5.5.2. Приказ Ростехнадзора от 26.12.2018 N 647 "Об утверждении Руководства по безопасности "Методика оценки риска аварий на опасных производственных объектах магистрального трубопроводного транспорта газа"

5.5.2.1. На данном подэтапе КолАР для каждого расчетного сценария Cij аварии определяется распределение в пространстве основных физических характеристик (размеров зон воздействия) следующих поражающих факторов аварии на МГ:

осколков разрушенного МГ (пункт 5.5.2.2 и приложение N 8 настоящего Руководства);

ВВС и ВУВ (пункт 5.5.2.3 настоящего Руководства);

динамического давления высокоскоростных струй газа (см. пункт 5.5.2.4 настоящего Руководства);

загазованности (пункт 5.5.2.5 и приложение N 9 настоящего Руководства);

тепловой радиации от пожара (в т.ч. прямого воздействия пламени) (пункт 5.5.2.6 и приложение N 10 настоящего Руководства).

5.5.2.2. Разлет осколков.

5.5.2.2.1. При расчете пространственных распределений характеристик разлета осколков при разрыве МГ важным элементом исходных данных является характерная длина разрыва газопровода. Рекомендуются приведенные в таблице N 5.8 характерные значения длин разрывов МГ, полученные по результатам анализа статистических данных об авариях на МГ в предположении, что в 90% аварийных разрывов МГ данного диаметра длина разрыва не превысит указанное значение.

Таблица N 5.8

Рекомендуемые для использования характерные значения длин
разрывов (Lразр) для МГ разных диаметров (ДУ)

5.5.2.2.2. При разрыве подземного МГ количество образующихся осколков трубы, их форма и направление полета являются величинами случайными. В рамках проведения КолАР МГ принято, что направления движения осколков равновероятны, рассеивание осколков по площади зависит только от расстояния от места разрыва МГ, а зона соответствующего воздействия на поверхности земли имеет форму круга.

Размеры зоны осколочного воздействия (зоны разлета осколков) определяются максимальной дальностью полета осколков, зависящей от начальных скоростей, сообщаемых фрагментам трубы при разрыве МГ, и (значительно) от характера разрушения оболочки трубы (вязкого или хрупкого). Оценки размеров зон проводятся либо на основе статистических данных, либо путем расчета максимальных значений радиуса разлета осколков массой mоск.

5.5.2.2.3. Применяемые методы расчета расчеты дальности разлета осколков трубы базируются на предположении, что часть потенциальной энергии сжатого газа расходуется на фрагментацию оболочки трубы и слоя грунта и приобретение осколками начальной скорости. В дальнейшем рассчитывается динамика движения этих фрагментов в воздухе и определяются размеры зон (на поверхности земли) их разлета.

Последовательность расчета размеров зон разлета осколков трубы при разрыве МГ следующая:

а) определить для каждой точки (см. пункт 5.5.1 настоящего Руководства) рассматриваемого n-го ПОУ:

расстояние L1 от нагнетающей КС;

фактическое давление P0 до аварии в предположении, что на выходе принимающей КС давление проектное;

б) задать длину разрыва Lразр (м) МГ с использованием таблицы N 5.9 настоящего Руководства;

в) задать общее количество nоск образующихся при разрушении МГ одинаковых осколков;

г) определить массу mоск (кг) осколков исходя из того, что осколочная масса образуется на участке длиной 0.5 Lразр;

д) в окрестностях каждой точки рассчитать максимальные дальности разлета осколков трубы массой mоск с использованием математической модели, изложенной в приложении N 8 настоящего Руководства. Результатами расчета являются массивы значений - радиусы круговых зон разлета осколков трубы с массами mоск на поверхности земли в окрестностях каждой точки в пределах каждого n-го ПОУ.

5.5.2.3. Воздушная ударная волна и волна сжатия при разрыве МГ.

5.5.2.3.1. ВУВ возникает при разрыве МГ, как следствие расширения транспортируемого под высоким давлением природного газа (физический взрыв). Далее с определенной задержкой может произойти воспламенение газа - уже вне полости газопровода при смешении газа с воздухом до определенных концентраций (5 - 15% об.) и одновременном появлении источника зажигания с необходимым энергетическим потенциалом. При сгорании газа в дефлаграционном режиме в окружающем пространстве генерируются ВВС. Возникающие при этом барические эффекты от ВВС на открытом пространстве настолько незначительны по сравнению с эффектами от расширения сжатого газа, то есть ВУВ, и тепловым воздействием пожара, что ими можно пренебречь.

