Меню

Аварии на газопроводе высокого давления

Оценка аварийных ситуаций на газопроводе

Возникновение аварийных разрывов на газопроводах, а также на подключенных к ним сосудах и аппаратах связано с физическими эффектами двух видов:

  • внутренними — нестационарными газодинамическими процессами в самих трубопроводах или сосудах, определяющими динамику выброса природного газа в атмосферу;
  • внешними — определяющими воздействие процесса разрушения участка трубопровода или сосуда высокого давления на окружающую среду. Внешние эффекты сопровождаются:
  • образованием волн сжатия за счет расширения в атмосфере природного газа, выброшенного под давлением из разрушенного участка трубопровода (сосуда), а также волн сжатия, образующихся при воспламенении подводящих и отводящих газопроводов и расширении продуктов его сгорания;
  • образованием и разлетом осколков (фрагментов) разрушенного участка трубопровода (сосуда, аппарата);
  • термическим воздействием пожара на окружающую среду.

В результате реализации опасности на промышленном объекте образуются поражающие факторы (ПФ) для населения, персонала, окружающей среды и самого объекта. Анализ последствий реальных аварий в промышленности позволяет определить наиболее характерные поражающие факторы.

К ним относятся:

  • воздушная ударная волна взрывов облаков топливовоздушных смесей (ТВС);
  • тепловое излучение факельного горения струи;
  • фрагменты, образующиеся при разрушении зданий, сооружений, технологического оборудования;
  • осколки остекления.

Началом аварии является разгерметизация одного из аппаратов или участкам трубопровода, входящих в состав технологического блока. Основными наиболее опасными элементами проектируемого объекта, являются технологические газопроводы и технологическое оборудование с природным газом. Технологический процесс ведётся под избыточным давлением до 0,6 МПа.

Наиболее опасными возможными авариями на данном объекте являются:

  • аварии с «разрывом газопровода на «полное сечение» и независимое аварийное истечение газа из двух концов трубопровода (вверх и вниз по потоку);

При аварийной разгерметизации системы происходит:

  • высвобождение энергии адиабатического расширения газовой фазы;
  • выброс в атмосферу природного газа, образование облака топливовоздушной смеси.

Авария после разгерметизации системы может развиваться по моделям взрывного превращения облака топливо — воздушной смеси (ТВС), сгорания облака ТВС (пожар), факельного горения струи или пожара колонного типа в котловане.
По данным журнала «Безопасность труда в промышленности» анализ статистических данных аварийности и травматизма за последние 10 лет показывает, что за это время зарегистрировано более 370 аварий, более 26% случаев травматизма со смертельным исходом.

Причины аварий следующие:

  • механические повреждения наружных газопроводов при производстве земляных работ 99 (26 %);
  • повреждения подземных газопроводов, вызванные потерей прочности сварных стыков (разрывы) из-за брака, допущенного при строительстве — 25 (7 %);
  • коррозионное повреждения подземных газопроводов — 19 (5 %);
  • повреждения надземных газопроводов транспортными средствами и в результате природных явлений — 40 (11 %);
  • прочие — 31 (8 %).

К основным причинам, приводящим к отказу оборудования, относятся:

  • прекращение подачи энергоресурсов;
  • физический износ, коррозия и эрозия, механические повреждения, температурная деформация оборудования и трубопроводов;
  • опасности, связанные с типовыми процессами;
  • причины, связанные с ошибками персонала;
  • причины, связанные с внешними воздействиями природного и техногенного характера.

Дальнейший анализ условий возникновения и развития аварий и их последствий на данном объекте проводится применительно к блокам, на которые условно разбит технологический процесс. Разгерметизация одного из блоков является основной опасностью на данном объекте, а сам факт разгерметизации с выбросом взрывопожароопасных продуктов в атмосферу является аварией. «Первичная» разгерметизация, как правило, происходит на одном участке трубопровода, в одном блоке.

Под разгерметизацией подразумевается любая ее степень: частичная, например: фланцевого разъема, разрыв трубопровода небольшого диаметра или с небольшой площадью отверстия, или полная — с разрушением одного или нескольких аппаратов, находящихся в блоке или разрыв трубопроводов большого диаметра.

