Горение 2. Курсовая работа Теория горения и взрыва++. Методические указания к курсовой работе Пермь ипц ПрокростЪ 2023 удк 621 148 ббк 79. 3 Рецензенты
 Скачать 0.58 Mb.
|
2.2 Исследование безопасности магистрального газопроводаЦель работы – определения зон действия поражающих факторов аварий на подземных магистральных газопроводах; определения вероятных зон поражения человека поражающими факторами; зонирования территории вблизи подземного магистрального газопровода по критерию индивидуального риска. Теоретические сведения Высокие значения рабочих параметров магистрального газопровода, как давление газа, диаметр и толщина стенки трубы, обуславливают высокую величину потенциальной энергии системы, накопленную в виде энергии сжатого газа, перекачиваемого в газопроводе, а также в виде энергии упругих деформаций растянутого металла стенок трубы, что в ряде случаев приводит к разрыву газопровода и развитию аварии. Аварии, приводящие к протяженному разрыву трубопровода, происходят по различным причинам, определяемым источниками негативного воздействия на МГ (или инициирующими событиями) и механизмом этого воздействия. Вероятность аварии (вероятность хотя бы одного разрушения) на определенном участке газопровода длины L в соответствии с теорией надежности определяется по зависимости:  где Т – период наблюдения, принимаемый равным 1 году; L – протяженность участка газопровода, км. В общем случае вероятность аварии зависит от диаметра газопровода и регионального коэффициента. В зависимости от физико-механических характеристик грунта района аварии на магистральном газопроводе возможно развитие аварии по одному из следующих основных сценариев: для грунтов с нормальной несущей способностью: СМГ1: разрушение газопровода → образование первичной ударной волны за счет расширения выброшенного при аварии газа → разлет осколков трубы → образование котлована с уплотненными стенками → истечение газа из котлована в виде «колонного» шлейфа → воспламенение истекающего газа с образованием «столба» пламени («пожар в котловане») с соотношением высоты пламени к эффективному диаметру, равным 2 и 4 равновероятно → попадание персонала в зону радиационного термического воздействия → получение людьми ожогов различной степени тяжести; СМГ2: разрушение газопровода → образование первичной ударной волны за счет расширения выброшенного при аварии газа → разлет осколков трубы → образование котлована с уплотненными стенками → истечение газа из котлована в виде «колонного» шлейфа → рассеивание истекающего газа; для грунтов со слабой несущей способностью: СМГ3: разрушение газопровода → образование первичной ударной волны за счет расширения выброшенного при аварии газа → разлет осколков трубы → образование котлована с осыпающимися стенками → «вырывание» концов разрушенного газопровода → истечение газа из газопровода в виде двух независимых высокоскоростных струй → воспламенение истекающего газа с образованием двух настильных струй пламени («струевое пламя») → попадание персонала в зону прямого или радиационного термического воздействия → получение людьми ожогов различной степени тяжести; СМГ4: разрушение газопровода → образование первичной ударной волны за счет расширения выброшенного при аварии газа → разлет осколков трубы → образование котлована с осыпающимися стенками → «вырывание» концов разрушенного газопровода → истечение газа из газопровода в виде двух независимых высокоскоростных струй → рассеивание истекающего газа без воспламенения. Таким образом, из всех вероятных сценариев наиболее опасными сценариями будут сценарии СМГ1, СМГ3, а наиболее вероятными – СМГ2, СМГ4. Программа «Магистраль» позволяет прогнозировать зоны действия следующих поражающих факторов аварий на магистральных газопроводах: а) барического воздействия волн сжатия, образующихся за счет расширения в атмосфере природного газа, выброшенного под давлением из разрушенного участка трубопровода («первичная» ударная волна); б) барического воздействия воздушных волн сжатия, образующихся при воспламенении газового облака и расширении продуктов его сгорания («вторичная» ударная волна); в) термического воздействия огненного шара при воспламенении переобогащенного топливом газового облака; в) термического воздействия воспламенившихся струй газа. Особенности программы: произведена вероятностная оценка формы