ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» 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) Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Комаров Александр Андреевич Москва – 2015 2 ОГЛАВЛЕНИЕ стр. ВВЕДЕНИЕ.......................................................................................................... 4 ГЛАВА 1. АНАЛИЗ МЕТОДОВ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА ФОРМИРОВАНИЯ ВЗРЫВООПАСНЫХ ЗОН И ПРИМЕРЫ АВАРИЙ…...……………………………………………..................................... 11 1.1. Аналитический обзор существующей литературы по проблеме формирования взрывоопасных зон при аварийных выбросах горючих веществ и их взрывы………………………………….............. 11 1.2. Обоснование необходимости определения параметров взрывоопасных зон для оценки последствий взрывных аварий……… 14 1.3. Краткий анализ аварийных ситуаций…………………………………... 18 1.4. Выводы по первой главе………………………………………………… 22 ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ РАСЧЕТА ДИНАМИКИ ФОРМИРОВАНИЯ ВЗРЫВООПАСНЫХ ЗОН ………………….............. 23 2.1. Теоретические основы описания процесса формирования взрывоопасных зон…………………………………………………......... 23 2.2. Задачи формирования взрывоопасных зон, имеющие аналитическое решение…………………………………………....................................... 28 2.3. Численная модель, описывающая процесс формирования взрывоопасных зон…………………………………………………......... 30 2.4. Решение задач, подтверждающих достоверность разработанной численной методики…………………………………………………….. 2.5. Методика расчета параметров воздушных потоков и 36 их реализация………………………………………………………………... 40 2.6. Выводы по второй главе………………………………………………… 47 ГЛАВА 3. ПРОЦЕССОВ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ДИФФУЗИИ И ИССЛЕДОВАНИЯ ФОРМИРОВАНИЯ ВЗРЫВООПАСНЫХ ЗОН…………………………………………………… 48 3 3.1. Экспериментальные исследования процесса диффузии в жидкости…………………………………………………………............. 3.2 Экспериментальные исследования формирования метано- и пропановоздушных зон в протяжённых объёмах………………. 3.3. 48 52 Экспериментальные исследования диффузионных процессов в кубическом объёме и косвенное определение коэффициента турбулентной диффузии………………………………………………… 56 3.4. Экспериментальные исследования диффузионных процессов в открытых пространствах………………………………………………... 63 3.5. Выводы по третьей главе ……………………………………….............. 68 ГЛАВА 4. РАСЧЕТЫ ПРОЦЕССА ФОРМИРОВАНИЯ ВЗРЫВООПАСНЫХ ЗОН ПРИМЕНИТЕЛЬНО К РЕАЛЬНЫМ АВАРИЙНЫМ СИТУАЦИЯМ И ПРИ ПРОГНОЗИРОВАНИИ ПОСЛЕДСТВИЙ ВОЗМОЖНЫХ АВАРИЙ НА ОБЪЕКТАХ………… 4.1. Апробация разработанных методов для определения процесса формирования взрывоопасных зон на территории типового объекта 4.2. 70 70 Анализ взрыва, происшедшего при тушении пожара в 2013 году на Тополевой аллее (г. Москва) …………………………………………… 90 4.3. Анализ взрывной аварии, происшедшей в 2010 году на участке газопровода «Нижневартовск-Курган-Куйбышев» (Самарская обл) 4.4. 97 Выводы по четвёртой главе……………………………………………... 106 ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ.................................................. 107 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ…………………………........…………………… 109 Приложение А. АКТЫ ВНЕДРЕНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ ................................................................ Приложение Б. СВОДНАЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ ПРОЦЕССА ТАБЛИЦА ЭКСПЕРИМЕНТОВ ФОРМИРОВАНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ПО 120 СЕРИИ ИССЛЕДОВАНИЮ ВЗРЫВООПАСНЫХ ЗОН НА ТИПОВОМ ОБЪЕКТЕ……………………………………………………… 123 4 ВВЕДЕНИЕ 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, автозаправочные станции 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. Год от года взрывопожароопасных объектов становится всё больше, также увеличивается износ существующих объектов. 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. По статистике количество пожаров в нашей стране в 300…400 раз больше, чем количество взрывов, а вот общий ущерб от взрывов составляет примерно 25% от общего ущерба при пожарах [20, 76]. Только за 2014 год (по данным МЧС России) в нашей стране 5 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, данная диссертационная работа является актуальной. Таким образом, актуальной является 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.). 6 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 пожаровзрывоопасные производства химической промышленности; исследования газовой, предприятия, являются нефтеперерабатывающей, 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. 7 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; 8 – 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 9 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 научнопрактической 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» (см. Приложение А); – 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» (см. Приложение А). 10 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. 11 ГЛАВА 1. АНАЛИЗ МЕТОДОВ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА ФОРМИРОВАНИЯ ВЗРЫВООПАСНЫХ ЗОН И ПРИМЕРЫ АВАРИЙ 1.1 Аналитический обзор существующей литературы по проблеме формирования взрывоопасных зон при аварийных выбросах горючих веществ и их взрывы Для определения последствий аварий, а также для проектирования и обеспечения взрывобезопасности на объектах, в технологических процессах производства и переработки которых используются горючие вещества, необходимо знать количество вещества, которое перешло во взрывоопасное состояние. Также необходимо знать в какой момент времени, и в какой точке пространства достигаются характерные концентрации газопаровоздушных смесей. Как было сказано ранее, что проблеме формирования взрывоопасных зон и определения динамических параметров уделяется большое внимание [3, 7, 8, 11, 12, 13, 20, 21, 22, 27, 28, 32, 39, 40, 41, 44, 45, 61, 64, 65, 67, 69, 70, 71, 82 83, 84, 102]. На основании работ [8, 12, 27, 32, 39, 44, 61, 75, 84] приходим к выводу, что существует три основных подхода для количественного описания процесса формирования взрывоопасных зон при аварийных выбросах горючих веществ: − гауссовская модель, законы нормального распределения концентрации; − модели формирования, основанные на интегральных законах сохранения веществ либо в облаке в целом, либо в поперечном режиме; − модели, построенные на численном решении системы уравнений сохранения веществ оригинальном виде (методы численного моделирования). Проведём аналитический обзор существующих методик по определению процесса формирования взрывоопасных зон горючих веществ. Гауссовская модель реализована – в ГОСТ Р 12.3.047-2012 «Система стандартов безопасности труда. Пожарная безопасность технологических 12 процессов. Общие требования. Методы контроля», а методы, основанные на интегральных законах сохранения (краевые задачи, аналитические), в программных продуктах CFD. Основным документом, регламентирующим расчет рассеивания и определение приземных концентраций выбросов промышленных предприятий, является ОНД-86. Перечислим наиболее известные и широко применяемые нормативы и отечественные методик расчета последствий аварийных выбросов опасных веществ: − Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности. Общие правила взрывобезопасности для взрывопожароопасных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств. Серия 09. Выпуск 37; − Правила безопасности в нефтяной и газовой промышленности (утв. постановлением Госгортехнадзора РФ от 5 июня 2003 г. N 56); − ГОСТ Р 12.3.047-2012 «Система стандартов безопасности труда. Пожарная безопасность технологических процессов. Общие требования. Методы контроля» ПРИЛОЖЕНИЕ Б. «Метод расчёта размеров зон, ограниченных нижним концентрационным пределом распространения пламени (НКПР) газов и паров». ПРИЛОЖЕНИЕ Г. «Метод расчёта размеров зон распространения облака горючих газов и паров при аварии». − РБ Г-05-039-96 «Руководство по анализу опасности аварийных взрывов и определению параметров их механического воздействия»; − ПБ 12-368-00 «Правила безопасности в газовом хозяйстве»; − РД 03-409-01 «Методика оценки последствий аварийных взрывов топливно-воздушных смесей». Серия 27. Выпуск 2. Сборник документов. 3-е издание исправленное и дополненное; − Экспресс-методика прогнозирования последствий взрывных явлений на промышленных объектах. ВНИИ ГОЧС; − Методические разгерметизации смесями»; рекомендации технологического ВНИИПО оборудования «Определение с площади газопаровоздушными 13 Данные методики позволяют оценивать и определять: выброс горючих веществ в окружающую среду (залповое или мгновенное и продолжительное истечение газа); перемещение горючих веществ в атмосфере (растекание по поверхности, рассеивание в атмосфере); воздействие поражающих факторов на человека и объекты (токсическое воздействие, воздействие волн давления, удар пламенем, осколки, термическое излучение от пожаров пролива, горящих облаков, огненных шаров). Зачастую при выполнении рекомендаций по снижению взрывоопасности уникальных объектов и при расследовании крупных аварий две первые методики не позволяют решить поставленную задачу Использование методов численного моделирования позволяет учесть особенности местности и наличие преград, чего не учитывают две первые методики. Основанный на процессах массо-, энерго- и теплообмена метод численного моделирования позволяет учесть практически все существенные факторы, а потому данный метод является наиболее точным. Но стоит отметить, что в полной мере, учитывающая все факторы, единая методика оценки последствий взрывных аварий, вызванных формированием газопаровоздушных смесей, отсутствует. 14 1.2. Обоснование необходимости определения параметров взрывоопасных зон для оценки последствий взрывных аварий Именно определение параметров взрывоопасных зон необходимо для оценки последствий взрывных аварий. Для подтверждения данной выкладки необходимо разобраться в основных понятиях аварийного взрыва. Дадим основные термины и определения [88]: Взрывная авария – авария, причиной которой является взрыв. Взрыв – быстропротекающее физико-химическое явление, связанное с быстрым освобождением потенциальной энергии и переходом её в энергию движущихся сжатых газов, которые создают волну сжатия или одну из его форм – ударную волну. Взрывное горение – распространение пламени в заранее образовавшейся (подготовленной) горючей смеси. Скорость распространения пламени зависит от вида взрывного горения: детонационного либо дефлаграционного. Горючая смесь – смесь горючего газа (газов) с воздухом (кислородом). Детонационное взрывное горение (детонационный взрыв) – характеризуется сверхзвуковой скоростью распространения пламени (1600…3000 м/с) и совместным движением ударной волны и химической зоны горения во взрывчатой смеси. Дефлаграционный взрыв – характеризуется дозвуковой скоростью распространения пламени. Из вышеперечисленных определений вытекает, что для того чтобы произошло взрывное горение необходимо смешение горючего вещества с достаточным количеством кислорода (окислителя реакции), а также достаточный источник воспламенения смеси. Так называемый «Треугольник горения». Условно взрывоопасные газы можно разделить на две группы[15, 18]: – «Лёгкий газ» (ЛГ) - газ с плотностью меньшей, чем плотность воздуха ЛГ ВОЗДУХ (метан, этан, водород и др.); 15 – «Тяжёлый газ» (ТГ) - газ с плотностью большей, чем плотность воздуха ТГ ВОЗДУХ (пропан, бутан и др.). В процессе формирования взрывоопасной зоны ЛГ стремится переместиться в верхние слои среды, говоря проще «всплывает». А ТГ оседает в нижние слои, а потом «стелится» по поверхности. Параметры взрыва зависят от характерного размера взрывоопасной зоны и процентного содержания вещества во взрывоопасной смеси с кислородом. Прежде чем определить сценарий аварийной ситуации и произвести анализ возможных последствий необходимо знать укрупнено параметры взрывоопасной зоны горючего вещества. Также необходимо знать пределы воспламенения горючей смеси. Для каждого вещества они имеют своё значение. Нижний концентрационный предел воспламенения (НКПВ) – минимальное содержание горючего газа (пара) в газопаровоздушной смеси (ГВПС). Стехиометрическая концентрация – определённое содержание горючей компоненты в ГПВС, строго соответствующее содержанию воздуха в ГПВС, необходимого для полного сгорания этой смеси. Верхний концентрационный предел воспламенения (ВКПВ) – максимальное содержание горючего газа (пара) в газопаровоздушной смеси (ГВПС), при котором возможно воспламенение и устойчивое горение ГПВС. По нормативным методикам [29, 72, 77, 78, 80, 85, 91] расчёт ведётся на максимальное содержание вещества и значительно завышенные параметры взрывоопасной зоны горючей смеси. Все существующие методики для определения взрывных нагрузок и последствий аварийных ситуаций принимают характерный размер и местоположение взрывоопасной зоны, но нигде не указывается как определять данную зону и где есть эта зона. А данный факт очень важен для при оценке и прогнозировании взрывных нагрузок. Для более точного описания сценария аварии требуется более детальный расчёт динамики формирования взрывоопасной зоны горючего вещества. 16 Для того чтобы определить последствия аварийной ситуации, связанной с утечкой горючих веществ, необходимо знать параметры взрывоопасной зоны вещества. Важно дать исходные данные для определения взрывных нагрузок при аварийной ситуации, так как в существующих методиках [29, 72, 77, 78, 80, 85, 91], а именно в формулах определения взрывных нагрузок уже заложены размеры взрывоопасной зоны. При аварийных выбросах горючих веществ в атмосферу происходит их смешение с воздухом и на каждом этапе развития аварии в атмосфере находится разное количество вещества во взрывоопасной концентрации. Поэтому и параметры взрывных нагрузок будут различны в зависимости от времени реализации взрыва. Например, при залповом выбросе вещества и при наличии источника зажигания будет реализован огневой шар, а взрыва не будет, т.к. смесь, готовая к взрыву, еще не сформировалась. Через определенное время напротив будет сформировано взрывоопасное облако максимальных размеров. При его воспламенении (искрой, открытым огнем и т.д., т.е. слабым источником инициирования) произойдет дефлаграционный взрыв, в результате которого образуется облако продуктов взрыва – «огненный шар», а огневого шара, прогорающего по мере поступления кислорода, не будет. При мощном источнике инициирования – взрыв ВВ или удар молнии – будет реализован детонационный взрыв смеси. Если же источника зажигания не будет достаточно продолжительное время, то взрывоопасное облако просто рассеется. Одной из наиболее серьезных опасностей пожаровзрывоопасных производств является газопаровое облако, которое образуется при мгновенном разрушении резервуаров хранения или испарении разлитых жидкостей. Образование газопарового облака может привести к появлению трех типов опасностей: – взрыву газопаровоздушной смеси; – крупному пожару; – токсическому воздействию. 17 Физико-химические характеристики наиболее распространенных газо- и паровоздушных смесей, образующихся при авариях в химической и нефтехимической промышленности, приведены в табл. 1.2.1. Таблица 1.2.1 – Физико-химические характеристики наиболее распространенных газо- и паровоздушных смесей Моле Горючий Тип куляр компонент смес ная ГПВС и Объемные ΡСТХ, ССТХ, СНКПД концентрационные кг/м3 об% об% пределы Pmax, кПа масса воспламенения горю смеси, об% чего μ Водород Метан Этан Пропан Бутан Гексан Ацетилен Этилен Пропилен Бензол Толуол Циклогексан Ацетон Аммиак Окисьуглерод Винилхлорид а ГВС ГВС ГВС ГВС ГВС ПВС ГВС ГВС ГВС ПВС ПВС ПВС ПВС ГВС ГВС ГВС 2 16 30 44 58 86 26 28 42 78 92 84 42 17 28 62,5 0,933 1,232 1,250 1,315 1,328 1,340 1,278 1,285 1,314 1,350 1,350 1,340 1,210 1,180 1,280 1,40 29,59 9,45 5,66 4,03 3,13 2,16 7,75 6,54 4,46 2,84 2,23 2,28 4,99 19,72 29,59 7,75 15 – 2,87 – 2,57 1,98 – 9,7 3,32 – – – – – – – СНКПВ СВКПВ 4 5 2,9 2,1 1,8 1,2 2,5 3,0 2,2 1,4 1,3 1,2 2,2 15 12,5 – 75 15 15 9,5 9,1 7,5 81 32 10,3 7,1 6,7 10,6 13,0 28 74 – 739 720 675 860 860 865 1030 886 648 900 634 858 893 600 730 820 18 1.3. Краткий анализ аварийных ситуаций Аварийные ситуации, связанные с утечкой горючих веществ происходят ежедневно и повсеместно. Естественно, что не все аварийные выбросы заканчиваются взрывами. В главе 1.2 было подробно описано, что для процесса взрывного горения необходимо создать необходимые начальные условия. В качестве подтверждения данных теоретические выкладок ниже приведён краткий анализ аварийных ситуаций. 