Математическое моделирование возникновения природных пожаров в результате аварийных ситуаций на газопроводах
В данной работе представлены математические модели и численные результаты зажигания полога леса в результате разрыва газопровода с образованием “огненного шара” с учетом структурных особенностей и характеристик лесного горючего материала, а также особенности среды, в которой происходит тепловое излучение. Проблема взрывов в нефтехимической промышленности с образованием ОШ является сегодня актуальной для многих стран, включая и РФ. Разработаны компьютерные программы, которые используется для определения безопасных расстояний от газопровода до лесных угодий.
ВВЕДЕНИЕ ……………………………………………………………………………………………… 16
1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР …………………………………………………………………… 18
1.1. Явление «огненного шара» …………………………………………………………….. 21
1.2. Проблема взрывов с образованием «огненного шара» в
промышленности …………………………………………………………………………………… 24
1.2.1. Обзор аварий связанных с образованием «огненного шара» за
рубежом …………………………………………………………………………………………… 25
1.2.2. Обзор аварий на территории СССР/Российской Федерации ……… 26
1.3. Вероятные сценарии аварий с образованием «огненного шара» ………… 28
1.4. Зажигание растительности в результате воздействия «огненного шара»
при взрыве газопровода ………………………………………………………………………….. 31
2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ЗАЖИГАНИЯ ЛЕСНОГО МАССИВА ОТ
ОГНЕННОГО ШАРА В ОДНОМЕРНОЙ ПОСТАНОВКЕ …………………………… 41
2.1. Физико-математическая постановка зажигания растительного покрова в
результате разрыва газопровода………………………………………………………………. 41
2.2. Результаты численного решения …………………………………………………….. 46
2.3. Оценка и анализ полученных данных………………………………………………. 54
3. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ЗАЖИГАНИЯ ЛЕСНОГО МАССИВА ОТ
ОГНЕННОГО ШАРА В ОСЕССИММЕТРИЧНОЙ ДВУМЕРНОЙ
ПОСТАНОВКЕ ………………………………………………………………………………………… 55
3.1. Физико-математическая постановка зажигания растительного покрова в
результате разрыва газопровода в двумерной постановке …………………………. 55
3.2. Результаты численного решения …………………………………………………….. 60
3.3. Оценка и анализ полученных данных………………………………………………. 65
4. ЧИСЛЕННЫЙ МЕТОД РЕШЕНИЯ ……………………………………………………… 66
4.1. Метод решения одномерной задачи ………………………………………………… 66
4.2. Метод решения двумерной задачи …………………………………………………… 69
5. ФИНАНСОВЫЙ МЕНЕДЖМЕНТ, РЕСУРСОЭФФЕКТИВНОСТЬ И
РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ ………………………………………………………………………….. 72
5.1. Оценка коммерческого потенциала и перспективности проведения
научных исследований с позиции ресурсоэффективности и
ресурсосбережения ………………………………………………………………………………… 73
5.1.1. Потенциальные потребители результатов исследования …………… 73
5.1.2. Анализ конкурентных технических решений …………………………… 75
5.1.3. SWOT-анализ ………………………………………………………………………… 76
5.2. Инициация проекта ………………………………………………………………………… 79
5.2.1. Цели и результат проекта ……………………………………………………….. 80
5.2.2. Организационная структура проекта ……………………………………….. 81
5.2.3. План проекта …………………………………………………………………………. 81
5.3. Бюджет научного исследования………………………………………………………. 85
5.3.1. Расчет затрат на материалы…………………………………………………….. 85
5.3.2. Расчет затрат на оборудование ……………………………………………….. 85
5.3.3. Расчет основной заработной платы …………………………………………. 86
5.3.4. Отчисления на социальные нужды ………………………………………….. 88
5.3.5. Накладные расходы ……………………………………………………………….. 88
5.3.6. Реестр рисков проекта ……………………………………………………………. 89
5.4. Определение ресурсной, финансовой, бюджетной, социальной и
экономической эффективности исследования ………………………………………….. 90
5.4.1. Оценка социальной эффективности исследования ……………………. 90
5.4.2. Оценка сравнительной эффективности исследования ………………. 91
5.5. Вывод ……………………………………………………………………………………………. 94
6. СОЦИАЛЬНАЯ ОТВЕТСВЕННОСТЬ ………………………………………………….. 95
6.1. Анализ выявленных вредных факторов проектируемой
производственной среды ………………………………………………………………………… 95
6.2. Анализ выявленных опасных факторов проектируемой
производственной среды ………………………………………………………………………. 104
6.2.1. Факторы электрической природы ………………………………………….. 104
6.2.2. Факторы пожарной и взрывной природы ……………………………….. 105
6.3. Охрана окружающей среды …………………………………………………………… 106
6.3.1. Утилизация компьютерной техники ………………………………………. 106
6.3.2. Утилизация промышленных отходов …………………………………….. 108
6.4. Защита в ЧС…………………………………………………………………………………. 109
6.5. Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности ….. 110
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ………………………………………………………………………………………. 111
Список публикаций …………………………………………………………………………………. 112
Список литературы …………………………………………………………………………………. 114
Приложение А Раздел 1.1 The phenomenon of the fireball ……………………………. 120
Анализ и оценка опасностей вероятных аварий в результате образования
пожаровзрывоопасной смеси на потенциально опасных производственных
объектах (далее ОПО), в наше время, является одной из самых важных проблем
промышленной безопасности. Они, как правило, связаны с физическими и
химическими свойствами углеводородных веществ, которые могут привести к
их возгоранию или взрыву в случае аварийной ситуации. Аварии на
предприятиях нефтегазовой отрасли происходят с большими объемами выброса
взрывопожароопасных веществ, которые образуют облако топливно-
воздушных смесей, разливы нефтепродуктов, и таким образом, итогами
являются большое количество разрушений и повреждение инфраструктуры.
Как показывает практика, в полной мере исключить аварии и уменьшить до
нуля опасность, невозможно. По этой причине техногенные аварии и
катастрофы необходимо либо предупреждать, либо ослаблять их вредное
воздействие с помощью перехода на более новую стратегию обеспечения
безопасности, которое будет основано на принципах прогнозирования и
предупреждения аварии. Негативное воздействие этих факторов становится все
более масштабными и оказывает ощутимое влияние на социально-
экономическое развитие и обеспечение национальной безопасности страны. В
связи с этим особую актуальность приобретает создание научно-обоснованных
методов мониторинга аварийных ситуаций, которые будут основаны на
математическом моделировании аварийных ситуаций, для создания программ,
способных защитить окружающие объекты от влияния поражающих факторов
аварий.
Благодаря созданным программам «Fire» и «Fireb2d» стало возможным
масштабировать аварии и, вследствие этого, в более короткие сроки
локализовать их.
Целью данного исследования является определение максимальных зон
зажигания полога леса при воздействии лучистого источника энергии на его
поверхность при разрыве газопровода с образованием ОШ. На основе
рассчитанного максимального радиуса зажигания определяются безопасные
расстояния от газопровода до лесных угодий.
Для достижения поставленной цели необходимо осуществить
следующие задачи:
1. Разработка физико-математической модели.
2. Численное решение поставленной задачи с помощью метода
контрольного объема с использованием необходимого пакета программ и языка
программирования.
3. Изучение влияния массы топлива на изменение радиуса зажигания.
4. Изучение влияния влагосодержания лесных горючих материалов на
радиус зажигания.
5. Оценка и анализ полученных результатов.
Объектом исследования в данной работе является процесс зажигания
растительности в результате воздействия на него лучистого теплового потока
при разрыве газопровода с образованием ОШ. Исследование заключалось в
определении максимальных размеров зон зажигания.
Предметом исследования является математическое моделирование
зажигания растительного покрова в результате разрыва газопровода с
образованием ОШ.
Результаты данной работы могут быть использованы в нефтехимической
промышленности при проектировании и строительстве магистральных
газопроводов, а также для прогнозирования масштабов вероятных аварий для
осуществления превентивных мероприятий.
С каждым годом в мире идет рост строительства предприятий
нефтеперерабатывающей промышленности. Это значит, что и увеличивается
количество обращающихся на данных объектах горючих и
легковоспламеняющихся жидкостей, горючих газов. Итогом увеличения
количества опасных производственных объектов может стать ухудшение
пожароопасной обстановки и увеличение количества крупных техногенных
аварий. Произошедшие аварии современности отличаются катастрофическими
масштабами, а также наносят огромный ущерб для экологии и экономики
страны.
Вероятные аварийные ситуации на нефтеперерабатывающей
промышленности: полное или частичное разрушение технологического
оборудования, пожар пролива легковоспламеняющихся и горючих веществ,
образование токсичных облаков, взрыв топливовоздушной смеси.
Несмотря на то, что ужесточили законодательство в области
обеспечения пожарной и промышленной безопасности, в нашей стране так же,
как и прежде наблюдается высокая вероятность аварийности среди объектов
нефтеперерабатывающей промышленности. Высокая аварийность, в
большинстве случаев, связана с низким качеством технологических аппаратов и
устройств, подверженные коррозии и механическому износу, а также наличием
в исходном сырье большого количества сернистых соединений, которые
присутствуют в больших количествах в добываемой нефти и газе.
Под магистральным трубопроводом понимается “ трубопровод,
сконструированный для доставки газа из района месторождения или обработки
к месту потребления, или система труб, связывающая между собой отдельные
месторождения газа . Он является одним из важных элементов системы
”
В ходе исследовательской работы было проведено математическое
моделирование зажигания растительного покрова в результате разрыва
газопровода в одномерной и двумерной постановке. В ходе проделанной
работы были осуществлены следующие задачи:
1. Разработана математическая модель зажигания растительного
покрова в результате разрыва газопровода.
2. Численно решена поставленная задача.
3. Изучено влияние массы топлива на изменение радиуса зажигания.
4. Изучено влияние влагосодержания ЛГМ на радиус зажигания.
По результатам исследовательской работы был найден определяющий
параметр безопасности – максимальный радиус зажигания для полога леса в
результате воздействия на его поверхность лучистого источника энергии в виде
ОШ, образованного в результате взрыва газопровода. И установлено влияние
структурных особенностей и характеристик ЛГМ на радиус зажигания, что
позволяет сделать вывод о необходимости учета данных параметров при
определении безопасных расстояний от газопроводов до лесных угодий. Также
было проведено сравнение результатов поставленных задач. Значения радиусов
зажигания при одинаковых исходных данных практически совпадают. Поэтому
был сделан еще один вывод, что для расчета максимальных зон зажигания
практичнее использовать одномерную постановку, т.к. результаты были
получены в более короткие сроки.
Список публикаций
1. Акчина С.С., Алтамирова Э., Перминов В.А. Анализ и оценка
параметров огненного шара по существующим методикам.// XXI век.
Техносферная безопасность. 2018, Т. 3, №1, с. 84-94.
2. Акчина С.С. Влияние текущего состояния атмосферы на расчет
интенсивности теплового излучения от «огненного шара»// Всероссийская
научная конференция студентов физиков. ВНКСФ 24. Томск, 2018, 536 с.
3. Акчина С.С. Математическое моделирование зажигания
растительного покрова в результате разрыва газопровода. Техносферная
безопасность в XXI веке. VIII Всероссийская научно-практическая
конференция. Сборник научных трудов магистрантов, аспирантов и молодых
ученых – Иркутск: Изд-во ИРНИТУ, 2018. – 424 с.
4. Акчина С.С., Перминов В.А. Численное решение зажигания
растительного покрова в результате разрыва газопровода. Всероссийская
молодежная научная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых
«Все грани математики и механики»: сборник статей – Томск: Изд. Дом
Томского гос. ун-та, 2019 г. – 260 с.
5. Акчина С.С. Численное решение задачи о зажигании лесного
горючего материала лучистым тепловым потоком в многоярусном лесном
массиве. Международная научно-техническая конференция студентов,
аспирантов и молодых ученых «Научная сессия ТУСУР – 2019»: сборник
статей – Томск: Изд. ТУСУР, 2019 г.
6. Акчина С.С., Перминов В.А. Математическое моделирование
зажигания лесного горючего материала лучистым тепловым потоком в
многоярусном массиве в результате разрыва газопровода. I всероссийская
научно-практическая конференция «Техносферная безопасность – 2019.
Современные реалии»: сборник статей – Дагестан: Изд. Даггостехуниверситет,
2019 г.
7. Акчина С.С. Численное решение задачи о зажигании лесного
массива световым излучением в результате разрыва газопровода. VIII
Международная конференция школьников, студентов, аспирантов, молодых
ученых «Ресурсоэффективные системы в управлении и контроле: взгляд в
будущее»: сборник научных трудов – Томск: Изд. ТПУ. – 378 с.
8. Акчина С.С. Численное решение задачи о зажигании лесного
массива световым излучением в результате разрыва газопровода. III
Международная научно-практическая конференция «Современные
пожаробезопасные материалы и технологии»: сборник материалов – Иваново:
Изд. ИПСА ГПС МЧС России, 2019 г. – 716 с.
Хочешь уникальную работу?
Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!
4.8 (13 отзывов)
4.9 (298 отзывов)
5 (49 отзывов)
4.2 (13 отзывов)
4.7 (82 отзыва)
5 (154 отзыва)
4.5 (80 отзывов)
4.9 (5 отзывов)
4.9 (343 отзыва)
