Разработка распределительной сети газоснабжения

Расчётный расход газа на ГВС жилых и общественных зданий, коммунально-бытовых предприятий определяется по формуле :

МДж/год, (7)

где q_г.в - укрупнённый показатель среднечасового расхода теплоты на горячее водоснабжение жилых зданий, кДж/ч на 1 чел.;

в - коэффициент, учитывающий снижение расхода горячей воды в летний период. Принимается для расчетов: в =0,8 (в= 1 для курортов);

t _х.л - температура водопроводной воды в летний период, t _х.л = 15°С,

t _х.з - температура водопроводной воды в зимний период, t _х.з = 5°С;

з_о - КПД отопительной системы, принимаемое для котельных работающих на газообразном топливе в пределах 0,8-0,85.

МДж/год.

3.5 Определение годовых и расчетных расходов газа

Полученное значение годового расхода на коммунально-бытовые нужды Q_год используется для определения годового расхода газа. Годовой расход газа в м³/ч для любого потребителя посёлка или района определяется по следующему выражению [2]:

м³/ч (8)

где Q_год - годовой расход теплоты на коммунально-бытовые нужды, МДж/год;

Q_н^p - низшая теплота сгорания газа, кДж/м³.

м³/ч

Расчётный расход определяется по формуле, м³/ч:

, м³/ч, (9)

где K_m - коэффициент часового максимума, принимаемый для различных видов потребителей, в соответствии с [2], по таблице 3.

Коэффициент часового максимума расхода газа принимается дифференцированно по каждой обособленной зоне газоснабжения, снабжаемой от одного источника. Данный коэффициент принимается в зависимости от общей численности населения, обслуживаемого данными газовыми сетями, одинаковыми для всех районов, гидравлически связанных между собой. Для районных сетей, гидравлически не связанных между собой, K_m принимается отдельно для каждого района.

Значения коэффициента часового максимума при расчете расхода газа нужды отопления, вентиляции и ГВС зависит от климатических данных объекта проектирования и определяется по формулам [2]:

, (10)

, (11)

где m- число часов включения газовых приборов в периоды максимального потребления газа.

Исходные данные и полученные расчётные значения годовых и расчётных расходов газа на бытовые и коммунальные нужды сводятся в таблицу 2.

Таблица 2 - Годовые и расчетные расходы газа на бытовые и коммунальные нужды микрорайона

4. Гидравлический расчет наружных газопроводов низкого давления

В основе проектирования наружных газовых сетей лежит гидравлический расчёт газопроводов. Проектирование газовых сетей проходит в соответствии со строительными нормами [7],[8] и правилами безопасности [4] для газораспределительных систем.

Целью гидравлического расчета является определение диаметров газопроводов, подводящих газ потребителям. Полученные диаметры должны быть такими, чтобы суммарные потери давления от ГРП до самого удаленного дома не должны превышать располагаемый перепад давления.

При разработке дипломного проекта для распределительного газопровода в п. Новатор Великоустюгского района Вологодской области принимаем тупиковую систему газоснабжения.

Наиболее экономичными являются тупиковые сети, у которых участки соединены последовательно и имеют одинаковые удельные перепады давления.

Расчет газопроводов осуществляется вначале от ГРП до самого удаленного потребителя, а после рассчитываются все ответвления от основного расчетного пути. Потери давления от местных сопротивлений принимают равными 10% от потерь давления от трения.

Трассы газопровода проектируют исходя из условий минимальной протяженности сети с учетом транспортировании потребителями газа кратчайшим путем.

Максимальное давление газа на вводе в жилой дом не должно превышать 3 кПа. Располагаемый перепад давления, составляет 1800 Па, на который проектируются газопроводы низкого давления, из которых 400 Па приходиться на допустимые потери давления во внутридомовых газопроводах, а 200 Па - в качестве потерь во внутридворовых газопроводах.

По данным генерального плана выполняется схема прокладки газопроводов, на данной схеме указываются проектные газопроводы, их диаметры, а также указываются устанавливаемые отключающие устройства. Для выбора места заложения газопровода учитывается характер проезда и застройки, число вводов, конструкция дорожного покрытия, удобства эксплуатации газопровода, подземных сооружений и т.д.

