Расчет интенсивности, общих количеств и продолжительности выбросов природного газа при разрывах магистральных газопроводов

На данном этапе КолАР (этап 3.4 в блок-схеме на рисунке 5.1) необходимо опре-

делить для каждого расчетного сценария Сij аварии:
- зависимости интенсивностей истечения газа в окружающую среду от времени из обоих концов разрушенного газопровода;
- продолжительность истечения и объем (массу) выброшенного газа;
- количество газа, участвующего в аварии;
- количество газа, участвующего в создании поражающих факторов аварии.
  
  Примечание – Необходимость расчета двух последних параметров определена требованием пункта 30.2 Порядка [2].
  
  В 5.7.2–5.7.4 приведены основные предпосылки для определения указанных параметров, в 5.7.5 – общая последовательность выполнения данного этапа.
Расчет интенсивности G(t) нестационарного истечения газа при разрыве МГ следует выполнять, рассматривая отдельно аварийные потоки газа с интенсивностями G1(t) и G2(t) из

двух концов разрушенного газопровода, разделенного разрывом на два аварийных участка:

верхний и нижний (относительно точки разрыва МГ по доаварийному потоку газа: верхний – от нагнетающей КС до точки разрыва, нижний – от точки разрыва до принимающей КС).

При этом, в качестве основных, влияющих на интенсивность истечения, параметров следует учитывать: внутренний диаметр МГ, фактическое доаварийное давление газа в МГ в

точке разрыва, местоположение точки разрыва и время, требуемое для закрытия линейных кранов, предназначенных для отсечения аварийных участков МГ либо автоматически (минимальное время отсечения), либо с помощью средств дистанционного управления (время отсечения зависит от алгоритма идентификации факта аварии и реакции диспетчера), либо с участием персонала ЛЭС вручную по месту расположения кранов (время отсечения в основном определяется временем доставки персонала к площадкам крановых узлов транспортным средством).
При расчете объема выброшенного при разрыве МГ газа Vгаз дополнительно к

перечисленным выше параметрам следует учитывать продолжительность идентификации факта аварии на диспетчерских пунктах КС вверх и вниз по потоку и конкретную технологическую схему обвязки параллельных ниток многониточного МГ.
При определении количества природного газа, участвующего в аварии, Мав, дол-

жна учитываться вся масса газа, заключенная между сечениями МГ, которых достигла волна разгрузки по давлению, распространяющаяся от точки разрыва. Даже при штатном срабатывании автоматики или штатном реагировании диспетчеров время перекрытия аварийной секции не может быть меньше 2–5 минут. За это время практически весь газ, находящийся на перегоне между КС, по крайней мере, за счет газодинамических эффектов, будет определять интенсивность истечения в месте разрыва и, следовательно, участвовать в аварии (за счет наличия обратных клапанов и другой запорной арматуры на принимающей КС практически исключено участие в аварии газа, находящегося в системе газопроводов ниже (по потоку) от указанной КС). Дополнительно необходимо учитывать как участвующую в аварии часть газа, находящуюся в системе МГ выше нагнетающей КС. При этом масса этого газа будет определяться не только временем перекрытия охранных кранов КС, но и величиной падения давления на нагнетающей КС в результате аварии, вариантами обвязки узлов подключения КС, алгоритмами срабатывания предохранительных систем на ГПА и рядом других технологических особенностей КС.
Количество природного газа, участвующее в создании поражающих факторов ава-

рии Мпф, зависит от вида поражающего фактора.
1. Количество природного газа, участвующее в формировании зон действия воз-
  
  душной волны сжатия Мпф-ввс и осколочного воздействия Мпф-оск, определяется массой газа, заключенной в пределах длины разрушенного участка МГ (см. таблицу 5.8, где приведены рекомендуемые расчетные значения длины разрывов МГ разных диаметров).
2. Количество газа, участвующее в создании тепловой радиации пожара Мпф-т, в каждый данный момент времени определяется массой горящего газа. При практических применениях КолАР (например, при разработке ДПБ) в качестве Мпф-т рекомендуется указывать

не фиксированную массу газа, выброшенную из МГ за все время горения, а суммарную (из двух концов разрушенного МГ) интенсивность аварийного истечения горящего газа G(t) на характерный момент времени истечения согласно 5.8.6.6 и данным таблицы 5.9. Указанный подход обусловлен тем фактом, что тепловыделение пожара, определяющее размеры зон термического воздействия, пропорционально интенсивности истечения газа, убывающей со временем. При этом для потенциальных реципиентов наиболее критичны значения G(t) в течение первых минут после разрыва, поскольку наиболее интенсивное и дальнобойное поражающее тепловое воздействие происходит именно на этом временном отрезке.

Последовательность выполнения данного этапа КолАР:

а) определяются в пределах рассматриваемого n-го ПОУ точки x(m)n (m = 1,2…М) – середины элементарных отрезков (см. 5.12), в которых будет моделироваться разрыв газопровода;

б) определяются для каждой точки x(m)n :
- расстояние L1 от нагнетающей КС;
- фактическое давление P0 до аварии в предположении, что на выходе нагнетающей КС давление проектное;
- расстояния х1 и х2 до ближайших линейных кранов Л1 и Л2, расположенных соответственно вверх и вниз по потоку от места разрыва;
  
  в) задаются значения времени t21, t19, tл1, tл2 от момента разрыва МГ до моментов закрытия соответственно охранного крана № 21 на выходе нагнетающей КС, охранного крана
  
  № 19 на входе принимающей КС, ближайших к x(m)n линейных кранов Л1 и Л2 (в соответствии с описанием расчетных сценариев Сij);
  
  г) с использованием приложения Г выбираются модели расчета интенсивности аварийного истечения и объемов выброса газа с учетом цели КолАР и связанной с ней требуемой точности расчетов;
  
  д) с использованием выбранной модели истечения рассчитываются зависимости интенсивностей истечения (массовых расходов) от времени из обоих концов разрушенного трубопровода в отдельности G1(t), G2(t) и суммарный расход G(t), объем Vгаз выброшенного
  
  газа и продолжительность tист истечения для выбранных выше значений t21, t19, tл1, tл2 (т.е. для
  
  различных сценариев Cij);
  
  е) определяется количество газа Мав, участвующее в аварии на МГ;
  
  ж) определяются количества газа Мпф-ввс и Мпф-оск, участвующие в создании барического и осколочного поражающих факторов аварии с учетом длины разрыва МГ;
  
  з) оценивается влияние исходных данных на результаты расчета G1(t), G2(t), G(t), Vгаз, Мав, Мпф.
  
  n
  
  Результатом выполнения данного этапа КолАР должны быть массивы значений G1(t), G2(t), G(t), Vгаз, Мав, Мпф для каждой точки x(m) в пределах каждого n-го ПОУ.
При рассмотрении в рамках проведения КолАР аварийных разрывов МГ на ПОУ, включающих подземные переходы газопровода через автомобильные или железные дороги, расчет интенсивности истечения и объема выброшенного газа рекомендуется (для получения консервативной оценки указанных параметров) проводить без учета конкретной конструкции перехода (которая может включать защитный кожух, бетонные плиты и т.п.), полагая, что место разрыва находится на границе перехода, где газопровод не заключен в кожух. В случае постановки заказчиком КолАР конкретной задачи оценки указанных параметров с учетом реальной конструкции перехода следует применять специализированные программы расчета.
При рассмотрении аварий на подводных переходах МГ, выполненных традиционным методом прокладки трубы в траншею по дну водоема, расчет интенсивности истечения и объемов выброшенного газа выполняется в порядке, изложенном выше для сухопутных участков, т.е. допускается пренебречь влиянием изменения гидростатического давления в месте разрыва МГ в русловой части перехода.

При рассмотрении аварий на подводных переходах МГ, выполненных методом горизонтально-направленного бурения с конструкцией «труба в трубе», влияние внешнего кожуха на истечение газа (с точки зрения гидравлического сопротивления) при разрыве газопровода допускается не учитывать. Расчет интенсивности истечения и объема выброшенного газа выполняется в порядке, изложенном выше для сухопутных участков.

Расчет распространения поражающих факторов аварий на магистральных газопроводах

На данном этапе КолАР (этап 3.5 в блок-схеме на рисунке 5.1) следует определить для каждого расчетного сценария Сij аварии территориальные распределения основных физических характеристик U(x,y) следующих поражающих факторов аварии на МГ:
- осколков разрушенного МГ;
- воздушной волны сжатия;
- загазованности;
- тепловой радиации от пожара (в т.ч. прямого воздействия пламени)
с последующей оценкой размеров зон негативного воздействия этих поражающих факторов. Следует иметь в виду, что расчет зон негативного воздействия первых трех из перечисленных выше поражающих факторов проводится на данном этапе исключительно в силу требований нормативных документов Ростехнадзора [2] о необходимости при анализе риска в рамках разработки ДПБ рассчитывать размеры зон воздействия, количество пострадавших и ущерб для всех возможных поражающих факторов наиболее вероятного и максимального по

масштабам аварийных сценариев. Однако на основном этапе КолАР, т.е. при расчете потенциального, индивидуального, коллективного, социального рисков и ожидаемого годового ущерба, рекомендуется учитывать только термические эффекты от пожара (струевых пламен и пожара колонного типа), как значительно превалирующие по поражающему воздействию над тремя другими указанными факторами.

