Analiza zdarzenia awaryjnego uszkodzenie rurociągu i pożar gazu ziemnego

Transkrypt

1 Analiza zdarzenia awaryjnego uszkodzenie rurociągu i pożar gazu ziemnego mł. bryg. mgr inż. Piotr LESIAK Zespół Laboratoriów Procesów Spalania i Wybuchowości CNBOP-PIB

2 Statystyka zdarzeń awaryjnych Data Source: US DOT Pipeline and Hazardous Materials Safety Administration ( ) Incident Count 3 Year Average - ( ) Year Average - ( ) Year Average - ( ) Year Average - ( ) 86 Fatalities 3 Year Average 3 5 Year Average 2 10 Year Average 2 20 Year Average 2 Injuries 3 Year Average 6 5 Year Average 5 10 Year Average Year Average 9 Total Cost 3 Year Average $ Year Average $ Year Average $ Year Average $ Calendar Year Number Fatalities Injuries Total Cost As Reported $ Podsumowanie całkowite Year-To-Date Incidents 62 Fatalities 0 Injuries 2 Total Cost $ System Type: GAS TRANSMISSION ONSHORE

3 Statystyka zdarzeń awaryjnych Data Source: US DOT Pipeline and Hazardous Materials Safety Administration ( ) Incident Count 3 Year Average - ( ) Year Average - ( ) Year Average - ( ) Year Average - ( ) 573 Fatalities 3 Year Average 16 5 Year Average Year Average Year Average 16 Injuries 3 Year Average 77 5 Year Average Year Average Year Average 67 Total Cost 3 Year Average $ Year Average $ Year Average $ Year Average $ Calendar Year Number Fatalities Injuries Total Cost As Reported $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ Podsumowanie całkowite $ Year-To-Date Incidents 451 Fatalities 3 Injuries 26 Total Cost $ System Type: GAS TRANSMISSION ALLTYPE

4 Statystyka zdarzeń awaryjnych Data Source: US DOT Pipeline and Hazardous Materials Safety Administration ( ) System Type: GAS TRANSMISSION ALLTYPE System Type: GAS TRANSMISSION ONSHORE

5 Statystyka zdarzeń awaryjnych Data Source: US DOT Pipeline and Hazardous Materials Safety Administration ( ) System Type: GAS TRANSMISSION ALLTYPE System Type: GAS TRANSMISSION ONSHORE

6 Przykłady zdarzeń awaryjnych Pożar gazu ziemnego rurociągu wysokiego ciśnienia w Sissonville 2012 pękniecie spawu, korozja, 8 osób zmarło wskutek poparzeń natychmiastowo, 50 osób hospitalizowanych, średnica rurociągu 30 cali=0,76 m, ciśnienie 1000 PSI=6,9 MPa,

7 Przykłady zdarzeń awaryjnych Pożar gazu ziemnego rurociągu wysokiego ciśnienia w Appomattox 2008 uszkodzenie podczas prac ziemnych, korozja, 5 osób hospitalizowanych, średnica rurociągu 42 cale=1,07 m, ciśnienie 800 PSI=5,5 MPa,

8 Zdarzenie Janków Przygodzki Miejsce i okoliczności zdarzenia: zdarzenie miało miejsce w Jankowie Przygodzkim r. podczas prac ziemnych związanych z instalacją nowej nitki gazociągu DN 700 i projektowym ciśnieniu 8,4 MPa wzdłuż czynnego gazociągu wysokiego ciśnienia DN 500 i grubości ścianki 8 mm, przygotowano wykop o głębokości 3 m i szerokości 1,5 2,5 m, ziemia wykopana z rowu była odkładana wzdłuż niego, w okolicach terenu, w którym przebiegał czynny gazociąg, w dniu r. zaplanowane było ułożenie rury DN 700 w wykopanym rowie i przepuszczenie jej pod drogą, a następnie złączenie dwóch innych odcinków w odległości m od miejsca przepustu, prace montażowe były wykonywane w odległości 4-5 m od czynnego gazociągu, w trakcie prac, lokalnie występowały osuwiska bocznych ścian rowu. Podczas prac wskutek osunięcia się ziemi został odsłonięty czynny gazociąg na odcinku o długości 3 m, w odległości m od drogi pod, którą miał być wykonany przepust rurowy.