Диаметры газопроводов определяют посредством гидравлического расчёта, исходя из условия обеспечения бесперебойного снабжения газом всех потребителей в часы максимального его потребления. При проектировании газопроводов определяют диаметр труб на основе значений расчётного расхода газа и удельных потерь давления.

Весь путь разбивается на участки с неизменным расходом газа. Для каждого участка определяются длина участка и расход газа.

Расход газа отдельными жилыми домами и группами жилых домов определяется с помощью коэффициентов одновременности [2]:

м³/ч (12)

где k_о - коэффициент одновременности;

q - номинальный расход газа на прибор или группу приборов (например, газовая плита и водонагреватель), устанавливаемых в квартирах,м³/ч;

n - число однотипных приборов или групп приборов;

m - число типов приборов или групп приборов.

Расчетные расходы газа на участках представлены в приложении 1.

Номинальный расход газа на прибор определяется по формуле, м³/ч[2]:

м³/ч, (13)

где Q_ном - теплопроизводительность газового прибора, кДж/ч;

Q_н^р -низшая теплота сгорания природного газа, кДж/м³.

Принимая ориентировочные потери давления от местных сопротивлений в газопроводах равными 10% от потерь давления от трения, находят допустимые удельные потери давления от трения, Па/м по формуле [2]:

Па/м, (14)

где - длина пути от ГРП до самого удаленного потребителя, м;

- длина i-го участка, м;

1,1 - коэффициент, учитывающий потери давления от местных сопротивлений;

?P_р -допустимые потери давления, Па.

Общие допустимые потери давления (расчетный перепад давления) принимают в соответствии с нормами, исходя из типа газовых сетей и составят 200 Па в качестве потерь во внутридворовых газопроводах.

Зная расчетный расход газа V_р на участке и допустимые удельные потери давления ?Р/l, с помощью номограмм Приложение 4 [7],определяют диаметр участка газопровода, мм.

Для принятого диаметра газопровода находят действительные удельные потери ?Р/l, Па/м;

Для каждого участка определяют потери давления по формуле [2]:

, (15)

Суммируют потери давления на всех участках от ГРП до самого удаленного потребителя и сравнивают полученное значение с располагаемым перепадом .

Если

лежит в пределах 0ч0,1, расчет считается верным.

При

следует уменьшить принятые диаметры газопроводов.

Если величина

,

диаметры следует увеличить, так как в противном случае потери давления от ГРП до последнего потребителя превысят располагаемый перепад давления, и потребители не получат.

После расчета основного газопровода выполняется расчет ответвлений по такой же методике. Однако располагаемый перепад давления для каждого ответвления будет разным и может быть найден как [2]:

, (16)

где - потери давления при движении газа от ГРП до данного ответвления, Па.

Гидравлический расчёт сетей низкого давления представлен в приложении 2.

5. Технико-экономическое обоснование использования децентрализованного газоснабжения

ГРП представляют собой комплекс оборудования, размещаемый в специальном помещении или на открытой площадке. Его основной функцией является снижение давления газа после газораспределительной станции и автоматическое поддержание его на заданном уровне для бесперебойной подачи топлива потребителям. Пример ГРП приведен на рисунке 1.

Рисунок 1 - Газорегуляторный пункт

Здание ГРП должно относиться к I-II степеней огнестойкости С0 , быть одноэтажным, без подвала, а так же с совмещенной кровлей.

Допускается расположение ГРП встроенными в одноэтажные производственные здания, котельные, пристроенными к производственным зданиям, зданиям бытового и производственного назначения, на покрытиях газифицируемых производственных зданий I и II степени огнестойкости класса С0, с негорючим утеплителем и на открытых огражденных площадках, а также в контейнерах ГРПБ.

ГРПБ следует размещать отдельностоящими. Конструкция контейнеров ГРПБ, как правило, должна состоять из трехслойных ограждающих конструкций (двух слоев металла и утеплителя из негорючих материалов).

Здания ГРП и ГРПБ должны иметь покрытие (крышу) легкой конструкции весом менее 70 кг/м2 (при условии уборки снега зимой).

Применение покрытий из конструкций массой более 70 кг/м2 допускается при устройстве оконных проемов, световых фонарей или легкоотбрасываемых панелей общей площадью не менее 500 см2 на 1 м3 внутреннего объема помещения.