При расчете пространственных распределений характеристик разлета осколков и воздушной волны сжатия необходимым элементом исходных данных является характерная протяженность (длина) разрыва газопровода.

Процесс разрушения МГ включает три стадии: зарождение разрушения («прорастание» дефекта на всю толщину стенки трубы); быстротечное распространение сквозной трещины по телу трубы; торможение и остановка разрушения (трещины). Необходимым условием для начала процесса лавинообразного протяженного разрыва стенки трубопровода при проектном давлении (когда напряжения в теле трубы должны быть заведомо ниже предела текучести используемой стали) является наличие критического сквозного дефекта (трещины), длина которого составляет 20…25 от диаметра трубы. В случае отсутствия начального дефекта разрушение трубопровода при рабочем давлении может произойти лишь при явлениях катастрофического ухудшения свойств металла трубы на площади, сравнимой с площадью поперечного сечения трубы.

Основным параметром, определяющим развитие магистральных трещин, является ударная вязкость металла трубы. С повышением ударной вязкости механизм развития трещин переходит от хрупкого к вязкому, уменьшаются скорость движения вершины трещины и длина разрыва.

Согласно [12, 13] распределение числа аварийных разрывов по их размеру для газопроводов одинакового диаметра и материала при обычном диапазоне изменения давлений и толщин стенок трубы подчиняется закону

n( Lразр )

⎡

 exp ⎢

⎢⎣

Lразр ⎤

⎥,

Lразр ⎥⎦

(5.13)

где n(> Lразр) – число разрывов, длина которых больше Lразр; n0 – число рассматриваемых аварий;

Lразр

математическое ожидание длины разрыва.

Как показал статистический анализ [14, 15, 16], экспериментальное распределение числа разрывов по их длине для газопроводов с диаметрами от 159 до 1420 мм, давлением – от 0,8 до 7,5 МПа, толщинами стенок трубы – от 6 до 18,7 мм не противоречит теоретическому с вероятностью 0,93.

К использованию для дальнейших расчетов осколочного и фугасного поражающих факторов рекомендуются следующие характерные значения длин разрывов МГ, полученные по результатам анализа статистических данных об авариях на МГ за период 1991–2006 гг. (см. таблицу 5.8) в предположении, что в 90 аварийных разрывов МГ данного диаметра длина разрыва не превысит указанное значение.

Таблица 5.8 – Рекомендуемые для использования характерные значения длин разрывов (Lразр) для МГ разных диаметров (ДУ)

ДУ, мм	1400	1200	1000	800	700	500	400	300	200	150
Lразр, м	50	70	54	25	39	16	13	10	6,6	5

Разлет осколков трубы при разрыве МГ
1. 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 негативного воздействия на поверхности земли имеет форму круга.
2. Размеры зоны осколочного воздействия (зоны разлета осколков) определяются
  
  максимальной дальностью rmax полета осколков, зависящей от начальных скоростей, сообщаемых фрагментам трубы при разрыве МГ. Оценки размеров зон проводятся либо на основе статистических данных, либо путем расчета максимальных значений rmax радиуса разлета осколков массой mоск.
3. Согласно статистическим данным разрушения МГ сопровождались в большинстве случаев образованием относительно небольшого числа фрагментов труб (в пределах от 1 до 15 единиц). Из 271 аварий с разлетом осколков (за период 1991–2000 гг.) в 59 случаев дальность разлета составила до 50 м, в 13 – от 51 до 100 м, в 12 – от 101 до 150 м, в 8 – от 151 до 200 м, в 6 – от 201 до 300 м [13]. Среднее значение и максимальная дальность разлета осколков трубы значительно зависят от характера разрушения оболочки трубы (вязкого или хрупкого). При авариях на МГ, построенных с использованием высоковязких сталей, часто происходит не разрыв на куски, а верхняя развальцовка труб с образованием 2–3 фрагментов трубопровода как с выбросом их из траншеи, так, зачастую, и без выброса фрагментов из траншеи. При вязком разрушении МГ диаметром 1400 мм среднее значение дальности разлета составляет 106,5 м, а максимальное – 180 м, при хрупком – соответственно 171,3 м и 700 м. При этом в случаях хрупкого разрушения массы фрагментов были существенно меньше, чем при вязком разрушении.
4. При необходимости могут быть выполнены расчеты дальности разлета осколков трубы. При этом применяемые методы расчета должны базироваться на предположении, что часть потенциальной энергии сжатого газа расходуется на фрагментацию оболочки трубы и слоя грунта и приобретение ими 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 x(m) (см. 5.7) 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 рекомендаций 5.8.2;

в) задать общее количество nоск образующихся при разрушении МГ одинаковых осколков (рекомендуемое значение nоск = 35 ) и рассчитать их размеры по формулам

l1  bтр,

l2   D,

(5.14)

(5.15)

l3 

Lразр ,

nоск

(5.16)

где bтр, D – толщина стенки и внешний диаметр трубы МГ, соответственно, м;

Lразр – длина разрыва трубы МГ;

г) рассчитать массу mоск (кг) осколков с рассчитанными выше размерами;

n

д) в окрестностях каждой точки x(m)

рассчитать максимальные дальности разлета

n

осколков трубы массой mоск и размерами l1  l2 l 3 с помощью методики, изложенной в подразделе Ж.1 приложения Ж. Результатами расчета должны быть массивы значений – радиусы круговых зон разлета осколков трубы с массами mоск на поверхности земли в окрестностях каждой точки x(m) в пределах каждого n-го ПОУ.
n
1. определяются для каждой точки x(m) (см. 5.7) 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;
1. задается длина разрыва Lразр МГ с использованием рекомендаций 5.8.2;
  
  n
2. в окрестностях каждой точки x(m) рассчитываются распределение избыточного давления ВВС ΔPф и импульса I с помощью методики, изложенной в Ж.3 (приложение Ж).
Результатами расчета должны быть массивы значений ΔPф(x,y) и импульса I(x,y), отра-

n

жающие территориальные распределения избыточного давления и импульса ВВС вокруг каждой точки разрыва x(m) .
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;
5 об. (НКПВ) – 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.

При расчете указанных зон следует иметь в виду, что сценарий сгорания облака ГВС в результате «позднего поджигания» не входит в число расчетных сценариев аварий на МГ в рамках данного стандарта, поскольку предполагается, что в конечном итоге по своим последствиям, связанным с воздействием основного поражающего фактора – тепловой ради-

ации, он сводится к сценариям групп С1 или С2. Т.е. принято в рамках КолАР, что сценарий задержанного воспламенения облака ГВС замещается сценариями групп С1 или С2.

Тем не менее, расчет размеров зон загазованности (как по НКПВ, так и по порогу асфиксии) рекомендуется выполнять по причинам, изложенным в 5.8.1.
При расчете дисперсии газа в атмосфере рекомендуется рассматривать два предельных режима формирования опасных зон загазованности, соответствующих группам сце-

нариев С3 и С4 (см. 5.5):

а) в виде двух невзаимодействующих наклонных или настильных струй (группа сцена-

риев С4 );

б) в виде восходящего вверх интегрального течения (низкоскоростного колонного

шлейфа) из грунтового котлована (группа сценариев С3 ) (см. рисунок 5.3).

Примечание – При этом должно учитываться следующее. В ближней к источнику области выбрасываемый газ рассеивается по законам струйного (эжекционного) смешения с воздухом. На определенном расстоянии от источника средняя осевая скорость струи становится соизмеримой со скоростью сносящего воздушного потока, и начинает доминировать диффузионный механизм рассеяния, определяемый турбулентными параметрами атмосферы. Эжекционные механизмы распространения струи в атмосфере приводят к существенному разбавлению природного газа (ниже НКПВ) непосредственно в пределах струи. По этой причине природный газ не может накапливаться вне пределов струи и создавать дополнительные объемы пожароопасных концентраций. На размерах струи значительно сказывается скорость ветра, влияющая на смешение газа с воздухом (см. рисунок 5.4). Так, скорость ветра 3 м/с приводит почти к двухкратному уменьшению длины струи, скорость ветра 6 м/с – к трехкратному.
Оценка размеров зон возможных пожаровзрывоопасных концентраций газа при

струевом выбросе (группа сценариев С4) проводится исходя из консервативных соображений (размеры струй рассчитываются при нулевой скорости ветра).

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

n

а) определяются для каждой точки x(m) исследуемого n-го ПОУ на трассе МГ, рассматриваемой в качестве источника аварийного истечения газа (см. 5.7):
- расстояние L1 от нагнетающей КС;
- фактическое давление P0 до аварии в предположении, что на выходе нагнетающей КС давление равно проектному Pраб;
  
  n
  
  б) с помощью методики, изложенной в подразделе Е.1 приложения Е, в окрестностях каждой точки x(m) ассчитываются распределения концентрации (С) и скорости (u) газа в стру-
  
  евых потоках.

