Травмобезопасность в строительстве

π   - число  пи, π = 3,14;

P_р   - рабочее давление в трубопроводе, кПа; Р_р= 6497,3 кПа;

r_вн  - внутренний радиус трубопровода, м; r = d_вн/ 2 = 0,075 м;

L_тр - длина отсеченного участка трубопровода, м. В данном случае это длина газопровода от блок-бокса переключений до блока редуцирования и измерения расхода газа - 14,5 м. Таким образом L_тр= 14,5 м.

V_г2= (1,086• 50) + (0,01• 3,14 • 6497,3• 0,075² • 14,5) = 70,94 м³.

Следовательно: m = (97,46 + 70,94)• 0,622 = 104,74 кг.

 Расчёт  максимального давления, развиваемого  при сгорании газовоздушной смеси в стехиометрической концентрации в замкнутом объёме, Р_м, кПа, проводят по формуле:

Рм= Р0• (1+ β• tk)•(m/n),

( 2.7)

где Р₀ - см. формулу ( 2.1 );

β - коэффициент объёмного расширения газов, численно равный коэффициенту давления. Согласно [28], β= 0,003663;

t_k  - калориметрическая температура горения, °С. Согласно [28], для природного газа t_k= 1610 °С ( при 20 °С и коэффициенте избытка воздуха  α= 1,4);

m  - число молей продуктов сгорания после взрыва, определяемое по реакции горения метана в воздухе. Согласно [28], m = 10,52;

n  - число молей реагирующих  веществ до взрыва, участвующих  в реакции горения. Согласно [28], n = 14,33.

Р_м= 101,3• (1+ 0,003663 • 1610)•(10,52/14,33) = 512,85  кПа.                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        

Таким образом, ∆Р=(512,85-101,3)•[(104,74•0,5)/(25,09•0,622)]•(100/9,8)•(1/3)= 4650,447 кПа.

 

Выводы. Сравнивая расчётное значение  ∆Р со значениями избыточного давления, соответствующими различным степеням разрушения зданий, сооружений,  техники, приведёнными в таблицах  2.7 и 2.8,  можно сделать однозначный вывод, что при взрыве газовоздушной смеси в блоке редуцирования и измерения расхода газа,  технологический блок будет полностью разрушен.

При оценке последствий  взрыва в блоке редуцирования  и измерения расхода газа необходимо учитывать внешнюю воздушную ударную волну, которая образуется при разрушении наиболее слабого конструктивного элемента (двери).

 

2. Расчёт избыточного давления внешней воздушной ударной волны, ∆Рв, кПа, в точке, расположенной на расстоянии x, м, от разрушенного элемента (двери), проводят по формуле:

∆Рв= ∆Р/ x0m,

( 2.8)

где ∆Р - см. формулу ( 2.1 );

x₀  - приведённое расстояние, м;

m  - показатель степени,  зависящий от амплитуды воздушной  ударной волны. Согласно [14] при малых амплитудах, что соответствует рассматриваемому случаю,  m = 1.

Расчёт приведённого расстояния  x₀  проводят по формуле:

x0 = x / xэm,

( 2.9)

где x  - расстояние от разрушенного элемента  до поражаемого объекта, м;

x_э - характерный линейный размер разрушенного элемента, м; x_э= 1,2 м;                   

m - см. формулу ( 2.8 ).

Выбор  значений  x, м,  проводится  на  основании  следующих  критериев:

- для определения степеней возможного поражения персонала необходимо рассчитать значения избыточного давления в наиболее вероятных местах нахождения людей на территории АГРС;

- для оценки возможных  повреждений необходимо рассчитать  значения избыточного давления  в местах расположения сооружений, оборудования и надземных трубопроводов на территории АГРС;

- для оценки возможных  последствий для населения и  промышленных, социальных и жилых  зданий, необходимо рассчитать значения  избыточного давления в ближайших  точках расположения указанных объектов.

 

Исходя из названных критериев, выбираются следующие значения  x:

- 5,0 м - расстояние от  разрушенной двери до возможного места нахождения  персонала;

- 10,0 м - расстояние  от разрушенной двери до блок-бокса  переключений, до наземных трубопроводов одоранта и газа на передавливание одоранта,  а также места возможного нахождения персонала;

- 15,0 м - расстояние  от разрушенной двери до наземного  оборудования ёмкости сбора конденсата, до наземных трубопроводов одоранта  и газа на передавливание одоранта, а также места возможного нахождения персонала;

- 17,0 м - расстояние  от разрушенной двери до наземного  оборудования ёмкости одоранта, а также места возможного нахождения персонала;

- 23,0 м - расстояние  от разрушенной двери до въездных ворот, а также места возможного нахождения персонала;

- 50,0 м - расстояние от разрушенной двери до автодороги, а также места возможного нахождения персонала

- 200 м - расстояние от  разрушенной двери до грунтовой дороги, а также места возможного нахождения населения;

- 450 м - расстояние от разрушенной двери до ближайших жилых домов, а также места возможного нахождения населения;

Рассчитав значения избыточного давления ∆Р_в, в зависимости от значений x, и сравнив их с предельно допустимыми величинами избыточного давления ударной волны, приведёнными в таблицах  2.2- 2.4, можно сделать выводы о степени возможного поражения человека и степени возможного повреждения сооружений, оборудования и надземных трубопроводов.

В таблице 2.9 приведены расчётные значения x₀, ∆Рв, в зависимости от x.

