WWW.KONF.X-PDF.RU
БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА - Авторефераты, диссертации, конференции
 


«РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ ВЗРЫВООПАСНЫХ ЗОН ПРИ АВАРИЙНЫХ ВЫБРОСАХ ГОРЮЧИХ ВЕЩЕСТВ ...»

На правах рукописи

Бузаев Евгений Владимирович

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ

ПАРАМЕТРОВ ВЗРЫВООПАСНЫХ ЗОН

ПРИ АВАРИЙНЫХ ВЫБРОСАХ ГОРЮЧИХ ВЕЩЕСТВ

05.26.03 – Пожарная и промышленная безопасность

(строительство)

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук



Москва – 2015

Работа выполнена в ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет».

Доктор технических наук, профессор

Научный руководитель:

Комаров Александр Андреевич

Официальные оппоненты: Навценя Владимир Юрьевич доктор технических наук, старший научный сотрудник, ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет путей сообщения», профессор кафедры «Управление безопасностью в техносфере»

Нигметов Геннадий Максимович кандидат технических наук, доцент, ФГБУ «Всероссийский научно-исследовательский институт по проблемам гражданской обороны и чрезвычайных ситуаций МЧС России» (федеральный центр науки и высоких технологий), ведущий научный сотрудник 7 научно-исследовательского центра

АО «Научно-исследовательский центр «Строи

Ведущая организация:

тельство» – Центральный научноисследовательский институт строительных конструкций (ЦНИИСК) имени В.А. Кучеренко

Защита состоится «23» декабря 2015 года в 14.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.138.09, созданного на базе ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет», по адресу: 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д.26, Зал учёного совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет» и на сайте www.mgsu.ru Автореферат разослан «__» _______ 2015 года.

Ученый секретарь диссертационного совета Ляпин Антон Валерьевич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Строительство и энергетика являются одними из основных отраслей экономики, как для Российской Федерации, так и для ведущих стран мира. Обеспечение устойчивого развития данных отраслей напрямую зависит от безопасности технологических процессов. Наращивание темпов современной производственной деятельности неразрывно связано с растущим использованием опасных веществ и энергонасыщенных технологий. С каждым годом количество энергоёмких объектов увеличивается. Важным критерием для строительства и реконструкции данных объектов является пожаровзрывобезопасность и взрывоустойчивость.

К взрывопожароопасным объектам относятся: нефтеперерабатывающие предприятия, объекты газового хозяйства, атомные электростанции, объекты, использующие в технологических процессах взрывоопасные вещества и др.

Основной угрозой для изучаемых объектов является их пожаровзрывоопасность вследствие наличия значительного количества горючих веществ.

Аварийные утечки горючих веществ приводят к формированию газопаровоздушных смесей, которые в определенных пропорциях с воздухом и при наличии источника воспламенения способны привести к взрыву.

Крупнейшие техногенные аварии, связанные с формированием взрывоопасных зон газопаровоздушных смесей и сопровождающиеся взрывами и пожарами, унесли сотни человеческих жизней и нанесли огромный урон окружающей среде и материально-технической базе. Только за 2014 год (по данным МЧС России) в нашей стране произошло 17 взрывов горючих веществ, в результате которых погибло около 50 человек и пострадало более 250.

Оценка опасностей, вызванных формированием взрывоопасных зон газопаровоздушных смесей на промышленных объектах – одна из основных проблем пожарной и промышленной безопасности.

Актуальность темы настоящей диссертационной работы определяется необходимостью исследования и дальнейшей разработки методов расчёта процессов формирования взрывоопасных зон, возникающих при аварийных выбросах горючих веществ в атмосферу и внутрь помещений. Это связано с тем, что параметры взрывного горения, в первую очередь, определяются распределением концентрации горючего вещества во взрывоопасной зоне. Учитывая, что в нормативных документах отсутствует чёткое описание и единый подход к анализу аварийных выбросов горючих веществ, в диссертационной работе рассмотрена научная задача по выработке на основе теоретических и экспериментальных исследований решений, направленных на развитие методов, позволяющих достоверно прогнозировать процесс формирования взрывоопасных зон при аварийных утечках и проливах горючих смесей и жидкостей.





Степень разработанности темы диссертационного исследования.

Изучением процесса формирования взрывоопасных зон при аварийных выбросах горючих веществ занимались многие отечественные учёные в области обеспечения взрывобезопасности и взрывоустойчивости зданий и сооружений (Андрианов Р.А., Бабкин B.C., Баратов А.Н., Бегишев И.Р., Болодьян И.А., Гельфанд Б.Е., Горев В.А., Зельдович Я.Б, Казённов В.В., Комаров А.А., Корольченко А.Я., Макеев В.И., Мишуев А.В., Молчадский И.С., Пилюгин Л.П., Сафонов B.C., Стрельчук Н.А., Франк-Каменецкий Д.А., Хуснутдинов Д.З., Шебеко Ю.Н., Щелкин К.И. и др.), а также зарубежные ученые (Bradley D., Canu P., Crescitelli S., Fairweather M., Hirano Т., Mitcheson A., Moen I.O., Pasman H.I., Solberg D.M., Yao C., Zalosh R.G. и др.).

Однако, до сих пор, несмотря на значительные достижения в этой области исследований, остаётся открытым вопрос взрывов локальных зон горючих веществ как в атмосфере, так и внутри помещений.

Целью работы является разработка методики расчёта и прогнозирования временного и пространственного распределения концентрации горючего вещества при его аварийном выбросе.