- Рисунок 5.3 – Варианты выброса газа при разрушении МГ без возгорания:
  
  а) выброс в виде 2-х независимых струй из концов разрушенного трубопровода; б) выброс в виде интегрального шлейфа из образовавшегося «котлована»
Расчет более сложного процесса распространения низкоскоростного интегрального турбулентного шлейфа газа из котлована в условиях действия сносящего ветрового пото-

ка (группа сценариев С3) должен проводиться по специализированным программам, реализу-

ющим решение системы дифференциальных уравнений в частных производных, отражающих в консервативной форме законы сохранения массы, импульса и энергии и описывающих течение газа (в параметрах скорости, плотности, температуры) при различных состояниях атмосферы и скоростях ветра [18, 19].

Примечание – Как показывают расчеты по модели [19], вследствие резкого убывания интенсивности выброса газа уже в течение первых нескольких минут после разрыва зона загазованности, достигнув своих максимальных размеров, сжимается к источнику. При малых скоростях ветра (до 10 м/с) взрывоопасные концентрации газа у поверхности земли создаются только в месте истечения

Рисунок 5.4 – Размеры и формы струи газа в условиях поперечного обтекания ветровым потоком. Расход – 4 кг/с, диаметр отверстия 50 мм. Скорости ветра u даны в м/с

(в основании «колонны»). При скорости ветра больше 10 м/с ось восходящего конвективного течения сильно изгибается и наклоняется к поверхности земли вплоть до ее касания и образования на поверхности земли второй зоны пожароопасных концентраций. В качестве характерного примера на рисунке 5.5 представлены результаты расчета максимальных размеров зоны загазованности (изолиния концентра-

ции Снкпв = 0,05) по срезу в вертикальной плоскости, полученные для случая разрыва МГ с внешним диаметром 1420 мм (Рраб = 7,5 МПа) посередине перегона длиной 120 км с образованием начального интегрального вертикального шлейфа диаметром Dэк = 30 м с начальной дозвуковой скоростью

эк

u0 = 4·G/(0 · D2

)~14 м/с, где G – суммарный расход газа из 2-х концов МГ. Класс устойчивости атмо-

сферы по Паскуиллу – D, скорость ветра – 10 м/с, шероховатость поверхности земли – 0,03 м. Видно, что даже при таком крайне маловероятном сценарии развития аварии максимальная протяженность пожароопасной зоны на уровне поверхности земли не превышает 350 м по направлению ветра, т.е. величины нормативного минимального расстояния до населенных пунктов, установленного СНиП 2.05.06-85* для МГ данного диаметра.
В исключительных случаях по требованию заказчика КолАР по результатам рас-

четов по специализированной программе для сценария аварий из группы С3 на плане трассы МГ строится зона приземной загазованности от «шлейфового» истечения газа, ограниченная

Рисунок 5.5 – Размеры зоны опасных концентраций природного газа в вертикальной плоскости симметрии выброса по направлению ветра (цветом отмечены зоны

с концентрацией природного газа в смеси с воздухом выше соответствующего значения, указанного на подрисуночной шкале). Расход газа из трубопровода 7000 кг/с,

эквивалентный диаметр котлована Dэк = 30 м, скорость ветра u =10 м/c, класс устойчивости атмосферы – D

изолинией НКПВ (5 об.) метана для следующих атмосферных условий: класс устойчивости атмосферы D, скорость ветра 15 м/c, направление ветра – перпендикулярно оси МГ.

Тепловая радиация от пожара на МГ

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 газа в месте разрыва;
- характерного размера (эффективного диаметра) грунтового котлована; характеристик массива грунта; взаимного положения осей концов разрушенного участка трубопровода. Факторы первой группы определяют интенсивность и динамику выброса газа из участ-
ков газопровода вверх и вниз по потоку от места разрыва и, в конечном итоге, мощность теплового излучения от пламени пожара, а факторы второй группы – интегральное газодина-

мическое поле при взаимодействии высокоскоростных струй газа и конечное положение фронта пламени в пространстве (геометрическую форму пламени) и времени.
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 в 5.5.3 как сценарии груп-

пы С1 «Пожар в котловане» и сценарии группы С2 «Струевые пламена». При этом пламя моделируется как твердый тепловой излучатель в форме цилиндра (для группы С1) или усеченного конуса (для группы С2).
Частным случаем сценариев группы С2 являются сценарии с одной горящей струей, рассматриваемые при значительном различии массовых расходов газа в потоках, исте-

кающих из 2-х концов разрушенного МГ (например, при авариях в начале или конце перегона между КС).
С целью снижения повышенной трудоемкости проведения расчетов q(х,у) и зависящих от q(х,у) показателей риска, связанной c нестационарностью процесса истечения газа G(t) и, следовательно, изменением во времени размеров пламени и теплового потока, рекомендуется расчеты q(х,у) проводить для постоянного (фиксированного) значения интен-

сивности истечения G(tрек), соответствующего рекомендуемому моменту времени tрек (отсчет времени – от момента разрыва МГ), зависящему от диаметра МГ – см. таблицу 5.9.

Указанные значения tрек и рассчитанные по ним значения q(х, у, tрек) 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.

При расчетах q(х, y), нацеленных на оценку последствий теплового воздействия на технологическое оборудование, здания, сооружения и компоненты природной среды, рекомендуется использовать значение характерного времени, равное 90 с, при условии общей продолжительности теплового воздействия не более 15 мин. В ином случае (более 15 мин.)

Таблица 5.9 – Значения tрек для перехода на модель пламени со «стационарными» параметрами при расчете теплового поражения людей

Условный диаметр

МГ, Ду, мм

1400

1200

1000

800

700

500

400

300

200

150–100

tрек, с

следует рассчитывать переменную во времени зависимость q(х,y,t) (по полученной ранее зависимости G(t)) 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 (см. 5.10).

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

q(x, y)  Ef (x, y),

(5.17)

где Ef – интенсивность излучения с единицы поверхности («внешней оболочки») пламени, кВт/м2;

(x,y) – угловой коэффициент облучения единичной площадки;

 – коэффициент поглощения теплового излучения атмосферой.

При этом последовательность расчета распределения тепловых потоков q(х,у,t) следую-

щая:

n

а) для каждой точки x(m) (см. 5.7) n-го ПОУ исследуемого МГ необходимо последова-

тельно рассмотреть сценарии 2-х групп: сначала C1 – «Пожар в котловане», затем С2 – «Струевые пламена» (для надземных участков МГ рассматриваются только сценарии группы С2). При этом на первом шаге по рассчитанным в 5.7 зависимостям G(t) (для сценариев группы С1) или G1(t), G2(t) (для сценариев группы C2) следует определить фиксированные значения интенсивностей истечения G(tрек) или соответственно G1(tрек), G2(tрек);

б) принять, что для сценариев группы С1 геометрической формой пламени является цилиндр (вертикальный или наклонный), а для сценариев группы C2 – усеченный конус (наклонный или горизонтальный) или горизонтальный полуцилиндр (только для настильных струй);

в) определить с помощью методик, приведенных в приложении E, размеры пламени (стационарные или переменные во времени – в зависимости от вида реципиентов и конкретного сценария при рассмотрении воздействия на оборудование, здания, природную среду – (см 5.8.6.5)):
- для сценариев группы С1 – по методике подраздела Е.4.1 приложения E;
- для сценариев группы С2 – по методике подраздела Е.4.2 приложения E;
n

г) определить с помощью методики, приведенной в подразделе Ж.5 приложения Ж, распределения тепловых потоков q(х,y) вокруг мест разрыва МГ (точек x(m) ) на уровне поверхности земли. При этом расчет значений углового коэффициента облучения рекомендуется проводить:
- для сценариев группы С1 – по формулам (Ж.54)–(Ж.57) для цилиндрического пламени;
- для сценариев группы С2 – по формулам (Ж.58), Ж.59) для пламени в виде вертикаль-
  
  ного усеченного конуса или по формуле (Ж.47) путем численного интегрирования – для пламени в виде наклонного или горизонтального усеченного конуса или по формуле (Ж.52) – для пламени в виде горизонтального полуцилиндра.

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 в порядке, изложенном выше для сухопутных участков.
Для подводных переходов, выполненных традиционным методом прокладки трубы в траншею по дну водоема, при рассмотрении аварий на подводных участках в русловой части водоема на глубинах более 5 м рекомендуется принимать, что радиус газовой струи, выходящей через поверхность воды в атмосферу вертикально вверх rвых, равен

rвых  0,2 (3

G(tрек )  h),

(5.18)

где G(tрек) –суммарный расход газа на момент времени tрек согласно данным таблицы 5.9, кг/с;

h – глубина в месте разрыва, м.
Для подводных переходов, выполненных методом горизонтально-направленного бурения с конструкцией «труба в трубе», расчет распространения поражающих факторов выполняется в порядке, изложенном выше для сухопутных участков.