8 августа 2014г. примерно в 18:15 в центре г. Махачкала на перекрестке проспектов Шамиля и Акушинского произошла аварийная ситуация, связанная с утечкой пропана на АЗС. Взрыв пропановоздушной смеси произошёл после утечки и формирования взрывоопасной зоны. Утечка возникла из-за разгерметизации автоцистерны с газом, находившейся на территории АЗС. Причиной возгорания пропановоздушной смеси, на мой взгляд, послужил припаркованный автомобиль с работающим двигателем. На рисунке 1.3.1 представлено начало аварийного выброса. Рисунок 1.3.1 – Утечка пропана в атмосферу, формирование взрывоопасной зоны На рисунке 1.3.2 указан момент воспламенения пропановоздушной смеси – начало аварийного выброса. Отчётливо виден фронт пламени и выгорание 19 «блиновидного очага» взрывоопасной смеси, что характерно для «тяжёлых» горючих газов [61]. Рисунок 1.3.2 – Момент воспламенения взрывоопасной смеси и начало распространения пламени взрывного горения На рисунке 1.3.3 изображена кульминация аварии – полное сгорание всей взрывоопасной смеси. Рисунок 1.3.3 – Полное сгорание всей взрывоопасной смеси, максимальный размер огненного шара 20 А ведь данная аварийная ситуация могла развиваться и по другому сценарию. Допустим, что взрывоопасная смесь не «нашла» достаточный источник воспламенения, тогда она могла и дальше распространяться по прилегающей территории. Одним из ярких примеров аварий, возникших по причине «человеческого фактора», является взрыв, произошедший 07 февраля 2014 в 07:15 на газонаполнительной станции [50] по адресу: Вологодская обл., п. Чагода, ул. Советская, д. 25. Ситуационный план объекта представлен на рисунке 1.3.4 Рисунок 1.3.4 – Ситуационный план расположения объекта (1,2,3-места нахождения пострадавших после взрыва) Причиной взрыва явилась утечка пропан-бутана через фланец на заднем торце цистерны. Об этом свидетельствовал факел пламени газа, который продолжал вытекать и после взрыва. Взрыв произошел утром, а цистерна была поставлена в гаражный бокс накануне - около восьми часов вечера. Таким образом, утечка газа в бокс продолжалась около 11 часов. Источником воспламенения явилась электрическая искра от выключателя. На рисунке 1.3.5 представлены последствия аварийного взрыва. 21 Рисунок 1.3.5 – Здание административного корпуса после аварии За 11 часов аварийной утечки произошло образование пропановоздушной смеси, которое и привело к взрывному горению. А если бы источник воспламенения появился сразу после начала утечки, то было бы медленное горение. Или ещё один возможный сценарий – взрывоопасная смесь формировалось не 11 часов, а 30 часов, то, скорее всего, за это время данная смесь полностью улетучилась. Более подробно сценарии развития аварийных ситуаций описаны в 4 главе, а именно восстановлен сценарий развития взрывной аварии, происшедшей в 2010 году на участке газопровода «Нижневартовск-Курган-Куйбышев» (Самарская область), и взрыва, происшедшего при тушении пожара в 2013 году на Тополевой аллее (г. Москва). Таким образом, приведённый краткий анализ аварийных ситуаций и расчёт параметров взрывоопасной смеси по существующим методикам, которые не позволяют определять взрывобезопасность уникальных объектов, подтверждает актуальность выбранной темы. 22 1.4. Выводы по первой главе Проанализированы существующие методы прогнозирования процесса формирования взрывоопасных зон. На основе анализа недостатков существующих методик определены критерии к разрабатываемой методике расчёта динамики формирования взрывоопасных зон. Без детального определения параметров взрывоопасной зоны невозможно определять взрывные нагрузки для любой точки пространства в любой момент времени Обоснована необходимость определения параметров взрывоопасных зон для оценки последствий взрывных аварий. В качестве подтверждения данных теоретических выкладок представлен краткий анализ аварийных ситуаций. А именно: взрыв пропановоздушной смеси на территории АЗС в г. Махачкала и взрыв газа на газонаполнительной станции в п. Чагода Вологодской области. Краткий анализ аварийных ситуаций и расчёт параметров взрывоопасной смеси по существующим методикам, которые не позволяют определять взрывобезопасность объектов, а также достоверно восстанавливать сценарии аварийных ситуаций, что подтверждает актуальность выбранной темы. 23 ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ РАСЧЕТА ДИНАМИКИ ФОРМИРОВАНИЯ ВЗРЫВООПАСНЫХ ЗОН 2.1. Теоретические основы описания процесса формирования взрывоопасных зон Процесс формирования взрывоопасных зон при аварийных выбросах горючих веществ является сложным физическим явлением. Для рассмотрения данного процесса необходимо знать достаточное количество начальных и граничных данных, а также физических характеристик. В первую очередь необходимо знать свойства горючего вещества, которое при смешении с воздухом становится взрывоопасной смесью. Газовая смесь аварийного выброса имеет различные физические и химические параметры. Одним из основных параметров для процесса распространения вещества в среде является его плотность. Условно разделим взрывоопасные газы на две группы[15, 18]: 1. «Лёгкий газ» (ЛГ) - газ с плотностью меньшей, чем плотность воздуха ЛГ ВОЗДУХ (метан, этан, водород и др.); 2. «Тяжёлый газ» (ТГ) - газ с плотностью большей, чем плотность воздуха ТГ ВОЗДУХ (пропан, бутан и др.). В процессе формирования взрывоопасной зоны ЛГ стремится переместиться в верхние слои среды, говоря проще «всплывает». А ТГ оседает в нижние слои, а потом «стелится» по поверхности. Рассмотрим общие закономерности и основные уравнения, описывающие формирование взрывоопасных зон. Анализ работ [1, 5, 18, 39, 44, 50, 52, 59, 60, 82, 87] показал, что в их основе лежат диффузионные процессы (диффузия – самопроизвольный процесс переноса вещества, приводящий к установлению равновесного распределения концентраций [88]), стремящиеся к созданию максимального хаоса на молекулярном уровне (энтропия смеси повышается), т.е. перемешать молекулы или выровнять концентрацию всех веществ в данном 24 объеме. Основным параметром, характеризующим процесс смешения веществ на молекулярном уровне, является ламинарный коэффициент диффузии DЛ (ламинарная /молекулярная диффузия – перемещаются молекулы), численное 1 3 значение которого определяется как DЛ U М LM , где UМ – средняя скорость движения молекул, а LМ – средняя длина свободного пробега молекул. При этом предполагается, что гидродинамические потоки, присутствующие в среде, носят ламинарный характер, т.е. в среде отсутствует свободная турбулентность. Свободная турбулентность характеризуется тем, что в ней существуют области, которые двигаются как единое целое (наблюдается высокая степень корреляции скоростей в разных точках области). Эти области имеют определенные размеры, скорости и время существования. Скорости потока в этих областях имеют высокую степень корреляции, значение которой уменьшается с расстоянием. Поэтому размеры и время «жизни» этих областей имеют достаточно условные численные значения. Мы живём в турбулентном мире, в котором практически не встречается процесс ламинарной диффузии. При возникновении аварийных ситуаций, связанных с утечкой горючих веществ в атмосферу, мы имеем среду с высокой начальной свободной турбулентностью, которая, как правило, дополняется турбулентными потоками, связанными с выбросами горючих веществ. Поэтому в этом случае нужно говорить о турбулентном коэффициенте диффузии (турбулентная диффузия – перемещаются группы молекул). Стоит отметить, что определить коэффициент турбулентной диффузии достаточно трудно. Численное значение можно оценить как D X2 1 U П LП , 2 2 где X2– среднее значение квадрата смещения корреляционной области за время τ, UП – средняя скорость движения корреляционной области, τ – время «жизни» корреляционной области, LП – средняя длина смещения корреляционной области. Приведенное соотношение было получено в свое время А. Эйнштейном для диффундирующих частиц. Также процессами диффузии занимались Д.Г. Стокс, М.И. Юдин, Дж. Кранк и другие. 25 Наиболее точно закономерности диффузионных процессов были сформулированы ученым-физиологом Адольфом Фиком в 1855 г., которые и названы в его честь (1-й закон Фика устанавливает пропорциональность диффузионного потока частиц градиенту их концентрации; 2-й закон Фика описывает изменение концентрации, обусловленное диффузией). Основной задачей аналитической теории диффузии является определение и изучение пространственно-временного изменения основной физической величины, характеризующей процесс диффузии, – концентрации С=f(x,y,z,t). Распределение концентрации вещества по объему и его изменение во времени описывается известным уравнением диффузии: C 2C 2C 2 C Q Dx 2 D y 2 Dz 2 div (U C ) , t V x y z (2.1.1) где С(x,y,z,t) – объемная концентрация вещества в смеси, %; D – коэффициент диффузии для различных направлений, м2/с; Q – объемный расход вещества, м3/с; U – вектор скорости воздушного потока (ветра), м/с; x, y, z – пространственные координаты, м; t – время, с; V – объем, м3. Уравнение (2.1.1) можно получить из первого закона А. Фика. Простейшее выражение для первого закона Фика (одномерный случай) имеет вид: J D gradC D C , x (2.1.2) где J – плотность диффузионного потока, м/с. Если среда движется со скоростью U, то полный поток вещества в направлении Х равен: J D Тогда из разности потоков C UC . x справа (2.1.3) и слева от рассматриваемого элементарного объема среды следует, что изменение во времени концентрации вещества в этом элементарном объеме происходит по соотношению (2.1.1). 26 Наличие источника с производительностью (объемным расходом) Q приводит к появлению в уравнении (2.1.1) члена – Q . V Для анализа уравнения (2.1.1) приведем его к безразмерному виду. В качестве характерного линейного размера примем линейный размер – L0, а за характерное время – 2 L T0 0 . D Значение характерного линейного размера выбирается в зависимости от решаемой задачи. Это может быть линейный размер помещения (при рассмотрении процесса формирования облака в помещении) или линейный размер загазованной области (например, при рассмотрении задачи рассеивания аварийного выброса или оценке области загазованности). Тогда уравнение (2.1.1) в случае DX= DY=DZ приведется к виду: C 2C 2C 2C Q U L0 div ( 2 2 2 C) , t x y z V L0 D D (2.1.4) из которого следует, что приток вещества должен нормироваться к величине Q0 L0 D , а значение скорости потока должно нормироваться к параметру U0 D . L0 Из безразмерного уравнения (2.1.4) следует, что при Q L0 D решение уравнения (2.1.4) имеет локальный максимум в области притока вещества. При этом нарушается принцип квазистатичности концентрации – приток вещества не может быть компенсирован диффузионными процессами, что приводит к появлению значительного локального максимума. При Q L0 D решение уравнения (2.1.4) удовлетворяет принципу квазистатичности, т.е. концентрация вещества вблизи области загазованности (на расстоянии характерного размера) мало зависит от пространственной координаты. Кроме этого, при скорости движения среды, существенно превышающей U 0 оказывают малое влияние на процесс D , диффузионные процессы L0 формирования (перемещения) 27 взрывоопасной зоны. Данный процесс практически полностью определяется гидродинамическими потоками. Аналогичные соотношения используются при рассмотрении динамики ядовитых и радиационных облаков. Основное отличие связано с тем, что пределы концентрации взрывоопасных зон относительно велики, поэтому гидродинамические потоки для них играют большую роль, нежели чем для ядовитых облаков. Особенностью формирования взрывоопасных зон в помещениях от аналогичного процесса в атмосфере является то, что в закрытых помещениях скорости перемещения воздуха малы. Поэтому диффузионные процессы играют доминирующую роль. В атмосфере скорости потока (ветра) в большинстве случаев существенно превышают скорость диффузионных потоков (полного штиля практически не бывает). Поэтому доминирующую роль в переносе вещества по пространству играют газодинамические потоки. 28 2.2. Задачи формирования взрывоопасных зон, имеющие аналитическое решение Выше было описано, что законы, управляющие пространственно-временным развитием концентрационного поля и описывающие диффузионные процессы, были сформулированы А. Фиком. На основании этих законов получено, что распределение концентрации вещества по объему и его изменение во времени описывается уравнением диффузии[23, 25, 27, 56, 79, 89, ]: C 2C 2C 2 C Q DX 2 DY 2 DZ 2 div (W C ) , t V x y z (2.2.1) где С(x,y,z,t) – 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. Данное уравнение турбулентной диффузии имеет аналитические решения для различных начальных условий, которые подробно изложены в работах [57, 58, 59, 86,90]. Далее рассмотрим данные аналитические решения. Уравнение (2.2.1) в n-мерных (n=1,2,3) координатах (сферическая симметрия) допускает следующее решение: Q r2 exp n n/2 4 D t dt , 2 ( D t ) 0 t C (r , t ) (2.2.2) где r – расстояние от источника выброса до точки наблюдения ( r x для одномерного случая, r 2 x 2 y 2 для двухмерного случая и r 2 x 2 y 2 z 2 для трехмерного случая), м; D – коэффициент турбулентной диффузии, м2/с; x, y, z – координаты, м; 29 t – время, м. В двухмерной постановке (например, для тяжелых газов с плотностью большей, чем плотность воздуха, когда DX=DY > DZ. [3, 5, 8, 15, 18, 42]) уравнение (2.2.1) решается в цилиндрических координатах (высота газо-воздушного облака ограничена, например, высота спокойных пропановоздушных облаков не превышает 5-7м [61, 65, 80]), что допускает следующее решение: t C (r , t ) 0 Q r2 dt , exp H (2D t ) 4D t (2.2.3) где H – высота облака, м. Для мгновенного выброса вещества в точке с нулевыми координатами выражение (2.2.1) имеет наиболее простой вид: C (r , t ) X 0n r2 exp 4 D t , 2 n (4D t ) n / 2 (2.2.4) t где X 0n – объем выброса ( X 0n Qdt ), м3. 0 Здесь необходимо отметить, что расчеты параметров взрывоопасных зон, как правило, проводятся в двух случаях. Во-первых, с целью прогнозирования возможных последствий аварийного выброса горючего вещества. И, во-вторых, при расследовании причин уже происшедшей аварии. Решение описанных выше задач с помощью аналитических выражений (2.2.2–4) не всегда возможно, ввиду разнообразия начальных и граничных условий. Поэтому и применяется решение конкретных диффузионных задач методом численного интегрирования нестационарного уравнения диффузии (2.2.1). Далее будет изложена численная модель, позволяющая решать задачи по взрывобезопасности объектов отрасли. 30 2.3. Численная модель, описывающая процесс формирования взрывоопасных зон Математическая модель численного интегрирования нестационарного уравнения турбулентной диффузии, разложенного по координатным осям по трехточечной схеме, имеет следующий вид [25, 37, 55, 79, 89]: 2C C (i, j 1, k ) 2C (i, j, k ) C (i, j 1, k ) Dx 2 Dx ; x x 2 2C C (i 1, j, k ) 2C (i, j, k ) C (i 1, j, k ) Dy 2 Dy ; y y 2 (2.3.1) 2C C (i, j, k 1) 2C (i, j, k ) C (i, j, k 1) Dz 2 Dz , z z 2 где С(x,y,z,t) – объемная концентрация вещества в смеси, %; DX, DY, DZ – коэффициенты турбулентной диффузии для трех направлений, м3/с; x, y, z – пространственные координаты, м; i, j, k – индексы. Численное интегрирование системы уравнений (2.3.1) осуществляется по явной разностной схеме в программе математического моделирования «MATLAB» [33, 73]. Шаг по времени выбирается из соображений устойчивости схемы. Вектора скорости потока должны быть известны заранее. Рисунок 2.3.1 – Расчетная трехмерная равномерная сетка 31 На рисунке 2.3.1 представлена расчётная трёхмерная равномерная сетка. На твердых границах принимается, что поток вещества равен нулю, т.