Основные задачи исследования:

– провести анализ существующих методов, определяющих параметры взрывоопасных зон при аварийных выбросах горючего вещества, как в атмосферу, так и внутрь помещений;

– определить основные факторы, влияющие на процесс формирования взрывоопасных зон;

– экспериментально исследовать процесс диффузии, определяющий формирование взрывоопасных зон;

– разработать методику расчёта динамики формирования взрывоопасных зон, учитывающую основные параметры, характеризующие развитие аварийного выброса;

– обосновать работоспособность разработанной методики экспериментальными исследованиями и результатами аналитических решений диффузионной задачи.

Объектом диссертационного исследования являются пожаровзрывоопасные производства газовой, нефтеперерабатывающей, химической промышленности; предприятия, использующие газо- и нефтепродукты в качестве сырья или энергоносителей; предприятия хранения и транспортировки взрыво- и пожароопасных веществ; взрывоопасные и энергоёмкие объекты населённых пунктов.

Предметной областью исследования являются взрывоопасные зоны, образовавшиеся при аварийных выбросах горючих веществ на пожаровзрывоопасных объектах, а также вопросы диффузии, определяющие процесс формирования взрывоопасных зон.

Научная новизна диссертации:

– экспериментально подтверждена возможность расчёта динамики формирования взрывоопасных зон путём применения метода численного интегрирования;

– на основе теоретических и экспериментальных исследований разработаны методы расчёта динамики формирования взрывоопасных зон при аварийных выбросах горючего вещества на типовом взрывоопасном объекте;

– экспериментально определено минимальное значение коэффициента турбулентной диффузии для различных взрывоопасных веществ, приводящее к образованию взрывоопасной смеси в объёмах кубической и вытянутой формы;

– предложенная методология позволяет разрабатывать рекомендации по снижению ущерба при авариях на энергоёмких объектах и проводить реконструкцию событий по произошедшим аварийным взрывам.

Теоретическая значимость исследования заключается в том, что разработанная методика расчёта параметров взрывоопасных зон, учитывает все исходные характеристики, определяющие развитие аварийного выброса: подвижность атмосферы, взаимное месторасположение выброса и ограждающих конструкций, расход выброса горючего вещества, коэффициент турбулентной диффузии, зависящий от погодных условий и физических свойств горючего вещества, и т.д.

Практическая значимость и реализация результатов работы:

– разработана и апробирована методика расчёта динамики формирования локальных взрывоопасных зон при аварийных выбросах горючих веществ;

– представлена методика расчета параметров воздушных потоков применительно к ситуации малой подвижности атмосферы;

– экспериментально получены минимальные значения коэффициента турбулентной диффузии для пропана и метана при распространении газа по вертикальной оси;

– восстановлены события развития взрывной аварии, произошедшей на участке газопровода в Самарской области, и взрыва паров ацетона, при тушении пожара в г. Москва.

Методология и методы исследования. Основу теоретических исследований составляли методы математического моделирования и теория подобия.

Результаты, полученные путём математического моделирования, были подтверждены экспериментально, что говорит о корректности использования разработанного метода для прогнозирования параметров взрывоопасных зон.

На защиту выносятся следующие основные положения:

1. Результаты анализа существующих методов, определяющих процесс формирования взрывоопасных зон;

2. Теоретические и экспериментальные исследования процессов формирования взрывоопасных зон при аварийных ситуациях;

3. Результаты тестовых расчётов по разработанным математическим моделям, подтверждающих достоверность расчётов динамических параметров формирующихся взрывоопасных зон при авариях;

4. Широкомасштабная серия вычислительных экспериментов, описывающих процесс формирования взрывоопасных зон применительно к реальным аварийным ситуациям, позволяющая выявить основные факторы, влияющие на параметры взрывоопасных зон.

Степень достоверности основных результатов, выводов и рекомендаций диссертации обусловлены применением современных методов и средств исследований. Экспериментальные исследования выполнялись с применением измерительного оборудования, прошедшего поверку и откалиброванного для соответствующих условий. Для апробации численного метода решалась тестовая задача, и проводилось сравнение экспериментальных и расчетных данных.

Личный вклад соискателя в решение исследуемой проблемы заключается в обобщении, систематизации и развитии теоретических составляющих исследуемых вопросов, а также разработке и апробации методики, определяющей процесс формирования взрывоопасных зон. Соискателем самостоятельно получены, интерпретированы и апробированы результаты исследования. Из совместных публикаций в диссертацию включен лишь тот материал, который непосредственно принадлежит соискателю.

Апробация работы. Основные результаты исследования доложены на:

Международной научно-практической конференции «Пожаротушение: проблемы, технологии, инновации» – г. Москва: Академия ГПС МЧС России, 2012; II Международной научно-практической конференции «Пожаротушение: проблемы, технологии, инновации». – г. Москва: Академия ГПС МЧС России, 2013;

III Международной научно-практической конференции «Пожаротушение: проблемы, технологии, инновации». – г. Москва: Академия ГПС МЧС России, 2014; III Международной научно-практической конференции молодых учёных и специалистов «Проблемы техносферной безопасности - 2014». – г.

Москва:

Академия ГПС МЧС России, 2014; XVII Международной межвузовской научно-практической конференции молодых учёных, аспирантов и докторантов «Строительство – формирование среды жизнедеятельности». – г.

Москва:

ФГБОУ ВПО МГСУ, 2014; V Международной научно-практической конференции «Современные концепции научных исследований». – г. Москва: Евразийский Союз Учёных (ЕСУ), 2014; IV Международной научно-практической конференции «Пожаротушение: проблемы, технологии, инновации». – г. Москва:

Академия ГПС МЧС России, 2015.