5.5.2.3.2. Нелинейные волновые процессы в грунте (как упругом теле), возникающие при разрушении газопровода, затухают на расстояниях в несколько метров и не оказывают воздействия на параллельно уложенные нитки МГ.

5.5.2.3.3. Последовательность расчета распределения избыточного давления ВУВ физического взрыва в окружающей среде при разрыве МГ:

а) определяются для каждой точки (пункт 5.5.1) рассматриваемого n-го ПОУ:

расстояние L1 от нагнетающей КС;

фактическое давление P0 до аварии в предположении, что на выходе принимающей КС давление равно проектному Pраб;

б) в окрестностях каждой точки рассчитываются распределение избыточного давления ВУВ и импульса I методами численного моделирования, в том числе изложенными в Руководстве по безопасности "Методика оценки последствий аварий на взрывопожароопасных химических производствах", утвержденном приказом Ростехнадзора от 20 апреля 2015 г. N 160.

Результатами расчета являются массивы значений и импульса , отражающие территориальные распределения избыточного давления и импульса ВУВ вокруг каждой точки разрыва .

5.5.2.4. Динамическое давление высокоскоростных струй газа.

5.5.2.4.1. В случае гильотинного разрыва наземного или надземного МГ, а также подземного МГ с вырыванием плетей газопровода, истечение сжатого газа из концов трубы происходит в виде высокоскоростных струй. Распространение в пространстве высокоскоростных струй газа инициирует образование областей направленных газовых потоков. При взаимодействии с препятствиями, в качестве которых могут фигурировать люди, здания и сооружения, иные объекты инфраструктуры, потоки оказывают на них напорное воздействие.

5.5.2.4.2. Последовательность расчета распределения динамического давления в окружающей среде при разрыве МГ с образованием высокоскоростных струй газа:

а) определяются для каждой точки рассматриваемого n-го ПОУ:

расстояние L1 от нагнетающей КС;

фактическое давление P0 до аварии в предположении, что на выходе принимающей КС давление равно проектному Pраб;

б) в окрестностях каждой точки методами вычислительной гидродинамики рассчитывается распределение динамического давления струи .

5.5.2.5. Зоны загазованности при авариях на ЛЧ МГ

5.5.2.5.1. Если в момент разгерметизации МГ газ не воспламеняется (сценарии групп C3, C4), возникает необходимость анализа процессов его рассеяния (дисперсии) в атмосфере для определения размеров зон загазованности.

Размеры зоны загазованности (с учетом того, что метан не обладает выраженным токсическим действием) рекомендуется определять по двум концентрационным пределам метана:

30% об. - определяет границу зоны асфиксионной опасности, в пределах которой в результате снижения концентрации кислорода в воздухе нарушаются обменные процессы в организме человека и животных и происходит удушье;

2,5% об. (НКПР/2) - определяет границу зоны потенциального термического воздействия на реципиентов в случае так называемого "позднего поджигания" облака ГВС.

Зона асфиксионного воздействия намного меньше указанной зоны потенциального теплового воздействия и полностью поглощается последней.

5.5.2.5.2. При расчете указанных зон учитывается тот факт, что сценарий сгорания облака ГВС в результате "позднего поджигания" не входит в число расчетных сценариев аварий на МГ в рамках настоящего Руководства, поскольку предполагается, что в конечном итоге по своим последствиям, связанным с воздействием основного поражающего фактора - тепловой радиации, он сводится к сценариям групп C1 или C2. То есть в рамках КолАР принято, что сценарий задержанного воспламенения облака ГВС замещается сценариями групп C1, или C2.

5.5.2.5.3. При расчете дисперсии газа в атмосфере рекомендуется рассматривать два предельных режима формирования опасных зон загазованности, соответствующих группам сценариев C3 и C4 (подраздел 5.3 настоящего Руководства):

а) в виде двух невзаимодействующих наклонных или настильных струй (группа сценариев C4);

б) в виде восходящего вверх интегрального течения (низкоскоростного колонного шлейфа) из грунтового котлована (группа сценариев C3) (рисунок 5.2).