В ГРП должны быть обеспечены, как правило: фильтрами, предохранительным запорным клапаном (ПЗК), регулятором давления газа, предохранительным разгрузочным клапаном (ПСК), запорной арматурой, контрольно-измерительными приборами (КИП), приборами учета расхода газа (при необходимости), а также устройством обводного газопровода (байпаса) с установкой последовательно двух переключающих устройств и продувочным трубопроводом между ними на случай ремонта.

Второе отключающее устройство должно обеспечивать плавное регулирование газа.

Допускается не предусматривать установку ПЗК в ГРП промышленных предприятий, если по условиям производства не допускаются перерывы в подаче газа, при условии расчета газопровода из ГРП на прочность по входному давлению.

В этих случаях должна быть обеспечена сигнализации, оповещающая о повышении или понижении давления газа сверх допустимых пределов.

Обходное устройство для подачи газа (байпас) предназначен для работы только в автоматическом режиме и допускает перерывы в газопотреблении.

5.2 Принцип работы ГРП

Газ через входной газопровод поступает на фильтр, где очищается от механических примесей, и через предохранительно запорный клапан подается в регулятор давления, где давление газа снижается и поддерживается постоянным, независимо от расхода. В случае повышения давления газа после регулятора выше допустимых значений, например, в результате сбоя работы регулятора давления газа - срабатывает предохранительно-сбросной клапан - ПСК или гидрозатвор (ГЗ), в результате чего излишки давления газа сбрасываются в атмосферу. Если давление газа продолжает возрастать и сброс газа через ПСК достаточного эффекта не дал, срабатывает предохранительно-запорный клапан и доступ газа потребителю через эту линию редуцирования прекращается. Для того, чтобы обеспечить безаварийную подачу газа потребителю, даже в случае выхода из строя регулятора давления ГРП закольцовывают по выходному давлению, либо устанавливают в ГРП дополнительную линию редуцирования.

Стоит отметить, что в схеме ГРП (без резервной линии редуцирования) предусматривается байпасная линия, которая позволяет подавать газ и осуществлять ручное регулирование выходного давления газа на время ремонта оборудования или проведения технического обслуживания ГРП. На входе и выходе из ГРП установлены манометры. На входе в ГРП промышленного назначения либо в узлах учета газа замеряется температура газа с помощью термометра. Для централизованного замера расхода газа устанавливается измерительное устройство - газовый счетчик промышленного назначения.

Для снижения давления газа в ГРП применяются регуляторы давления прямого и непрямого действия. В регуляторах прямого действия конечный импульс давления воздействует на мембрану, которая через рычажное устройство связано с дроссельным органом. При уменьшении выходного давления степень открытия дроссельного органа увеличивается, при увеличении - уменьшается. В результате выходное давление газа поддерживается постоянным.

Для приведения в действие регуляторов давления непрямого действия источником энергии служит сжатый воздух и газ давлением 200-1000кПа. Применяются регуляторы давления непрямого действия при входном давлении более 1,2МПа и выходном более 0,6МПа. Также в последнее время все чаще применяют комбинированные регуляторы давления, представляющие из себя предохранительно-запорный клапан и регулятор давления в одном корпусе.

Для контроля за входным и выходным давлением, температурой в помещениях, открытием дверей - современные ГРП могут быть оборудованы системой телеметрии.

5.3 Виды ГРП

Существует ГРП низкого, среднего и высокого выходного давления. В чем разница между, интуитивно понятно. Если на ГРП газ понижается с высокого (около 0,3 - 1,2 МПа) или среднего (5кПа - 0,3 МПа) давления до низкого (до 5кПа, или 500 мм. в. ст.), то данные ГРП называются ГРП низкого выходного давления. Соответственно, если выходное давление газа среднее или высокое, ГРП будет называться соответственно. Также бывают случаи, когда ГРП снабжает газом для различных потребителей, например частный сектор и газовую котельную, тогда из ГРП выходят 2 источника газа, один среднего, другой низкого, тогда ГРП будет с выходом среднего и низкого давления.