Расчет количества пострадавших среди населения и персонала от аварий на магистральных газопроводах

На данном этапе КолАР (этап 3.6 в блок-схеме на рисунке 5.1) следует определить

для каждого расчетного сценария Сij аварии (или, как минимум, для наиболее вероятного и наиболее масштабного по негативному воздействию сценариев в пределах каждого рассматриваемого ПОУ):
- зоны потенциального поражения (ЗПП) (не путать с зонами воздействия поражающих факторов – см. 5.8) людей от расчетных поражающих факторов, перечисленных в 5.8.1;
- ожидаемые количества погибших и раненых среди населения (включая людей, проживающих в ближайших к МГ населенных пунктах, посетителей мест массового скопления людей, персонал сторонних организаций, водителей и пассажиров транспортных средств на переходах через автомобильные и железные дороги, а также через судоходные водные преграды, сельскохозяйственных работников на сельхозугодьях) в зоне потенциального поражения от превалирующего («поглощающего» остальные факторы) поражающего фактора;
- ожидаемые количества погибших и раненых среди персонала эксплуатирующей организации в зоне потенциального поражения от превалирующего поражающего фактора.
В качестве единого целевого уровня поражения человека (единого критерия поражения) от любых поражающих факторов аварии на МГ при расчетах зон потенциального поражения следует установить летальный исход (гибель человека).
Зоны потенциального поражения рекомендуется представлять в виде распределений на поверхности земли вокруг точки разрыва МГ условных вероятностей поражения (от того или иного поражающего фактора) гипотетического человека со среднестатистическими возрастными и биологическими характеристиками, условно располагаемого в каждой точке расчетной сетки на открытой местности и удаляющегося из этой точки от места аварии со скоростью 2,5 м/c. При нахождении человека в транспортном средстве вместо скорости 2,5 м/c необходимо принимать скорость движения транспортного средства.
Принцип расчета условных вероятностей поражения человека зависит от вида поражающего фактора аварии, воздействующего на человека.

При рассмотрении таких поражающих факторов, как ВВС и тепловая радиация, условная вероятность Р(Гчел|Zij-k) (в сокращенной записи – Pгиб) поражения человека (т.е.

события Гчел, состоящего в гибели человека) в точке территории Е с координатами (х,y) при

условии воздействия k-го поражающего фактора в этой точке (т.е. события Zij-k, состоящего в

«захвате» точки Е(x,y) зоной воздействия k-го поражающего фактора при реализации сценария Сij) определяется из выражения функции нормального распределения, аргументом кото-

рой является пробит-функция Pr для соответствующего поражающего фактора, отражающая

специфику и определяющая критерий негативного (поражающего) воздействия этого фактора на организм человека

(5.20)

где а, b – эмпирические коэффициенты, зависящие от вида воздействия и восприимчивости к нему людей;

Dчел – доза негативного воздействия – функция физической характеристики конкретного поражающего фактора и времени его воздействия на человека.

Зависимость (5.19) условной вероятности поражения от пробит-функции представлена на рисунке 5.6 и в таблице 5.10.

Рисунок 5.6 – Зависимость условной вероятности поражения от пробит-функции

Таблица 5.10 – Зависимость условной вероятности поражения от пробит-функции

Условная вероятность поражения Pгиб, -	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
0		2,67	2,95	3,12	3,25	3,38	3,45	3,52	3,59	3,66
10	3,72	3,77	3,82	3,89	3,92	3,96	4,01	4,05	4,08	4,12
20	4,16	4,19	4,23	4,26	4,29	4,33	4,36	4,39	4,42	4,45
30	4,48	4,50	4,53	4,56	4,59	4,61	4,64	4,67	4,69	4,72
40	4,75	4,77	4,80	4,82	4,85	4,87	4,90	4,92	4,95	4,97
50	5,00	5,03	5,05	5,08	5,10	5,13	5,15	5,18	5,20	5,23
60	5,25	5,28	5,31	5,33	5,36	5,39	5,41	5,44	5,47	5,50
70	5,52	5,55	5,58	5,61	5,64	5,67	5,71	5,74	5,77	5,81
80	5,84	5,88	5,92	5,95	5,99	6,04	6,08	6,13	6,18	6,23
90	6,28	6,34	6,41	6,48	6,55	6,64	6,75	6,88	7,05	7,33

Конкретные значения условной вероятности поражения зависят от вида пробитфункции. Пробит-функции, описывающие воздействие избыточного давления ВВС и тепловое воздействие от пожара на человека, находящегося на открытой местности (вне помещения), приведены в подразделе И.1 приложения И.

Условная вероятность Pгиб-оск поражения человека осколками разрушенного МГ в

точке территории Е с координатами (х,y) отождествляется с вероятностью попадания осколка в человека Pоск (при этом считается, что человек погибает). При расчете тело человека модели-

руется вертикально расположенным цилиндром высотой 1,8 м и радиусом основания 0,3 м.

Вероятность попадания в человека одного из осколков, вылетевших от места разрыва МГ (для

подземных МГ – из грунтового котлована) при r  rmax (см. 5.8.3.4), рассчитывается по следующим формулам:

- в случае вылета одного осколка

bтр, D – толщина стенки и внешний диаметр трубы МГ, м;

Lразр – длина разрыва трубы МГ, м;

bоб, hоб – диаметр и высота моделирующего тело человека цилиндра, м;

nоск – общее число осколков, образовавшихся при разрушении МГ (не путать с nоск–л).

5.9.7. Зоны потенциального поражения от того или иного поражающего фактора рекомендуется изображать на плане местности в виде изолиний условной вероятности поражения с шагом 10 (от 1 до 100 -). При этом изолинию условной вероятности 100 следует считать внешней границей зоны абсолютного (100 -) поражения от данного поражающего фактора, а изолинию условной вероятности 1 – внешней границей зоны санитарных потерь и внешней границей ЗПП в целом.

Таким образом, территориально ЗПП в целом идентифицируется как территория, ограниченная изолинией условной вероятности поражения, равной 1 -.

Определяющим размером круговой ЗПП следует считать радиус R1 окружности, совпадающей с изолинией условной вероятности поражения, равной 1 (рисунок 5.7а).

Определяющими размерами эллипсовидной ЗПП следует считать длины как большой

L1б-п , так и малой L1м-п полуосей эллипса, образованного изолинией условной вероятности поражения, равной 1 (рисунок 5.7,б).

Определяющими размерами ЗПП в виде «лепестка» (например, от струевого пламени)

следует считать длину L1б-п продольной оси симметрии «лепестка», образованного изолинией условной вероятности поражения, равной 1 -, а также его максимальную полуширину L1м-п (рисунок 5.7 в).

Рисунок 5.7 – Возможные формы зон потенциального поражения (т. О – точка разрыва МГ)

После расчета ЗПП от каждого из поражающих факторов рассматриваемого сценария аварии из групп С3, С4 (без возгорания газа) определяется превалирующая по размерам зона путем сопоставления изолиний 1 поражения от ВВС и от разлета осколков. Для сценариев с загоранием газа (из групп С1, С2) превалирующей всегда является ЗПП от тепловой радиации от пожара.
Для рассматриваемого сценария производится расчет количества пострадавших от аварии, которое определяется числом людей, оказавшихся в превалирующей ЗПП (исходя из принципа «поглощения наибольшей опасностью всех меньших опасностей»).

Общие формулы для расчета количества пострадавших Nпстр, в том числе количества погибших Nгиб и раненых Nр, в ЗПП с площадью S1

Nпстр   д (x, y)уяз (x, y)ds,

Nг   д (x, y)уяз(x, y) Pгиб(x, y)ds,

Nр  Nпстр  Nгиб ,

(5.24)

(5.25)

(5.26)

где

д (x, y)

– функция, описывающая территориальное распределение людей в дневное

время в пределах ЗПП;

уяз(x,y) – коэффициент уязвимости человека, зависящий от защитных свойств помещения, укрытия, в котором может находиться человек в момент аварии, и изменяющийся от 0 (человек неуязвим) до 1 (человек не защищен из-за незначительных защитных свойств укрытия).

Формулы для расчета количества пострадавших в ночное время (под которым понима-

ется не только время ночных смен, но также выходные и праздничные дни) аналогичны при-

веденным выше формулам при подстановке вместо функции

д (x, y)

выражения функции

территориального распределения людей в ночное время– н(x,y).

При практических расчетах рекомендуются нижеследующие алгоритмы расчета количеств погибших и раненых, различающиеся для разных категорий населения и персонала. (Во всех описанных ниже алгоритмах рассматривается дневное время. При необходимости расчетов для ночного времени в качестве абсолютных количеств и плотностей распределения людей используются «ночные» значения)
1. Расчет числа пострадавших среди жителей населенного пункта (или дачного комплекса) проводится в предположении нахождения людей вне помещений, т.е. при
  
  уяз(x,y) = 1 (консервативная оценка, основанная на утверждении, что люди в жилых кварталах, в отличие от работников производственных организаций, не обязаны находиться на
  
  рабочих местах, расположенных, как правило, в закрытых помещениях с уяз < 1).
  