Читайте также:  Атмосферное давление физика билеты

В зависимости от степени разгерметизации происходит или длительный выброс газообразной среды (при небольших размерах площади отверстия) или, при существенном нарушении целостности (разрушении) аппарата или трубопровода, в окружающую среду выбрасываются значительные объемы топливо-воздушной смеси (ТВС).

На объекте можно выделить следующие типовые сценарии наиболее опасных и вероятных аварии:

  1. Сценарий С1 – полная разгерметизация(разрушение) на участке подземного газопровода высокого давления II категории в месте врезки.
  2. Сценарий С2 – полная разгерметизация (разрушение) на участке подземного газопровода высокого давления II категории перед крановым узлом.

Если в момент разгерметизации появился источник воспламенения (огневые и ремонтные работы, искры электроустановок, искры, образующиеся при соударении друг с другом фрагментов трубы, либо при ударах о трубу «выдуваемых» высокоскоростными струями каменистых включений грунта), то произойдет взрыв, сгорание облака ТВС.

В соответствии с имеющимися статистическими данными, при разрушении подземных газопроводов, выброс газа в атмосферу может, сопровождается воспламенением. Источником зажигания служат фрикционные искры, образующиеся при динамическом воздействии высокоскоростной струи газа на грунт и связанное с этим воздушно-эрозионное разрушение траншеи с вовлечением каменистых включений в поток газа.

В зависимости от диаметра газопровода и рабочего давления (энергетического потенциала), условий прокладки газопровода в грунтах, характеристик грунтов и ряда других факторов горение газа при авариях может протекать в двух основных сценариях:

  • горение интегрального (из двух концов разрушенного участка газопровода) потока газа в виде условно вертикального «столба огня» («пожар в котловане»);
  • независимое горение двух направленных в противоположные стороны (или одной, в зависимости от места разрыва) настильных (слабонаклонных к горизонту) струй газа с ориентацией, близкой к оси трубопровода («струевое пламя»).

Источниками зажигания газа непосредственно при разрыве подземного газопровода могут послужить, прежде всего, фрикционные искры, образующиеся при динамическом воздействии высокоскоростных струй газа на грунт и воз- душно-эрозионном разрушении траншеи с выбросом каменистых включений грунта в поток газа. В связи с этим большое значение при формировании исхода аварии на подземном газопроводе имеет состав грунта, влияющий на вероятность загорания газа.

В случае невоспламенения газа в момент разгерметизации оборудования или газопровода при его рассеивании в атмосфере возникают зоны загазованности, границы которых задаются нижним пределом воспламенения метана в воз- духе (5% об.). На размеры зон загазованности, форму и параметры возможного перемещения взрывоопасного облака, помимо интенсивности аварийного истечения газа и особенностей его поступления в атмосферу, оказывают влияние метеоусловия: температура и влажность воздуха, скорость и направление ветра, стабильность атмосферы.

Размеры зон загазованности влияют на вероятность последующего воспламенения шлейфа газа (воспламенение с задержкой) от внешних источников зажигания: атмосферное электричество, наведенные токи ЛЭП, искры от двигателей автотранспортных средств.

Источник

Топ-5 самых крупных и разрушительных аварий на газопроводах

Использование современных технологий позволяет существенно повысить безопасность транспортировки голубого топлива по газопроводам, однако полностью исключить вероятность утечки и взрыва попросту невозможно. Из-за этого техногенные катастрофы случаются и в наши дни. В топ-5 самых крупных аварий на газопроводах вошли мощные взрывы, которые стали причиной массовых разрушений и унесли десятки жизней.

Взрыв в Сибири

Летом 1982 года на участке газопровода Уренгой — Сургут — Челябинск произошел крупнейший взрыв газа, мощность которого равнялась взрыву небольшой ядерной боеголовки. По утверждению американских специалистов, пламя было хорошо видно из космоса, а у советских пожарных на ликвидацию возгорания ушло не менее 2 месяцев.