Одноступенчатые и многоступенчатые ГРП. Одноступенчатая схема подразумевает понижение давления газа с входного до рабочего в один этап, а многоступенчатые в 2 и более этапов. Часто бывает, что невозможно понизить давление газа с высокого (например, 1,2 МПа) до низкого (200 мм., например, бытовым потребителям) и добиться устойчивой работы ГРП с одним регулятором давления. Тогда рациональней использовать такой метод, как снижения давления газа в несколько этапов.

Рассмотрим на примере двухступенчатой схеме. Газ поступает в ГРП при высоком давлении 1.2 МПа, проходит через фильтр ПКН, дальше регулятор первой ступени снижает давление газа до 0,5 - 3 МПа (здесь зависит от расхода газа) и подается в «бочку» - это сильно расширенный участок газопровода внутри ГРП, который служит «подушкой» для сглаживания колебаний давления подаваемого регулятором первой ступени (из бочки часто предусматривают дополнительный спускной клапан). Кроме того, газ уже низкого давления - принимаем 0,1 МПа, подается через второй предохранительный запорный клапан на регулятор второй ступени. Этот регулятор понижает давление до рабочего, в нашем случае 200 мм. в.ст. (2.0 кПа). Эта схема также дает дополнительную защиту конечного пользователя от поступления газа высокого давления в низкое (выше в 300 раз), что является небезопасным.

Однониточные и многониточные ГРП. Многониточная схема подключения, подразумевает ГРП, включающий в себя несколько параллельно соединенных нитей редуцирования. Характерным в данной схеме подключения является то, что подача газа осуществляется от одного разветвления по всем параллельным линиям редуцирования газопровода, в то же время, выходы этих линий объединяются в один коллектор. Такая схема подключения используется для повышения надежности и эффективности поставок газа. Применяется для самых значительных ГРП, таких как ГРП с высоким давлением, которые «питают» систему промышленных потребителей и сеть ГРП. А Однониточные ГРП - оборудованы одной линией редуцирования, и, возможно многоступенчатой.

Тупиковые и закольцованные ГРП. Для повышения надежности газоснабжения потребителей газа является схема поставок газа из соединенных между двумя и более ГРП через газораспределительные сети по выходному давлению в «кольцо». Таким образом, чем больше газорегуляторных пунктов, тем более надежной считается система газоснабжения. Чтобы было легче понять, как это работает рассмотрим пример: существует район города с бытовыми потребителями, которое необходимо обеспечить природным газом.

На данный район, по расчетам, можно поставить либо один ГРП, с большой пропускной способностью, либо два менее обеспечивающих в общей сложности ту же производительность, но в разных частях газифицируемой области. Если имеется возможность - устанавливают 2 (или более) и их сети газоснабжения потребителя объединяются в одно. В этой схеме, если перестанет работать один из ГРП, то нагрузки газовых сетей лягут на работающий ГРП. Конечно, если один из ГРП во время работы, во время пиковых нагрузок, например, в утренние часы, когда большинство людей, проснувшись, готовят еду, а кольцо включает в себя только 2 или 3 газорегуляторных пункта, то давление на конечного потребителя, может существенно снизиться, что может быть зафиксировано визуально на языках пламени работающих газовых плит, однако, в этом случае любой потребитель может доложить об этом в аварийно-газовую службу, команда которой будет принимать дополнительные меры для восстановления нормального режима газоснабжения. Кроме того, закольцованные ГРП позволяют упростить обслуживание, так как легче регулировать подачу газа через байпас. Существуют кольца ГРП высокого, среднего и низкого давления.

Иногда нецелесообразно осуществлять поставки газа потребителю более чем от одного ГРП (например, небольшой поселок). В таких случаях, схема подачи газа от ГРП называется «тупиковой».

ГРП с резервной линией редуцирования и без. Характерным для ГРП, оснащеному резервной линией, является наличие двойной нитки редуцирования с комплектом оборудования, которое не работает в то же время (в отличие от многониточных), а включается в случае аварийного прекращения подачи газа через основную линию.. Это достигается путем настройки на резервной линии запорного клапана, закрывающегося при более высоком давлении и рабочее давление регулятора на низкое. Таким образом, в случае превышения давления на выходе регулятора при неисправности основного потока - запорный клапан отрубает подачу газа потребителю через регулятор. Выходное давление газового потока постепенно уменьшается и достигает рабочего давления на выходе регулятора линии (как правило, устанавливается ниже на 10%, чем в основной линии) и поддерживается на этом уровне резервным регулятором. Обычно эта схема используется в ГРП, который поставляет потребителям газ по «тупиковой» схеме с целью повышения надежности и обеспечения бесперебойного снабжения газа.