Результаты исследований внедрены:

– при выполнении НИР: «Анализ влияния взрывов топливно-воздушных смесей, образующихся при падении воздушных судов, на безопасность ЛАЭС-2 по адресу: Ленинградская обл., г. Сосновый Бор, а/я 349/5, Промзона»;

– в учебный процесс Института гидротехнического и энергетического строительства при ФГБОУ ВПО «МГСУ» при подготовке бакалавров по направлению «Техносферная безопасность» профиль «Инженерная защита окружающей среды», и используются при чтении лекций по курсу «Теория горения и взрыва».

Публикации. Основное содержание диссертации отражено в 12 опубликованных научных работах, из которых 3 статьи – в рецензируемых научных изданиях перечня ВАК РФ, 1 статья – в журнале, включённом в базу данных РИНЦ, а также статьи и тезисы докладов на международных конференциях.

Структура, объем работы и ее основные разделы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, общих выводов по работе, списка использованных источников и приложений. Содержание работы изложено на 124 страницах машинописного текста, включает в себя 2 таблицы, 76 рисунков, список литературы из 104 наименований, 2 приложения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цель и задачи исследования, проанализированы объект и предмет исследования, показаны научная новизна работы и её практическая значимость.

В первой главе «Анализ методов прогнозирования процесса формирования взрывоопасных зон и примеры аварий» проанализированы существующие методы прогнозирования процесса формирования взрывоопасных зон. На основе анализа недостатков существующих методов определены критерии разрабатываемой методики расчёта динамики формирования взрывоопасных зон.

Обоснована необходимость определения параметров взрывоопасных зон для оценки последствий взрывных аварий. Кратким анализом аварийных ситуаций подтверждена актуальность исследования.

Существует три основных подхода для количественного описания процесса формирования взрывоопасных зон при аварийных выбросах горючих веществ:

гауссовская модель, закон нормального распределения концентрации;

модели формирования, основанные на интегральных законах сохранения веществ во взрывоопасной зоне;

модели, построенные на численном решении системы уравнений сохранения веществ (методы численного моделирования).

Гауссовская модель реализована – в ГОСТ Р 12.3.047-2012 «Система стандартов безопасности труда. Пожарная безопасность технологических процессов. Общие требования. Методы контроля». Методы, основанные на интегральных законах сохранения вещества, представлены в программных продуктах CFD.

Данные модели позволяют оценивать и определять параметры взрывоопасной зоны, зависящей от: выброса горючих веществ в окружающую среду (залповое, мгновенное или продолжительное истечение газа); перемещения горючих веществ в атмосфере (растекание по поверхности, рассеивание в атмосфере); воздействия опасных факторов на человека и объекты (токсическое воздействие, воздействие волн давления, удар пламенем, термическое излучение от зоны горения).

Предложенный метод численного моделирования позволяет учесть подвижность атмосферы, а также особенности местности и наличие преград, чего не учитывают две первые методики. Основанный на процессах массо-, энергои теплообмена метод численного моделирования позволяет учесть практически все факторы, влияющие на формирование взрывоопасных зон, а потому численный метод является наиболее достоверным. Отметим, что в полной мере отсутствует единая методика оценки последствий аварий, вызванных взрывом локальной зоны газопаровоздушной смеси, т.е. зоны, занимающей часть объёма помещения.

Таким образом, в первой главе обоснована необходимость исследования процесса формирования взрывоопасных зон горючих веществ, последствий их взрыва, с целью обеспечения взрывобезопасности и взрывоустойчивости на проектирования энергоёмких объектов.

Во второй главе «Разработка методики расчёта динамики формирования взрывоопасных зон» проанализированы теоретические основы, описывающие процесс диффузии и формирования взрывоопасных зон. Произведена апробация численного расчёта путём решения тестовой задачи и сравнения решений численным и аналитическим способами. Представлена методика расчёта параметров воздушных потоков и её использование для практических целей.

Распределение концентрации вещества по объему и его изменение во времени описывается известным уравнением диффузии:

C 2C 2C 2 C Q DX DY DZ 2 div (W C ), (1) t V x 2 y 2 z где С – объемная концентрация вещества в смеси, %; DX, DY, DZ – коэффициенты турбулентной диффузии для трех направлений, м2/с; Q – объемный расход вещества, м3/с; W – скорость воздушного потока, м/с; x, y, z – пространственные координаты, м; t – время, с; V – объем смеси, м3.

–  –  –

где X 0 – объем выброса, м3; r– расстояние от источника выброса до точки наблюдения, м; D – коэффициент турбулентной диффузии, м2/с.

Аналитическое решение (2) использовалось для проведения тестовых расчётов, целью которых являлось определение корректности разработанного программного продукта.

Численный расчёт уравнения (1) проводился по явной разностной схеме.

Шаг по времени выбирался из соображений устойчивости схемы. Предварительно определены вектора скорости потока.

Без ограничения общности принято, что произошел мгновенный выброс вещества в центральной точке. Скорость перемещения воздушных потоков равна нулю (W=0), приток вещества отсутствует (Q=0). Эти начальные условия соответствуют решению (2) уравнения (1). Сравнение результатов аналитического (2) и численного методов расчёта представлено на рис. 1.

Рисунок 1 – Временные зависимости концентрации в четырёх точках Сравнение показывает, что расчет по разработанной численной схеме практически полностью совпадает с результатами аналитического решения.

Различия между результатами численным и аналитическим решениями составляют не более 310-3 процентов объемной концентрации.