Рисунок 5.2. Варианты
выброса газа при разрушении МГ без возгорания:
а) выброс в виде 2-х независимых струй
из концов разрушенного газопровода;
б) выброс в виде интегрального шлейфа
из образовавшегося "котлована"
(не приводится)

5.5.2.5.4. Оценка размеров зон возможных пожаровзрывоопасных концентраций газа при струевом выбросе (группа сценариев C4) проводится исходя из консервативных соображений (размеры струй рассчитываются при нулевой скорости ветра).

Последовательность расчета зоны загазованности от 2-х струй при разрыве МГ:

а) определить для каждой точки исследуемого n-го ПОУ на трассе МГ, рассматриваемой в качестве источника аварийного истечения газа (пункт 5.5.1 настоящего Руководства):

расстояние L1 от нагнетающей КС;

фактическое давление P0 до аварии в предположении, что на выходе нагнетающей КС давление равно проектному Pраб;

б) с помощью математической модели, изложенной в приложении N 9 настоящего Руководства, в окрестностях каждой точки рассчитываются распределения концентрации (C) и скорости (u) газа в струевых потоках.

5.5.2.5.5. Расчет более сложного процесса распространения низкоскоростного интегрального турбулентного шлейфа газа из котлована в условиях действия сносящего ветрового потока (группа сценариев C3), а также расчет процесса распространения двух невзаимодействующих наклонных или настильных струй (группа сценариев C4) для снижения консервативности оценок может проводиться с помощью методов, рекомендуемых в Руководстве по безопасности "Методика оценки последствий аварий на взрывопожароопасных химических производствах", утвержденном приказом Ростехнадзора от 20 апреля 2015 г. N 160.

5.5.2.6. Тепловая радиация от пожара на ЛЧ МГ.

5.5.2.6.1. Характер горения газа при авариях на газопроводах и масштабы теплового воздействия пожара на окружающую среду (пространственное распределение тепловых потоков q(x, y, z) в общем случае зависят от конкретного сочетания следующих факторов:

диаметра МГ, размера отверстия истечения (трещины) в трубе (диаметр отверстия истечения при авариях на МГ принимается равным внутреннему диаметру МГ), места разрыва на перегоне между КС, фактического давления в месте разрыва;

характерного размера (эффективного диаметра) грунтового котлована;

характеристик массива грунта;

взаимного положения осей концов разрушенного участка газопровода.

Факторы первой группы определяют интенсивность и динамику выброса газа из участков газопровода вверх и вниз по потоку от места разрыва и, в конечном итоге, мощность теплового излучения от пламени пожара, а факторы второй группы - интегральное газодинамическое поле при взаимодействии высокоскоростных струй газа и конечное положение фронта пламени в пространстве (геометрическую форму пламени) и времени.

5.5.2.6.2. Для оценочных расчетов тепловых потоков q от пожара на МГ все многообразие реально возможных вариантов горения и геометрических форм пламени, обусловленных несимметричным (в общем случае) газодинамическим взаимодействием звуковых струй газа, неопределенностью положения концов разрушенного МГ и конфигураций грунтового котлована может быть сведено к двум основным вариантам, описанным выше как сценарии группы C1 "Пожар в котловане" и сценарии группы C2 "Струевое пламя". При этом пламя моделируется как поверхностный тепловой излучатель в форме цилиндра (для группы C1) или лежачего полуцилиндра (для группы C2).

5.5.2.6.3. Частным случаем сценариев группы C2 являются сценарии с одной горящей струей, рассматриваемые при значительном различии массовых расходов, истекающих из 2-х концов разрушенного МГ (например, при авариях в начале или конце перегона между КС).

5.5.2.6.4. С целью снижения повышенной трудоемкости проведения расчетов q(x, y) и зависящих от q(x, y) показателей риска, связанной с нестационарностью процесса истечения газа и, следовательно, изменением во времени размеров пламени и теплового потока, рекомендуется расчеты q(x, y) проводить для постоянного (фиксированного) значения интенсивности истечения , соответствующего рекомендуемому моменту времени (отсчет времени - от момента разрыва МГ), зависящему от диаметра МГ - таблицу N 5.9.