е. C 0 . В этом случае принимается, что значение концентрации во внешней к x границе точке равно концентрации в крайней к границе точке. Например, если на левой границе области значение концентрации равно С(i=1), то для внешней к области точке (i=0) принимаем, что С(0)=С(1). Для упрощения изложения здесь и далее приводятся соотношения на границах только для одной координатной оси. Для остальных осей граничные условия принимаются аналогичным образом. Рассмотрим ситуацию «свободного» прохода вещества. Указанный случай связан с тем, что часто необходимо проводить расчеты для безграничного пространства, а размеры расчетной области ограничены. В этом случае поток вещества через «свободную» границу (при условии, что источники вещества вне расчетной области отсутствуют) находится из соотношения (для левой границы) С(0)=С(1)2/С(2). Тогда поток вещества через границу равен D C(1) C(0) . Для правой границы имеем С(n+1)=С(n)2/С(n-1). Поток вещества через границу равен D C(n 1) C(n) . Приведенные соотношения вытекают из следующих соображений. На «свободной» границе расчетные значения концентрации должны быть достаточно малы. Это связано с тем, что расчетная область выбирается из условия малого влияния «свободной» границы на решение, т.е. источники утечки должны быть достаточно удалены от «свободных» границ. Тогда из решения выражения (2.2.4) следует, что C (0) C (1) x X exp . Откуда вытекает C (1) C (2) 4 Dt условие С(0)=С(1)2/С(2) на левой «свободной» границе. На границе, где задана концентрация (например, нулевая концентрация на открытом проеме помещения), во внешних ячейках принимается заданная заранее концентрация. Рассмотрим особенности формирования взрывоопасных зон на примере численного решения уравнения диффузии (2.2.1) в трёхмерной постановке. Был задан мгновенный выброс 25920м3 пропана (примерно 50800кг). Выброс происходит в центре нижней грани расчетной области. Расчетная область 32 приведена на рисунке 2.3.2. Линейный размер расчетной ячейки был принят равным Δх= Δy= Δz= 6м; среда принималась неподвижной, т.е. скорости воздушного потока (W=0); коэффициенты диффузии по горизонтальным координатам одинаковы и равны: DX=DY=0.10м2/c, а по вертикальной координате коэффициент диффузии в соответствии с [61] был уменьшен в 30 раз, т.е. DZ=0.00333м2/c. Рисунок 2.3.2 – Расчетная область, используемая при проведении трехмерного численного интегрирования уравнения (2.3.1) Результаты расчета производятся для сечения, указанного на рисунке 2.3.2. Исходный вид концентрации в указанном сечении приведен на рисунке 2.3.3. На рисунках 2.3.2 и 2.3.3 указаны три точки, в которых выводились временные зависимости концентрации. Рисунок 2.3.3 – Поле начальной концентрация в вертикальном сечении расчетной области 33 Для наглядного представления о динамике формирования взрывоопасной зоны на рисунке 2.3.4 приведены линии равной концентрации, которые построены на основании вычисленных для данного момента времени полей концентрации. Рисунок 2.3.4 – Уровни равных концентраций через каждые 10 минут после начала выброса 34 Изолинии равных концентраций выводились для моментов времени, соответствующих каждым последующим 10 минутам после выброса вещества. Были приняты следующие уровни равных концентраций: 2% (НКПВ); 4% (стехиометрия); 8% (ВКПВ) и 16% (2.0* ВКПВ). На рисунке 2.3.5 приведены временные зависимости концентрации в трех точках пространства (расположение точек показано на рисунках 2.3.2 – 3). Рисунок 2.3.5 – Временные зависимости концентрации в трех точках пространства На рисунке 2.3.6 приведены временные зависимости общего объема газа в расчетной области и объема газа, находящегося во взрывоопасном состоянии (концентрация больше НКПВ, но меньше ВКПВ). 35 Рисунок 2.3.6 – Временные зависимости объема газа, находящегося во взрывоопасном состоянии 36 2.4. Решение задач, подтверждающих достоверность разработанной численной методики Для подтверждения достоверности разработанной в главе 2.3 численной методики расчёта динамики формирования взрывоопасных зон горючих веществ был выполнен тестовый расчёт. Как было описано ранее (см. главу 2.1) распределение концентрации вещества по объему и его изменение во времени описывается уравнением диффузии [16, 18, 25, 37, 55, 79, 89]: C 2C 2C 2 C Q Dx D D div ( W C) , y z t x 2 y 2 z 2 V (2.4.1) где С(x,y,z,t) – объемная концентрация вещества в смеси, %; D – коэффициент 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. Из главы 2.2 имеем, что для мгновенного выброса вещества в точке с нулевыми координатами выражение (2.4.1) имеет следующее аналитическое решение [57, 58]: C (r , t ) X0 r2 exp 4 D t , 2 3 (4D t ) 3 / 2 (2.4.2) где X 0 – объем выброса; r – расстояние от источника выброса до точки наблюдения, м; D – коэффициент турбулентной диффузии, м3/с. Для решения поставленной задачи была разработана и реализована программа для численного расчёта двухмерного уравнения (2.4.1) по явной разностной схеме. Шаг по времени выбирался из соображений устойчивости 37 схемы. Предварительно были определены вектора скорости потока (методика расчёта представлена в главе 2.5). Рассмотрим взрывоопасных результаты зон по тестового численной расчета схеме, процесса разработанной формирования в программе математического моделирования «MATLAB» [33, 73]. В тестовом расчёте было принято, что произошел мгновенный выброс 120м3 вещества в центральной точке нижней грани расчетной области. Скорость перемещения воздушных потоков равна нулю (W=0) и притока вещества нет (Q=0). Коэффициенты турбулентной диффузии по всем координатам одинаковы: DX= DY=DZ =0.025м2/c [15, 45, 49, 51]. Эти начальные условия соответствуют аналитическому решению (2.4.2) уравнения (2.4.1). Расчетная область разбита по оси Х на 35 расчетных ячеек, а по оси Y на 27 ячеек. Линейный размер ячейки равен х, у=10м. Пусть в центральной ячейке произошел мгновенный выброс вещества, которое заняло всю ячейку (начальная концентрация в ячейке будет С=100%). 1 2 Рисунок 2.4.1 – Пространственное распределение концентрации: 1 – через 400 секунд после выброса; 2 – через 800 секунд после выброса; На рисунке 2.4.1 приведены результаты численного расчета – поля концентрации через 400 и 800 секунд после выброса 38 На рисунке 2.4.2 приведено сравнение результатов расчета двухмерного уравнения (2.4.1) при W=0 и Q=0 по численной схеме с результатами расчетов по аналитическому выражению (2.4.2). Рисунок 2.4.2 – Временные зависимости концентрации в нескольких точках пространства. Сравнение численного и аналитического решений Приведенное выше сравнение результатов численных расчетов с результатами аналитического решения показывает, что расчет по разработанной численной схеме полностью совпадает с результатами аналитического решения. Различия между численными и аналитическими решениями составляют не более s=0.65%, где . В абсолютных значениях различие составляет не более 3∙10-3 процентов объемной концентрации. Это говорит о корректности разработанной вычислительной схемы и возможности ее использования для задач, которые не имеют аналитического решения. В результате могут быть получены любые динамические характеристики взрывоопасной зоны с учетом произвольных граничных условий и при произвольных (по пространству и времени) утечках горючего вещества. Для 39 проведения расчетов необходимо знать значения коэффициентов турбулентной диффузии и вектора скорости воздушного потока. Подтверждение результатов расчета по разработанной численной схеме с экспериментальными данными описано в главе 3. 40 2.5. Методика расчета параметров воздушных потоков и их реализация Ранее было сказано, что для расчёта динамических параметров взрывоопасных зон при аварийных выбросах горючих веществ необходимо предварительно определить параметры воздушных потоков. Для этого в работе представлена методика расчёта параметров стационарных и нестационарных воздушных потоков. Данную методику можно разделить на две группы. Методика расчета стационарных потоков (условно аналитическая), основана на том факте, что произвольное движение среды можно заменить суммой произвольных элементарных составляющих (монополей, диполей, вихрей) с определенной интенсивностью. Интенсивность элементарных составляющих определяется из условия не протекания жидкости на твердых поверхностях (нормальная составляющая скорости потока на твердой поверхности должна быть равна нулю). Для этого на твердых границах задаются контрольные точки, в которых должно быть удовлетворено условие не протекания. Если количество элементарных составляющих равно N, то количество контрольных точек принимается равно N-1 (рисунок 2.5.1). Например, контрольные точки располагаются на твердой поверхности между соседними вихрями (см. рисунок 2.5.1). Рисунок 2.5.1 – Иллюстрация схемы расположения вихрей и контрольных точек для обеспечения условия не протекания на границе. Нормальная составляющая скорости потока в любой контрольной точке (Vn) должна быть в точности противоположна скорости, генерируемой системой вихрей. Поле скоростей, генерируемых элементарной составляющей с единичной 41 производительностью, известно заранее из общих законов механики жидкости [26, 38, 54, 56-59]. Тогда задача определения интенсивности моно полей, диполей или вихрей сводится к системе линейных уравнений. Особенностью указанного способа решения гидродинамической задачи является то, что необходимо дополнительное уравнение, замыкающее систему линейных уравнений. Только тогда система линейных уравнений имеет единственное решение. В интересующей с практической точки зрения задаче, которая описывает развитие и распространение взрывоопасных облаков, скорости потока очень малы (имеют порядок 1см/c). Связано это с тем, что при больших скоростях воздушного потока формирование значительных облаков невозможно, т.к. они быстро сносятся ветром и рассеиваются [12, 19, 24, 61, 67, 75, 93]. Поэтому в качестве условия, замыкающего систему уравнений, наиболее целесообразно принять суммарное значение завихренности потока, равной нулю, т.е. сумма интенсивности элементарных источников должна быть равна нулю. Физически это означает отсутствие подъемной силы у препятствия, обтекаемого воздушным потоком. Другими словами, срыва потока на кромках обтекаемого препятствия нет, а линии тока строятся с условием удовлетворения парадоксу Даламбера. Методика расчета нестационарных потоков представляет собой чисто разностный аналог законов движения среды. При этом вся расчетная область заранее разбивается на определенное количество расчетных ячеек, в которых осуществляется расчет параметров среды. В основе этого метода расчета параметров воздушных потоков положена численная схема расчета. Суть ее сводится к прямому численному интегрированию законов сохранения в дифференциальной форме с привлечением интегральных законов сохранения. Этот метод известен как метод Годунова [6, 25, 89] и используется для решения широкого круга нестационарных задач гидрогазодинамики [4, 39, 44, 52, 63, 68]. В данной численной схеме предполагается, что на границе расчетной ячейки протяженностью x происходит распад произвольного разрыва, а 42 давление и скорость среды в месте распада разрыва (на границе расчетной ячейки) определяются из решения задачи о распаде произвольного разрыва. Задача о распаде произвольного разрыва сводится к системе нелинейных уравнений относительно давления ( Pр ) и скорости ( U р ) среды в точке распада разрыва. Данные величины определяют потоки массы M i ,i 1 и импульса I i ,i 1 , которыми обмениваются соседние расчетные ячейки i и i 1 . Для одномерного случая (двух и трехмерные разностные схемы строятся аналогичным образом) расчет плотности и скорости среды в i ой ячейке в момент времени t ( in1 ,uin1 ) производится через значения плотности и скорости для предыдущего момента времени t ( in ,uin ) по следующей явной разностной схеме: n 1 n ( i i ) x ( M i ,i 1 M i 1,i ) 0 ( u ) n 1 ( u ) n ( I i i i ,i 1 I i 1 ,i ) 0 x (2.5.1) Величины in1 , uin1 приближенно описывают состояние среды в момент времени t . Если их принять за начальное состояние и опять провести расчет по данной численной схеме, то найдем приближенное состояние среды для момента времени t и т.д. Из соображений устойчивости схемы промежуток времени . max( u i сi ) должен быть меньше, чем 0.5 min Особенностью применения x данной численной схемы для расчета воздушных потоков является выполнение условия не протекания жидкости на границе. В этом случае принимается, что скорость потока, используемая при расчете параметров распада произвольного разрыва, в точности противоположна нормальной составляющей скорости потока на границе. Для свободного прохода жидкости на границе расчетной области принимается, что скорость потока, используемая при расчете параметров распада разрыва, в точности равна нормальной составляющей скорости потока на границе. 43 Использование данного метода при решении стационарных задач газодинамики подразумевает, что проводятся вычисления временной зависимости параметров потока для исходных стационарных начальных и граничных условий. В результате вычислений решение «выходит» на определенное стационарное значение. Этот метод носит название – метод установления. Здесь следует отметить, что полученное таким образом стационарное решение предполагает, что происходит полный отрыв потока от кромок препятствий, находящихся на пути потока. Рассмотрим реализацию первого метода расчета параметров воздушного потока для двухмерного случая. В качестве примера на рисунке 2.5.2 приведены вектора скорости потока, полученные описанным способом. Движение среды (ветра) происходит справа налево. На пути перпендикулярно потоку находится две преграды. Рисунок 2.5.2 – Вектора скорости потока, полученные первым способом – путем замены преграды системой вихрей Рассмотрим реализацию второго метода расчета параметров воздушного потока для двухмерного случая. При расчете параметров воздушного потока 44 вторым методом используется численная схема расчета, которая упоминалась выше. В качестве примера на рисунке 2.5.3 приведены вектора скорости потока, полученные приведенным выше численным методом происходит справа (методика расчета нестационарных потоков). Движение среды (ветра) налево. На пути перпендикулярно потоку находится две преграды, которые выделены на рисунке 2.5.3. На жестких границах препятствий выполняется условие не протекания жидкости. Рисунок 2.5.3 – Вектора скорости потока, полученные вторым способом – путем численного интегрирования общих уравнений сохранения Сравнение векторов скорости, полученных первым методом (рисунок 2.5.2), с полем векторов, полученных вторым методом (рисунок 2.5.3), показывает, что первый метод (как указывалось ранее) описывает потоки без срыва потока с кромок препятствий, а второй метод описывает потоки с полным отрывом потока с кромок препятствий. Во втором случае за препятствиями наблюдается (рисунок 2.5.3) аэродинамическая «тень», которой нет для первого варианта расчета. В первом варианте расчета поток «заходит» за препятствие. 