Во второй главе также подробно описана методика расчета параметров воздушных потоков и представлена их численная реализация применительно к ситуации малой подвижности атмосферы (почти полный штиль), что является наиболее опасным сценарием развития аварийной ситуации, связанной с выбросом в атмосферу горючих веществ (рис. 2).

Рисунок 2 – Вектора скорости воздушных потоков

Полученные вектора скорости воздушных потоков использовались для расчёта динамики формирования взрывоопасных зон.

В третьей главе «Экспериментальные исследования процессов диффузии и формирования взрывоопасных зон» представлены и проанализированы экспериментальные исследования процесса диффузии в жидкости для визуализации данного процесса. Приведены результаты экспериментов процесса формирования метано- и пропановоздушных зон в протяжённом и кубическом объмах. Проведены расчёты полей концентраций для условий эксперимента по разработанной методике. Получено удовлетворительное совпадение результатов расчёта и эксперимента. Экспериментально определено минимальное значение коэффициента турбулентной диффузии для метановоздушных и пропановоздушных смесей.

Для визуализации процесса диффузии были проведены экспериментальные исследования распространения тяжёлых примесей в воде. Данные опыты позволили сформулировать общие принципы построения математической модели расчёта диффузионной задачи, разработанной автором.

Выполнена серия экспериментов в стеклянном объёме, полностью заполненном водой. В точке 1 (см. рисунок 3) на поверхность жидкости подавались капли примесей ( ПРИМЕСЬ ВОДА ). Схема экспериментальной модели и фотография (в момент времени t=35 с.) процесса приведены на рис. 3 и 4 соответственно.

Рисунок 3 – Схема экспериментальной Рисунок 4 – Фотография модели эксперимента Эксперименты показали, что на начальном этапе поступления тяжёлой примеси в жидкость наблюдаются значительные гидродинамические течения, которые являются доминирующими на начальной стадии процесса. По мере уменьшения гидродинамических скоростей начинают преобладать процессы диффузии, которые в дальнейшем становятся основополагающими для распространения примеси в жидкости. Аналогичная картина наблюдается при развитии аварийных ситуаций, связанных с утечкой «тяжёлых» горючих веществ. В частности, анализ аварий показывает, что именно так распространяется пропан, смешиваясь с воздухом. Пропан сначала растекается (оседает), а потом «стелится» по поверхности земли. Аварии, связанные с выбросом «лёгких» горючих веществ (например, метан), показывают, что на первоначальной стадии метан «всплывает» и взрывоопасная смесь формируется под потолком, а потом за счёт процесса диффузии смесь перемещается в направлении источника утечки.

По результатам численного решения уравнения (1) и по данным экспериментальных измерений концентрации вещества в точках объёма определено минимальное значение коэффициента турбулентной диффузии для метана.

Эксперименты проводились автором в трубе диаметром 0,1 м, высотой 4,5 м, установленной вертикально. Метан подавался в нижний торец. В трёх точках модели проводилась регистрация концентрации метана.

По разработанной математической модели проведены расчёты динамических параметров концентраций метана в смеси для условий проведённого эксперимента. Результаты эксперимента и расчётов приведены на рис. 5.

Рисунок 5 – Расчетные и экспериментальные временные зависимости концентрации метана в трёх точках Удовлетворительное совпадение расчетных и экспериментальных зависимостей говорит о том, что разработанная методика позволяет с достаточной точностью описывать процесс изменения объёмной концентрации горючей составляющей смеси во времени. Проведенные эксперименты и расчёты показали, что значение коэффициента турбулентной диффузии для метана в вертикальном направлении составляет DZ=0.0058м2/с.

Аналогичные измерения и расчёты были проведены для пропана. Получено удовлетворительное совпадение результатов расчёта и эксперимента, при этом значение коэффициента турбулентной диффузии в вертикальном направлении составило DZ=0.00063м2/с.

В четвертой главе «Расчёты процесса формирования взрывоопасных зон применительно к реальным аварийным ситуациям и прогнозирование последствий возможных аварий на объектах» по разработанной программе проведена серия вычислительных экспериментов на типовом объекте для определения основных параметров, влияющих на процесс формирования взрывоопасных зон горючих веществ. По результатам расчетов восстановлен сценарий развития взрывной аварии, происшедшей в 2010 году на участке газопровода «Нижневартовск-Курган-Куйбышев» (Самарская область), и взрыва поров ацетона, происшедшего при тушении пожара в 2013 году на Тополевой аллее (г. Москва).

При проведении вычислительных экспериментов учтено влияние следующих параметров аварийной утечки горючих веществ на территории энергомкого объекта: наличие подвижности атмосферы и скорость перемещения воздушных потоков; взаимное месторасположение ограждающих конструкций (преград) и источника аварийного выброса; параметры источника аварийного выброса (характерное время – Т0, характерный размер утечки – L0, характерный расход – Q0).

Результаты выполненных расчётов, описывающие влияние подвижности атмосферы на процесс формирования и распространения взрывоопасной зоны по территории типового объекта, получены при следующих начальных условиях: залповой выброс в атмосферу VВЫБРОС=4500м3 (при нормальных условиях) «тяжелого» взрывоопасного вещества (пропана).

Скорость перемещения атмосферы WАТМ=0,1м/с, направление перемещения «справа налево» относительно места мгновенного выброса. Рассматривалась частично загроможденная территория. Начальные и граничные условия, принятые в расчетах, приведены на рис. 2, где также представлены вектора скорости воздушных потоков.