Эта техногенная катастрофа покрыта мраком, так как в то время в Советском Союзе подобные происшествия замалчивались, поэтому власти не признали факт аварии. Она произошла в малонаселенной местности, отдалённой от больших городов, что и позволило скрыть все улики. Лишь во времена перестройки были открыты архивы, благодаря которым выяснились масштабы трагедии.

Причинами техногенной катастрофы стали человеческая халатность и небрежность при выполнении соединения веток газопровода.

Авария в Башкирии

4 июня 1989 года под Уфой в Башкирии произошла крупнейшая в СССР и во всём мире железнодорожная катастрофа, виновником которой стал прорыв газопровода, повлёкший утечку смеси бутана, пропана и лёгких углеводородов. Мощность взрыва составила в эквиваленте 12 килотонн, что сопоставимо с ядерной бомбой в Хиросиме. В общей сложности погибло 575 человек, большинство которых было пассажирами встречных поездов Адлер — Новосибирск и Новосибирск — Адлер.

Читайте также:  Какое давление нужно для покраски лаком

На трубе газопровода Западная Сибирь — Поволжье в результате неправильно проведённых монтажных работ образовалось технологическое отверстие, из которого стал выходить газ, скопившийся в низине в непосредственной близости от железнодорожных путей. В момент прохождения встречных скорых поездов обширное газовое озеро в ложбине взорвалось, что привело к возгоранию и практически полному уничтожению двух железнодорожных составов.

Крупнейшие мировые катастрофы

В развитых странах прокладка газопроводов проводилась в существенном отдалении от крупных городов, что позволяет даже при огромной силе взрыва избежать большого количества жертв и разрушений. Крупными взрывами на газопроводах являются:

  • авария в Сан-Бруно в США в сентябре 2010 года;
  • взрыв в Гаосюне в 2014 году;
  • повреждение газопровода на юге Мексики в августе 2013 года.

На Тайване в городе Гаосюн 31 июля 2014 года произошел мощный взрыв, в результате которого погибли 30 человек и 309 получили тяжёлые ранения.

Большое количество жертв объясняется плотностью населения в этом регионе и локализацией утечки, которая находилась в месте многочисленных врезок и дополнительных веток в основном газопроводе.

Крупнейшей в США аварией на газопроводе стал прорыв в калифорнийском городе Сан-Бруно в сентябре 2010 года. Взрыв произошел неподалеку от автомобильной заправки, при этом столб пламени достигал высоты 30-этажного дома.

В результате аварии и последующего пожара были уничтожены 35 домов, а ликвидацией возгорания занимались 200 пожарных бригад.

Ещё одна крупная техногенная катастрофа произошла на юге Мексики 21 августа 2013 года, когда взорвался нефтепровод, принадлежащий компании Pemex. Этот взрыв унес жизни четырех человек, а в общей сложности были эвакуированы полторы тысячи жителей из расположенного поблизости города Матиас-Ромеро. Пожарные смогли справиться с возгоранием лишь через две недели. Общие финансовые потери составили порядка 100 миллионов долларов.

Источник

Взрывы при аварийной разгерметизации магистральных газопроводов (МГП)

Аварии при разгерметизации газопроводов сопровождаются следующими процессами и событиями:

истечением газа до срабатывания отсекающей арматуры (импульсом на закрытие арматуры является снижение давления продукта);

закрытие отсекающей арматуры; истечение газа из участка трубопровода, отсеченного арматурой.

В местах повреждения происходит истечение газа под высоким давлением в окружающую среду.

На месте разрушения в грунте образуется воронка.

Метан поднимается в атмосферу (легче воздуха), а др. газы или их смеси оседают в приземном слое.

Смешиваясь с воздухом газы образуют облако взрывоопасной смеси.

Статистика показывает, что примерно 80% аварий сопровождается пожаром.

Искры возникают в результате взаимодействия частиц газа с металлом и твердыми частицами грунта.

Обычное горение может трансформироваться во взрыв за счет самоускорения пламени при его распространении по рельефу и в лесу.