45 В реальности реализуется промежуточный вариант обтекания потоком зданий и разного рода преград, а сам поток будет иметь промежуточные характеристики между характеристиками, приведенными на рисунке 2.5.2 и рисунке 2.5.3. Аварийные ситуации, связанные с выбросом горючих веществ в атмосферу, носят случайный и непредсказуемый характер, а начальные условия аварии могут быть заданы крайне приблизительно. На рисунке 2.5.4 представлены вектора скорости воздушных потоков. Данные вектора получены третьим способом – путем векторного осреднения значений векторов, полученных путём численного интегрирования общих уравнений сохранения и путем замены преграды системой вихрей. Рисунок 2.5.4 – Вектора скорости потока, полученные третьим способом – путем векторного осреднения значений векторов, полученных по двум методикам В результате расчёта получены вектора скорости потока для реальной аварийной ситуации. Данные поля в дальнейшем использованы при выполнении серии вычислительных экспериментов для определения взрывоопасных зон на территории типового энергоёмкого объекта. формирования 46 Стоит также отметить, что диффузионные процессы при скоростях перемещения среды, превышающих скорость диффузии (что часто имеет место в действительности), играют подчиненную роль. Поэтому общая задача расчета зон распространения опасных веществ может быть разделена на две независимые задачи: задача расчета перемещения границ опасного облака, которая имеет чисто газодинамический характер, и задача расчёт изменения концентрации смеси в переносимом средой облаке. Вторая задача имеет чисто диффузионный характер. При этом следует иметь в виду, что общие закономерности и основные уравнения, описывающие формирование взрывоопасных и ядовитых облаков, одинаковы. Поэтому, рассматривая процесс формирования взрывоопасных облаков, тем самым получаем результаты, применимые распространением ядовитых веществ. к процессам, связанным с 47 2.6. Выводы по второй главе Проанализированы теоретические основы, описывающие процесс диффузии. Рассмотрены задачи формирования взрывоопасных зон, которые имеют аналитическое решение. Разработанная численная модель, позволяет определять динамические параметры взрывоопасных зон при аварийных выбросах горючих веществ для различных начальных и граничных условий. Произведена апробация численной модели путём решения тестовой задачи и сравнения решений численным и аналитическим способами. Приведенное сравнение результатов численных расчетов с результатами аналитических решений показывает, что расчет по разработанной численной схеме практически полностью совпадает с результатами аналитического решения. Различия между численными и аналитическими решениями по определению объемной концентрации газа в смеси составляют не более 3∙10-3 процентов объемной концентрации. Это говорит о корректности разработанной вычислительной схемы и возможности ее использования для задач, которые не имеют аналитического решения. В результате расчетов могут быть получены любые динамические характеристики взрывоопасной зоны с учетом произвольных граничных условий и при произвольных (по пространству и времени) утечках взрывоопасного вещества. В результате расчёта получены вектора скорости потока для реальной аварийной ситуации. Данные поля в дальнейшем использованы при выполнении серии вычислительных экспериментов для определения формирования взрывоопасных зон на территории типового энергоёмкого объекта. Стоит также отметить, что общие закономерности и основные уравнения, описывающие формирование взрывоопасных и ядовитых облаков, одинаковы. Поэтому, рассматривая процесс формирования взрывоопасных зон, тем самым получаем результаты, применимые к процессам, связанным с распространением ядовитых веществ. 48 ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ДИФФУЗИИ И ФОРМИРОВАНИЯ ВЗРЫВООПАСНЫХ ЗОН 3.1. Экспериментальные исследования процесса диффузии в жидкости Процесс формирования взрывоопасных зон горючих веществ не виден человеку. Для визуализации процесса диффузии и определения основных закономерностей были проведены экспериментальные исследования распространения тяжёлых примесей в воде. Анализа работ [1, 54, 56, 57, 59] позволил сделать обобщённый вывод, что законы, описывающие процесс распространения жидкостей сформулировать общие и газов принципы схожи. построения Данные опыты математической позволили модели, разработанной автором (см. главу 4). Была выполнена серия экспериментов в стеклянном объёме с характерными размерами 46,5х22х33см, полностью заполненном водой [18]. Температура воды составляла15 0С. На рисунке 3.1.1 представлена схема экспериментальной модели. Рисунок 3.1.1 – Схема экспериментальной модели В точке 1 (см. рисунок 3.1.1) на поверхность жидкости подавались капли окрашенной примеси ( ПРИМЕСЬ ВОДА ) посредством пипетки. Состав примеси – 49 вода смешенная с чернилами. Задержка подачи капель 0,5 сек. В ходе эксперимента проводилась фото фиксация и видеозапись. В эксперименте №1 через пипетку подавались чернила общим количеством V=0,1 мл. (20 капель). Через 15 сек. после начала подачи тяжёлая примесь достигли дна модели. Температура воздуха: 22˚С. На рисунке 3.1.2 представлены фотографии эксперимента №1. 1 2 3 4 Рисунок 3.1.2 – Фотография эксперимента №1: 1 – через 5 сек.; 2 – через 15 сек.; 3 – через 25 сек.; 4 – через 35 сек. Эксперимент №1 показал, что на начальном этапе выброса тяжёлой примеси в жидкость наблюдаются значительные гидродинамические течения, которые являются доминирующими в данном процессе. По мере уменьшения гидродинамических скоростей начинают преобладать процессы диффузии, которые в дальнейшем становятся основополагающими для распространения 50 примеси в жидкости. Аналогичную картину мы наблюдаем при развитии аварийных ситуаций, связанных с утечкой «тяжёлых» горючих веществ. В частности, анализ аварий в работах [12, 15, 43, 48, 49, 61, 66, 99] показывает, что именно так распространяется пропан, смешиваясь с воздухом. Известно, что пропан сначала растекается (оседает), а потом «стелится» по поверхности земли. По аналогичным начальным и граничным условиям был выполнен эксперимент №2, но с уменьшенным в 2 раза количеством тяжёлой примеси V=0,05 мл. (10 капель). На рисунке 3.1.3 представлены фотографии эксперимента №2. 1 2 3 4 Рисунок 3.1.3 – Фотография эксперимента №2: 1 – через 5 сек.; 2 – через 15 сек.; 3 – через 25 сек.; 4 – через 35 сек. 51 Как и в эксперименте №1 тяжёлая примесь начинает достигать дна модели через 15 сек. после начала подачи. Это указывает на то, что для данной задачи скорости гидродинамических течений практически равны, и уменьшение расхода в 2 раза особо не влияет на физику процесса для данного момента времени. Эксперимент №2 показал практически аналогичную картину распространения тяжёлых примесей в воде, с той лишь разницей, что значительные гидродинамические течения, которые являются доминирующими в данном процессе, уменьшаются практически в 2 раза быстрее. Это напрямую связано с расходом. Зато диффузионные процессы (см. рисунок 3.1.3-3 и 3.1.3-4) наблюдаются более интенсивные, поскольку данный процесс увеличен по времени. Для проведения физической аналогии визуализации процесса формирования взрывоопасной зоны «лёгких» горючих веществ достаточно источник выброса перенести на дно модели, и выбрасывать лёгкую примесь ( ПРИМЕСЬ ВОДА ). Данный процесс будет аналогичен вышеописанному процессу с той лишь разницей, что вещество будет всплывать на поверхность воды, и далее диффундировать от верхней грани экспериментальной модели к нижней. Данные выводы подтверждаются многочисленными авариями (см. работы [2, 11, 14, 15, 21, 41, 45, 46, 50, 61]), связанными с выбросом «лёгких» горючих веществ. Для данных аварийных ситуаций характерно, что, например, метан «всплывает» и взрывоопасная смесь формируется под потолком, а потом за счёт процесса диффузии смесь перемещается в направлении источника утечки. Проведённые экспериментальные исследования распространения тяжёлых примесей в воде позволили определить и описать процесс формирования взрывоопасной смеси в помещении при аварийной утечке «тяжёлого газа». Данные результаты были использованы при разработке численной методике расчёта данного процесса. 52 3.2. Экспериментальные исследования формирования метано- и пропановоздушных зон в протяжённых объёмах Результаты экспериментальных исследований процесса диффузии в жидкости (см. главу 3.1) выявил, что ход формирование взрывоопасной смеси состоит из двух неразрывных процессов: гидродинамических и диффузионных. Для описания процесса формирования взрывоопасной зоны и подтверждения влияния разности плотностей веществ, а также влияния гидродинамических потоков были проведены расчёты динамических параметров концентрации пропановоздушной смеси, выполненные для вытянутого объема с размерами 0,16х0,16х1,6м. В работе [39, 44, 95] было получено, что без учета сил гравитации диффузионные процессы в смеси пропан-воздух, находящейся в протяженном объеме с линейным размером сечения 0,1м, характеризуются коэффициентом турбулентной диффузии DХ=0.00319м2/с. Результаты расчётов приведены на рисунке 3.2.1. Рисунок 3.2.1 Расчетные временные зависимости концентрации в трех точках протяженного объема 53 При проведении расчетов были приняты следующие начальные условия: в правой части камеры содержалась 50%-ая смесь пропан-воздух, которая занимала кубический объем с размерами ребер 0,16м. Данная задача была решена разработанной математической моделью решения основного уравнения диффузии для одномерного случая. На рисунке 3.2.1 приведены временные зависимости объемной концентрации пропана в трех точках протяженного объема. Из приведенных результатов расчёта следует, что за счет диффузионных процессов взрывоопасная смесь должна достигнуть левого торца объема (камеры) примерно через 100 секунд. При этом основной объем пропана должен находиться в правой части камеры, а концентрация большей части сформировавшейся за счет диффузии пропановоздушной смеси должна быть выше верхнего концентрационного предела воспламенения (ВКПВ). Для подтверждения полученных в ходе расчёта данных был проведен эксперимент с аналогичными начальными и граничными условиями. В левой точке камеры (см. рисунок 3.2.1 и 3.2.2) был помещен источник зажигания, который постоянно искрил. В процессе формирования и распространения смеси сбросные проемы были закрыты. В ходе эксперимента проводилась фото фиксация и видеозапись. Общий вид установки представлен на рисунке 3.3.2. Рисунок 3.2.3 – Общий вид экспериментальной установки 54 Результаты эксперимента показали, что воспламенение смеси от источника, расположенного на расстоянии L0/2 (где L0=0,1L – длины камеры) от левого торца (левая точка на схеме рисунок 3.2.1) и на расстоянии L0/3 от нижней грани камеры (пола), происходит через 3-4 секунды после начала процесса диффузии (перегородка, разделяющая воздух и смесь, убиралась). Фотографии процесса взрывного горения смеси, приведенные на рисунке 3.2.3, показывают, что в правой части камеры большого количества богатой пропановоздушной смеси (концентрация смеси выше стехиометрической концентрации) нет. Видно, что распространение пламени происходит вдоль нижней грани камеры. Следовательно, в нижней части камеры концентрация смеси находится в пределах воспламенения. 1 2 3 Рисунок 3.2.3 – Фотографии процесса взрывного горения пропановоздушной смеси в протяженном объема Эксперимент и предварительные расчеты одномерной диффузионной задачи показали, что процесс формирования взрывоопасной зоны не описывается законами диффузии. Наиболее вероятной причиной значительного отличия реальности от результатов расчета процесса формирования взрывоопасного облака по законам диффузии является наличие значительных (с точки зрения 55 диффузионных явлений) газодинамических потоков. Более подробный расчёт данных процессов реализован в работах [37, 43, 44, 54, 57, 58]. На основании вышеизложенного материала можно сделать следующие выводы. При аварийных утечках горючих газов (например, пропана), плотность которого существенно отличается от плотности воздуха, даже при отсутствии подвижности выброса возникают значительные (по отношению к диффузионным процессам) гидродинамические потоки, которые на начальном этапе аварии определяют процесс формирования взрывоопасных зон. После затухания (остановки) гидродинамических течений начинает процесс формирования взрывоопасных зон, в основе которого лежат законы турбулентной диффузии. 56 3.3. Экспериментальные исследования диффузионных процессов в кубическом объёме и косвенное определение коэффициента турбулентной диффузии Для исследования диффузионных процессов взрывоопасной смеси были проведены экспериментальные исследования взрывного горения. Основной задачей в данном исследовании являлось определение порядка величины коэффициента турбулентной диффузии для стандартного состояния среды [16, 17, 18, 35, 36, 51]. Экспериментальная установка представляла собой модель кубического объема с ребром 1 метр. Схема экспериментальной взрывной камеры представлена на рисунке 3.3.1.На одной грани модели имелся сбросной проём размером 100х700мм. (дверца, открывающаяся на навесных петлях). В центре нижней грани подавался метан через отверстие диаметром 4 мм (эксперимент №1 и №2). Внутри модели находился непрерывно действующий источник зажигания (в точке 1 и 2, рисунок 3.3.1). В процессе истечения метана из отверстия сбросной проём закрыт. В ходе эксперимента проводилась видеозапись состояния грани со сбросным отверстием. Рисунок 3.3.1 – Схема экспериментальной взрывной камеры 57 В эксперименте №1 через отверстие диаметром d=4 мм. подавали метан. Расход подачи был задан и составлял q=0,274 л/с. Воспламенение, а как следствие взрывное горение метановоздушной смеси произошло в т.1 через 151 сек. Количество поступившего газа во взрывную камеру составило 44 л. На рисунке 3.3.2 представлены фотографии эксперимента №1. 1 2 3 4 Рисунок 3.3.2 – Фотографии эксперимента №1: 1 – через 0,083 сек.; 2 – через 0,25 сек.; 3 – через 0,333 сек.; 4 – через 0,5 сек. 58 Аналогично эксперименту №1 был проведён и эксперимент №2. Начальные и граничные условия оставлены без изменения. Единственное, что было изменено так это положение источника воспламенения смеси (точка 2, рисунок 3.3.1). Взрывное горение метановоздушной смеси произошло через 201 сек. Количество поступившего газа во взрывную камеру составило 52 л. На рисунке 3.3.3 представлены кадры из видеозаписи эксперимента №2. 1 2 3 4 Рисунок 3.3.3 – Фотография эксперимента №2: 1 – через 0,083 сек.; 2 – через 0,25 сек.; 3 – через 0,333 сек.; 4 – через 0,5 сек. 59 На основании разработанной во 2 главе математической модели, описывающей процесс формирования аварийного выброса метана, и анализа работ [10, 22, 34, 53, 69, 74, 94, 96, 97, 98, 100, 101, 103] был выполнен расчёт в математической среде «MATLAB». Расчёт основан (см. главу 2) на численном интегрировании нестационарного уравнения турбулентной диффузии [23, 25, 27, 56, 79, 89, ]: C 2C 2C 2 C Q DX 2 DY 2 DZ 2 div (W C ) , t V x y z (3.3.1) где С(x,y,z,t) – 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. Для расчёта использовалась трёхмерная математическая модель. Расчетная область 100х99х98 была принята из расчетных ячеек с размером х0=0.01м=1см. В результате обработки данных экспериментов № 1 и 2 получили следующие значения метановоздушной смеси коэффициентов при турбулентной стандартных условиях: диффузии для DZ=4.26·10-4 м2/c, DX=DY=3.88·10-4 м2/c. При данных коэффициентах турбулентной диффузии через 151 сек. (201 сек.) после начала подачи газа в точке 1 (2) наблюдается концентрация, близкая к нижнему концентрационному пределу воспламенения, т.е. в этот момент смесь должна воспламениться, что наблюдалось в эксперименте №1 и №2 соответственно. На рисунке 3.3.4 показаны линии равной концентрации метановоздушной смеси (в сечении вывода полей концентрации см. рисунок 3.3.1) в момент начала взрывного горения для вышеописанных экспериментов. 60 Удовлетворительное совпадение результатов экспериментов и расчётов указывает на то, что разработанная и протестированная методика расчёта достоверно описывает процесс формирования взрывоопасных смесей. 2 1 Рисунок 3.3.4 – Линии равной концентрации метановоздушной смеси: 1 – через 151 сек.; 2 – через 201 сек. В эксперименте №3 через форсунку диаметром 20 мм. подавался метан с расходом q=0,578 л/с. Через 80 сек. после начала подачи газа началось взрывное горение смеси. Количество газа, поступившего в кубическую камеру, на момент воспламенения: 46,3 л. На рисунке 3.3.5 показаны фотографии эксперимента №3. 