5.4 Сравнение индивидуальных ДРП с централизованным ГРП

Поставка газа для жилых и промышленных зданий имеет свои нюансы. Кроме своевременного обеспечения топливом, необходимо контролировать ряд параметров потока, ведь от этого будет зависеть безопасность жителей. Для этой цели могут использоваться различные регуляторы, фильтры, сигнализаторы. Любое топлива в газопроводе находится под достаточно высоким давлением, а для того, чтобы снизить это давление до потребляемого уровня, устанавливается специальное оборудование - ДРП (домовой газорегуляторный пункт), изображенный на рисунке 2.

Рисунок 2 - Домовой регуляторный пункт.

Данное устройство снижает давление газа до необходимого для использования в жилых помещениях, позволяет осуществить стабилизацию его на выходе и поддерживает его на заданном уровне. Используется в любых жилых, муниципальных и общественных местах. ДРП - устанавливается, в основном, для деревень, или частных домов, где давление газа не должно превышать 0,6 МПа.

Цена на ДРП зависит от комплектации и модификации оборудования. В основном, ДРП имеет две ступени системы редуцирования, которая сокращает снижение пропускной способности при падении давления газа. Это полностью защищает потребителей от несчастных случаев, а также вероятности разгерметизации корпуса. Такая система наиболее стабильна, и поэтому безопасна и надежна в эксплуатации. Несмотря на то, что ДРП предназначен для использования в бытовых целях, оно подлежит выдерживать температуру от -40 до +60, что позволяет его практически везде. Установка ДРП может быть установлена просто на стене или на неподвижной опоре. При правильном монтаже и эксплуатации этот прибор может прослужить около 12 лет.

5.5 Расчет срока окупаемости проекта

Для оценки срока окупаемости

,

проекта требуется оценить капитальные затраты (К) по проекту и экономический эффект (Э).

По данным интернета выбираем потребные затраты К таким образом, чтобы диапазон выходного давления лежал в пределах допустимой нормы.

Расчет капитальных затрат для ДРП и ГРП могут быть определены по формулам [3]:

(17)

где - стоимость домового регуляторного пункта, руб.;

- цена на газопровод, отведенный от ДРП к потребителю, определяемая по формуле:

,руб (18)

где L - длина газопровода, м.;

S - стоимость одного метра газопровода, диаметром 32мм.

Принимаем среднюю длину газопровода 8м (на один ДРП), следовательно на 24 потребителя длина составит 192 м.

,руб.

Итого капитальные затраты на ДРП составят:

,руб.

Далее аналогично можно рассчитать капитальные затраты при использовании централизованного газорегуляторного пункта.

, (19)

где - стоимость газорегуляторного пункта, руб.;

- цена на газопровод, отведенный от ГРП к потребителю, определяемая по формуле:

, (20)

где L - длина газопровода, м.;

S - стоимость одного метра газопровода, диаметром 140 мм.

Принимаем среднюю длину газопровода 998 м (на один ГРП):

,руб.

Следовательно, капитальные затраты на ГРП составят:

,руб.

Таким образом, срок окупаемости проекта можно рассчитать по зависимости:

,

Наш проект имеет срок окупаемости менее 1 года, поэтому принимаем его равным 0,58 года (6 месяцев).

Если срок окупаемости ниже 1 года, то расчеты экономической эффективности прекращаются.

Если выше, необходимо перейти к анализу с использованием дисконтированных денежных потоков (NPV).

Вывод: по показателям эффективности проект является прибыльным с точки зрения инвестиций.

6. Безопасность жизнедеятельности

Сварка, резка и нагрев открытым пламенем аппаратов, сосудов и трубопроводов, содержащих под давлением любые газы, не допускается без согласования с эксплуатирующей организацией мероприятий по обеспечению безопасности. Освещение при производстве сварочных работ внутри емкостей должно осуществляться с помощью светильников, установленных снаружи, или с помощью переносной лампы напряжением менее 128вт. Сварочный трансформатор должен быть расположен вне обслуживаемой зоны.