По результатам расчёта были получены изолинии равных концентраций через каждые 1000 секунд после аварийной утечки горючего вещества (рис. 6).

Изолинии равных значений концентрации были равны: 2% (НКПВ – нижний концентрационный предел воспламенения); 4% (стехиометрия); 8% (ВКПВ – верхний концентрационный предел воспламенения); 12% (1.5*ВКПВ); 16% (2.0*ВКПВ).

В результате расчёта получено, что примерно на 32-ой минуте после аварийного выброса образуется максимальный объем пропано-воздушной смеси с объёмной концентрацией пропана от 2 до 8%. При этом максимальное значение коэффициента участия пропана во взрыве составило Zmax=7,23%.

Рисунок 6 – Линии равной концентрации пропана в зоне пропановоздушной смеси через 1000 с. (1) и 2000 с. (2) после выброса (WАТМ=0,1м/с) Аналогичные результаты получены для тех же начальных и граничных условий, но при WАТМ=0,2м/с (рис. 7).

Рисунок 7 – Линии равной концентрации пропана в зоне пропановоздушной смеси через 1000 с. (1) и 2000 с. (2) после выброса (WАТМ=0,2м/с) На основании расчётов получено, что максимальное значение объема взрывоопасной смеси образуется примерно на 17-ой минуте. При этом максимальное значение коэффициента участия пропана во взрыве составило Zmax=5,76%.

Из приведённых расчётов следует, что при увеличении скорости перемещения атмосферы в 2 раза время достижения максимального взрывоопасного объёма пропановоздушной смеси (Vmax.взр.) уменьшится практически также в 2 раза (с 32 мин. до 17мин.). Однако максимальный объем горючего вещества, который перешёл во взрывоопасное состояние, и максимальное значение коэффициента участия газа во взрыве уменьшились на 20%. Следовательно, можно сделать вывод, что чем больше скорость перемещения воздушных потоков (даже в пределах полного штиля: от 0 до 0,5 м/с), тем раньше формируется взрывоопасная смесь, но объём её уменьшается, т.е. уменьшается коэффициент участия горючего во взрыве.

С другой стороны из рис. 6-2 видно, что взрывоопасная зона при WАТМ=0,1м/с достигает первой преграды примерно через 2000 секунд после аварийного выброса, тогда как при WАТМ=0,2м/с – через 1000 секунд (рис. 7-1).

Следовательно, чем больше значение WАТМ, тем быстрее происходит снос и рассеивание взрывоопасной зоны. Поэтому самые опасные аварийные ситуации происходят, когда состояние атмосферы характеризуется следующими параметрами: отрицательный вертикальный градиент температуры, полный штиль, что соответствует классу «F» устойчивости атмосферы по Паскуиллу или «ясная ночь». В таких условиях осуществляется «дрейф» взрывоопасных зон, и формирование застойных областей взрывоопасной смеси возле преград. Определяющим фактором в процессе рассеивании взрывоопасной зоны для погодных условий «ясная ночь» является коэффициент турбулентной диффузии.

Данные выводы подтверждаются анализом многочисленных взрывных аварий.

Для тех же условий выброса пропана (см. выше), но с изменёнными положениями преград и территории выброса, расчёты показали, что последние условия слабо влияют на процесс формирования взрывоопасной зоны. Существенную роль может играть время выброса горючего вещества Для тех же начальных и граничных условий (залповой выброс в атмосферу VВЫБРОС=4500м3 (при нормальных условиях) пропана, скорость перемещения атмосферы WАТМ=0,1м/с, направление перемещения «справа налево» относительно места мгновенного выброса, территория частично загромождена) время выброса (ТВЫБРОС) пропана увеличивается с мгновенного до 120 мин. (продолжительная утечка). Результаты расчётов представлены в таблице (1).

–  –  –

В вычислительных экспериментах коэффициенты турбулентной диффузии были приняты DX=DY=0.25м2/c, что соответствует классу состояния атмосферы «F». Характерный размер выброса при расчётах составлял L0=30м.

Рисунок 8 – Сравнение временных зависимостей концентрации смеси в точке №2 для четырёх вариантов аварийного выброса Из рис. 8 видно, что зависимости №1 (мгновенный выброс) и №2 (время выброса ТВЫБРОС=15мин.) близки. Из теории размерности следует, что критериL0 ем мгновенности выброса является его характерное время: Т 0. Для выполD ненных расчётов Т0=60мин. Расчётами установлено, что если ТВЫБРОС0,5Т0, то аварийную утечку можно фактически считать залповым выбросом. Для ТВЫБРОС0,5Т0, Zmax и Vmax.взр монотонно уменьшаются, а время достижения Vmax.взр увеличивается, что подтверждается также рис. 8.

Рассмотрим далее длительное истечение горючего вещества, в частности это произошло в 2010 году на участке газопровода в Самарской области. В ходе аварийного выброса через три неплотности в газопроводах (см. рис. 9) произошло взрывное горение газопаровоздушного облака. В результате взрыва и пожара автомобиль, находящийся вблизи аварийных отверстий, полностью выгорел, а люди, находившиеся в нем, погибли. Пожаром была охвачена значительная территория.

–  –  –

опасной зоны и, соответственно, гибели людей, как это было принято на начальном этапе расследования.

На основании рассмотренной аварии можно сделать следующий вывод.