  Общее число пострадавших рассчитывается по формуле
  
  Nнп-пстр = Nнп · (Sнп-з/Sнп), (5.27) где Nнп – общее число жителей во всем населенном пункте с общей площадью Sнп, км2;
  
  Sнп-з – «поражаемая» площадь населенного пункта, км2, попадающая в пределы превалирующей ЗПП (см. рисунок 5.8) и находящаяся между изолиниями условной вероятности
  
  поражения со значениями Pгиб-н и Pгиб-в, «ограничивающими» всю поражаемую область населенного пункта.
  
  Число погибших рассчитывается по формуле
  
  Nнп-г = Nнп-пстр · 0,5(Pгиб-н + Pгиб-в). (5.28) Число раненых (травмированных) рассчитывается по формуле
  
  Nнп-р = Nнп-пстр – Nнп-г. (5.29)
2. Расчет числа пострадавших Nво-пстр (в том числе погибших Nво-г и раненых Nво-р)
  
  на отдельно расположенных территориях сторонних (внешних) организаций, попадающих в ЗПП, проводится в порядке, аналогичном изложенному для населенных пунктов (см. 5.9.9.1), с заменой слова «жители» на слово «работники», слов «населенный пункт» на слова «сторонняя организация» для вариантов наибольшей и наименьшей рабочей смены организации.
  
  При этом полученные по формулам (5.27)–(5.29) значения Nво-пстр , Nво-г, Nво-р умножаются на коэффициент уязвимости уяз =0,2.
3. Расчет числа пострадавших Nмс-пстр (в том числе погибших Nмс-г и раненых Nмс-р) в местах массового скопления людей, попадающих в ЗПП, проводится в порядке, аналогичном
  
  Рисунок 5.8 – К расчету числа пострадавших в населенном пункте от аварии на МГ
  
  изложенному для населенных пунктов (см. 5.9.9.1), с заменой слова «жители» на слово «посетители», слов «населенный пункт» на слова «место массового скопления людей» для варианта проектной заполненности людьми указанного объекта. При этом для случая, когда место массового скопления людей представляет собой закрытое помещение, полученные по формулам
  
  (5.27)–(5.29) значения Nмс-пстр, Nмс-г, Nмс-р, умножаются на коэффициент уязвимости уяз =0,5.
4. Расчет числа пострадавших на сельхозугодьях, пересекаемых трассой МГ. Общее число пострадавших сельхозработников рассчитывается по формуле
  
  Nсх-пстр = dсх·Sсх-1, (5.30)
  
  где dсх – средняя плотность работающих на сельхозугодьях вдоль МГ во время посевных, прополочных и уборочных работ, включая водителей сельхозтехники, чел./км2 (допускается в
  
  качестве dсх принимать среднесезонную по административному району (в котором располо-
  
  жен МГ) плотность сельхозработников на обрабатываемых землях независимо от вида сельхозкультуры);
  
  Sсх-1 – площадь ЗПП, ограниченная изолинией 1 поражения и границами сельхозуго-
  
  дий, км2 (т.е. площадь участка земли, являющегося пересечением ЗПП и территории сельхозугодий) – (см. рисунок 5.9).
  
  Число погибших сельхозработников рассчитывается по формуле
  
  Nсх-г = dсх Sсх-100 + dсх (Sсх-1 – Sсх-100) · 0,5, (5.31) где Sсх-100 – площадь, ограниченная изолинией 100 поражения и границами сельхозугодий, км2 (т.е. площадь участка земли, являющегося пересечением зоны 100 поражения и терри-
  
  тории сельхозугодий).
  
  Рисунок 5.9 – К расчету числа пострадавших на сельхозугодьях от аварии на МГ
  
  Число раненых сельхозработников рассчитывается по формуле
  
  Nсх-р = Nсх-пстр – Nсх-г. (5.32)
5. Расчет числа пострадавших среди водителей и пассажиров при аварии на подземном переходе МГ через автомобильную дорогу производится при следующих допущениях: разрыв газопровода происходит в ближайшей к полотну дороги точке МГ вне патрона (кожуха); транспортные средства не обеспечивают защиты находящихся в них людей от воздей-
  
  ствия поражающего фактора (уяз =1); среднее количество людей в транспортном средстве составляет 3 человека.
  
  Общее число пострадавших водителей и пассажиров рассчитывается по формуле
  
  Nад-пстр =3 · L1 · тр/тр. (5.33) где L1 – длина отрезка автодороги в пределах ЗПП, км;
  
  тр – средняя интенсивность движения транспортных средств, шт./час (в соответствии со СНиП 2.05.02-85* [41] для дорог I категории тр = 300 шт./час, для дорог II категории –
  
  200 шт./час; для дорог III категории – 80 шт./час, для дорог IV категории – 20 шт./час, для дорог V категории – 4 шт./час);
  
  тр –средняя скорость движения транспортных средств по автодороге, км/час (рекомендуется принимать для дорог I категории тр = 70 км/час, для дорог II категории – 60 км/час; для дорог III категории – 50 км/час, для дорог IV, V категорий – 40 км/час).
  
  Число погибших водителей и пассажиров рассчитывается по формуле
  
  Nад-г = 1,5·(L100 + L1) тр/vтр, (5.34) где L100 – длина отрезка автодороги в пределах зоны абсолютного (100 -) поражения, км (для круговых ЗПП L100 = 2R100, где R100 – радиус круговой зоны абсолютного поражения).
  
  Число раненых водителей и пассажиров рассчитывается по формуле
  
  Nад-р = Nад-пстр – Nад-г. (5.35)
6. Расчет числа пострадавших среди пассажиров при аварии на переходе МГ через железную дорогу производится при следующих допущениях: разрыв газопровода происходит в ближайшей к железнодорожной колее точке МГ вне патрона (кожуха); в момент аварии середина поезда, пересекающего подземный переход, находится над осью МГ; вагоны поезда обеспечивают частичную защиту находящихся в них людей от воздействия поражающего фак-
  
  тора (vуяз =0,5). При расчете размеров ЗПП скорости движения состава рекомендуется прини-
  
  мать следующими: для электропоезда и пассажирского поезда дальнего следования – 70 км/час; для скорого поезда – 90 км/час; для скоростного экспресса – 170 км/час.
  
  Общее число пострадавших пассажиров при аварии на переходе через железную дорогу рассчитывается по формуле
  
  Nжд-пстр = vуяз · (L1/Lваг) · N1ваг, (5.36) где L1 – длина отрезка железной дороги в пределах ЗПП, м;
  
  Lваг – длина одного вагона поезда, м (Lваг = 25 м);
  
  N1ваг – количество людей в одном вагоне (N1ваг = 54 чел. – для плацкартного вагона поезда дальнего следования, N1ваг = 132 чел. – для вагона пригородного электропоезда).
  
  Число погибших пассажиров рассчитывается по формуле
  
  Nжд-г = 0,5·vуяз·(N1ваг/Lваг)·(L100 + L1), (5.37) где L100 – длина отрезка железной дороги в пределах зоны абсолютного (100 -) поражения, м.
  
  Число раненых пассажиров рассчитывается по формуле
  
  Nжд-р = Nжд-пстр – Nжд-г. (5.38)
7. Общие количества погибших Nдл-г и раненых Nдл-р среди третьих (других) лиц в результате реализации сценария Cij в окрестностях точки разрыва МГ (необходимые для рас-

чета соответствующей составляющей социально-экономического ущерба (см.5.11 и приложение К)) в общем случае следует определять по формулам

Nдл-г = Nнп-г + Nсх-г + Nво-г + Nмс-г + Nад-г + Nжд-г, (5.39)

Nдл-р = Nнп-р + Nсх-р + Nво-р + Nмс-р + Nад-р + Nжд-р, (5.40) где указанные в правых частях количества людей рассчитываются в соответствии с

–5.9.9.6 для дневного времени (т.е. при максимальных количествах людей на объектах).

(При необходимости расчет для ночного времени проводится аналогично). При этом для конкретного места аварии на трассе МГ в правых частях формул (5.39), (5.40) используются только те слагаемые, которые соответствуют реально существующим в окрестностях рассматриваемой точки разрыва МГ объектам (населенным пунктам, автодорогам и т.д. ), попадающим в ЗПП.

5.9.9.8 Расчет числа пострадавших среди персонала, обслуживающего МГ, проводится

исходя из численности мобильной бригады Nбр, которая может находиться непосредственно на трассе МГ (в любом месте трассы в пределах зоны ответственности ЛПУМГ, эксплуатирующего данный МГ) для проведения осмотра, технического обслуживания или ремонта оборудования линейной части МГ. Численность такой территориально локализованной бригады может варьироваться в значительных пределах (от 1 до 8 и более человек) в зависимости от вида выполняемых мероприятий (работ), при этом в составе бригады могут быть сотрудники разных служб: ЛЭС, ЭХЗ, КИПиА, связи и др. Из-за неопределенности взаиморасположения на трассе МГ мобильной бригады и ЗПП рекомендуется, кроме определения ожидаемого числа пострадавших, определить условные вероятности (при условии реализации ЗПП) попадания бригады в ЗПП и зону 100 поражения с учетом временного режима нахождения таких бригад на трассе в течение года.