9 Zdarzenie Janków Przygodzki Harmonogram zdarzenia: Data r Świadkowie opisują huk/wybuch gazu, Zauważenie zdarzenia przez osoby postronne, Telefoniczne zgłoszenie zdarzenia do służb ratowniczych, Przybycie pierwszego podmiotu ratowniczego, Służba gazownicza zakręca zawory na liniach przesyłowych gazu DN 400 i DN 500, Informacja o zmniejszającym się ciśnieniu gazu, Zlokalizowanie zagrożenia, Płomienie sukcesywnie słabną, Płomienie nie przekraczają 2-3 m, Pożar gazu wydobywającego się z jednego końca zerwanego gazociągu zniknął z uwagi na całkowite wypalenie materiału palnego. Trwa dogaszanie w rejonie, Harmonogram zdarzenia: Data r Niewielkie zarzewia ognia w kilku miejscach. Trwa dogaszanie, Likwidacja zagrożenia, Zakończenie działań ratowniczych,

10 Zdarzenie Janków Przygodzki Sekwencja awarii 1) Fizyczne przerwanie czynnego gazociągu wysokiego ciśnienia DN 500. prawdopodobna przyczyna: gazociąg DN 500 uległ przerwaniu na miejscu łączenia (spaw) dwóch odcinków rur wskutek działania sił zewnętrznych (usuwisko ziemi)

11 Zdarzenie Janków Przygodzki Sekwencja awarii 2) Gwałtowny, natychmiastowy wypływ gazu pod wysokim ciśnieniem do atmosfery. w chwili przerwania gazociągu nastąpił natychmiastowych wypływ strumienia sprężonego gazu z obu odcinków rur w przeciwnych kierunkach, rozerwaniu odcinków towarzyszył silny odgłos wybuchu, opad gruntu w znacznej odległości od miejsca zdarzenia (50 70 m)- świadczy to o tym, że w miejscy zdarzenia doszło do uwolnienia w krótkim przedziale czasu znacznej ilości energii fizycznej w formie fali nadciśnienia (fala uderzeniowa-wybuch fizyczny), chwilowa prędkość liniowa wypływu gazu mogła osiągnąć wartość znaczenie powyżej prędkości dźwięku w powietrzu - prędkość rzędu powyżej 1000 m/s. efekt wyrzutu gleby na znaczną odległość został wzmocniony wskutek znajdowania się gazociągu w wykopie, utworzenie się stref zagrożenia wybuchem

12 Zdarzenie Janków Przygodzki Symulacja: w celu określenia prawdopodobnego rozkładu stężeń gazu wypływającego po rozerwaniu rurociągu wykorzystano program służący do symulacji zdarzeń awaryjnych o nazwie RIZEX-2, przyjmując najdłuższy czas od momentu uwolnienia się gazu do momentu zapłonu, tj. 20 s wyznaczono kształt (2 D) wraz z rozkładem stężeń mieszaniny gazowo powietrznej (czas, 1, 5, 10, 15, 20s), obliczenia nie uwzględniają, np. elementów charakterystyki wykopu, w których znajdowały się odcinki gazociągu, a które mogły mieć wpływ na ostateczny kształt i zasięg chmury, wyznaczony stosunek szerokości chmury do jej długości jest <1, oznacza to, że pod wpływem wysokiego ciśnienia gazu w gazociągu, kształtująca się chmura gazu posiadała silnie wydłużony kształt, w obszarze pomiędzy DGW-GGW mogły znaleźć się obiekty budowlane zlokalizowane bezpośrednio przy miejscu awarii. Warunki przyjęte do obliczeń w programie RIZEX-2: średnia temperatura powietrza 1 O C, temperatura gazu 0 O C, zachmurzenie całkowite bez inwersji, prędkość wiatru 3 m/s, południowo-wschodni,