При определённых расходах горючих веществ и соответствующих погодных условиях в атмосфере возможно формирование значительных взрывоопасных зон. При этом несколько аварийных источников выброса могут вносить различный вклад в процесс формирования взрывоопасных зон. Количественную оценку степени влияния того или иного источника на параметры зоны достаточно сложно определить без расчётов по разработанной методике.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Итоги выполненного исследования. Из проведенных исследований следует, что цель работы достигнута, т.е. разработана методика прогнозирования параметров взрывоопасных зон при аварийных выбросах горючих веществ.

Разработанная автором компьютерная программа протестирована сравнением результатов расчёта по программе с аналитическим решением задачи. Работоспособность программы подтверждена и экспериментальными исследованиями. Удовлетворительное совпадение результатов расчёта по разработанной методике с экспериментальными данными и результатами аналитического решения указывает на корректность разработанной математической модели и программы.

Представлена методика расчета параметров воздушных потоков применительно к ситуации малой подвижности атмосферы (почти полный штиль), что является наиболее опасным сценарием развития аварийной ситуации, связанной с выбросом в атмосферу горючих веществ.

Экспериментально получены минимальные значения коэффициента турбулентной диффузии для пропана и метана при распространении газа по вертикальной оси.

На основании проведённых вычислительных экспериментов определены основные факторы, влияющие на процесс формирования взрывоопасных зон.

Разработанная методика и компьютерная программа расчёта позволили представить события развития взрывной аварии, произошедшей на участке газопровода в Самарской области, и взрыва паров ацетона, при тушении пожара в г. Москва.

Рекомендации. Разработанная методика рекомендуется для расчёта динамики формирования взрывоопасных зон при аварийных выбросах горючих веществ на энергоёмких объектах. На стадии проектирования методика позволяет создать наиболее безопасную компоновку взрывопожароопасного объекта.

Методика рекомендуется к использованию для реконструкции событий произошедших взрывных аварий.

В целом методика позволяет разработать рекомендации по снижению ущерба при аварийных выбросах горючих веществ, направленные на взрывобезопасность и взрывоустойчивость энергоёмких объектов.

Перспективы дальнейшей разработки темы. Перспективным направлением исследуемой темы является разработка методики определения взрывных нагрузок на основании расчётных полей концентрации, образующихся в процессе аварийного выброса горючих веществ. Данная методика позволит достоверно определять ущерб от взрывных аварий, а также позволит разработать рекомендации по обеспечению взрывоустойчивости зданий и сооружений.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОСВЕЩЕНЫ В

ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТАХ АВТОРА

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК:

Комаров, А.А. Взрыв газа на газонаполнительной станции в посёлке 1.

Чагода. Причины и последствия / А.А. Комаров, Г.В. Васюков, Р.А. Загуменников, Е.В. Бузаев // Пожаровзрывобезопасность. – 2014. – Т. 23. – №7. – С. 58Бузаев, Е.В. Моделирование аварийных выбросов взрывоопасных 2.

веществ в помещении / Е.В. Бузаев, А.А. Комаров, Г.В. Васюков, Р.А. Загуменников // Вестник МГСУ. – 2014. – №10. – С. 132-140.

Комаров, А.А. Экспериментальное исследование и численное моделирование процесса образования взрывоопасной метановоздушной смеси в помещениях / А.А. Комаров, Г.В. Васюков, Р.А. Загуменников, Е.В. Бузаев // Пожаровзрывобезопасность. – 2015. – Т. 24. – №4. – С. 30-38.

Статьи, тезисы и материалы конференций:

Бузаев, Е.В. Формирования взрывопожароопасных облаков тяжелых и легких углеводородных соединений на примере взрывной аварии / Е.В.

Бузаев // Сборник материалов Международной научно-практической конференции «Пожаротушение: проблемы, технологии, инновации». – М.: Академия ГПС МЧС России, 2012. – С. 282-284.

Комаров, А.А. Формирования взрывопожароопасных облаков при 5.

аварийных утечках на линейных объектах газового хозяйства (газопроводах).

Основные особенности и проблемы / А.А. Комаров, Е.В. Бузаев // Сборник тезисов III Всероссийской молодёжной конференции «Устойчивость, безопасность и энергоресурсосбережение в современных архитектурных, конструктивных, технологических решениях и инженерных системах зданий и сооружений». – М.: МГСУ, 2012. – С. 62-65.

Комаров, А.А. Определение параметров взрывоопасного облака на 6.

территории АЗС / А.А. Комаров, Е.В. Бузаев // Сборник материалов II Международной научно-практической конференции «Пожаротушение: проблемы, технологии, инновации». – М.: Академия ГПС МЧС России, 2013. – С. 358-360.

Бузаев, Е.В. Косвенный метод определения коэффициента турбулентной диффузии при формировании взрывоопасных облаков / Е.В. Бузаев, Р.А. Загуменников // Сборник материалов III Международной научнопрактической конференции «Пожаротушение: проблемы, технологии, инновации». – М.: Академия ГПС МЧС России, 2014. – С. 133-135.

Загуменников, Р.А. Экспериментальное определение величины избыточного давления при сгорании частично перемешенных газо-воздушных смесей / Р.А. Загуменников, Е.В. Бузаев // Сборник материалов III Международной научно-практической конференции молодых учёных и специалистов «Проблемы техносферной безопасности - 2014». – М.: Академия ГПС МЧС России, 2014. – С. 19-21.

Комаров, А.А., Экспериментальное определение коэффициента 9.

турбулентной диффузии для расчёта процессов формирования взрывоопасных облаков / А.А. Комаров, Е.В. Бузаев // Сборник докладов XVII Международной межвузовской научно-практической конференции молодых учёных, аспирантов и докторантов «Строительство – формирование среды жизнедеятельности». – М.: АСВ, 2014. – С. 504-509.