1 2 3 4 61 5 6 7 8 Рисунок 3.3.5 – Фотографии эксперимента №3: 1 – через 0,1 сек; 2 – через 0,113 сек; 3 – через 0,125 сек; 4 – через 0,15 сек; 5 – через 0,175 сек; 6 – через 0,2 сек; 7 – через 0,225 сек; 8 – через 0,25 сек. Для данного разработанной коэффициентов эксперимента методике. В турбулентной аналогично результате диффузии: был получили выполнен следующие DZ=1.47·10-3 м2/c, расчёт по значения DX=DY= DZ/10=1.47·10-4 м2/c. 1 2 Рисунок 3.3.6 – Линии равной концентрации после начала подачи газа. 1 – через 30 сек; 2 – через 80 сек. 62 При определённых значениях коэффициентов турбулентной диффузии через 80 сек. после начала подачи газа в точке 1 наблюдается концентрация, близкая к нижнему концентрационному пределу воспламенения, т.е. в этот момент смесь должна воспламениться, что наблюдалось в эксперименте №3. На рисунке 3.3.6 приведены линии равной концентрации смеси через 30 и 80 сек. после начала подачи газа. На рисунке 3.3.7 представлены для сравнения зависимости объемной концентрации метана от времени для двух точек для проводимых выше экспериментальных исследований. 2 1 Рисунок 3.3.7 – Временные зависимости объемной концентрации метана от времени для двух точек: 1 – эксперимент №1 и №2; 2 – эксперимент №3. Результаты сравнения экспериментальных данных и расчётных значений временных зависимостей объёмной концентрации показывают хорошую сходимость. Незначительные погрешности трёхмерной модели продолжительной утечки в расчётах реальных аварийных ситуациях объясняются недостаточными исходными данными. Данный метод экспериментального измерения и последующего расчёта позволил косвенно определять порядок величины коэффициента турбулентной диффузии при заданных условиях. 63 3.4. Экспериментальные исследования диффузионных процессов в открытых пространствах Ввиду того, что провести натурные исследования процесса формирования взрывоопасных зон при аварийных выбросах в атмосфере практически не представляется возможным. Были выполнены экспериментальные исследования в лабораторных условиях, направленные на выявление закономерностей формирования взрывоопасных зон в открытых пространствах (атмосфере) [52]. Используя результаты численного решения уравнения турбулентной диффузии, можно по экспериментальным данным изменения концентрации вещества в точке определить значение коэффициента турбулентной диффузии. Метод определения физических параметров по данным измерений других физических величин и последующие вычисления искомой физической константы носит название косвенного метода экспериментального определения физической величины. Эксперименты проводились в трубе диаметром 0,1 м, высотой 4,5 м, установленной вертикально. Метан подавался в нижний торец. Внутри модели в трёх точках вдоль центральной оси проводилась регистрация концентрации метана с помощью оптических датчиков концентрации углеводородов с порогом измерения до 100%(объёма). Датчики располагались на высотах от нижнего торца: нижний №1 – 1,5м, средний №2 – 3,0м, верхний №3 – 4,5м. Сбор данных производился через аналого-цифровой преобразователь (АЦП) с выводом данных на компьютер для регистрации и последующей обработки. По разработанной динамических математической параметров модели концентраций для были сделаны расчёты условий проведённого расчета динамических эксперимента. На рисунка 3.4.1 приведены результаты характеристик концентрации газа в трех точках протяженного объема. Результаты расчета приведены в безразмерном виде. Из рисунка 3.4.1 следует, что 64 максимальная концентрация в нижней точке реализуется в момент времени t=6.2*Т0. Рисунок 3.4.1 – Расчетные временные зависимости концентрации в трех точках протяженного объема На рисунке 3.4.2 приведены результаты экспериментальных исследований, в результате которых фиксировались значения концентрации метана в трех точках протяженного объема. Начальные и граничные условия принятые в эксперименте соответствуют расчёту. Рисунок 3.4.2 – Экспериментальная зависимость от времени концентрации метана в трех точках протяженного объема 65 Эксперименты показали, что в нижней точке (датчик №1) максимальное значение концентрации реализуется через 175.5 секунд после начала процесса L20 6.2 175.5 D диффузии. Тогда из соотношения с получаем, что D=0.0058м2/с (L0=0.405м). На рисунке 3.4.3 приведено сравнение результатов расчета и экспериментальных данных в размерном виде и для полученного косвенным способом коэффициента турбулентной диффузии. Рисунок 3.4.3 – Расчетные и экспериментальные временные зависимости концентрации метана в трёх точках Удовлетворительное зависимостей говорит о совпадение том, что расчетных полученное и экспериментальных значение коэффициента турбулентной диффузии (для данного состояния газовой среды) соответствует реальности. На рисунке 3.4.4 приведены данные аналогичных опытов, но проведенные для пропана. Эксперименты, проведенные для пропана, показали, что в нижней точке (датчик №1) максимальное значение концентрации реализуется через 1755 секунд 66 L20 6.2 1755 D после начала процесса диффузии. Тогда из соотношения с получаем, что коэффициент турбулентной диффузии в этом случае в 10 раз меньше и составляет D=0.00063м2/с (L0=0.405м). Рисунок 3.4.4 – Экспериментальная зависимость от времени концентрации пропана в трех точках протяженного объема Рисунок 3.4.5 – Расчетная зависимость от времени концентрации пропана в трех точках протяженного объема 67 На рисунке 3.4.5 приведены результаты расчета изменения концентрации пропана в рассматриваемых точках. Расчеты приведены в размерном виде и для полученного значения коэффициента турбулентной диффузии. Удовлетворительное совпадение расчетных (рисунок 3.4.5) и экспериментальных (рисунок 3.4.4) зависимостей говорит о том, что полученное значение коэффициента турбулентной диффузии (для данного состояния газовой среды) соответствует реальности. Таким образом, эксперименты и расчеты показали, что в вертикальном направлении (вверх) коэффициент турбулентной диффузии для «тяжелого» газа – пропана (атомарный вес μПРОПАН=44) составляет около DПРОПАН=0.00063м2/с, что в 10 раз меньше, чем коэффициент турбулентной диффузии для «легкого» газа – метана (атомарный вес μМЕТАН=16), который равен DМЕТАН=0.0058м2/с (для данного состояния газовой среды). Связано это с тем, что при турбулентной диффузии смешение газов происходит не на молекулярном уровне, а на уровне макроскопических корреляционных областей, которые, как указывалось ранее, характеризуются определенными размерами, скоростью и временем существования. При этом указанные корреляционные области двигаются как единое целое. Одной из характеристик движения макроскопических образований в жидкости является скорость их равномерного движения в среде под действием сил тяжести. Удовлетворительное совпадение расчетных и экспериментальных зависимостей концентрации веществ от времени говорит о том, что разработанная методика позволяет с достаточной параметры концентрации вещества. точностью описывать динамические 68 3.5. Выводы по третьей главе Визуализация процесса диффузии в жидкости позволили определить и описать процесс формирования взрывоопасной смеси в помещении при аварийной утечке «тяжёлого газа». Представлены и проанализированы экспериментальные исследования распространения тяжёлых примесей в воде. Определены общие закономерности гидродинамического формирования смесей и диффузионного. Результаты были использованы при разработке численной методики расчёта данного процесса. Выполнены экспериментальные исследования взрывного горения пропановоздушной смеси на модели вытянутого объёма. На основании экспериментальных данных и результатов расчёта, установлено, что при аварийных утечках горючих газов (например, пропана), плотность которых существенно отличается от плотности воздуха, даже при отсутствии подвижности выброса возникают значительные, по отношению к диффузионным процессам, гидродинамические потоки, которые на начальном этапе аварии определяют процесс формирования взрывоопасных зон. После затухания (остановки) гидродинамических течений начинается процесс формирования взрывоопасных зон, в основе которого лежат законы турбулентной диффузии. Выполнены экспериментальные исследования взрывного горения метановоздушной смеси на модели кубической формы. Описаны и обоснованы процессы формирования взрывоопасной смеси в помещении при утечке метана. Используемая математическая модель и расчетная схема адекватно описывают ход и подтверждают результаты проведённых экспериментов. Косвенно определён порядок коэффициента турбулентной диффузии при заданных условиях. Установлено, что коэффициент турбулентной диффузии является основным параметром, с помощью которого возможно достаточно точно спрогнозировать процесс развития аварийной ситуации, связанной с утечками горючих веществ. 69 Представлены и проанализированы экспериментальные исследования, направленные на выявление закономерностей формирования взрывоопасных зон в открытых пространствах (атмосфере). Удовлетворительное совпадение расчетных и экспериментальных зависимостей говорит о том, что разработанная методика позволяет с достаточной точностью описывать динамические параметры концентрации вещества. Проведенные эксперименты и расчёты показали, что минимальное значение коэффициента турбулентной диффузии для метана в вертикальном направлении составляет DZ=0.0058м2/с. Аналогичные измерения и расчёты были проведены для пропана. Также было получено удовлетворительное совпадение результатов расчёта и эксперимента. При этом минимальное значение коэффициента турбулентной диффузии в вертикальном направлении составило DZ=0.00063м2/с. 70 ГЛАВА 4. РАСЧЕТЫ ПРОЦЕССА ФОРМИРОВАНИЯ ВЗРЫВООПАСНЫХ ЗОН ПРИМЕНИТЕЛЬНО К РЕАЛЬНЫМ АВАРИЙНЫМ СИТУАЦИЯМ И ПРИ ПРОГНОЗИРОВАНИИ ПОСЛЕДСТВИЙ ВОЗМОЖНЫХ АВАРИЙ НА ОБЪЕКТАХ 4.1. Апробация разработанных методов для определения процесса формирования взрывоопасных зон на территории типового объекта При проведении вычислительных экспериментов мною было рассмотрено влияние следующих параметров аварийной утечки горючих веществ на территории энергоёмкого 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). Для количественного определения влияния различных факторов на параметры взрывоопасных зон была проведена серия вычислительных экспериментов на типовом энергоёмком объекте. Вычисления проводились по численной схеме, описанной ранее (см. главу 2.3). Расчет процесса формирования взрывоопасного облака проводился путем численного интегрирования нестационарного уравнения диффузии: C 2C 2C 2 C Q DX D D div (W C ) , Y Z 2 2 2 t V x y z (4.1.1) где С(x,y,z,t) – 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; 71 V – объем смеси, м3. Численное интегрирование уравнения (4.1.1) осуществлялось по явной разностной схеме, описанной ранее (см. главу 2.3). Шаг по времени выбирался из соображений устойчивости схемы. Достоверность полученных в результате вычислений выводов основана на следующих обстоятельствах: хорошая сходимость расчетов, полученных по численной схеме, с результатами аналитических решений (см. главу 2.2); удовлетворительное совпадение результатов расчетов и данных экспериментов (см. главу 2.4). Без ограничения общности рассматриваемой задачи проводился расчет процесса формирования и распространения взрывоопасного облака при выбросе в атмосферу VВЫБРОС=4500м3 «тяжелого» взрывоопасного вещества (пропана). Перемещение пропано-воздушного облака возможно на высоту не более 7 м. [61]. По массе это составляет около 8800 кг. Объем жидкой фазы принятого в расчетах выброса пропана составляет около 13.6м3. В первой серии вычислительного эксперимента рассматривалась задача при следующих начальных условиях: мгновенный выброс VВЫБРОС=4500м3 «тяжелого» газа и полное отсутствие подвижности атмосферы (WАТМ=0м/с). Рассматривалась частично загроможденная территория. Рисунок 4.1.1 – Расчетная область, граничные и начальные условия 72 Граничные условия, принятые в расчетах, приведены на рисунке 4.1.1, где показана расчетная область с разбивкой на расчетные ячейки. Размер ячейки Х=10м. На рисунке 4.1.2 приведено двухмерное (плоское) изображение расчетной сетки. Рисунок 4.1.2 – Расчетная область, граничные и начальные условия. Двухмерное представление Коэффициенты DX=DY=0.25м2/c, что турбулентной диффузии соответствует были состоянию приняты равными атмосферы, которое классифицируется как “ясная ночь” [61]. На рисунке 4.1.3 приведены изолинии равных концентраций для нескольких моментов времени после выброса. Шаг по времени составлял 1000 секунд (16.7 минут). Изолинии равного значения 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). 73 1 2 3 4 5 Рисунок 4.1.3 – Линии равной концентрации в облаке через каждые 1000 секунд после выброса На рисунке 4.1.4 приведены временные зависимости концентрации в точках (положение точек показано на рисунках 4.1.1-4.1.3). 74 Рисунок 4.1.5 – Временные Рисунок 4.1.4 – Временные зависимости концентрации в точках зависимости объема газа, находящегося во взрывоопасной концентрации. Vmax.взр.=3435 м3 при Т=45 мин. На рисунке 4.1.5 приведены временные зависимости объема газа, находящегося во взрывоопасном состоянии, и общего объема газа. Примерно на 45-ой минуте аварийного выброса образуется максимальное значение объема газа – Vmax.взр.=3435 м3. На рисунке 4.1.6 приведены временные зависимости приведенного радиуса объема газа – Rобл., находящегося во взрывоопасном состоянии, и коэффициента участия газа во взрыве – Z. Коэффициент участия газа во взрыве представляет собой отношение объема газа, находящегося во взрывоопасном состоянии, к общему объему газа. Приведенный радиус объема газа Rобл., находящегося во взрывоопасном состоянии, получен следующим образом. В соответствии с нормативными документами [29] берется 0,1 доля от текущего объема газа, находящегося во взрывоопасном состоянии. Полученный объем приводится к сфере. Радиус полученной сферы представляет собой приведенный радиус объема газа, находящегося во взрывоопасном состоянии. Для случая наземного взрыва (для «тяжелого» газа) объем газа удваивается. 75 Рисунок 4.1.6 – Временные зависимости приведенного радиуса объема газа, находящегося во взрывоопасном состоянии, и коэффициента участия газа во взрыве. Rmax.обл.=5,48 м., Zmax=7,67% Приведенный выше вычислительный эксперимент (результаты расчета для принятых выше начальных и граничных условий) будем называть в дальнейшем Вариант 01. Расчеты показали, что максимальное значение коэффициента участия газа во взрыве для данного случая (Вариант 01) составляет Zmax=7,67%, а приведённый радиус объёма газа во взрывоопасном состоянии – Rmax.обл.=5,48 м. Рассмотрим результаты расчета для тех же начальных и граничных условий, но выполненные на более мелкой расчетной сетке (размер расчетной ячейки Х=2.4м). Линейный размер ячейки был уменьшен в 4 раза. Результаты расчета для указанных начальных и граничных условий будем называть в дальнейшем Вариант 01А. 76 1 2 3 4 5 Рисунок 4.1.7 – Линии равной концентрации в облаке через каждые 1000 секунд после выброса. Вариант 01А На рисунке 4.1.7 приведены изолинии равных концентраций для нескольких моментов времени после выброса. На рисунке 4.1.8 приведены временные зависимости концентрации в точках. 77 Рисунок 4.1.8 – Временные Рисунок 4.1.9 – Временные зависимости концентрации в точках. зависимости объема газа, Вариант 01А находящегося во взрывоопасной концентрации. Vmax.взр.=3421 м3 при Т=45 мин. Вариант 01А На рисунке 4.1.9 приведены временные зависимости объема газа, находящегося во взрывоопасном состоянии, и общего объема газа. Рисунок 4.1.10 – Временные зависимости приведенного радиуса объема газа, находящегося во взрывоопасном состоянии, и коэффициента участия газа во взрыве. Rmax.обл.=5,47 м., Zmax=7,60%. Вариант 01А 78 Примерно на 45-ой минуте (аналогично Варианту01) аварийного выброса образуется максимальное значение объема газа – Vmax.взр.=3421 м3. На рисунке 4.1.10 приведены временные зависимости приведенного радиуса объема газа – Rобл., находящегося во взрывоопасном состоянии, и коэффициента участия газа во взрыве – Z. Расчеты показали, что максимальное значение коэффициента участия газа во взрыве для данного случая (Вариант 01А) составляет Zmax =7,60%, а приведённый радиус объёма газа во взрывоопасном состоянии – Rmax.обл.