13 Zdarzenie Janków Przygodzki Gęstość względna: Podczas oceny rozkładu stężeń gazu uwolnionego do atmosfery istotnym parametrem fizycznym, jest gęstość względna. Gęstość względna gazu ziemnego w ciśnieniu atmosferycznym wynosi ok. 0,5. Wartość mniejsza od 1 oznacza, że gaz ziemny w stanie równowagi termodynamicznej z powietrzem jest od niego lżejszy. Jednakże, w rozpatrywanym przypadku rozprężający się gaz o wysokiej wartości ciśnienia pobierał ciepło z otoczenia, co spowodowało spadek temperatury gazu i materiałów, z którymi gaz ten miał kontakt. Oznacza to, że gaz ziemny po pewnym czasie był cięższy od powietrza. Dlatego też pewna jego część mogła zalegać w pobliżu gruntu i gromadzić się w zagłębieniach i przemieszczać się. Biorąc pod uwagę rozmiary mieszaniny palnej, to jej dynamiczne rozprzestrzenianie się widoczne na przeprowadzonych wyżej symulacjach mogło spowodować dotarcie części chmury (w granicach możliwego zapłonu) w obszar pojawienia się skutecznego źródła zapłonu.

14 Zdarzenie Janków Przygodzki Sekwencja awarii 3) Wybuch gazu w przestrzeni nieograniczonej. Z uwagi na możliwość wymieszania się gazu i powietrza należy rozważyć, że efektem zapłonu mógł być: wybuch w przestrzeni nieograniczonej(uvce) mieszaniny gazu i powietrza, charakteryzujący się generowaniem niedużych wartości nadciśnienia lub, pożar błyskawiczny (flashfire), charakteryzujący się brakiem wytworzenia fali nadciśnienia, szybko przesuwającym się frontem płomienia w mieszaninie palnej (prędkość poddźwiękowa w danym ośrodku) oraz generowaniem wysokiej temperatury i strumienia promieniowania cieplnego w krótkim czasie, Analizując skutki zdarzenia zaobserwowano uszkodzenia powierzchni szklanych w kilku budynkach m.in.: nr 54A, nr 59.

15 Zdarzenie Janków Przygodzki Symulacja: 3) Wybuch gazu w przestrzeni nieograniczonej. Przyjęte parametry do oceny skutków nadciśnienia: 1,5 kpa powoduje niewielkie zniszczenia lekkich dachów, ok. 1% zniszczonych przeszkleń, 2-3 kpa powoduje niewielkie zniszczenia budynków mieszkalnych, do naprawienia, drobne zniszczenia dachów, elementów zewnętrznych, utrata równowagi przez osoby będące w zasięgu oddziaływania, ok. 5-10% zniszczonych przeszkleń 5 10 kpa domy mieszkalne nie nadają się do samodzielnej naprawy, możliwe zniszczenia dachów do 25%, silne zniszczenia wolnostojących lekkich obiektów (np. altana drewniana), zniszczenia drzwi i ram okiennych, 25 kpa - znaczne uszkodzenia zewnętrznych elementów budynku (np. komin, poszycie dachu, lekka konstrukcja dachu), większość zniszczeń jest nie do naprawienia, możliwa jest utrata stateczności przez ściany zewnętrzne budynków. Obliczenia wykonano dla różnych czasów zapłonu, z czego największy zasięg uzyskano dla zapłonu po 10 s. od momentu uwolnienia. Wartość nadciśnienia Zasięg [m] [kpa] 1, ,5

16 Zdarzenie Janków Przygodzki Sekwencja awarii 4) Dwa pożary strumieniowe o płomieniach przeciwnych. W celu dokonania oceny ilościowej odniesiono się do następujących wartości promieniowania cieplnego 3, 12, 37 kw/m 2, które są reprezentatywne dla szacowania skutków tego typu zdarzeń. Dodatkowo zmiany zasięgów przedstawiono w funkcji czasu, tj. dla wartości 1, 5, 10, 15, 60, 120, min od momentu zapłonu chmury gazu. Rysunki należy interpretować w ten sposób, że na każdym z nich naniesiono jeden pożar strumieniowy oddzielenie dla określonej wartości czasu. Jest to spowodowane ograniczeniami stosowanego oprogramowania. Czas od momentu zapłonu [s] Rys. oznaczony L Rys. oznaczony P Wartość promieniowania cieplnego [kw/m 2 ] Zasięg promieniowania cieplnego [m]

17 Zdarzenie Janków Przygodzki Zinwentaryzowane zniszczenia Zasięg zniszczeń spowodowanych bezpośrednim i pośrednim oddziaływaniem skutków pożaru gazu