пламени пожара от свойств грунта и диаметра трубопровода, получены опорные вероятности формирования сценариев для различных грунтов и диаметров трубопроводов; установлена зависимость воздействия внешних факторов (ветер, атмосферные условия, наличие коммуникаций, влияние антропогенного фактора) на дифференцию тепловых полей; учтено комплексное воздействие основных сценариев развития аварий на магистральных газопроводах, что позволило осуществить зонирование территории в районе трубопроводов по критерию индивидуального риска; результаты расчетов хранятся на диске в виде текстового файла-отчета с таблицами и графиками и промежуточных файлов расчета в формате Excel. ПОРЯДОК РАБОТЫ С ПРОГРАММОЙ Ввод исходных данных Исходные данные вводятся через пункт меню Файл → Новые данные (рисунок 2.4). Ввод исходных данных по участкам газопровода (рисунок 2.5).  Рисунок 2.4 – Форма ввода исходных данных по газопроводу  Рисунок 2.5 – Ввод исходных данных по участкам газопровода Среднее давление на участке вводится вручную или берется из данных конкретного газопровода. При расчете вручную принимается равномерное понижение давления от точки врезки газопровода в лупинг (либо компрессорной станции) до газораспределительной станции, затем производится уточнение давления на середине длины расчетного участка на основе его удаления (расстояния) от точки врезки. Расчет значения вероятности возникновения аварии на данном газопроводе показан на рисунок 2.6.  Рисунок 2.6 – Расчет значения вероятности возникновения аварии на данном газопроводе Расчет значения вероятности производится либо по данным статистики для основных регионов РФ (выбор из списка), либо в ручном режиме по расчетным данным конкретного газопровода. При этом необходимо знать частотную характеристику вероятностей аварий, приведенную к временному интервалу 1 год (либо для проектируемого газопровода – по данным проектной документации) на длину 1000 км. Ввод данных по грунтам над газопроводом показан на рисунках 2.7 и 2.8.  Рисунок 2.7 – Ввод данных по грунтам над газопроводом Грунт выбирается путем последовательного уточнения в соответствии с Единой классификацией грунтов (ГОСТ 25100–95), характеристики грунтов хранятся в базе данных программы. Выбранные грунты по каждому из участков являются основой для расчета вероятности возникновения аварийных сценариев.  Рисунок 2.8 – Ввод дополнительных факторов, влияющих на возникновение аварии В программе принято следующее допущение: сумма вероятностей влияния внешних факторов не должна быть больше 1. Расчетный показатель вероятности отказа запорной арматуры принят по усредненным характеристикам для задвижек, кранов, клапанов (вентилей), рассчитанных на давление до 70 МПа с диаметрами DN15, DN3, DN2 (2000 мм, 1400 мм, менее 1400 мм) с ручным, электрическим и гидравлическим приводами, и равен 0,2. На основании справочных данных по надежности эксплуатируемых задвижек данный показатель может быть изменен пользователем. Таким образом, исходными данными являются: газ (выбирается из списка), диаметр трубы, глубина залегания, температура газа, скорость ветра, время года, данные по конкретным участкам и данные по вероятности аварии. Параметры работы программы Вызов окна параметров работы программы производится из меню Расчет → Параметры расчета (рисунок 2.9).  Рисунок 2.9 - Окно ввода параметров работы программы Допущениями программы являются: 1. Образование сценария «Огненный шар» непосредственно после гильотинного разрушения газопровода. При этом расчет вероятности возникновения этого сценария определяется двумя характеристиками: вероятностью гильотинного разрушения и вероятностью возгорания из-за внешних факторов (принимается 0,015). Расчетная масса истекающего газа принимается как масса газовоздушного облака, формирующегося за 2 секунды от момента разрушения. Расчетная масса, участвующая в формировании теплового поля, принимается из расчета 0,2 от всей массы газовоздушного облака. Пользователям предоставляется возможность изменить эти параметры в соответствии с имеющимися у него теоретическими и экспериментальными данными. Вышеуказанные параметры теоретически обоснованы и подтверждены расчетами для природного газа. 2. Расчет параметров поражающих факторов производится в узлах расчетной сетки. Х и Y – количество узлов расчетной сетки моделирования опасных воздействий в результате аварии. Шаг сетки позволяет изменять размер площадки на местности. Площадка отображается в итоговых диаграммах в соответствующем масштабе, соизмеримом с распространением опасных фактором в пространстве. Характеристики площадки и направление осей X, Y показаны на рисунок 2.10.  