=5,47 м. Анализ результатов расчета для Варианта 01 (размер ячейки Х=10м) и Варианта 01А (размер ячейки Х=2.4м) показал следующее. При отсутствии подвижности атмосферы (скорость ветра равна нулю) и расположении препятствий далеко от места выброса жесткие поверхности не оказывают существенного влияния на параметры облака, а линейные размеры расчетных ячеек оказывают незначительное влияние на точность расчетов. Поэтому при анализе аварийных ситуаций и при оценке потенциальной взрывоопасности объекта вполне достаточно при расчетах разбивать расчетную область на максимум 40-50 ячеек по наименьшей стороне. Незначительная потеря в точности расчетов будет компенсироваться неточностью (или неизвестностью) начальных и граничных исходных данных. Для исследования вопроса влияния ограждающих конструкций на процесс формирования взрывоопасных облаков были проведены расчеты с измененным (относительно рассмотренных выше вариантов расчета) расположением препятствий. Все остальные исходные данные были оставлены без изменения. Было изменено расположение загромождающих территорию препятствий. Источник выброса был приближен к наземным преградам. Результаты расчета для указанных начальных и граничных условий будем называть в дальнейшем Вариант 02. На рисунке 4.1.11 приведено двухмерное (плоское) изображение расчетной сетки. 79 Рисунок 4.1.11 – Расчетная область, граничные и начальные условия. Двухмерное представление. Вариант 02 Примерно на 49-ой минуте аварийного выброса образуется максимальное значение объема газа – Vmax.взр.=3574 м3. Рисунок 4.1.12 – Временные зависимости приведенного радиуса объема газа, находящегося во взрывоопасном состоянии, и коэффициента участия газа во взрыве. Rmax.обл.=5,55 м., Zmax=7,94%. Вариант 02 80 Расчеты показали (см. рисунок 4.1.12), что максимальное значение коэффициента участия газа во взрыве для данного случая (Вариант 02) составляет Zmax=7,94%, а приведённый радиус объёма газа во взрывоопасном состоянии – Rmax.обл.=5,55 м. Рассмотрим результаты расчета (Вариант 02А) для тех же начальных и граничных условий, но выполненные на более мелкой расчетной сетке (размер расчетной ячейки Х=2.4м). Примерно на 49-ой минуте (аналогично наблюдаем и в Варианте 02) аварийного выброса образуется максимальное значение объема газа – Vmax.взр.=3491 м3. Рисунок 4.1.13 – Временные зависимости приведенного радиуса объема газа, находящегося во взрывоопасном состоянии, и коэффициента участия газа во взрыве. Rmax.обл.=5,50 м., Zmax=7,76%. Вариант 02А Расчеты показали (см. рисунок 4.1.13), что максимальное значение коэффициента участия газа во взрыве для данного случая (Вариант 02А) составляет Zmax=7,76%, а приведённый радиус объёма газа во взрывоопасном состоянии – Rmax.обл.=5,50 м. Анализ результатов расчета для Варианта 01 и Варианта 02 (размер ячейки Х=10м), а так же для Варианта 01А и Варианта 02А (размер ячейки Х=2.4м) 81 показал следующее: максимальное значение коэффициента участия газа во взрыве для Варианта 01 составляло Zmax=7,67%, а максимальное значение коэффициента участия газа во взрыве для Варианта 02 составляло Zmax=7,94%. Кроме этого расчеты показали, что максимальное значение коэффициента участия газа во взрыве для Варианта 01А составляло Zmax=7,60%, а для Вариант 02А составляло Zmax=7,76%. Таким образом, при отсутствии подвижности атмосферы (скорость ветра равна нулю) препятствия (жесткие поверхности) не оказывают существенного влияния на параметры облака. Кроме того линейные размеры расчетных ячеек не оказывают значительного влияния на точность расчетов. Полученные выводы вытекают из того, что в результате расчетов было получено незначительное отличие в значениях коэффициента участия газа во взрыве для различных начальных и граничных условий. Хотя структура полей концентраций и отличалась. Рассмотрим результаты выполненных расчётов, описывающие влияние подвижности атмосферы на процесс формирования и распространения взрывоопасной зоны по территории типового объекта. Для более точного и реального описания физики процесса формирования стационарных и нестационарных воздушных потоков в вычислительных экспериментах следует учитывать обе методики (см. главу 2.5). Принимаем в расчёте осреднённое значение полей векторов, выполненных по двум методикам. Были заданы следующие начальные условия: залповой выброс в атмосферу VВЫБРОС=4500м3 вещества. (при Скорость нормальных условиях) перемещения атмосферы «тяжелого» взрывоопасного WАТМ=0,1м/с, направление перемещения «справа налево» относительно места мгновенного выброса. Начальные и граничные условия, принятые в расчетах, приведены на рисунке 4.1.14, где кроме того представлены векторы скорости воздушных потоков. Обозначим эти результаты, как Вариант 05. 82 Рисунок 4.1.14 – Расчетная область, граничные и начальные условия. Двухмерное представление. Вариант 05 По результатам расчёта были получены изолинии равных концентраций через каждые 1000 секунд после аварийной утечки горючего вещества (рисунок 4.1.15). Изолинии равного значения 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. Было получено максимальное значение коэффициента участия газа во взрыве, которое составляет Zmax=7,23%. 83 1 2 3 4 5 Рисунок 4.1.15 – Линии равной концентрации в облаке через каждые 1000 секунд после выброса. Вариант 05 Рассмотрим результаты расчета для аналогичных начальных и граничных условий, но при WАТМ=0,2м/с. Изолинии равных концентраций через каждые 1000 секунд после залпового выброса пропана изображены на рисунке 4.1.16. 84 1 2 3 4 5 Рисунок 4.1.16 – Линии равной концентрации в облаке через каждые 1000 секунд после выброса. Вариант 11 На основании расчётов получено, что максимальное значение объема взрывоопасной смеси образуется примерно на 17-ой минуте. При этом 85 максимальное значение коэффициента участия газа во взрыве составило Zmax=5,76%. Из приведённых расчётов следует, что при увеличении скорости перемещения атмосферы в 2 раза время достижения Vmax.взр. уменьшится практически в 2 раза с 32 мин. до 17мин. 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 меньше скорость перемещения воздушных потоков, тем раньше формируется взрывоопасная смесь, а её объём увеличивается. Из рисунка 4.1.15-2 видно, что взрывоопасное облако достигает преград примерно через 2000 секунд после аварийного выброса, тогда как при WАТМ=0,2м/с – через 1000 секунд (рисунок 4.1.16-1). Следовательно, чем больше значение WАТМ, тем быстрее происходит снос и рассеяние взрывоопасной зоны. Поэтому самые опасные аварийные ситуации происходят, когда состояние атмосферы характеризуется как “ясная ночь”. В таких условиях и осуществляется дрейф взрывоопасных облаков, и формирование их застойных зон возле различных преград. Определяющим фактором в процессе рассеивании облака для данных условий является коэффициент турбулентной диффузии. Данные выводы подтверждаются многочисленными происшедшими авариями [8, 12, 13, 15, 48, 49, 61, 65]. Рассмотрим результаты расчётов по исследованию влияния параметров источника выброса на процесс формирования и распространения взрывоопасной зоны для идентичной аварийной ситуации. Начальные и граничные условия задачи прежние. Но для данных расчётов мгновенный выброс горючего вещества заменили продолжительной утечкой. Продолжительность аварийной утечки составила ТВЫБРОС=60 мин. Расчёты показали (см. рисунок 4.1.18), что максимальный объем пропановоздушной смеси образуется примерно на 62-ой минуте после начала аварийной 86 утечки. Было получено максимальное значение коэффициента участия газа во взрыве, что составляет Zmax=6,23%. Рисунок 4.1.17 – Временные Рисунок 4.1.18 – Временные зависимости концентрации в точках. зависимости объема газа, Вариант 07 находящегося во взрывоопасной концентрации. Vmax.взр.=2804 м3 при Т=62 мин. Вариант 07 Также был проведён аналогичный расчёт (см. рисунок 4.1.20), но для ТВЫБРОС=120 мин. Результаты расчёта: Vmax.взр. образуется на 138 минуте после начала утечки, Zmax=1,85%. 87 Рисунок 4.1.19 – Временные Рисунок 4.1.20 – Временные зависимости концентрации в точках. зависимости объема газа, Вариант 09. находящегося во взрывоопасной концентрации. Vmax.взр.=834 м3 при Т=138 мин. Вариант 09. Рисунок 4.1.21 – Временные Рисунок 4.1.22 – Временные зависимости концентрации в точках. зависимости объема газа, Вариант 10 находящегося во взрывоопасной концентрации. Vmax.взр.=3415 м3 при Т=32 мин. Вариант 10 88 Аналогично был выполнен расчёт (см. рисунок 4.1.22) и для ТВЫБРОС=15 мин. Результаты расчёта: Vmax.взр. образуется на 32 минуте после начала утечки, Zmax=7,59%. На рисунке 4.1.23 представлено сравнение временных зависимостей концентрации пропановоздушной смеси в точке №2 (см. рисунок 4.1.14) для мгновенного выброса (ТВЫБРОС=0 мин.) и продолжительной утечки вещества. Рисунок 4.1.23 – Сравнение временных зависимостей концентрации смеси в точке №2 для четырёх вариантов аварийного выброса Характерный размер выброса при данных расчётах составлял L0=30м. Из рисунка 4.1.23 видно, что зависимости №1 (мгновенный выброс) и №2 (время выброса ТВЫБРОС=15мин.) очень схожи. Из теории размерности следует, что критерием мгновенности выброса является его характерное время: Т 0 2 L0 , D где D – значение коэффициента турбулентной диффузии и равно 0,25 м 2/с. Для выполненных расчётов Т0=60мин. Расчётами установлено, что если ТВЫБРОС<0,5Т0, то аварийную утечку можно фактически считать залповым выбросом. А вот если ТВЫБРОС>0,5Т0, то Zmax и Vmax.взр монотонно уменьшаются, а время достижения Vmax.взр увеличивается. Это видно из рисунка 8, где приведены зависимости 89 изменения концентрации для случаев, когда ТВЫБРОС=Т0 (ТВЫБРОС=60мин.) и ТВЫБРОС=2Т0 (ТВЫБРОС=120мин.). Сводная таблица результатов (таблица Б.1) серии вычислительных экспериментов по исследованию процесс формирования взрывоопасных зон на типовом объекте представлена в Приложении Б. На основании изложенной в данной научной работе методики можно хорошей достоверностью прогнозировать и рассчитывать параметры формирования взрывоопасной зоны при аварийном выбросе горючих веществ как в атмосферу, так и в зданиях и сооружениях. Зная данные параметры можно говорить о последствиях аварийных выбросов. 90 4.2. Анализ взрыва, происшедшего при тушении пожара в 2013 года на Тополевой аллее (г. Москва) Разработанная и протестированная выше методика (см. главу 2) позволяет достоверно восстанавливать сценарии произошедших аварийных ситуаций, связанных с утечкой горючих веществ. В 3-ей главе численное решение процесса формирования экспериментов. взрывоопасных С помощью зон было методики подтверждено можно результатами определять основные закономерности и факторы, влияющие на ход развития аварий, для разработки рекомендаций по снижению ущерба на энергоёмких объектах и предприятиях. Как говорилось ранее (см. главу 1.2), взрывные нагрузки напрямую зависят от динамических параметров взрывоопасных зон. Данные нагрузки в свою очередь и определяют ущерб от произошедших взрывных аварий. На основании аварийного взрыва, описанного в работе [46], с помощью разработанной методики был восстановлен ход аварии и определен источник утечки. 30 ноября 2013 года в Москве на Тополевой аллее, дом 10 произошел пожар. При тушении пожара произошел взрыв, в результате которого погибли два сотрудника отряда ФПС г. Москвы [46]. На рисунке 4.2.1 приведена фотография пожара. Рисунок 4.2.1 –фотография пожара 91 Примерно через 40 минут после прибытия на место пожара сотрудников ФПС раздался «хлопок» и через ворота №12 вырвался факел длиной около 10-12 метров. Факел просуществовал около секунды. Потом началось приземное горение в боксе №12. В этот момент два бойца находились в боксе №12. В результате они получили значительные термические повреждения и погибли [46]. Общий вид фасадов боксов №9-№13 приведен на рисунке 4.2.2. Бокс №13 Рисунок 4.2.2 – Общий вид фасадов боксов №9-№13 Рассмотрим физические процессы, сопровождавшие взрывную аварию. Оценим необходимое количество горючего вещества, которое способно создать имевший место при аварии дефлаграционный взрыв. Взрыв наблюдался свидетелями в виде вспышки, сопровождавшейся слабым «хлопком». Наиболее вероятным веществом, участвовавшем во взрыве, следует принять ацетон, канистры из-под которого имеются на месте аварии. Ацетон имеет следующие физико-химические параметры: молярная масса – μ=58, температура кипения – 56.20С, плотность – ρ=760.8кг/м3, плотность паров – ρ=2.59кг/м3, скорость нормального горения – UН=0.44м/с, смесь ацетона с воздухом, обладающая максимальной нормальной скоростью горения, содержит 121г/м3, смесь ацетона с воздухом на нижнем концентрационном пределе воспламенения (НКПВ) 92 содержит 59г/м3. Т.е. верхний концентрационный предел воспламенения (ВКПВ) – 4.67%объёма, НКПВ – 2.28%объёма. Общая схема аварийного помещения приведена на рисунке 4.2.3. Ворота №9 в момент взрыва были закрыты, ворота №10, 11, 12 – открыты. Рисунок 4.2.3 – Общая схема аварийного помещения Оценочные расчеты показывают, что для реализации взрыва, который имел место при аварии, требуется около 1.0-2.5 кг паров ацетона на погонный метр помещения в предположении, что облако имеет вытянутую вдоль протяженной оси гаражей форму. Примерный объем смеси (на погонный метр) должен быть не менее 25м3. Только при взрыве такого количества паров возможен выброс пламени из ворот №12 на расстояние около 10м. Например, максимальная скорость выброса факела из ворот №12 при дефлаграционном взрыве 25м3 смеси, содержащей пары ацетона (на погонный метр), может быть оценена значением 4045м/c. Время прогорания смеси – около 1 секунды [46]. Ниже приведены результаты расчета параметров взрывоопасной зоны ацетона, которая сформировалось во время пожара. Расчет данного процесса проводился путем численного интегрирования нестационарного уравнения турбулентной диффузии, разложенного координатным осям по трехточечной схеме [16, 18, 25, 37, 55, 79, 89]: по 93 Dx Dy 2C C (i, j 1, k ) 2C (i, j, k ) C (i, j 1, k ) Dx ; 2 x x 2 2C C (i 1, j, k ) 2C (i, j, k ) C (i 1, j, k ) Dy ; 2 y y 2 (4.2.1) 2C C (i, j, k 1) 2C (i, j, k ) C (i, j, k 1) Dz 2 D z . z z 2 На рисунке 4.2.4 приведены начальные и граничные условия, принятые в расчетах. Расчеты проводились на расчетной сетке с шагом 0,25м. Рисунок 4.2.4 – Схема расчётной области На рисунке 4.2.5 приведены линии равных уровней концентрации в топливовоздушном облаке для нескольких моментов времени, которые были получены в результате расчёта. 94 1 2 3 4 5 Рисунок 4.2.5 – Линии равной концентрации в формирующемся паровоздушном облаке для различных моментов времени после пролива: 1 – через 4 мин, 2 – через 8 мин, 3 – через 12 мин, 4 – через 16 мин, 5 – через 20 мин. 95 Из приведенных результатов расчета следует, что время формирования взрывоопасного облака составляет не менее 20 мин. При этом в приземном слое находится переобогащенная смесь, а в верхней части наиболее взрывоопасная. На рисунке 4.2.6, где приведены временные зависимости концентрации от времени в трех приземных точках (расположение точек см. на рисунке 4.2.3). Рисунок 4.2.6 – Временные зависимости концентрации в трех точках Зависимости от времени паровой фазы, находящейся в помещении гаража (на погонный метр пролива), и паров, находящихся во взрывоопасном состоянии, приведены на рисунке 4.2.7. Рисунок 4.2.7 – Временные зависимости массы паровой фазы и массы паров, находящихся во взрывоопасном состоянии (на погонный метр пролива) 96 Из приведенных расчетов и анализа работ [9, 11, 13, 28, 39,44, 46, 47, 49]следует, что для формирования необходимого взрывоопасного облака достаточно иметь пролив ацетона шириной 1.0-1.5 метра и время на его испарение, которое должно составлять не менее 20 минут (значительный подвод тепла к предполагаемому месту пролива следует исключить, т.