (3.1). Определение выбросов газа из отверстий повреждения газопроводов приводится ниже по формулам для высокого (среднего) и низкого давлений. Для высокого (среднего) давления в пределах от 1,2 до 0,005 МПа предлагается использовать рассмотренные формулы с учетом соответствующих коэффициентов и формулу Л.М. Фастова основанную на законах неразрывности струи и сохранении массы: где 1090 - числовой коэффициент приведения измеряемых величин (м и см , ч и с, КПа и кг/см ), а также учитывающий скорость распространения звука в неподвижной среде 331 м/с и безразмерный коэффициент неравномерности распределения скоростей газа по сечению отверстия, равный 0,8;/- площадь сквозного отверстия повреждения газопровода, см2; Рв - абсолютное давление внутри газопровода перед отверстием повреждения, МПа. Для газопроводов низкого давления (0,005 МПа и меньше) определение выбросов газа из отверстий повреждения в них можно определить по формуле, приведенной в [74], для определения расхода газа через сопло горелок. Замена коэффициента расхода для сопла на коэффициент расхода для отверстия повреждения дает возможность использовать эту формулу в дальнейших расчетах: где / - площадь отверстия повреждения, см ; Рв - избыточное давление внутри газопровода перед отверстием повреждения, Па. Поставленная задача может быть решена с помощью закона сохранения масс (объемов) газа, поступающего к месту его выброса из газопровода (0ф) и в атмосферу через отверстие повреждения (V). Уравнение баланса выражений Оф и V позволяет определить величины V и Рв в зависимости от других задаваемых постоянных величин. Для газопроводов высокого и среднего давлений решение уравнения баланса из условий 9ф = V заключается в совместном решении выражений (3.1) и (3.3):
Анализ экспериментальных исследований по выбросам и утечкам газа из газопроводов высокого и среднего давлений
Выбросы и утечки газа представляют опасностьнпрежде всего за счет величины объема газа или, вернее, создаваемой газовоздушной смеси. Наиболее явно это происходит при повреждениях надземных газопроводов, где выбросы газа происходят непосредственно в атмосферу окружающего воздуха и в отличие от подземных газопроводов здесь отсутствует фильтрация газа через грунт и растекание его под грунтовым покрытием. Весь объем выброса газовоздушной смеси (ГВС) можно разделить на три зоны (рис. 6.1): наружная, промежуточная и внутренняя. В наружной зоне концентрация газа в воздухе находится в пределах от 0 до 5% (нижний концентрационный предел воспламеняемости ГВС); в промежуточной зоне концентрация газа в воздухе составляет 5-15% (верхний концентрационный предел воспламеняемости ГВС); во внутренней зоне находится невоспламеняемая ГВС с концентрацией газа в воздухе от 15 до 100% (эта зона составляет большую часть объема ГВС). При наличии инициирующих источников воспламенения выбросов газа будут начинаться на поверхности ГВС с нижним пределом концентрации газа в воздухе, равным 5%. Далее поверхность воспламенения почти мгновенно сместится внутрь объема ГВС в зону концентрации газа в воздухе от 5 до 15% и стабилизируется на поверхности в пределах этих концентраций. При этом первоначальные размеры факела уменьшатся незначительно, примерно на 5%, что хорошо фиксируется визуально при фотографировании и киносъемке. Указанное позволяет принять границы опасности выбросов газа при концентрации его в воздухе 5%.
Органолептическое ощущение запаха за счет одоризации газа должно быть не выше 1% содержания газа в воздухе. I. Без ветрового воздействия II. При ветровом воздействии горения в окружающее пространство и частичного отвода тепла конвекцией от слоев горения к не прореагировавшей смеси. Идеализированная геометрическая модель выброса газа рисунок 6.1, достаточно хорошо совпадает с фотографиями, изображенными на рисунке 6.2, сделанными в реальных полевых условиях. Приведенные фотографии отобраны из большого количества сделанных снимков по объектам исследований. При отсутствии ветрового воздействия выброс газа имеет прямую лепестковую симметричную вытянутую форму, а при ветровом воздействии -искривленную несимметричную укороченную наклонную или горизонтальную форму. При повреждении подземных газопроводов газ перед выходом на поверхность сначала распространяется через грунт. Границы выхода его на поверхность грунта зависят от газопроницаемости грунта, глубины прокладки газопровода, плотности наружного покрытия грунта и других условий [3]. Фотография выброса газа из подземного газопровода показана на рисунке 6.3. Оценку изменения геометрических параметров факела возгорания выброса газа при ветровом воздействии можно произвести по данным [81, 82, 83]. Пример такого случая показан на рисунках 6.3, 6.4. Оценку границ опасной зоны воздействия выброса газа в атмосферу воздуха можно сделать по геометрическим параметрам факела возгорания газовоздушной смеси (ГВС). С этой целью были использованы материалы проведенных экспериментальных исследований в полевых условиях на 3 объектах: А - в окрестностях г. Арзамаса на свободной территории в районе пос. Волчиха на газопроводе среднего давления DN150, протяженностью 60 м, расположенного в 110 м от ГРС, для трех видов повреждений с отношением площади концентрических отверстий в заглушках к площади поперечного сечения трубы (foTB frp), равных 1 (открытый конец трубы), 05, 025. Эти значения соответствуют максимально возможным, большим и средним повреждениям [84]. Давление, установленное в начальной точке газопровода, составляет 0,ЗМПа. Б - в г. Саратове на испытательном полигоне специального проектно конструкторского бюро научно-производственного объединения «Саюзгазавтоматика» концерна
«Газпром» на двух газопроводах DN75 и DN100, протяженностью 100 м каждый, подключенными к подземному хранилищу газа. Давления, установленные в начальной точке газопровода: 2,5; 1,75; 1,70; 1,51 и 1,20 МПа соответственно. Исследования проводились для газопроводов с открытыми концами и с заглушками с концентрическими отверстиями 15 мм для трубы DN75 и 20 мм для трубы DN100, что дает одинаковое значение/о1Ъ/ р=0,04, характерное для небольших повреждений. Выбор газопроводов с внутренними диаметрами 75 и 100 мм соответствует снижению затрат на строительство газопроводов в 1,32 раза (расчетное значение в технико-экономическом обосновании целесообразности использования повышенных давлений 1,37) при давлении 2,5 МПа по сравнению с 1,2 МПа [27]. В - в Энгельсском районе Саратовской области на газопроводе высокого давления DN300 протяженностью 23 км, находящимся под давлением 4,0 МПа.
Присоединяемый экспериментальный газопровод DN 300 имел длину 108 м, подача газа в него из подводящего газопровода производилась через шаровой кран с гидроприводом [28]. Давления в начале экспериментального газопровода после крана устанавливались равными 2,5 и 1,2 МПа. На конце экспериментального газопровода устанавливались заглушки с концентрическими отверстиями 260 и 210 мм, что соответствовало значениям f df- , равным 0,75 и 0,5, характерным для очень больших и больших повреждений. Экономия материальных затрат от повышения установленного в настоящее время максимальной величины давления в газопроводах высокого давления от 1,2 до 2,5 МПа за счет уменьшения диаметров составляет 37%. Эта пропорция примерно соблюдается за счет замены диаметров газопроводов со 100 на 75 мм. На всех объектах экспериментальные газопроводы были проложены в полевых условиях подземно в суглинистых грунтах средней плотности и влажности. Исследования проводились в летнее время.