Рисунок 2.10 – Направление осей X и Y По умолчанию принимается, что на диске сохраняются дополнительные файлы результатов в формате Microsoft Excel, при этом выдается запрос на сохранение файла. Пользователю предоставляется возможность отменить этот параметр. Расчет производится после нажатия кнопки «Расчет» на форме программы. После этого выдается окно параметров расчета (рисунок 2.11). Расчет производится для каждого участка в отдельности по выбранному сценарию.  Рисунок 2.11 – Окно выбора параметров расчета Результаты расчета отображаются в соответствующем окне. Окно имеет 3 вкладки: значение поражающего фактора, вероятность поражения и риск (рисунок 2.12).  Рисунок 2.12 – Результаты расчета В процессе расчета появляется запрос на сохранение результатов в формате Microsoft Excel с итоговыми матрицами значений опасных факторов, риска и диаграммами. Последние можно использовать для построения диаграмм различного вида, что позволяет детализировать производимый анализ. Пример отчета Исходные данные: Дата расчета: 27.03.2022 Участок: 1 МГ Диаметр трубы, м: 1 Газ: Природный газ Температура газа, С: 10 Среднее давление на участке, МПа: 7,5 Время года: Зима Ветер, м/с: 0 Грунт: Обломочно-пылеватые и глинистые Суглинки С содержанием частиц крупнее 2 мм 15-25% Твердые Расчетные данные: Длина котлована, м: 26 Сценарий «Пожар в котловане»: Высота факела в спокойной атмосфере, м: 136,2 Диаметр факела, м: 34,05– 68,1 Сценарий «Струевое пламя»: Длина струевого факела, м: 152,18 Максимальный диаметр факела, м: 36,04 Угол подъема труб, град.: 30 Угол разворота труб, град.: 15 Критическая скорость истечения газа, м/с: 371,57 Начальный массовый расход, кг/с: 10845,82 Вероятность аварийных сценариев на участке: - гильотинное разрушение газопровода: 0,3995040000 - вероятность возгорания 0,2796527952 - формирование огненного шара: 0,0059925600 - реализация сценария «Пожар в котловане»: 0,2594974168 - реализация сценария «Струевое пламя»: 0,0219531444 Зонирование территории по критерию индивидуального риска в районе аварии показано на рисунке 2.13. Результаты расчета приведены на рисунках 2.14– 2.17. Таблица 2.3 – Зоны вероятного поражения человека от аварийного сценария «Пожар в котловане (Lf/Hf=4) »
 Рисунок 2.13 – Зонирование территории по критерию индивидуального риска в районе аварии (шаг сетки - 20 м)  Рисунок 2.14 – График распределения теплового потока, кВт/кв.м (шаг сетки - 20 м)  Рисунок 2.15– Диаграмма значений теплового потока, кВт/кв.м (шаг сетки - 20 м)  Рисунок 2.16 - График распределения вероятности поражения, % (шаг сетки - 20 м)  Рисунок 2.17 - Диаграмма значений вероятности поражения, % (шаг сетки - 20 м) Порядок выполнения практической работы Ознакомиться с руководством по выполнению данной практической работы. Получить у преподавателя вариант задания (таблицы 2.4- 2.6). Запустить на выполнение программу. Таблица 2.4 - Данные по газопроводу
Таблица 2.5 - Данные по участкам
Таблица 2.6 - Вероятность аварии
Оформить отчет по практической работе. Содержание отчета Цель работы. Краткие теоретические сведения. Исходные данные. 4 Результаты расчета 5 Выводы по работе. Список литературы 1. Айнбиндер А.Б. Расчёт магистральных и промысловых трубопроводов на прочность и устойчивость Москва. "Недра", 1991. 2. Аргасов Ю.Н., Эристов В.И., Шапиро В.Д. и др. Методика экспертной оценки относительного риска эксплуатации линейной части магистральных газопроводов Москва.: ИРЦ ГАЗПРОМ. 1995. с. 99. 3. М.Березин B.JL, Шутов В.Е., Прочность и устойчивость резервуаров и трубопроводов. М.: Недра, 1971.-200 с. 4. Иванцов О.М. Надежность строительных конструкций магистральных трубопроводов. М.: Недра, 1985.- 231с. 5. Методические указания по проведению анализа риска опасных промышленных объектов. НТЦ "Промышленная безопасность", Госгортехнадзор России, 1996 г. 6. Методическое руководство по оценке степени риска аварий на магистральных нефтепроводах. Госгортехнадзор РФ, 2000 г. 7. СНиП 2.05.06-85*. Магистральные трубопроводы. Минстрой России. М.: 1995. |