Условная вероятность попадания бригады (в полном составе) в ЗПП рассчитывается по формуле

Pпз-1 = (nд /365)·(nчас/24) · (L1/Lлпу), (5.41) где nд – количество дней в году нахождения бригад на трассе МГ в пределах зоны ответственности ЛПУМГ, дней;

nчас – среднее количество часов в сутки нахождения бригады на трассе МГ (рекомендуется принимать 8 час.), час;

Lлпу – длина в пределах ЛПУМГ обслуживаемого однониточного газопровода или длина коридора многониточного МГ, в составе которого находится обслуживаемая нитка, км;

L1 – длина отрезка трассы МГ в пределах ЗПП, км (для круговых ЗПП L1 = 2R1, где R1–радиус круговой ЗПП).

При этом общее число пострадавших Nперс-пстр принимается равным численности бри-

гады

Nперс-пстр = Nбр. (5.42)

Число погибших Nперс-г и число раненых Nперс-р принимаются равными половине

численности бригады

Nперс-г = Nперс-р = 0,5·Nбр. (5.43)

Полученные в данном пункте значения Nперс-р и Nперс-г используются для расчета первой составляющей социально-экономического ущерба (см. 5.11 и приложение К).
понижающего коэффициента vуяз, на который умножается число пострадавших, полученное

без учета защиты. При этом рекомендуется ввести три класса судов: крупные пассажирские суда с количеством людей на борту 500 чел., vуяз = 0,2; средние пассажирские суда – 50 чел.,

vуяз = 0,4; грузовые суда, катера и лодки – 5 чел.,vуяз = 1,0.

Кроме того, для расчета штрафов за загрязнение атмосферы определяются объемы выбросов в атмосферу загрязняющих веществ – природного газа и продуктов его сгорания – при возникновении пожара на МГ.

В качестве поражающих факторов аварии, воздействующих на имущественные и природные компоненты (объекты), в общем случае учитываются: разлет осколков, воздушная волна сжатия, тепловая радиация. В случае, если авария сопровождается воспламенением газа

(группы сценариев С1 и С2), при расчетах количеств уничтоженных и поврежденных объектов учитывается только воздействие тепловой радиации.
При оценке негативного воздействия на объекты указанных выше поражающих факторов используются 2 типа пороговых критериев поражающего воздействия – характеристический и дозовый.

Характеристический критерий задается путем указания пороговых (критических) значений основной физической характеристики поражающего фактора, определяющих диапазон изменения этой характеристики, соответствующий той или иной степени повреждения (в соответствии с принятой шкалой степеней повреждения) объекта или его полному уничтожению (разрушению). Характеристические критерии для того или иного поражающего фактора рекомендуется использовать в сочетании с построением зон негативного воздействия поражающих факторов, представляющих собой совокупность изолиний заданных значений (в том числе пороговых значений) основной физической характеристики этого поражающего фактора (см. 5.8).

Дозовый критерий задается путем указания диапазона изменения дозы (функции физической характеристики поражающего фактора и времени его воздействия на объект), соответствующего той или иной степени повреждения (в соответствии с принятой шкалой степеней повреждения) объекта или его полному уничтожению (разрушению). Дозовые критерии рекомендуется использовать при рассмотрении воздействия тепловой радиации на

объекты из негорючих материалов при реализации аварийных сценариев из групп С1, С2 в

сочетании с построением так называемых «зон полученных доз» (ЗПД) для стационарных (неподвижных объектов).

ЗПД представляет собой совокупность изолиний значений (в том числе критических) доз тепловой радиации, рассчитываемых в каждой точке расчетной сетки вокруг места аварии по переменному во времени потоку теплового облучения в этой точке в течение заданного (фиксированного) времени теплового воздействия. Время теплового воздействия (tдоз) опре-

деляется продолжительностью аварийного истечения природного газа с интенсивностью G(t) от момента разрыва МГ (t =0) до момента снижения интенсивности истечения до 0,01 G (t = 0).

Типы и значения критериев поражающего воздействия для различных поражающих факторов аварии, используемые при расчетах для разных типов имущественных и природных компонентов, и принятые шкалы степеней поражения этих компонентов приведены в таблице 5.11.
При использовании как характеристических, так и дозовых критериев поражающего воздействия по результатам расчета для конкретного плана размещения имущественных и природных компонентов (объектов) относительно трассы прохождения МГ должно быть определено количество поврежденных (с данной степенью повреждения) или уничтоженных объектов в результате воздействия каждого поражающего фактора в рамках рассматриваемого сценария аварии, измеряемое числом (шт.) (если объекты – здания, сооружения, транспортные средства и т. п.) или площадью (км2) (если объекты – лесные угодья, сельхозкультуры, почвы, поверхностные экосистемы северных регионов России и т.д.).

Итоговое для каждого рассматриваемого сценария Сij количество уничтоженных (Nу) (или поврежденных (Nп) объектов каждого вида, предназначенное к дальнейшему использо-

ванию при расчете ущерба в стоимостном выражении, определяется как максимальное из полученных по каждому поражающему фактору количеств уничтоженных (или поврежденных) объектов (исходя из принципа «поглощения наибольшей опасностью всех меньших опасностей, действующих одновременно»)

у  (к) (К)

(5.44)

N max{Nу

,..., Nу } ,

Nп 

п п

max{N (к),..., N (К)} ,

(5.45)

где

у п

N (к), N (к)

– количества уничтоженных и поврежденных объектов (соответственно) в

результате воздействия k-го поражающего фактора при реализации сценария Сij.

Рекомендуемый порядок определения количества уничтоженных и поврежденных стационарных объектов: зданий, сооружений, наружных установок, металлических конструкций, транспортных средств на стоянке в результате воздействия на них воздушной волны сжатия (ВВС) (используется характеристический критерий поражающего воздействия) следующий:

а) на плане местности вокруг рассматриваемой точки x(m)разрыва МГ с нанесенными изображениями указанных стационарных объектов рассчитывается (см. 5.8) и строится зона

Таблица 5.11 – Критерии поражающего воздействия и принятые степени поражения имущественных и природных компонентов (поражаемых объектов)

Поражаемые объекты (имущество или компонент природной среды)	Поражающий фактор	Тип критерия поражающего воздействия	Значения критериев поражающего воздействия	Принятая качественная шкала степеней повреждения	Количественные значения степени повреждения k повр, отождествляемой с долей затрат на восстановление объекта
Здания и сооружения типа зданий,	Разлет осколков	Характеристический критерий – соотношение масс осколка и объекта	См. И.2.2 (приложение И)	Слабое повреждение Среднее повреждение	0,1 0,4
	Воздушная волна сжатия (ВВС)	Характеристический критерий – избыточное давление на фронте ВВС	См. И.2.1 (приложение И)
транспортные
				Сильное повреждение	0,7
средства,
				Полное разрушение	1,0
автодороги
				(уничтожение)
(наличие
	Тепловая радиация	Характеристический критерий – критический тепловой поток	См. И.2.3 (Приложение И)
пожарной
нагрузки)
Наружные установки, металлические	Разлет осколков	Характеристический критерий – соотношение масс осколка и объекта	См. И.3.2 (приложение И)	Слабое повреждение Среднее повреждение Сильное повреждение	0,1 0,4 0,7
	Воздушная волна сжатия	Характеристический критерий – избыточное давление на фронте ВВС	См. И.3.1 (приложение И)
				Полное разрушение	1,0
конструкции,
				(уничтожение)
железные дороги
(отсутствие	Тепловая радиация	Дозовый критерий – тепловая доза	См. И.3.3 (приложение И)	Степень повреждения k повр и соответствующая доля затрат на восстановление монотонно увеличивается от 0,1 до 1,0 при увеличении тепловой дозы
пожарной
нагрузки)
Лесные угодья	Тепловая радиация	Характеристический критерий – критический тепловой поток	7 кВт/м2	Полное выгорание или повреждение деревьев до степени прекращения роста	1,0
Сельхозкультуры	Тепловая радиация	Характеристический критерий – критический т епловой поток	5 кВт/м2	Полное уничтожение (необратимая деградация)	1,0
Почвы	Тепловая радиация	Характеристический критерий – критический тепловой поток	35 кВт/м2	Полное уничтожение (необратимая деградация)	1,0

барического воздействия ВВС в виде изолиний избыточного давления ΔPф от максимального значения до 0,5 кПа;

б) для каждого потенциально поражаемого объекта (т.е. объекта, попадающего в зону

воздействия ВВС, ограниченную изолинией 0,5 кПа) в той его точке Е(хзд, yзд), которая ближе всего к месту разрыва МГ, определяется значение избыточного давления ВВС ΔPф-об (либо по ближайшей изолинии зоны воздействия, либо непосредственно из расчетного массива ΔPф(х,y) – (см. 5.8));

в) для каждого потенциально поражаемого объекта, производится его идентификация, т.е. отнесение к одному из возможных видов зданий, сооружений, оборудования, транспортных средств, приведенных в таблицах И.1, И.5 (приложение И);

г) c использованием рассчитанных для каждого объекта значений ΔPф-об с помощью

тех же таблиц И.1, И.5 (приложение И) последовательно проверяется следующее условие повреждения объекта

(k) (k)

ΔP  ΔP  ΔP ,

(k) (k)

ф-н ф-об ф-в

(5.46)

где

ΔPф-н , ΔPф-в

(k = 1,2,3,4) – соответственно нижний и верхний пределы избыточного

давления, ограничивающие один из четырех (k–й) диапазонов давлений, соответствующих четырем степеням повреждения (от слабого повреждения до полного разрушения). При выполнении условия рассматриваемому зданию (сооружению) «присваивается» соответствующая (k–я) степень повреждения и доля затрат kповр на восстановление.