 

Таблица 2.9.  Расчётные значения x₀, ∆Р_в, в зависимости от x

x, м	5,0	10,0	15,0	17,0	23,0	50,0	200,0	450,0
x0	4,17	8,333	12,5	14,167	19,167	41,67	166,67	375,0
∆Рв, кПа	1115,22	558,28	372,04	328,19	242,59	111,6	27,9	12,4

 

Выводы.  Сравнение полученных расчётных значений ∆Р_в (см. таблицу 2.9) с пороговыми значениями, приведёнными в таблице 2.6,  позволяет сделать следующие выводы:

- на расстоянии 5,0 м  от разрушенной двери человек  получит безусловное смертельное поражение;

- на расстоянии 10,0 м  - также будет летальный исход;

- на расстоянии 15,0 м  - возможен летальный исход в 50% случаев;

- на расстоянии 17,0 –  23,0 м – порог смертельного  поражения;

- на расстоянии 50,0 м – человек может получить переломы ребер, гиперемия сосудов мягкой мозговой оболочки;

- на расстоянии 200,0 м – поражение 1-й степени;

- на расстоянии 450 м от разрушенной двери человек не получит повреждений.

Учитывая характер местности  в районе возможной аварии (пастбища,  автодорога,  озеро и др.),  в  зоны  возможного  поражения  могут  попасть  работающие  на  сельхозугодьях люди, проезжающие в автотранспорте, отдыхающие на озере и т.д.  Необходимо  провести  инструктаж  местного  населения  с  целью  адекватного  поведения  в  случае  аварии  на  АГРС.  Как  показывает  опыт,  правильные  действия  человека  во  время  аварии  значительно  снижают  негативные  последствия.

Ближайший населённый  пункт  к  месту возможной аварии: г. Астра (800000 жителей),  расстояние  до  которого 450м.  Учитывая  радиусы зон возможного  поражения от внешней ударной волны (см. таблицу 2.9)  население г.Астра не  пострадает  от  последствий  аварии.

Сравнение полученных расчётных  значений ∆Р_в  (см. таблицу 2.9), с пороговыми значениями, приведёнными в таблицах 2.7, 2.8, позволяет сделать следующие выводы:

- на расстоянии 10,0 м   от разрушенной двери блок-бокс  переключений получит сильные повреждения, наземные трубопроводы одоранта и газа на передавливание одоранта получат сильные повреждения;

- на расстоянии 15,0 м  от разрушенной двери наземное  оборудование ёмкости сбора конденсата будет полностью разрушено, наземные трубопроводы одоранта и газа на передавливание одоранта также будут разрушены;

- на расстоянии 17,0 м  от разрушенной двери наземное  оборудование ёмкости одоранта также будет полностью разрушено;

- на расстоянии 23,0 м от разрушенной  двери въездные ворота будут разрушены;

- на расстоянии 50,0 м от разрушенной двери автодорога не получит повреждений;

- на расстоянии 200,0 м от разрушенной  двери на грунтовой дороге  автомобильная и сельскохозяйственная  техника получит средние повреждения;

- на расстоянии 450,0 м от разрушенной двери на границе жилой застройки дома, сооружения и т.п., а также автомобильная и сельскохозяйственная техника получит слабые повреждения.

Из  сделанных по результатам  расчётов  выводов следует, что  взрывы природного газа в блоках  АГРС  не представляют серьёзной опасности для  населения, промышленных, социальных,  жилых зданий и других объектов, находящихся за пределами  нормативных разрывов.

Сценарий № 2. Взрыв газа при разрушении газопровода-отвода

 

Расчёт зон действия основных поражающих факторов при аварии по Сценарию № 2 выполнен согласно физико-математическим моделям, приведённым в нормативно-методических  документах [14, 19].

Разрушение участка  трубопровода является быстро протекающим процессом.  Характерные скорости «лавинообразного» распространения трещин для труб из различных марок сталей обычно составляет 100÷250 м/с.  При так называемом «хрупком» разрушении скорости движения трещины могут достигать 400÷450 м/с.  Поэтому можно принять, что в формировании первичной волны сжатия участвует в основном та масса газа, которая заключена в объёме разрушенного участка трубопровода.  Далее в период условно симметричного (полусферического) расширения исходного объёма выбрасываемого газа, происходит «раннее» зажигание газовоздушной смеси (ГВС). В этом случае происходит взрыв и возникает воздушная ударная волна.

Место предполагаемой аварии выбрано по следующим критериям:

-точка предполагаемой  аварии (ПК 100) является ближайшей точкой газопровода-отвода  к посёлку Красноармейский;

-точка предполагаемой  аварии на газопроводе-отводе (ПК 100) расположена достаточно близко  к автодороге IV категории.

 

Расчётная схема аварии по сценарию № 2 показана на рис. 2.2.

Рис. 2.2. Расчётная схема аварии по сценарию № 2

 

Энергетический потенциал  процесса разрушения участка трубопровода может быть выражен, согласно существующей практике, через тротиловый эквивалент взрыва конденсированного взрывчатого вещества.

Расчёт массы тротилового  эквивалента для полусферической волны давления Мтнт, кг, проводится по формуле:

Мтнт= 1,9 η (Мг•Аг/ Qтнт),

( 2.10)

где η  - коэффициент, учитывающий  плотность грунта. Согласно [14] для тяжелых суглинков η = 0,8;

М_г - масса сжатого газа, участвующая в формировании первичной ударной волны, кг;

А_г  -  работа расширения единицы массы газа, Дж/кг;

Q_тнт - теплота сгорания тротила, Дж/кг. Согласно [14],  Q_тнт= 4,24•10⁶ Дж/кг.