Взрывное горение при авариях на газопроводе может происходить также по одному из 2 х режимов:

Читайте также:  Повышенное давление во время похмелья

При оперативном прогнозировании принимают, что процесс развивается в детонационном режиме.

Дальность распространения облака (см. рис ) взрывоопасной смеси в направлении ветра определяется по эмпирической формуле: L = 25 , м,

Где М — массовый секундный расход газа, кг/с;

25 — коэффициент пропорциональности, имеющий размерность м3/2 / кг1/2;

W — скорость ветра, м/с.

Тогда граница зоны детонации, ограниченная радиусом r0, в результате истечения газа за счет нарушения герметичности газопровода, может быть определена по формуле: R0 = 12,5, м.

Массовый секундный расход газа М из газопровода для критического режима истечения, когда основные его параметры (расход и скорость истечения) зависят только от параметров разгерметизированного трубопровода, может быть определен по формуле

Где Y- коэффициент, учитывающий расход газа от состояния потока (для звуковой скорости истечения Y=0,7);

F — площадь отверстия истечения, принимаемая равной площади сечения трубопровода, м2;

— коэффициент расхода, учитывает форму отверстия (m = 0,7 . . . 0,9), в расчетах принимается m = 0,8;

Рг — давление газа в газопроводе, Па;

Vг — удельный объем транспортируемого газа при параметрах в газопроводе определяется по формуле:

Где Т — температура транспортируемого газа, К;

R0 — удельная газовая постоянная, определяемая по данным долевого состава газа qк и молярным массам компонентов смеси из соотношения

Где 8314 — универсальная газовая постоянная, Дж / ( кмоль´К );

Mк — молярная масса компонентов, кг/кмоль;

N — число компонентов.

В зоне действия детонационной волны давление принимается равным 1,7 МПа.

Давление во фронте воздушной ударной волны на различном расстоянии от газопровода определяется с использованием данных табл.

При прогнозировании последствий случившейся аварии на газопроводе зону детонации и зону действия воздушной ударной волны принимают с учетом направления ветра.

При этом считают, что граница зоны детонации распространяется от трубопровода по направлению ветра на расстояние 2r0 (рис. 6.2).

В случае заблаговременного прогнозирования, зона детонации определяется в виде полос вдоль всего трубопровода шириной 2r0, расположенных с каждой из его сторон.

Это связано с тем, что облако взрывоопасной смеси может распространяться в любую сторону от трубопровода, в зависимости от направления ветра.

За пределами зоны детонации по обе стороны от трубопровода находятся зоны действия воздушной ударной волны.

На плане местности эти зоны также имеют вид полосовых участков вдоль трубопровода.

При разработке разделов проекта ИТМ ГОЧС на планах местности вдоль магистральных нефте — и газопроводов наносятся зоны возможных сильныхразрушений, границы которых определяются величиной избыточного давления 50 кПа.

Рис. Расчетная схема к определению давлений при аварии на газопроводе

DР — давление в зоне детонации; DРф — давление во фронте воздушной ударной волны;

R0 — радиус зоны детонации; R — расстояние от расчетного центра взрыва;

1 — зона детонации; 2 — зона воздушной ударной волны(R>r0)

При проведении оперативных расчетов следует учитывать, что в зависимости от класса магистрального трубопровода, рабочее давление газа Рг может составлять: для газопроводов высокого давления — 2,5 МПа; среднего давления — от 1,2 до 2,5 МПа; низкого давления — до 1,2 МПа. Диаметр газопровода может быть от 150 до 1420 мм.

Температура транспортируемого газа может быть принята в расчетах t = 400С. Состав обычного газа, при отсутствии данных, может быть принят в соотношении: метан (СН4) — 90 %; этан (С2Н6) — 4 %; пропан (С3Н8) — 2 %; Н-бутан (С4Н10) — 2 %; изопентан — (С5Н12) — 2 %.

Пример расчета радиуса зоны детонации r0

D = 0,5 м; Рг = 1,9 МПа; t = 400С; W = 1 м/с; m=0,8.

Источник

Adblock
detector