д) Результаты выполнения процедуры для каждого объекта оформляются, как показано в таблице 5.12.

Рекомендуемый порядок определения количеств уничтоженных и поврежденных стационарных объектов: зданий, сооружений, транспортных средств на стоянке в резуль-

Таблица 5.12 – Перечень поврежденных зданий, сооружений, оборудования, транспортных средств на стоянке в результате воздействия ВВС при реализации сценария С34 аварии на n-ом км МГ «А-В», Ду1400 мм (рекомендуемый образец таблицы)

Название и краткая характеристика здания, сооружения	Расстояние от места разрыва МГ	Степень повреждения	Доля затрат на восстановление kповр
1 Пятиэтажное кирпичное здание ООО «N-ское», в плане 30х12 м	150 м	Слабое повреждение	0,1
2 Садовые одноэтажные деревянные дома (7 шт.) с/т «Восход»	85–95 м	Среднее повреждение	0,4
3 Двухэтажное деревянное строение (склад сельхозинвентаря)	45 м	Полное разрушение	1,0
4 Грузовой автомобиль «ЗИЛ-130» – 1 шт.	30 м	Сильное повреждение	0,7

тате воздействия на них осколков разрушенного МГ в целом аналогичен описанному выше для ВВС. При этом используются результаты расчета дальности (rmax) разлета осколков с мас-

сами mоск (см. 5.8). Для определения степеней осколочного повреждения указанных объектов

различных видов при попадании в них осколков следует использовать данные таблицы И.2 (приложение И), где приведены пороговые значения характеристического критерия –

Моск = mоск/mоб (где mоск – масса осколка, кг, mоб – масса потенциально поражаемого объекта, кг), соответствующие четырем различным степеням повреждения. После вычисления зна-

чения Моск и определения соответствующего k-го диапазона, указанного в таблице И.2 (приложение И), объекту присваивается соответствующая k-я степень повреждения и доля затрат

kповр на восстановление. К уничтоженным и поврежденным осколками объектам причисляются все объекты, находящиеся в пределах дальности разлета (rmax) осколков с заданными массами (mоск). Для каждого объекта, расположенного на расстоянии r  rmax (м) от места аварии, рассчитываются условные вероятности Роск(r) попадания в него осколка (из nоск-л осколков, вылетевших из котлована; nоск-л рекомендуется принимать как в 5.9) по формулам (5.21)–(5.23), в которых bоб, hоб – соответственно характерный поперечный размер (относительно вектора скорости осколка) и высота объекта, м.

Результаты расчетов заносятся в таблицу, аналогичную таблице 5.13

Таблица 5.13 – Перечень поврежденных зданий, сооружений, оборудования, транспортных средств на стоянке в результате воздействия осколков (nоск-л = 3,

mоск = 5654 кг) при реализации сценария С34 аварии на n-ом км МГ «А-В», Ду1400 мм

(рекомендуемый образец таблицы)

Название и краткая характеристика здания, сооружения	Расстояние от места разрыва МГ до объекта, м	Максимальная дальность разлета осколков, м	Степень повреждения, kповр	Вероятность попадания осколков в объект
1 Садовый одноэтажный деревянный дом	95	140	Полное разрушение kповр = 1,0	0,0057
2 Двухэтажное деревянное строение (склад сельхозинвентаря)	45	140	Сильное повреждение kповр = 0,7	0,1243
3 Грузовой автомобиль «ЗИЛ-130» – 1 шт.	30	140	Полное разрушение, kповр = 1,0	0,0382

При определении количеств уничтоженных и поврежденных единиц технологического оборудования, наружных установок осколками принимается, что в случае попадания осколка mоск массой в конкретный аппарат, установку, находящиеся под давлением, они полностью разрушаются (kповр = 1) за счет эффектов, обусловленных разгерметизацией аппарата или установки с последующим выбросом и, как правило, воспламенением содержащихся в

них опасных веществ. К уничтоженным осколками наружным установкам причисляются все аппараты и установки, находящиеся в пределах дальности разлета (rmax) осколков с заданны-

ми массами (mоск), и далее для этих установок рассчитываются вероятности попадания в них

осколков в соответствии с 5.10.5.
Рекомендуемый порядок определения количеств уничтоженных и поврежденных зданий, сооружений и транспортных средств на стоянке как стационарных объектов, включающих горючие элементы и обладающих пожарной нагрузкой, в результате воздействия тепловой радиации от пожара (используется характеристический критерий поражающего воздействия) следующий:

n

а) для территории вокруг рассматриваемой точки x(m) разрыва МГ с нанесенными изображениями объектов рассчитывается распределение удельного теплового потока облучения

от пожара на МГ (см. 5.8) на момент времени tхар = 90 с после начала истечения и строится зона теплового воздействия в виде изолиний тепловых потоков q от максимального значения до 7 кВт/м2;

б) для каждого потенциально поражаемого объекта (т.е. объекта, попадающего в зону теплового воздействия ВВС, ограниченную изолинией 7 кВт/м2), в той его точке Е(хзд, yзд),

которая ближе всего к месту аварии, определяется значение удельного теплового потока qоб

(либо по ближайшей изолинии зоны воздействия, либо непосредственно из расчетного массива q(х,y) – (см. 5.8);

в) для каждого потенциально поражаемого объекта производится его идентификация,

т.е. отнесение к одному из трех типов зданий, сооружений, транспортных средств, различающихся по пожарной нагрузке, по таблице И.3 (приложение И);

г) для каждого идентифицированного потенциально поражаемого объекта, «характери-

зуемого» рассчитанным тепловым потоком qоб, с помощью матрицы «тепловой поток – тип здания по пожарной нагрузке» и матрицы «тепловой поток – вероятность возгорания» (см. подразделы И. 2.3.2, И. 2.3.3 (приложение И)) определяется степень поражения объекта при условии возгорания kпор и вероятность возгорания Рвозг объекта с получением в итоге степени его повреждения kповр (отождествляемой с долей затрат на восстановление) по формуле

kповр = kпор·Рвозг, (5.47)

д) результаты выполнения процедуры для каждого здания (сооружения) заносятся в таблицу, аналогичную приведенной в 5.10.5 таблице 5.12.
Если в поврежденном или полностью разрушенном (в результате воздействия какого-либо поражающего фактора аварии) здании находилось технологическое оборудование, транспортные средства или другое имущество, то степень повреждения kповр и соответ-

ствующая доля затрат на восстановление этого имущества приравниваются к степени повреждения здания и доле затрат на восстановление здания.
Количества уничтоженных и поврежденных движущихся транспортных средств при аварии на подземном переходе МГ через автодорогу при воздействии заданного поражающего фактора рассчитываются по формулам

Nтр-у = Nад-г/3, (5.48)

Nтр-п = Nад-р/3, (5.49)

где Nад-г, Nад-р – число соответственно погибших и раненых людей в транспортных средствах

при воздействии на них заданного поражающего фактора (см. 5.9.9.5). Для поврежденных транспортных средств при аварии на переходе через автодорогу рекомендуется принимать

степень повреждения и, соответственно, долю затрат, идущую на ремонт, равной kповр = 0,2.

