Научно-практический подход к анализу риска аварий газопроводов в условиях Севера

НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКИЙ ПОДХОД К АНАЛИЗУ РИСКА АВАРИЙ ГАЗОПРОВОДОВ В УСЛОВИЯХ СЕВЕРА

М.И. Захарова, научный сотрудник, к.т.н., Институт физико-технических проблем Севера им. В.П. Ларионова СО РАН, г. Якутск

В настоящее время проблема обеспечения пожарной и промышленной безопасности опасных производственных объектов приобретает особую важность. Анализ риска представляет собой один из существенных компонентов обеспечения безопасности и проводится для выявления отдельных источников опасности и оценки их потенциального влияния на возможные ущербы, которые могут быть причинены населению, окружающей среде и хозяйственным объектам.

В условиях Севера, определяющими внешними факторами являются низкие температуры атмосферного воздуха и аномальные неблагоприятные метеорологические условия, характеризующиеся мощными продолжительными температурными инверсиями в сочетании со штилем. Эти внешние параметры окружающей среды оказывают влияние, как на частоту аварий, так и на дальность зоны действия поражающих факторов при аварии.

По результатам анализа известных аварий газопроводов, произошедших при низких температурах, разработано «дерево событий» истечения газа из газопровода с оценкой частот реализации аварийных сценариев, предназначенных для количественной оценки риска (рис. 1).

Поражение

Поражение людей

соседних объектов Р=1 4

Р3=0,11 Нет пострадавших

С последующим воспламенением Без поражения соседних Р=0 Поражение

Р=0,66 2 ' людей

Истечение газа объектов Р=0,12

из газопровода Р=0,89 Нет пострадавших

Р=1

Без последующего воспламенения Р=0,88

Р=0,34

Сценарий 1:

Н

Н (С)=0 1/(км год) Сценарий 3:

Н (С3 )=2,3х10-5 1/(км год) Сценарий 4:

Н (С4 )=1,7х10 4 1/(км год) Сценарий 5:

Н

Рис. 1. «Дерево событий» при истечении газа из газопровода при отрицательных температурах

окружающей среды

В условиях Севера, к одним из наиболее опасных поражающих факторов, возникающих при аварии газопроводов, следует отнести не только тепловое излучение при пожаре газопровода, но и ударную волну при взрыве облака

газовоздушной смеси (ГВС) метана в открытой местности.

Наиболее значительное скопление взрывоопасной ГВС метана в окружающей среде имеет место, когда появляются неблагоприятные для ее рассеивания метеорологические условия, характеризующиеся мощными температурными инверсиями в сочетании со штилем.

Районом исключительно мощных и продолжительных инверсий является Якутия.

По результатам анализа и систематизации статистических метеоданных с 1997 по 2013 г. получены вероятности появления опасных метеоусловий по месяцам в зимнее и летнее время в п. Оймякон (рис. 2).

Рис. 2. Вероятности появления опасных метеорологических условий по месяцам в п. Оймякон:

а) зимнее время б) летнее время

Сравнение вероятности образования инверсии со штилем при отрицательных и положительных температурах, показывает, что вероятность появления опасных метеоусловий в зимний период увеличивается от 5 до 13 раз по сравнению с летним периодом. Следовательно, увеличивается и вероятность образования облака взрывоопасной ГВС метана.

При оценках параметров дефлаграционного взрыва облака метана на дальних расстояниях в условиях Севера, следует учесть влияние мощных температурных инверсий на волны с избыточным давлением не более 200 Па.

В работе [1] экспериментально получены коэффициенты возможного увеличения воздушной ударной волны в зависимости от характера изменения температуры с высотой.

Рассмотрим механизм увеличения избыточного давления ударной волны под влиянием температурной инверсии. Известно, что скорость распространения ударной волны с увеличением температуры повышается. Поэтому при температурной инверсии, когда температура растет с высотой, движение волны в приземном слое будет более медленное и фронт волны отклонится к поверхности земли. Схематично это показано на рисунке 3.

высота

Рис. 3. Эффект фокусировки ударных волн при температурной инверсии

Результаты оценки увеличения избыточного давления слабой ударной волны представлены в таблице.

Таблица

Результаты оценки увеличения избыточного давления ДРф (200 Па) слабой ударной волны в зависимости от характера инверсии при взрыве облака ГВС

метана

Градиент температуры с высотой Изменение скорости распространения ударной волны УУВ с высотой Н К ДРф, кПа Степень поражения

С П

Приземная инверсия Н V» 25 5 растекле-ние зданий возможны осколочные травмы

Приподнятая инверсия Н < Ч'В 100 20 средние повреждения зданий серьезное повреждение тканей

где К - Коэффициент возможного увеличения избыточного давления ДРф ударной волны; С -сооружения; П - персонал (население).

Таким образом, под влиянием температурной инверсии происходит увеличение избыточного давления слабой ударной волны от 25 до 100 раз в зависимости от характера изменения температуры с высотой, что приводит к увеличению дальности действия ударной волны и отдалению от источника взрыва безопасного расстояния.

Список использованной литературы

1. Меньшиков П.В. Факторы влияющие на интенсивность ударной воздушной волны / П.В. Меньшиков // Технология и безопасность взрывных работ: материалы научно-технической конференции «Развитие ресурсосберегающих технологий во взрывном деле». - Екатеринбург. - 2011 г. -С. 246-255.