к. в этой части гаража не было зафиксировано на момент взрыва очагов пожара). Следовательно, наиболее вероятным источником формирования взрывоопасного облака в боксе №12 может быть пролив ацетона, происшедший в примыкающем к нему боксе №13. В пользу такого предположения говорит наличие достаточного количества тары из-под ацетона, которые были обнаружены на месте аварии. Источником воспламенения паровоздушного облака мог быть открытый огонь у стены бокса №9 или искра, переносимая конвективными потоками из бокса №9 к воротам №12. В результате проведенных расчетов и анализа представленных материалов был восстановлен сценарий аварийной ситуации. Определён источник воспламенения и горючее вещество. Действия сотрудников ФПС оправданы. 97 4.3. Анализ взрывной аварии, происшедшей в 2010 года на участке газопровода «Нижневартовск-Курган-Куйбышев» (Самарская обл.) С помощью разработанной методики (см. главу 2) был восстановлен сценарий развития взрывной аварии, произошедшей в ночь на 16 сентября 2010 года в районе 2169 км участка газопровода «Нижневартовск-Курган-Куйбышев» вблизи с.Черновка Кинель-Черкасского района Самарской области. В районе 2169 км участка газопровода «Нижневартовск-Курган-Куйбышев» вблизи села Черновка в 0230 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. Общий вид послеаварийной обстановки приведен на рисунке 4.3.1, где приведена фотография, на которой видны три области горения над аварийными свищами в газопроводах. Рисунок 4.3.1 – Фотография места аварии сразу после локализации пожара После локализации пожара были зафиксированы три очага возгорания, которые можно классифицировать, как горение газопаровоздушной смеси, 98 сформировавшейся при истечении в атмосферу из трубопроводов взрывоопасных веществ в результате их фильтрации через грунт. Общая схема места аварийного взрыва и последующего приземного горения тяжелых углеводородных фракций приведена на рисунке 4.3.2, где приняты обозначения, которые будут использоваться в дальнейших вычислительных расчётах. Примем обозначение Ф1 – над этанопроводом (ЗАО «Нефтехимия»), Ф2 и Ф3 – над трубопроводом (ОАО «Самаранефтегаз»). Рисунок 4.3.3 – Общий вид расчетной Рисунок 4.3.2 – Общая схема места области с указанием мест расположения аварии областей горения и поврежденного автомобиля При выполнении расчёта динамики развития взрывной аварии использовалась расчетная область, приведенная на рисунке 4.3.3. Перед проведением вычислительных расчетов вероятного сценария развития взрывной аварии необходимо сделать следующие замечания. Учитывая, что достоверных данных по аварийным расходам над областями горения Ф1, Ф2 и Ф3, которые послужили причиной формирования взрывопожароопасного облака, нет, поэтому были проведены расчеты по имеющимся косвенным данным, на основании работ [4, 7, 15, 32, 43, 44, 48, 62, 64, 67, 79, 88, 92]. Для оценки аварийных расходов можно использовать два способа. Первый способ основан на газодинамических соотношениях, описывающих процесс истечения газа из 99 резервуара (трубы). Данный метод обладает тем недостатком, что не учитывает заглубление в грунт газопроводов и, соответственно, не учитывает фильтрационные потери давления и снижение расхода газа при его фильтрации через грунт на поверхность земли. Второй способ основан на взаимосвязи площади фронта горения с расходом газа. Другими словами, только определенный расход газа способен сформировать фронт горения заданной площади. Данный способ обладает тем недостатком, что достаточно сложно точно определить площадь фронта горения на момент аварии и нормальную скорость горения смеси. Однако он позволяет с определенной точностью говорить о минимальных и максимальных расходах газа, необходимых для поддержания области горения с определенными размерами [44, 91]. На рисунке 4.3.4 представлены фотографии трех областей горения, приведенные к одному масштабу, с указанием приблизительных размеров. Рисунок 4.3.4 – Области горения Ф1, Ф2 и Ф3, приведенные к одному масштабу На рисунке 4.3.5 приведены уровни равных концентраций, которые создались бы при утечке газа только от источника Ф1. Расход газа был принят равным Q1=10л/с (при Q1=10л/с эквивалентный диаметр свища равен d1=2.6мм). 100 Это значение соответствует размеру факела Ф1, возникшему при аварии, и соответствует имевшим место при аварии параметрам свища (площади свища) и параметрам продукта в этанопроводе (давление, плотность и состав газовой смеси). Следовательно, принятое в расчетах значение расхода с источника Ф1 Q1=10л/с можно считать достаточно обоснованным, т.к. оно было определено двумя независимыми способами (через соотношения для истечения газа из отверстия и через размеры области горения). Вытянутость области горения, которая наблюдалась на месте аварии, указывает на наличие незначительного движения атмосферы (W=0.7см/с=25м/час) во время формирования газовоздушного облака. Из рисунка 4.3.5 видно, что даже незначительное движение атмосферы приводит к некоторому «размыванию» газовоздушного облака при столь незначительных расходах газа из источника Ф1. Рисунок 4.3.5 – Уровни равных концентраций, которые создаются при утечке газа только с источника Ф1. Расход газа в источнике - Q1=10л/с. Под областью возможного воспламенения (обозначенной на рисунке 4.3.5 индексом I) понимается область с концентрацией газа выше 1% объёма. Тяжелые углеводородные фракции способны воспламеняться (горение неустойчивое) при подобных концентрациях. У легких углеводородов нижний концентрационный предел распространения пламени (НКПР) несколько больше. 101 Временная зависимость концентрации газа вблизи автомобиля для принятых исходных данных приведена на рисунке 4.3.6. Рисунок 4.3.6 – Временная зависимость концентрации газа вблизи автомобиля. Утечка газа только с источника Ф1. Расчеты показывают, что максимальная концентрация газа вблизи автомобиля при утечке газа только с источника Ф1 составляет не более 0.220.24%об. При подобных концентрациях воспламенение газовоздушной смеси принципиально невозможно. Был проведен расчет полей концентрации при утечке газа с трех источников: Ф1, Ф2 и Ф3. Производительность источников (их расход) был принят из условия, что на момент аварии на газопроводе (ОАО «Самаранефтегаз»), который был причиной формирования двух факелов Ф2 и Ф3, была установлена заглушка с отверстием 20мм, а по газопроводу транспортировались легкие углеводороды. При таком сценарии расход с источника Ф2 составлял бы Q2 =15.8л/с, а над областью горения Ф3 расход газа был бы равен Q3 =83.8л/с. Суммарный расход с двух источников при таком сценарии был бы равен 99.6л/с. На рисунке 4.3.7 приведены уровни равных концентраций газа, которые создались бы в атмосфере при принятой утечке газа. А на рисунке 4.3.8 приведена 102 временная зависимость концентрации газа вблизи автомобиля для принятых исходных данных. Под областью взрывного горения (обозначенной на рисунке 4.3.7 индексом II) понимается область с концентрацией газа выше 2%об. Тяжелые углеводородные фракции способны взрываться при подобных концентрациях. Для легких углеводородов данная область на 1-2% выше. Рисунок 4.3.7 – Уровни равных Рисунок 4.3.8 – Временная концентраций при утечке газа с зависимость концентрации газа источников Ф1, Ф2 и Ф3. Расходы: вблизи автомобиля. Утечка газа с Q1=10л/с, Q2 =15.8л/с, Q3 =83.8л/с. источников Ф1, Ф2 и Ф3. Из рисунка 4.3.7 видно, что некоторое движение атмосферы, которое могло иметь место при аварии, не приводит к существенному изменению процесса формирования газовоздушного облака. Основной вывод, который следует из выполненных расчетов, заключается в следующем. Сценарий, который предполагает, что на газопроводе (ОАО «Самаранефтегаз») была установлена заглушка с отверстием 20мм, а по газопроводу транспортировались легкие углеводороды, полностью исключается по трем основным причинам. Во-первых, создаваемые утечками с газопровода факелы Ф2 и Ф3 должны быть существенно меньше, чем наблюдались при аварии. Во-вторых, области возможного воспламенения облаков от источника Ф1 и источников Ф2+Ф3 не пересекаются (существуют две независимые области, см. рисунок 4.8.7). Поэтому возгорание 103 одного из облаков не привело бы к распространению пламени на соседнее облако. В-третьих, зона возгорания, наблюдавшаяся при аварии, была существенно больше. Кроме этого, воспламенение смеси (при данном сценарии развития аварии) полностью исключена при появлении источника зажигания внутри или вблизи автомобиля. Концентрация газа вблизи автомобиля не превысила бы 0.6%об, что полностью исключает возможность ее воспламенения. Был проведен расчет формирования газовоздушного облака при условии, что расходы газа в источниках Ф2 и Ф3 соответствовали бы размерам наблюдавшихся при аварии факелов. Расчеты по определению расходов газа в областях горения Ф2 и Ф3, выполненные ранее через размеры областей горения, показали, что источник Ф2 должен иметь расход не менее Q2=150л/с, а источник Ф3 должен иметь расход не менее Q3 =1500л/с. Только при таких расходах (не меньше) размеры областей горения соответствовали бы имевшем место при аварии факелам. На рисунке 4.3.9 приведены уровни равных концентраций газа, которые создались бы в атмосфере при принятой утечке газа. Рисунок 4.3.9 – Уровни равных концентраций при утечке газа с источников Ф1, Ф2 и Ф3. Расходы: Q1=10л/с, Q2 =150л/с, Q3 =1500л/с. I – Область возможного воспламенения смеси; II – Область взрывного горения; III –Область горения. 104 Под областью горения (обозначенной на рисунке 4.3.9 индексом III) понимается область с концентрацией газа выше 5%об. Для большинства углеводородов (особенно тяжелых) данная концентрация превышает верхний концентрационный предел распространения пламени (ВКПР) и горение смеси не носит явно выраженный взрывной характер (оно растянуто по времени), т.к. горение смеси происходит по мере поступление с область горения кислорода. Под областью пожара (обозначенной на рисунке 4.3.9 индексом IV) понимается область с концентрацией газа выше 12.5%об. Данная концентрация газа в смеси выше ВКПР, характерных для всех углеводородов. Горение носит характер «огневого шторма» или «огневого шара». Время его существования достаточно велико, поэтому можно говорить о пожаре. Область горения при таком сценарии развития аварии соответствует области горения, наблюдавшейся в действительности. Для определения роли источника Ф1 (ЗАО «Нефтехимия») в формировании газовоздушного облака были проведены расчеты концентрационных полей, которые создавались бы только источниками Ф2 и Ф3 с газопровода (ОАО «Самаранефтегаз»). Рисунок 4.3.10 – Уровни равных концентраций при утечке газа с источников Ф2 и Ф3. Расходы: Q2 =150л/с и Q3 =1500л/с. I – Область возможного воспламенения смеси; II – Область взрывного горения; III – Область горения; IV – Область пожара 105 На рисунке 4.3.10 приведены уровни равных концентраций газа, которые создались бы в атмосфере при утечке газа только из источников Ф2 и Ф3. На рисунке 4.3.11 приведена временная зависимость концентрации газа вблизи автомобиля для нескольких вариантов развития аварии: утечка только из источника Ф1; утечка газа из источников Ф2 и Ф3; утечка из всех трех источников: Ф1, Ф2 и Ф3. Из представленных расчетов следует, что влияние источника Ф1 на концентрационный состав газовоздушной смеси вблизи автомобиля крайне мало. Рисунок 4.3.11 – Временная зависимость концентрации газа вблизи автомобиля Проведёнными расчётами был восстановлен ход развития аварии, который определил степень виновности организаций, эксплуатирующих два указанных трубопровода. Сравнительный анализ концентрационных полей, создаваемых источниками Ф1, Ф2 и Ф3, показал, что роль источника Ф1 (этанопровод ЗАО «Нефтехимия»), имеющего относительно малую производительность, незначительна и практически не оказывает никакого влияния на формирование газовоздушного облака и на весь ход развития аварии. 106 4.4. Выводы по четвёртой главе При проведении вычислительных экспериментов было рассмотрено влияние следующих параметров аварийной утечки горючих веществ на территории энергоёмкого 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). На основании полученных результатов определены основные факторы, влияющие на процесс формирования взрывоопасных зон при аварийных выбросах горючих веществ: 1. Скорость перемещения воздушных потоков – чем больше значение WАТМ, тем быстрее происходит снос и рассеяние взрывоопасной зоны; 2. Продолжительность и расход аварийной утечки – критерием мгновенности выброса является его характерное время: 2 L Т0 0 . D Для выполненных расчётов Т0=60мин. Используя разработанные методику и программу расчёта, был восстановлен сценарий развития взрыва, происшедшего при тушении пожара в г. Москва на Тополевой аллее. Определён источник воспламенения – открытый огонь у стены бокса №9 или искра, переносимая конвективными потоками из бокса №9 к воротам №12; источник формирования взрывоопасной зоны в боксе №12 – пролив ацетона. Действия сотрудников ФПС оправданы. Благодаря проведённым расчётам, восстановлен сценарий развития взрывной аварии, происшедшей на участке газопровода «Нижневартовск-КурганКуйбышев» в Самарской области. Была определена степень виновности организаций, эксплуатирующих два указанных трубопровода (Ф1 – этанопровод ЗАО «Нефтехимия», Ф2 и Ф3 – газопровод ОАО «Самаранефтегаз»). 107 ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ 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 исследованиями. программы подтверждена Удовлетворительное совпадение и экспериментальными 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. 108 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. 109 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Абрамович, Г.Н. Теория турбулентных струй / Г.Н. Абромович. – М.: Физматгиз, 1960. – 715 с. 2. Абросимов, А.А. Экологические аспекты производства и применения нефтепродуктов / А.А. Абросимов. – М.: Барс, 1999. – 736 с. 3. Абросимов, А.А. Мероприятия, обеспечивающие безопасные нагрузки при аварийных взрывах в зданиях со взрывоопасными технологиями / А.А. Абросимов, А.А. Комаров // Сейсмостойкое строительство. Безопасность сооружений. – 2002. – №4. – С. 48-51. 4. Абросимов, А.А. Механизмы формирования взрывных нагрузок на территории нефтеперерабатывающих комплексов / А.А. Абросимов, А.А. Комаров // Нефть, газ и бизнес. – 2002. – №4 (50). – С. 58-61. 5. Адушкин, В.В. Расчет безопасных расстояний при газовом взрыве в атмосфере / В.В. Адушкин, С.М. Когарко, А.Г. Лямин // В сборнике №75/32 «Взрывное дело». – М.: Недра, 1975. – 264 с. 6. Алалыкин, Г.Б. Решение одномерных задач газовой динамики в подвижных сетках / Г.Б. Алалыкин, С.К. Годунов, И.Л. Киреева, Л.А. Плинер – М.: Наука, 1970. – 112 с. 7. Андреев, В.А. Пожаровзрывобезопасность производственных объектов и транспортных систем / В.А. Андреев, В.Ю. Навценя, Д.М. Гордиенко, Л.П. Вогман и др. // Пожаровзрывобезопасность. – 2012. – Т. 20. – №2. – С. 65-78. 8. Атаманюк, В.Г. Гражданская оборона / В.Г. Атаманюк, А.Г. Ширшов, Н.И. Акимов – М.: Высшая школа, 1987. – 207 с. 9. Баратов, А.Н. Интенсификация выгорания газовых облаков / А.Н. Баратов, А.В. Руднев // Проблемы безопасности и чрезвычайных ситуациях. – 1990. – №10. – С. 29-45. 10. Баренблатт, Г.И. О диффузионно-тепловой устойчивости ламинарного пламени / Г.И. Баренблатт, Я.Б. Зельдович, А.Г. Истратов // ПМТФ. – 1962. – №10. – С. 21-26. 110 11. Бейкер, У. Взрывные явления. Оценка и последствия: в 2 кн. / У. Бейкер, П. Кокс, П. Уэстайн, Дж. Кулещ, Р. Стрелоу. –М.: Мир, 1986. – 2 кн. 12. Бесчастнов, М.Е. Промышленные взрывы. Оценка и предупреждение / М.В. Бесчастнов. – М.: Химия, 1991. – 432 с. 13. Бесчастнов, М.В. Взрывобезопасность и противоаварийная защита химико-технологических процессов / М.В. Бесчастнов. – М.: Химия, 1983. – 472 с. 14. Болодьян, И.А. Горение водородно-воздушных смесей большого объема в свободном пространстве / И.А. Болодьян, В.Н. Куликов, В.И. Макеев, В.В. Строганов и др. // Сборник материалов II Всесоюзной научно-технической конференции «Взрывобезопасность технологических процессов, пожаро- и взрывозащита оборудования и зданий». – Черкассы, 1985. – С.15-16. 15. 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. 16. Бузаев, Е.В. Косвенный метод определения коэффициента турбулентной диффузии при формировании взрывоопасных облаков / Е.