Указанные значения и рассчитанные по ним значения рекомендуется применять при расчетах теплового воздействия, прежде всего, на людей с учетом принятого положения (подтверждаемого статистикой и результатами соответствующих научных исследований) о том, что тяжелые тепловые поражения людей (вплоть до летального исхода), находящихся вблизи пожара на МГ (в т.ч. убегающих от пожара), имеют место в пределах первых минут после возникновения пожара.

Таблица N 5.9

Значения для перехода на модель пламени
со "стационарными" параметрами при расчете теплового
поражения людей

5.5.2.6.5. При расчетах q(x, y), нацеленных на оценку последствий теплового воздействия на технологическое оборудование, здания, сооружения и компоненты природной среды, рекомендуется использовать значение характерного времени, равное 90 секундам, при условии общей продолжительности теплового воздействия не более 15 минут. В ином случае (более 15 минут) рассчитывается переменная во времени зависимость (по полученной ранее зависимости ) в точке расположения рассматриваемого элемента оборудования, здания или компонента природной среды с дальнейшим расчетом тепловой дозы при заданном времени воздействия с целью оценки последствий (степени разрушения или поражения) указанных объектов (таблица N 5.10).

5.5.2.6.6. Расчет радиационного теплового воздействия (тепловых потоков q(x, y) пожара на МГ на прилегающие объекты (на реципиентов термического воздействия) рекомендуется проводить по следующей формуле

где Ef - интенсивность излучения с единицы поверхности ("внешней оболочки") пламени, кВт/м2;

- угловой коэффициент облучения единичной площадки;

- коэффициент поглощения теплового излучения атмосферой.

При этом последовательность расчета распределения тепловых потоков следующая:

а) для каждой точки n-го ПОУ исследуемого МГ последовательно рассматриваются сценарии 2-х групп: сначала C1 - "Пожар в котловане", затем C2 - "Струевое пламя" (для надземных участков МГ рассматриваются только сценарии группы C2). При этом на первом шаге по рассчитанным в пункте 5.5.1 настоящего Руководства зависимостям (для сценариев группы C1) или , (для сценариев группы C2) определяются фиксированные значения интенсивностей истечения или соответственно , .

б) принимается, что для сценариев группы C1 геометрической формой пламени является цилиндр (вертикальный или наклонный), а для сценариев группы C2 - наклонный усеченный конус или лежачий горизонтальный полуцилиндр (последний - для настильных струй).

в) с помощью математических моделей, приведенных в приложении N 10 настоящего Руководства, определяются размеры пламени (стационарные или переменные во времени - в зависимости от вида реципиентов и конкретного сценария при рассмотрении воздействия на оборудование, здания, природную среду):

для сценариев группы C1 - по модели расчета размеров пламени пожара в котловане (пункт 4 приложения N 10 настоящего Руководства);

для сценариев группы C2 - по модели расчета размеров струевого пламени (пункт 5 приложения N 10 настоящего Руководства);

г) с помощью математической модели расчета тепловых потоков излучения от газовых пожаров, приведенной в приложении N 10 настоящего Руководства, определяются распределения тепловых потоков q(x, y) вокруг мест разрыва МГ (точек ) на уровне поверхности земли. При этом расчет значений углового коэффициента облучения рекомендуется проводить:

для сценариев группы C1 - по формулам (9) - (11) приложения N 10 настоящего Руководства;

для сценариев группы C2 - по формуле (6) приложения N 10 настоящего Руководства путем численного интегрирования - для пламени в виде наклонного усеченного конуса или по формулам (18), (19) приложения N 10 настоящего Руководства - для пламени в виде горизонтального полуцилиндра.

5.5.2.6.7. Для подводных переходов МГ, выполненных традиционным методом прокладки трубы в траншею по дну водоема, при рассмотрении аварий на береговых, в т.ч. пойменных, участках, а также на подводных участках в русловой части водоема на глубинах менее 5 м расчет распространения поражающих факторов выполняется как изложено в пункте 5.5.2.6.6 настоящего Руководства для сухопутных участков.

Для подводных переходов, выполненных методом горизонтально-направленного бурения с конструкцией "труба в трубе", расчет распространения поражающих факторов выполняется как изложено в пункте 5.5.2.6.6 настоящего Руководства для сухопутных участков.