В электросварочном оборудовании и источниках питания должны быть предусмотрены и установлены элементы ограждения расположенных под напряжением. Металлические части электросварочного оборудования, не находящиеся под напряжением, а также свариваемые изделия и конструкции во время сварки должны быть заземлены.

Производство электросварочных работ во время дождя или снегопада без использования навесов или крыш под электросварочным оборудованием и рабочим местом сварщика не допускается.

Газовые баллоны допускается транспортировать, хранить и выдавать, и получать только лицам, которые прошли обучение по обращению с ними. Пустые баллоны следует хранить отдельно от баллонов, наполненных газом. Оборудование, используемое для сварки должно соответствовать требованиям. При осуществлении контроля качества сварных швов с помощью ультразвука необходимо выполнять правила по технической эксплуатации электроустановок.

Взрывчатые вещества, циркулирующие в технологическом процессе по реконструкции объекта, являются горючие газы [4].

Основным направлением огнестойкости технологической системы является предотвращение образования взрывоопасных концентраций газо-воздушных, паровоздушных или пылевоздушных смесей с воздухом внутри технологических систем (единиц) и снаружи, т. е. применение взрывобезопасных технологий.

Взрывобезопасная технология означает состояние окружающей среды внутри и вне технологической системы, в нормальных условиях эксплуатации, которая предотвращает образование взрывоопасных концентраций.

В технологической системе участка линейной части трубопровода без присутствия окислителя (кислорода, воздуха) при обычных условиях проведения процесса исключается образование взрывоопасной среды внутри аппаратов и трубопроводов.

Следовательно, при нормальной работе технологии проектируемого объекта следует считать взрывобезопасной.

6.2 Мероприятия по безопасности охраны труда

«Трудового кодекса Российской Федерации» раздел X статья 212;

«Правила безопасности систем газораспределения и газопотребления»;

«Правила технической эксплуатации и требования безопасности труда в газовом хозяйстве РФ» от 20.10.1991 г. № 70-П;

«Межотраслевые правила по охране труда при эксплуатации газового хозяйства организаций» ПОТ Р М-026-2003.

При строительстве газопровода планируется выполнить следующие требования:

- врезку в действующий трубопровод производить в присутствии представителя эксплуатирующей организации;

- тестирование и приемка газопровода в соответствии с требованиями «правил безопасности газораспределения и газопотребления»;

- эксплуатация подземных трубопроводов и сооружений должна соответствовать требованиям «правил безопасности газораспределения и газопотребления» и других нормативных документов, утвержденных в установленном порядке;

- газоопасные работы выполнять в дневное время, за исключением аварийно-восстановительных работ;

- место для проведения газоопасных работ по обрезке и врезке газопроводов, замене запорных устройств, нужно установить щиты с предупреждающими знаками и надписями: «Огнеопасно газ»;

- для защиты от воздействия опасных и вредных производственных факторов все работники должны быть обеспечены спецодеждой, специальной обувью и другими средствами индивидуальной защиты. Используемые средства индивидуальной защиты должны быть проверены и испытаны в установленном порядке;

- в зоне действующих подземных коммуникаций земляные работы выполняются под непосредственным контролем работы на наряд - допуск, а в охранной зоне коммуникаций, кроме того, и под наблюдением представителя организации, осуществляющей контроль за коммуникациями;

- для предотвращения несчастных случаев на производстве, работник, не имеющих соответствующий доступ к данным видам работ, не допускать.

Работа по охране и безопасности труда, соблюдения трудового законодательства и производственной санитарии должен производиться инженером по безопасности в строительной компании.

6.3 Анализ опасных и вредных факторов при эксплуатации систем газоснабжения

- образованием первичной ударной волны сжатия за счет расширения в атмосфере природного газа, выбрасывается из объема «мгновенно» разрушенную часть трубы длиной от 20 до 100 калибра, а также вторичных волн сжатия, образующихся при воспламенении газового «шлейфа» и расширение продуктов сгорания;

- образования и разлетом осколков (фрагментов) разрушенного участка трубопровода;

- воспламенением газа и тепловом воздействии пожара на человека и окружающую среду;

- токсического воздействия компонентов природного газа на живые организмы.