Бузаев, Е.В. Экспериментальные исследования процесса формирования взрывоопасной метановоздушной смеси в замкнутом объёме / Е.В. Бузаев, Р.А. Загуменников // Евразийский Союз Ученых (ЕСУ). – Технические науки. – 2014. – №5. – С. 15-19.

Загуменников, Р.А., Экспериментальное определение коэффициента турбулентной диффузии при формировании метано-воздушного облака взрывоопасной концентрации / Р.А. Загуменников, Е.В. Бузаев // Сборник статей по материалам Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Современные технологии обеспечения гражданской обороны и ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций». – Воронеж: Воронежский институт ГПС МЧС России, 2014. – С. 97-99.

Бузаев, Е.В. Расчёт процесса формирования взрывоопасных облаков с учётом воздушных потоков, зданий и диффузионных процессов / Е.В. Бузаев // Сборник тезисов докладов IV Международной научно-практической конференции «Пожаротушение: проблемы, технологии, инновации». – М.: Академия ГПС МЧС России, 2015. – С. 23-25.





Похожие работы:

«САФИУЛЛИН Равиль Нуруллович МЕТОДОЛОГИЯ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ АBТОТРАКТОРНОЙ ТЕХНИКИ НА ОСНОВЕ ОЦЕНКИ И РЕАЛИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УРОВНЯ ПРИМЕНЯЕМОГО ТОПЛИВА Специальность: 05.20.03 – Технологии и средства технического обслуживания в сельском хозяйстве АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук Санкт-Петербург Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального...»

«КАШИНА СВЕТЛАНА ГЕОРГИЕВНА АДАПТАЦИОННЫЕ РЕСУРСЫ ВНУТРИФИРМЕННОГО ОБУЧЕНИЯ РАБОЧИХ СТРОИТЕЛЬНЫХ ПРОФЕССИЙ ПО БЕЗОПАСНОСТИ ТРУДА Специальность 13.00.08 теория и методика профессионального образования АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата педагогических наук Йошкар-Ола 2015 Работа выполнена на кафедре производственной безопасности и права Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Казанский...»

«Матвеев Никита Андреевич ИЗУЧЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ МЕТОДА ОБРАТНОГО ОСМОСА ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОДЫ ОТ НЕФТЕПРОДУКТОВ И СПАВ 05.23.04 Водоснабжение, канализация, строительные системы охраны водных ресурсов АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук Москва 2015 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего образования “Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет”...»

«ЖАРИНА Наталья Анатольевна РАЗРАБОТКА ИНСТРУМЕНТОВ ВНУТРИФИРМЕННОГО ПЛАНИРОВАНИЯ В ПОДРАЗДЕЛЕНИЯХ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОГО ПРЕДПРИЯТИЯ НА ОСНОВЕ ПРИМЕНЕНИЯ МЕТОДОВ КВАЛИМЕТРИИ Специальность: 08.00.05. – «Экономика и управление народным хозяйством» (экономика, организация и управление предприятиями, отраслями, комплексами – промышленность) АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата экономических наук Ижевск 2005 Работа выполнена в Государственном образовательном...»

«КУРОЧКИН СЕРГЕЙ ВАСИЛЬЕВИЧ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДИК ОЦЕНКИ ВЛИЯНИЯ ВЫХОДНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ПНЕВМОАППАРАТОВ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ТОРМОЖЕНИЯ Специальность 05.22.10 – Эксплуатация автомобильного транспорта АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Владимир 2012 Работа выполнена на кафедре автомобильного транспорта ФГБОУ ВПО «Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых» Научный...»

«САИДОВ Джамшед Хамрокулович СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ ИЗ КОМПОЗИЦИОННЫХ ВЯЖУЩИХ С МИНЕРАЛЬНО-ХИМИЧЕСКИМИ ДОБАВКАМИ НА ОСНОВЕ МЕСТНОГО СЫРЬЯ РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН 05.23.05 – Строительные материалы и изделия АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук Ростов–на–Дону – 2013 г. Работа выполнена на кафедре «Производство строительных материалов, технология и организация строительства» Таджикского технического университета имени академика М.С.Осими...»

«Шафиков Рустам Рашитович РЕМОНТ ГАЗОПРОВОДОВ МЕТОДОМ НАПЛАВКИ БЕЗ ОСТАНОВКИ ТРАНСПОРТИРОВКИ ГАЗА Специальность 25.00.19 – Строительство и эксплуатация нефтегазопроводов, баз и хранилищ АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва 2015 Работа выполнена в Открытом акционерном обществе «Оргэнергогаз» Научный руководитель Решетников Александр Данович, доктор технических наук. Официальные оппоненты: Митрохин Михаил Юрьевич, доктор...»

«КРЮКОВ Олег Викторович ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНЫЕ ЭЛЕКТРОПРИВОДЫ ГАЗОПЕРЕКАЧИВАЮЩИХ АГРЕГАТОВ ГАЗОПРОВОДОВ НА БАЗЕ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И МОНИТОРИНГА Специальность 05.09.03. Электротехнические комплексы и системы АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук Нижний Новгород 2015 Работа выполнена в ОАО «Гипрогазцентр» Научный консультант: Заслуженный деятель науки РФ, доктор технических наук, профессор ФГБОУ ВПО Московский государственный...»

«Маянц Юрий Анатольевич СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ ИСПЫТАНИЙ МАГИСТРАЛЬНЫХ НЕФТЕГАЗОПРОВОДОВ В СЕВЕРНЫХ УСЛОВИЯХ Специальность: 25.00.19 – Строительство и эксплуатация нефтегазопроводов, баз и хранилищ АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук Москва 2015 Работа выполнена в Обществе с ограниченной ответственностью «Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий – Газпром ВНИИГАЗ». Научный руководитель: кандидат...»

«ЧЕРЕВАТОВА АЛЛА ВАСИЛЬЕВНА СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОМПОЗИТЫ НА ОСНОВЕ ВЫСОКОКОНЦЕНТРИРОВАННЫХ ВЯЖУЩИХ СИСТЕМ Специальность 05.23.05 – строительные материалы и изделия АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук Белгород – 2007 Работа выполнена в Белгородском государственном технологическом университете им. В.Г.Шухова. Научный консультант – доктор технических наук, профессор Шаповалов Николай Афанасьевич Официальные оппоненты – доктор технических наук,...»

«РОЗОВСКАЯ Тамара Алексеевна ОБЛЕГЧЕННЫЕ СУХИЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ СМЕСИ ДЛЯ КЛАДОЧНЫХ РАБОТ С ПОЛЫМИ КЕРАМИЧЕСКИМИ МИКРОСФЕРАМИ 05.23.05 – Строительные материалы и изделия АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва – 2015 г. Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего образования «Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет». Научный руководитель:...»

«Фоминых Денис Евгеньевич ТЕХНОГЕННОЕ ЗАСОЛЕНИЕ ПОЧВ КАК ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКИЙ ФАКТОР ПРИ РАЗРАБОТКЕ НЕФТЯНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ СРЕДНЕГО ПРИОБЬЯ Специальность 25.00.36 – Геоэкология (науки о земле) Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата геолого-минералогических наук ТОМСК – 2013 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Томский государственный архитектурно-строительный университет...»

«Злобин Герман Алексеевич ОСОБЕННОСТИ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ И ИХ ВЛИЯНИЕ НА УСТОЙЧИВОСТЬ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ И ЭКСПЛУАТАЦИИ КУЗНЕЦОВСКОГО ТОННЕЛЯ (СЕВЕРНЫЙ СИХОТЭ-АЛИНЬ) Специальность 25.00.08 – Инженерная геология, мерзлотоведение и грунтоведение АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук Хабаровск 2015 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального...»

«Вилкова Анастасия Сергеевна Объемно-планировочная организация объектов досуга в структуре торговых комплексов 05.23.21 – Архитектура зданий и сооружений. Творческие концепции архитектурной деятельности АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата архитектуры Нижний Новгород 2013 РАБОТ А ВЫПОЛНЕНА В ФГБОУ ВПО ПЕНЗЕНСКИЙ ГОСУДАРСТ ВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ АРХИТЕКТ УРЫ И СТРОИТЕЛЬСТ ВА Научный руководитель Анисимов Александр Викторович доктор архитектуры Официальные...»

«Корявец Андрей Геннадьевич ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ НАКЛАДНЫХ ЛИСТОВ ПРИ РЕМОНТЕ ИЗНОШЕННЫХ СУДОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ Специальность 05.08.04 – Технология судостроения, судоремонта и организация судостроительного производства Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Владивосток – 2013 Работа выполнена в Федеральном государственном автономном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Дальневосточный федеральный университет»...»

«КУЗНЕЦОВ Александр Львович Методология технологического проектирования контейнерных центров грузораспределения 05.22.19 «Эксплуатация водного транспорта, судовождение» Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук Санкт-Петербург 2011 г. Работа выполнена в ФГОУ ВПО «Государственная морская академия им. адмирала С.О. Макарова»Научный консультант: доктор технических наук, профессор Кириченко Александр Викторович Официальные оппоненты: доктор...»

«Савичев Виталий Валерьевич Разработка системы вентиляции с регенерацией газового состава воздушной среды административного здания 05.23.03 – Теплоснабжение, вентиляция, кондиционирование воздуха, газоснабжение и освещение АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва – 2012 г. Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный строительный...»

«РАДАЕВ Антон Евгеньевич МЕТОДИКА ФОРМИРОВАНИЯ СТРУКТУРЫ ПАРКА ПОДЪЕМНОТРАНСПОРТНОГО ОБОРУДОВАНИЯ СКЛАДСКОЙ СИСТЕМЫ Специальность 05.05.04 – Дорожные, строительные и подъемно-транспортные машины АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Санкт-Петербург – 2015 Работа выполнена в федеральном государственном автономном образовательном учреждении высшего образования «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет» Научный...»

«Арефьев Степан Александрович ОЦЕНКА И ОБОСНОВАНИЕ РАЦИОНАЛЬНЫХ ДОРОЖНЫХ УСЛОВИЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ КАРЬЕРНЫХ АВТОСАМОСВАЛОВ БОЛЬШОЙ ГРУЗОПОДЪЕМНОСТИ Специальность: 25.00.22 – «Геотехнология (подземная, открытая и строительная)» Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Екатеринбург, 2015 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Уральский государственный горный...»

«ИСАЕВА ЮЛИЯ ВИКТОРОВНА ОБЛЕГЧЕННЫЕ РАСТВОРЫ ОПТИМАЛЬНОЙ СТРУКТУРЫ С ПОЛЫМИ СТЕКЛЯННЫМИ МИКРОСФЕРАМИ 05.23.05 – Строительные материалы и изделия АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва 2015 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего образования «Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет». доктор технических наук, профессор Научный руководитель...»







 
2016 www.konf.x-pdf.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Авторефераты, диссертации, конференции»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.