В. Бузаев, Р.А. Загуменников // Сборник материалов III Международной научно-практической конференции «Пожаротушение: проблемы, технологии, инновации». – М.: Академия ГПС МЧС России, 2014. – С. 133-135. 17. 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. 18. Бузаев, Е.В. Моделирование аварийных выбросов взрывоопасных веществ в помещении / Е.В. Бузаев, А.А. Комаров, Г.В. Васюков, Р.А. Загуменников // Вестник МГСУ. – 2014. – №10. – С. 132-140. 19. Бузаев, Е.В. Расчёт процесса формирования взрывоопасных облаков с учётом воздушных потоков, зданий и диффузионных процессов / Е.В. Бузаев // 111 Сборник тезисов докладов IV Международной научно-практической конференции «Пожаротушение: проблемы, технологии, инновации». – М.: Академия ГПС МЧС России, 2015. – С. 23-25. 20. Васильчук, М.П. Проблемы технической безопасности на объектах топливно-энергетического комплекса / М.П. Васильчук // Безопасность труда в промышленности. – 1993. – №12. – С. 2-6. 21. Васюков, Г.В. Пожаровзрывобезопасность производственных объектов и транспортных систем / Г.В. Васюков, А.Я. Корольченко, В.В. Рубцов // Пожаровзрывобезопасность. – 2005. – Т. 14. – №6. – С. 39-42. 22. Взрывобезопасность и огнестойкость в строительстве / Под ред. Н.А.Стрельчука. – М.: Стройиздат, 1970. – 127 с. 23. Власов, О.Е. Основы теории взрыва / О.Е. Власов. – М.: ВИА им. Куйбышева, 1957. – 408 с. 24. Галеев, А.Д. Прогнозирование зон токсичной опасности и пожаровзывоопасности при авариях на объектах хранения нефтепродуктов / А.Д. Галеев, С.И. Поникаров // Безопасность жизнедеятельности. – 2009. – №5. – С. 2934. 25. Годунов, С.К. Разностные схемы / С.К. Годунов, В.С. Рябенький – М.: Наука, 1973. – 400 с. 26. Голдстейн, М.Е. Аэроакустика / М.Е. Голдстейн. – М.: Машиностроение, 1981. – 294 с. 27. Горев, В.А. Исследование сферической дефлаграции: дис. … д-ра. физ.мат. наук: 01.04.17 / Горев Вячеслав Александрович. – М., 1993. – 224 с. 28. Горев, В.А. Влияние формы облака и места инициирования взрыва на характер взрывной волны / В.А. Горев, Г.М. Медведев // Пожаровзрывобезопасность. – 2012. – Т. 21. – №6. – С. 29-33. 29. ГОСТ Р 12.3.047–2012 Система стандартов безопасности труда. Пожарная безопасность технологических процессов. Общие требования. Методы контроля. – М.: Стандартинформ, 2014. – 61 с. 112 30. ГОСТ Р 51105–97 Топлива для двигателей внутреннего сгорания. Неэтилированный бензин. Технические условия. – М.: Стандартинформ, 2009. – 23 с. 31. Гуреев, А.А. Автомобильные бензины. Свойства и применение / А.А. Гуреев, В.С. Азев – М.: Нефть и газ, 1996. – 444 с. 32. Гуринович, Л.В. Имитационное моделирование аварий с пожарами и взрывами на объектах хранения и транспортировки сжиженных углеводородных газов: дис. … канд. техн. наук: 05.26.01 / Гуринович Леонид Владимирович. – М., 2001. – 228 с. 33. Дьяконов, В. MATLAB: учебный курс. –СПб.: Питер, 2001. – 560 с. 34. Загуменников, Р.А., Недостатки современной оценки пожаровзрывоопасности метана / Р.А. Загуменников // 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, 2013. – С. 361-363. 35. 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. 36. Загуменников, Р.А. Экспериментальное определение величины избыточного давления при сгорании частично перемешенных газо-воздушных смесей / Р.А. Международной Загуменников, Е.В. научно-практической Бузаев // Сборник конференции материалов молодых учёных III и специалистов «Проблемы техносферной безопасности - 2014». – М.: Академия ГПС МЧС России, 2014. – С. 19-21. 113 37. Зельдович, Я.Б. Математическая теория горения и взрыва /Я.Б. Зельдович, Г.И. Баренблатт, В.Б. Либрович, Г.М. Махвиладзе. – М.: Наука, 1980. – 478 с. 38. Исакович, М.А. Общая акустика / М.А. Исакович. – М.: Наука, 1973. – 495 с. 39. Казённов, В.В. Динамические процессы дефлаграционного горения во взрывоопасных зданиях и помещениях: дис. … д-ра техн. наук: 05.26.03 / Казённов Вячеслав Васильевич. – М., 1997. – 439 с. 40. Комаров, А.А. Анализ нормативно-методической базы по прогнозированию последствий аварийных взрывов на территориях энергоемких объектов / А.А. Комаров // Сборник докладов научно-практической конференции «Проблемы прогнозирования чрезвычайных ситуаций». – М., 2002. – С. 49-50. 41. Комаров, А.А. Анализ последствий аварийного взрыва природного газа в жилом доме / А.А. Комаров // Пожаровзрывобезопасность. – 1999. – Т. 8. – №4. – С. 49-53. 42. Комаров, А.А. Научные основы нормативной базы по обеспечению взрывоустойчивости объектов / А.А. Комаров // Тезисы научно-практической конференции «Современные технологии в строительстве. Образование, наука, практика». – М., 2001. – С. 77-78. 43. Комаров, А.А. Расчет газодинамических характеристик потоков при аварийных дефлаграционных взрывах на наружных установках / А.А. Комаров // Пожаровзрывобезопасность. – 2002. – Т. 11. – №5. – С. 15-18. 44. Комаров, А.А. Прогнозирование нагрузок от аварийных дефлаграционных взрывов и оценка последствий их воздействия на здания и сооружения: дис. … д-ра техн. наук: 05.26.03 / Комаров Александр Андреевич. – М., 2001. – 492 с. 45. Комаров, А.А. Условия формирования взрывоопасных облаков в газифицированных жилых помещениях / А.А. Комаров, Г.В. Чиликина // Пожаровзрывобезопасность. – 2002. – Т. 11. – №4. – С. 24-28. 114 46. Комаров, А.А. Анализ процесса взрывного горения, сопровождавшего пожар на Тополевой аллее / А.А. Комаров // Сборник материалов III Международной научно-практической конференции «Пожаротушение: проблемы, технологии, инновации». – М.: Академия ГПС МЧС России, 2014. – С. 153-155. 47. Комаров, А.А. Основные особенности развития аварийных взрывов внутри зданий / А.А. Комаров // Сборник материалов Международной научнопрактической конференции «Пожаротушение: проблемы, технологии, инновации». – М.: Академия ГПС МЧС России, 2012. – С. 279-281. 48. Комаров, А.А. Формирования взрывопожароопасных облаков при аварийных утечках на линейных объектах газового хозяйства (газопроводах). Основные особенности и проблемы / А.А. Комаров, Е.В. Бузаев // Сборник тезисов III безопасность Всероссийской и молодёжной энергоресурсосбережение конференции в современных «Устойчивость, архитектурных, конструктивных, технологических решениях и инженерных системах зданий и сооружений». – М.: МГСУ, 2012. – С. 62-65. 49. Комаров, А.А. Определение параметров взрывоопасного облака на 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. 50. Комаров, А.А. Взрыв газа на газонаполнительной станции в посёлке Чагода. Причины и последствия / А.А. Комаров, Г.В. Васюков, Р.А. Загуменников, Е.В. Бузаев // Пожаровзрывобезопасность. – 2014. – Т. 23. – №7. – С. 58-64. 51. Комаров, А.А., Экспериментальное определение коэффициента 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. 115 52. 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. 53. Коробейников, В.П. Задачи теории точечного взрыва в газах / В.П. Коробейников. – М.: Наука, 1972. – 278 с. 54. Кочин, Н.Е. Теоретическая гидромеханика: в 2 т. / Н.Е.. Кочин, И.А. Кибель, Н.В. Розе. –М.: Физматлит, 1963. – 2 т. 55. Кошляков, Н.С. Уравнения в частных производных математической физики / Н.С. Кошляков, Э.Б. Глинер, М.М. Смирнов. – М.: Высшая школа, 1970. – 710 с. 56. Лаврентьев, М.А. Проблемы гидродинамики и их математические модели / М.А. Лаврентьев, Б.В. Шабат. – М.: Наука, 1977. – 408 с. 57. Ландау, Л.Д. Гидродинамика / Л.Д. Ландау, У.М. Лифишц. – М.: Наука, 1988. – 733 с. 58. Ландау, Л.Д. Механика сплошных сред / Л.Д. Ландау, У.М. Лифишц. – М.: Издательство технико-теоретической литературы, 1953. – 788 с. 59. Лойцянский, Л.Г. Механика жидкости и газа / Л.Г. Лойцянский. – М.: Наука, 1973. – 847 с. 60. Льюис, Б. Горение, пламя и взрывы в газах / Б. Льюис, Г. Эльбе. – М.: Иностранная литература, 1948. – 446 с. 61. Маршалл В. Основные опасности химических производств: Пер. с анг.// Под ред. Б. Б. Чайванова, А. Н. Черноплекова. М. Мир, 1989. – 672 с. 62. Методика оценки последствий аварий на пожаровзрывоопасных объектах. – М.: МЧС России, 1994. – 46 с. 63. Мишуев, А.В. Вопросы обеспечения взрывобезопасности и взрывоустойчивости в нефтегазовом комплексе / А.В. Мишуев, А.А. Комаров // Нефть, газ и бизнес. – 2001. – №5. – С. 36-41. 64. Мишуев, А.В. Безопасность промышленных и гражданских объектов при аварийном взрыве газопаровоздушных смесей / А.В. Мишуев, В.В. Казеннов, 116 А.А. Комаров // Проблемы безопасности и чрезвычайных ситуациях. – 1996. – №6. – С. 8-12. 65. Мишуев, А.В. Анализ версий взрывов / А.В. Мишуев, А.А. Комаров, Д.З.Хуснутдинов // Системы безопасности связи и телекоммуникаций. – 1999. – №6. – С. 19-23. 66. Мишуев, А.В. Общие закономерности развития аварийных взрывов и методы снижения взрывных нагрузок до безопасного уровня / А.В. Мишуев, А.А. Комаров, Д.З.Хуснутдинов // Пожаровзрывобезопасность. – 2001. – Т.10. – №6. – С. 8-19. 67. Мишуев, А.В. Расчет нагрузок на здания и сооружения при воздействии внешних аварийных взрывов / А.В. Мишуев, А.А. Комаров, Д.З.Хуснутдинов // Сейсмостойкое строительство. Безопасность сооружений. – 2000. – №3. – С. 4651. 68. Мишуев, А.В. Математическое моделирование процесса взрывного горения в промышленных и гражданских зданиях / А.В. Мишуев, В.В. Казеннов, А.А. Комаров // Пожаровзрывобезопасность. – 1995. – Т.4. – №4. – С. 26-31. 69. Мишуев, А.В. Особенности аварийных взрывов внутри жилых газифицированных зданий и промышленных объектов / А.В. Мишуев, В.В. Казеннов, А.А. Комаров, Н.В. Громов и др // Пожаровзрывобезопасность. – 2012. – Т.21. – №3. – С. 49-56. 70. Нигметов, Г.М. Проблемы мониторинга зданий и сооружений / Г.М. Нигметов // Мониторинг. Наука и безопасность. – 2011. – №2. – С. 36-42. 71. Одарюк, В.А. Очистка и утилизация отходов хранилищ горючесмазочных материалов / В.А. Одарюк, Г.М. Нигметов // Технологии гражданской безопасности. – 2011. – Т. 8. – №3. – С. 76-83. 72. Определение площади разгерметизации технологического оборудования с газопаровоздушными смесями. Методические рекомендации. – М.: ВНИИПО, 1987. – 24 с. 73. Потемкин, В.Г. Система инженерных и научных расчетов. MATLAB 5.x.: в 2 т. / В.Г. Потемкин. –М.: Диалог-МИФИ, 1999. – 2 т. 117 74. Поландов, Ю.X. Экспериментальное исследование и численное моделирование процесса образования взрывоопасной метановоздушной смеси в помещениях / Ю.X. Поландов, В.А. Бабанков // Пожаровзрывобезопасность. – 2014. – Т. 23. – №3. – С. 68-74. 75. Пилюгин, Л.П. Прогнозирование последствий внутренних аварийных взрывов / Л.П. Пилюгин. – М.: Пожнаука, 2010. – 379 с. 76. Расторгуев, Б.С. Проектирование зданий и сооружений при аварийных взрывных воздействиях / Б.С. Расторгуев, А.И. Плотников, Д.З. Хуснутдинов. – М.: Ассоциация строительных вузов, 2007. – 151 с. 77. РБ Г-05-039-96 Руководство по анализу опасности аварийных взрывов и определению параметров их механического воздействия. – М.: НТЦ ЯРБ Госатомнадзора России, 2000 – 32 с. 78. РД 03-409-01 Методика оценки последствий аварийных взрывов топливно-воздушных смесей. Серия 27. Выпуск 2. Сборник документов. 3-е издание исправленное и дополненное. – М.: ЗАО НТЦ ПБ, 2010. – 208 с. 79. Самарский, А.А. Разностные методы решения задач газовой динамики / А.А. Самарский, Ю.П. Попов. – М.: Наука, 1980. – 352 с. 80. Сборник методик по прогнозированию возможных аварий, катастроф, стихийных бедствий в РСЧС: в 2 кн. – М.: МЧС России, 1994. – 2 кн. 81. СНиП 2.11.03-93 Склады нефти и нефтепродуктов. Противопожарные нормы/Госстрой России. – М, ФГУП ЦПП, 2007. – 20 с. 82. Стручалин, В.Г. Анализ взрывоопасных зон при заполнении цистерн нефтегрузами / В.Г. Стручалин, В.М. Пономарев, В.Ю. Навценя // Мир транспорта. – 2014. – Т. 12. – №3 (52). – С. 184-191. 83. Стручалин, В.Г. Возможность возникновения аварийных ситуаций при заполнении железнодорожных цистерн легковоспламеняющимися жидкостями / В.Г. Стручалин, В.М. Пономарев, В.Ю. Навценя // Наука и техника транспорта. – 2014. – №4. – С. 85-90. 84. Тляшева, P.P. Методы прогнозирования аварийных ситуаций с образованием облаков топливовоздушных смесей на предприятиях 118 нефтепереработки / P.P. Тляшева, A.B. Солодовников // Нефтегазовое дело/ УГНТУ. – Электрон. журн.- Уфа, 2006. – Режим доступа к журн.: http://www.ogbus.ru/authors/Tlyasheva/Tlyasheva_l.pdf – 7 с. 85. Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности. Общие правила взрывобезопасности для взрывопожароопасных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств. Серия 09. Выпуск 37. – М.: ЗАО НТЦ ПБ, 2013. – 120 с. 86. Фукс, Б.А. Функции комплексного переменного и некоторые их применения / Б.А. Фукс, Б.В. Шабат. – М.: Наука, 1964. – 388 с. 87. Хитрин, Л.Н. Физика горения и взрыва / Л.Н. Хитрин. – М.: МГУ, 1957. – 422 с. 88. Хуснутдинов Д.З., Мишуев А.В., Казеннов В.В., Комаров А.А., Громов Н.В., / Аварийные взрывы газовоздушных смесей в атмосфере: монография – Москва: МГСУ. 2014. – 80 с. 89. Численное решение многомерных задач газовой динамики / Под ред. С.К. Годунова. – М.: Наука, 1976. – 400 с. 90. Щелкин, К.И. Газодинамика горения / К.И. Щелкин, Я.К. Трошин. – М.: Издательство академии наук СССР, 1963. – 255 с. 91. Экспресс-методика прогнозирования последствий взрывных явлений на промышленных объектах. – М.: ВНИИ ГОЧС, 1994. – 51 с. 92. Bradley D., Mitcheson A. The venting of gaseous explosion in spherical vessels. I-Theory // Combustion and Flame. — 1978. — Vol. 32. — P. 221-236. 93. Catlin C. A. Scale effects on the external combustion caused by venting of a confined explosion // Combustion and Flame. — 1991. — Vol. 83, No. 3-4. — P. 399411. 94. Chuan-jie Zhu, Bai-quan Lin, Bing-you Jiang, Qian Liu, Yi-du Hong, Numerical simulation of blast wave oscillation effects on a premixed methane/air explosion in closed-end ducts // Journal of Loss Prevention in the Process Industries. – 2013. – Vol. 26, No 4. P. 851-861. 119 95. Clavin, P. &Williams, F. A. Analytical studies of the dynamics of gaseous detonations // Phil. Trans. R. Soc. — 2012. — A 370. 96. DeHaan J.D., Crowhurst D., Hoare D., Bensilum M., Shipp M.P. Deflagrations involving stratified heavier-than-air vapor/air mixtures // Fire Safety Journal. — 2001. — Vol. 36. — P. 693-710. 97. Mingshu Bi, Chengjie Dong, Yihui Zhou. Numerical simulation of premixed methane–air deflagration in large L/D closed pipes // Applied Thermal Engineering. — 2012. — Vol. 40. — P. 337-342. 98. Lei Pang, Tong Wang, Qi Zhang, Qiuju Ma, Lu Cheng Nonlinear distribution characteristics of flame regions from methane–air explosions in coal tunnels // Process Safety and Environmental Protection. – 2014. – Vol. 92, No 3. P. 193-198. 99. Lohrer C, Drame C., Schalau B., Gratz R. Propane/air deflagration and СТА measurements of turbulence inducting elements in closed pipes // Journal of Loss Prevention in the Process Industries. —2008. — Vol. 21. — P. 1-10. 100. Pedro J. Coelho. A theoretical analysis of the influence of turbulence on radiative emission in turbulent diffusion flames of methane // Combustion and Flame. — 2013. — Vol. 160. — P. 610-617. 101. Sochet I., Gillard P., Guélon F. Effect of the concentration distribution on the gaseous deflagration propagation in the case of H2/O2 mixture // Journal of Loss Prevention in the Process Industries. — 2006. — Vol. 19. — P. 250-262. 102. Valeria Di Sarli, Almerinda Di Benedetto, Gennaro Russo Using Large Eddy Simulation for understanding vented gas explosions in the presence of obstacles // Journal of Hazardous Materials. – 2009. – Vol. 169, No 1–3, P. 435-442 103. Xiaoping Wen, Minggao Yu, Zhichao Liu, Wence Sun. Large eddy simulation of methane–air deflagration in an obstructed chamber using different combustion models // Journal of Loss Prevention in the Process Industries. — 2012. — Vol. 25. — P. 730-738. 120 Приложение А (обязательное) АКТЫ ВНЕДРЕНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ 121 122 123 Приложение Б (обязательное) СВОДНАЯ ТАБЛИЦА РЕЗУЛЬТАТОВ СЕРИИ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ ЭКСПЕРИМЕНТОВ ПО ИССЛЕДОВАНИЮ ПРОЦЕССА ФОРМИРОВАНИЯ ВЗРЫВООПАСНЫХ ЗОН НА ТИПОВОМ ОБЪЕКТЕ 124