Очаг разрушения трубопроводов - это поверхностные повреждения и дефекты, предотвращение которых в полном объеме не представляется возможным. Происхождение и характер их проявления могут быть очень разными. Так, например, повреждения поверхности происходит, как правило, в результате механических воздействий и проявляются либо непосредственно в момент воздействия или в течение относительно короткого периода времени после него. По причинам возникновения дефекты можно разделить на: коррозионные, строительные (вмятины, гофры, овализация и т. д.), сварные швы, стресскоррозионные и металлургические. Как правило, дефекты имеют склонность к росту, а период их развития может быть довольно долгим. Потенциальный дефект может привести к разрушению трубопровода.

В подавляющем большинстве случаев деструкция происходит из-за образования трещин, распространяющихся в материале с высокой скоростью. Можно предположить, что процесс повреждения прекращается, когда составляющая этой скорости вдоль оси трубы становится меньше, чем скорость звука в транспортируемом газе (около 400 м/с). В то же время для прохождения пути от одного сварного шва к другому требуется (в среднем) около 0,05 сек.

Исследования выявили, что разрушение газопровода (использующегося при кольцевых напряжениях в теле трубы ниже предела текучести) может происходить только при наличии в теле трубки проходного дефекта (механическое повреждение, трещины) с линейными размерами выше критического значения (примерно 0,25 диаметра). Длина разрушенной части трубопровода может быть различной. На основе сравнения результатов расчета энергетической теории со статистическими данными [6] установлено, что для труб сравнительно небольшого диаметра (от 200 до 500 мм) размеры линейного ущерба не превышают величин, от 5 до 10 м (20 калибров), и для трубопроводов большого диаметра (от 1200 до 1400 мм), длина такого поражения может достигать до 60-го калибра.

Во время аварии, в первую очередь выпускается только потенциальная энергия сжатого газа. Таким образом, процесс разрушения (распространение трещин) потребляется лишь небольшая доля, которая, по данным разных авторов, колеблется от 2 до 10 % [36]. Основная часть энергии, выделяющейся преобразуется в ударные волны, обладающие достаточно высокой поражающей способностью.

Однако, наиболее угрожающими являются аварии, связанные с возможностью воспламенения газа, которое может произойти с некоторой задержкой за пределами трубопровода после смешивания с воздухом в определенных концентрациях (от 5 до 15 об. %) и появлению источника зажигания. Как видно, период задержки воспламенения может колебаться от нескольких десятых секунды до нескольких секунд. Другими словами, происходит воспламенение уже сформированного газового потока с очень высокой степенью турбулентности и неравномерности структуры.

В зависимости от взаимного расположения противоположных концов разрыва трубы, ее диаметр, глубина установки, параметров столкновения газовых потоков, геометрия работ повреждения и другие факторы могут быть реализованы в двух формах чрезвычайной ситуации: в форме вертикального огня («пожар в котловане») и двух направленных в разные стороны, горящих струй («струевое пламя»).

При воспламенении газового потока, образуется мгновенное («вспышкообразное») сгорания небольшой части шлейфа. Горючая масса не однородная и сгорает с меньшей скоростью относительно случайным образом по объему (отдельные зоны). Следовательно, вторичные волны избыточного давления образуются в слабой форме, с амплитудой в диапазоне от 15 до 20 кПа, непосредственно на месте разрыва. Таким образом, в случае пожара основным поражающим фактором для людей будет тепловое излучение.

Если в начальный период времени после прорыва трубы не произойдет возгорания, начнется рассеяния излучения с образованием зон загазованности. Концентрация большого объема газа от 5 до 15% в таких областях, и может воспламеняться, в случае источника огня, чтобы привести к образованию вторичной ударной волны и горения пламени, представляющих определенную опасность для людей и окружающей среды. Однако, из-за резкого снижения интенсивности выбросов газа уже в течение первых нескольких минут после разрыва зоны концентрации газа, достигает своих максимальных размеров, начинает резко уменьшаться.

Таким образом, с точки зрения негативных воздействий на человека и окружающую среду наибольшую опасность аварии на воспламенение газа в начальный период сразу после разрыва трубопровода. Характер горения газа и воздействия пожара на окружающую среду зависят от большого числа и определенного сочетания ряда факторов, основными из которых являются: