Оценка аварийных ситуаций на газопроводе

Возникновение аварийных разрывов на газопроводах, а также на подключенных к ним сосудах и аппаратах связано с физическими эффектами двух видов:

  • внутренними - нестационарными газодинамическими процессами в самих трубопроводах или сосудах, определяющими динамику выброса природного газа в атмосферу;
  • внешними - определяющими воздействие процесса разрушения участка трубопровода или сосуда высокого давления на окружающую среду. Внешние эффекты сопровождаются:
  • образованием волн сжатия за счет расширения в атмосфере природного газа, выброшенного под давлением из разрушенного участка трубопровода (сосуда), а также волн сжатия, образующихся при воспламенении подводящих и отводящих газопроводов и расширении продуктов его сгорания;
  • образованием и разлетом осколков (фрагментов) разрушенного участка трубопровода (сосуда, аппарата);
  • термическим воздействием пожара на окружающую среду.


В результате реализации опасности на промышленном объекте образуются поражающие факторы (ПФ) для населения, персонала, окружающей среды и самого объекта. Анализ последствий реальных аварий в промышленности позволяет определить наиболее характерные поражающие факторы.

К ним относятся:

  • воздушная ударная волна взрывов облаков топливовоздушных смесей (ТВС);
  • тепловое излучение факельного горения струи;
  • фрагменты, образующиеся при разрушении зданий, сооружений, технологического оборудования;
  • осколки остекления.


Началом аварии является разгерметизация одного из аппаратов или участкам трубопровода, входящих в состав технологического блока. Основными наиболее опасными элементами проектируемого объекта, являются технологические газопроводы и технологическое оборудование с природным газом. Технологический процесс ведётся под избыточным давлением до 0,6 МПа.

Наиболее опасными возможными авариями на данном объекте являются:

  • аварии с «разрывом газопровода на «полное сечение» и независимое аварийное истечение газа из двух концов трубопровода (вверх и вниз по потоку);

При аварийной разгерметизации системы происходит:

  • высвобождение энергии адиабатического расширения газовой фазы;
  • выброс в атмосферу природного газа, образование облака топливовоздушной смеси.

Авария после разгерметизации системы может развиваться по моделям взрывного превращения облака топливо - воздушной смеси (ТВС), сгорания облака ТВС (пожар), факельного горения струи или пожара колонного типа в котловане.
По данным журнала «Безопасность труда в промышленности» анализ статистических данных аварийности и травматизма за последние 10 лет показывает, что за это время зарегистрировано более 370 аварий, более 26% случаев травматизма со смертельным исходом.

Причины аварий следующие:

  • механические повреждения наружных газопроводов при производстве земляных работ 99 (26 %);
  • повреждения подземных газопроводов, вызванные потерей прочности сварных стыков (разрывы) из-за брака, допущенного при строительстве - 25 (7 %);
  • коррозионное повреждения подземных газопроводов - 19 (5 %);
  • повреждения надземных газопроводов транспортными средствами и в результате природных явлений - 40 (11 %);
  • прочие - 31 (8 %).


К основным причинам, приводящим к отказу оборудования, относятся:

  • прекращение подачи энергоресурсов;
  • физический износ, коррозия и эрозия, механические повреждения, температурная деформация оборудования и трубопроводов;
  • опасности, связанные с типовыми процессами;
  • причины, связанные с ошибками персонала;
  • причины, связанные с внешними воздействиями природного и техногенного характера.


Дальнейший анализ условий возникновения и развития аварий и их последствий на данном объекте проводится применительно к блокам, на которые условно разбит технологический процесс. Разгерметизация одного из блоков является основной опасностью на данном объекте, а сам факт разгерметизации с выбросом взрывопожароопасных продуктов в атмосферу является аварией. «Первичная» разгерметизация, как правило, происходит на одном участке трубопровода, в одном блоке.

Под разгерметизацией подразумевается любая ее степень: частичная, например: фланцевого разъема, разрыв трубопровода небольшого диаметра или с небольшой площадью отверстия, или полная - с разрушением одного или нескольких аппаратов, находящихся в блоке или разрыв трубопроводов большого диаметра.

В зависимости от степени разгерметизации происходит или длительный выброс газообразной среды (при небольших размерах площади отверстия) или, при существенном нарушении целостности (разрушении) аппарата или трубопровода, в окружающую среду выбрасываются значительные объемы топливо-воздушной смеси (ТВС).

На объекте можно выделить следующие типовые сценарии наиболее опасных и вероятных аварии:

  1. Сценарий С1 – полная разгерметизация(разрушение) на участке подземного газопровода высокого давления II категории в месте врезки.
  2. Сценарий С2 – полная разгерметизация (разрушение) на участке подземного газопровода высокого давления II категории перед крановым узлом. 


Если в момент разгерметизации появился источник воспламенения (огневые и ремонтные работы, искры электроустановок, искры, образующиеся при соударении друг с другом фрагментов трубы, либо при ударах о трубу «выдуваемых» высокоскоростными струями каменистых включений грунта), то произойдет взрыв, сгорание облака ТВС.

В соответствии с имеющимися статистическими данными, при разрушении подземных газопроводов, выброс газа в атмосферу может, сопровождается воспламенением. Источником зажигания служат фрикционные искры, образующиеся при динамическом воздействии высокоскоростной струи газа на грунт и связанное с этим воздушно-эрозионное разрушение траншеи с вовлечением каменистых включений в поток газа.

В зависимости от диаметра газопровода и рабочего давления (энергетического потенциала), условий прокладки газопровода в грунтах, характеристик грунтов и ряда других факторов горение газа при авариях может протекать в двух основных сценариях:

  • горение интегрального (из двух концов разрушенного участка газопровода) потока газа в виде условно вертикального «столба огня» («пожар в котловане»);
  • независимое горение двух направленных в противоположные стороны (или одной, в зависимости от места разрыва) настильных (слабонаклонных к горизонту) струй газа с ориентацией, близкой к оси трубопровода («струевое пламя»).


Источниками зажигания газа непосредственно при разрыве подземного газопровода могут послужить, прежде всего, фрикционные искры, образующиеся при динамическом воздействии высокоскоростных струй газа на грунт и воз- душно-эрозионном разрушении траншеи с выбросом каменистых включений грунта в поток газа. В связи с этим большое значение при формировании исхода аварии на подземном газопроводе имеет состав грунта, влияющий на вероятность загорания газа.

В случае невоспламенения газа в момент разгерметизации оборудования или газопровода при его рассеивании в атмосфере возникают зоны загазованности, границы которых задаются нижним пределом воспламенения метана в воз- духе (5% об.). На размеры зон загазованности, форму и параметры возможного перемещения взрывоопасного облака, помимо интенсивности аварийного истечения газа и особенностей его поступления в атмосферу, оказывают влияние метеоусловия: температура и влажность воздуха, скорость и направление ветра, стабильность атмосферы.

Размеры зон загазованности влияют на вероятность последующего воспламенения шлейфа газа (воспламенение с задержкой) от внешних источников зажигания: атмосферное электричество, наведенные токи ЛЭП, искры от двигателей автотранспортных средств.