Полученные по формулам (5.48), (5.49) дробные (в общем случае) значения количеств уничтоженных и поврежденных транспортных средств следует округлять до ближайших боль-

ших целочисленных значений. Так, при расчетном значении Nтр-у = 1,3 значение Nтр-у для дальнейшего использования следует принимать равным 2.
Количества уничтоженных и поврежденных вагонов движущегося поезда при аварии на подземном переходе МГ через железную дорогу при воздействии заданного поражающего фактора рассчитываются по формулам

Nваг-у = Nжд-г/N1ваг, (5.50)

Nваг-п = Nжд-р/N1ваг, (5.51)

где Nжд-г, Nжд-р – число соответственно погибших и раненых людей в поезде при воздействии на них заданного поражающего фактора (см. 5.9.9.6); N1ваг – количество людей в одном вагоне (N1ваг = 54 чел. – для плацкартного вагона поезда дальнего следования, N1ваг = 132 чел –

для вагона пригородного электропоезда). Для поврежденных вагонов при аварии на переходе через железную дорогу рекомендуется принимать степень повреждения и, соответственно,

долю затрат, идущую на ремонт, равной kповр = 0,2.
Рекомендуемый порядок определения по дозовому критерию перечня и количеств уничтоженных и поврежденных наружных установок, металлических конструкций, железных дорог (т.е. стационарных объектов без горючих элементов и не обладающих пожарной нагрузкой) в результате воздействия тепловой радиации от пожара на МГ следующий:

n

n

а) на плане местности вокруг рассматриваемой точки x(m) разрыва МГ с нанесенными изображениями указанных стационарных объектов на основании рассчитанного ранее (см. 5.8) массива значений тепловых потоков q(x,y,t) на прилегающей к точке x(m) территории рассчитывается и строится зона полученных доз за время tдоз (см. 5.10.3) в виде изолиний

тепловых доз от максимального значения до 5000 (кВт/м2)·с. При этом тепловая доза в каждой точке с координатами (х,y) рассчитывается по формуле

D(x, y) 



tдоз q(x, y,t )dt;

0

(5.52)

б) для каждого потенциально поражаемого объекта (т.е. объекта, попадающего в ЗПД, ограниченную изолинией 5000 (кВт/м2)·с), в той его точке Е(хоб, yоб), которая ближе всего к

месту разрыва МГ, определяется значение полученной им тепловой дозы Dоб (либо по бли-

жайшей изолинии ЗПД, либо непосредственно из расчетного массива D(х,y));

в) с использованием рассчитанных значений Dоб последовательно проверяется принадлежность каждого потенциально поражаемого объекта к тому или иному классу чувствительности к тепловому воздействию из числа приведенных в таблице И.6 (приложение И), и определяются соответствующие установленному для рассматриваемого объекта классу чувствительности значения нижней Dпор и верхней Dгиб пороговых доз из той же таблицы;

г) по формулам (И.9) приложения И путем подстановки в них значений Dоб, Dпор и Dгиб для рассматриваемого объекта определяется степень его повреждения в виде значений kповр, отождествляемая с долей затрат, необходимых для восстановления объекта.

д) результаты выполнения процедуры для каждого объекта заносятся в таблицу, аналогичную приведенной в 5.10.5 таблице 5.12.
Рекомендуемый порядок определения по характеристическому критерию площадей уничтоженных и поврежденных лесных угодий от теплового воздействия следующий:

а) для территории вокруг рассматриваемой точки разрыва МГ с нанесенным контуром лесных угодий рассчитывается распределение удельного теплового потока облучения (см. 5.8)

на момент времени tхар = 90 с после начала истечения газа и строится зона теплового воздействия в виде изолинии теплового потока qу = 7 кВт/м2;

б) определяется площадь Sлес-у (га) уничтоженного леса, попадающего в зону теплового воздействия, ограниченную изолинией 7 кВт/м2 и контуром лесных угодий (см. рисунок 5.10).

Для характерного случая простирания леса за пределы зоны 7 кВт/м2 (по всему ее пери-

метру) площадь Sлес-у приближенно рассчитывается по следующим формулам:
- для круговой зоны теплового воздействия (см. рисунок 5.11, а)
  
  7 7 кор
  
  Sлес-у  0,0001(  R2  2 R  L ),
  
  (5.53)
  
  где R7 – радиус круговой зоны теплового воздействия, ограниченной изолинией 7 кВт/м2, м; Lкор – ширина коридора трубопроводов с учетом ширины расчищенных от растительности полос по обе стороны от коридора, м (в соответствии с ПТЭ МГ кроме полос между нит-
  
  ками от растительности очищаются полосы по 3 м от осей крайних ниток);
  
  Рисунок 5.10 – К расчету площади уничтоженного леса в результате теплового воздействия от пожара на МГ
- для зоны теплового воздействия в форме эллипса с большой осью, совпадающей с осью МГ (для сценариев аварии из группы «Пожар в котловане» с наклонным вдоль оси МГ пламенем в форме цилиндра) (см. рисунок 5.11,б);
Sлес-у  0,0001(  Lм  Lб  2 Lб  Lкор ),

(5.54)

где Lб, Lм – длины, соответственно, большой и малой осей эллипса, образованного изолинией 7 кВт/м2, м;

- для зоны теплового воздействия в форме эллипса с большой осью, перпендикулярной оси МГ (для сценариев аварии из группы «Пожар в котловане» с наклонным поперек оси МГ пламенем в форме цилиндра) (см. рисунок 5.11 в);

L2

Sлес-у  0,0001(  Lм  Lб  б

Lм
- Lкор ),
  
  (5.55)
  
  где Lб, Lм – длины, соответственно, большой и малой осей эллипса, образованного изолинией 7 кВт/м2, м;
  
  - для зоны теплового воздействия в форме двух одинаковых «лепестков», центрально симметричных относительно точки разрыва МГ, с продольными осями, совпадающими с осью МГ (для сценариев аварии из группы «струевые пламена») (см. рисунок 5.11 г);
  
  Рисунок 5.11 – К расчету площади уничтоженного огнем лесного массива при возникновении аварии с пожаром на газопроводе
  
  кор
  
  Lб  L2
  
  L
  
        
  
  Sлес-у
  
  0,0001 (Lм Lб
  
  2 Lб
  
  Lкор ),
  
  м
  
  (5.56)
  
  где Lб – длина продольной оси «лепестка», образованного изолинией 7 кВт/м2, м;
  
  Lм – максимальная ширина этого же «лепестка», м.
Рекомендуемый порядок определения по характеристическому критерию пло-

щадей уничтоженных сельхозкультур Sс/х-у на обрабатываемых землях от теплового воздействия идентичен вышеизложенному порядку для лесных угодий, но при этом рассматриваемая зона уничтожения сельхозкультур ограничена изолинией 5 кВт/м2 и из нее не вычитается площадь земли, занимаемая собственно коридором газопроводов (в формулах (5.53)(5.56) остаются только первые слагаемые).
В случае необходимости учета дополнительно выгорающей площади леса или сельхозугодий за счет распространения пожара при ветровой нагрузке следует воспользоваться известными методиками учета этого фактора, в частности методикой [20].
Рекомендуемый порядок определения по характеристическому критерию пло-

щадей уничтоженного тепловым излучением плодородного слоя почвы Sпочв-у аналогичен вышеизложенному порядку для лесных угодий, но при этом рассматриваемая зона уничтожения ограничена изолинией 35 кВт/м2 и из нее не вычитается площадь земли, занимаемая собственно коридором газопроводов (в формулах (5.53)(5.56) остаются только первые слагаемые).
При авариях на подводных переходах МГ оценка количеств уничтоженных и поврежденных элементов имущества и компонентов природной среды выполняется в соответствии с подходами, изложенными в 5.10.1–5.10.16, с учетом ряда особенностей, указанных в 5.10.17.1–5.10.17.3 для переходов разных конструкций и их участков.
1. Для подводных переходов, выполненных традиционным методом прокладки трубы в траншее по дну водоема, при рассмотрении аварий на береговых, в т.ч. пойменных участках, оценка количеств уничтоженных и поврежденных имущественных и природных компонентов, расположенных в окрестностях точки разрыва МГ (как на суше, так и в прилегающей акватории, включая суда и прочие плавсредства, но исключая биоресурсы водоема), производится в полном соответствии с 5.10.1–5.10.16 аналогично оценке для сухопутных участков МГ.
2. Для подводных переходов, выполненных традиционным методом прокладки трубы в траншее по дну водоема, при оценке последствий от аварий на подводных участках МГ в русловой части перехода принимается следующее:
  - дюкер претерпевает полное разрушение (степень повреждения kповр = 1), что означа-
    
    ет необходимость нового строительства перехода в полном объеме (если методы ремонта не оговорены в технической документации; в противном случае проводится оценка степени повреждения в соответствии с принятой в проекте технологией ремонта);
  - оценка количеств уничтоженных и поврежденных природных компонентов и элементов имущества других (третьих) лиц, включая суда и плавсредства в русловой части перехода, проводится в соответствии с порядком, изложенным в 5.10.1–5.10.12 с учетом воздействия на эти компоненты поражающих факторов, характерных для принятых расчетных сценариев для данной конструкции перехода и глубины местоположения аварийного участка МГ (см. 5.5);
  - биоресурсы пересекаемого газопроводом водоема в качестве потенциально поражаемых природных компонентов не учитываются.
3. Для подводных переходов, выполненных методом горизонтально-направленного бурения с конструкцией «труба в трубе», оценка количеств уничтоженных и поврежден-

ных имущественных и природных компонентов производится в соответствии с 5.10.1–5.10.16 с учетом принятых для этого случая расчетных сценариев аварии (см. 5.5), предполагающих воздействие поражающих факторов аварии только на объекты, находящиеся на суше.

Дополнительно принимается, что степень повреждения дюкера в результате разрыва

основного трубопровода составляет kповр = 0,5, что соответствует проведению следующих работ по восстановлению работоспособности дюкера: извлечение поврежденного трубопровода из кожуха на полную длину перехода, сварка новой плети и ее обратное протаскивание через кожух, сварочно-изоляционные работы по присоединению плети к сухопутным участкам МГ, испытание отремонтированного перехода.

содержание .. 1 2 3 4