автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.03, диссертация на тему:Методы нестационарного анализа зон теплового поражения при пожарах на трубопроводах энергообъектов в условиях открытой местности

На правах рукописи

Фотин Сергей Валентинович

МЕТОДЫ НЕСТАЦИОНАРНОГО АНАЛИЗА ЗОН ТЕПЛОВОГО ПОРАЖЕНИЯ ПРИ ПОЖАРАХ НА ТРУБОПРОВОДАХ ЭНЕРГООБЪЕКТОВ В УСЛОВИЯХ ОТКРЫТОЙ МЕСТНОСТИ

Специальность 05.26.03 - «Пожарная и промышленная безопасность (технические науки, отрасль энергетика)»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

МОСКВА- 2004

Работа выполнена в ООО «Научно-производственное объединение Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики -ВОЛГОГАЗ» (г. Саров Нижегородской области).

Научный руководитель: доктор технических наук,

старший научный сотрудник Селезнев В.Е.

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Сучков В.П.

кандидат технических наук,

старший научный сотрудник Товстоног В А

Ведущая организация: Институт высоких температур РАН

Защита состоится « 15 » ноября 2004 года в 15-30 часов на заседании диссертационного совета Д 205.002.02 в Академии государственной противопожарной службы МЧС России по адресу: 129366, г. Москва, ул. Бориса Галушкина, дом 4, зал Совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Академии ПТС МЧС России.

Автореферат разослан «11» октября 2004 года, исх. №

Отзывы на автореферат с заверенной подписью и печатью просим направлять в Академию ГПС МЧС России по указанному адресу.

Телефон для справок: 283-19-05.

Ученый секретарь диссертационного совета .¿/лГ

доктор технических наук, профессор СВ. Пузач

/| 5 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Возрастающее потребление основных энергоносителей (природного газа, нефти и т.д.), наряду с положительными факторами улучшения жизни людей, сопровождается ростом опасности при их транспортировании и использовании. Это выражается, прежде всего, в росте количества аварий на объектах транспорта и хранения энергоносителей. Основной причиной высокой аварийности является интенсивное старение действующих трубопроводных систем и резервуаров хранения, ухудшение технических характеристик трубопроводов и оборудования. По данным Госгортехнадзора РФ только в период с 1991 по 1994 годы на объектах газопроводного транспорта произошло 138 крупных аварий, сопровождавшихся выбросом природного газа в атмосфе-' ру. Свыше половины из этих аварий привели к возникновению интенсивных пожаров.

Существующие в настоящее время методики оценки пожарной опасности энергообъектов газопроводного транспорта и хранения, к сожалению, базируются на упрощенных (как правило, стохастических) математических моделях и полуэмпирических зависимостях. Эти упрощенные модели не позволяют комплексно анализировать и прогнозировать причины возникновения пожаров, исследовать динамику их протекания и тушения, оценивать последствия пожаров для человека и окружающей среды.

Все вышесказанное свидетельствует об актуальности разработки методов нестационарного анализа зон теплового поражения при пожарах на трубопроводах и резервуарах хранения энергообъектов в условиях открытой местности, которые позволили бы с высокой степенью достоверности прогнозировать, анализировать и оценивать последствия пожаров на трубопроводах (и резервуарах хранения) для населения и окружающей среды. Необходимость поиска эффективного и научно обоснованного решения данных производственных задач определила следующую основную цель данной диссертационной работы.

Целью работы являлась разработка методов анализа нестационарных зон теплового поражения от пожаров, возникающих в условиях открытой местности в резервуарах хранения нефтепродуктов и на газопроводах промышленных энергетических объектов.

Объектом исследования в диссертационной работе является комплекс -ное математическое моделирование пожаров в условиях открытой местности для анализа пожарной и промышленной безопасности энергетических систем.

Предметом исследования являются методы математического моделирования возникновения и тепловых воздействий пожаров в резервуарах хранения нефтепродуктов и на газопроводах промышленных энергетических систем.

Задачи исследования:

1) разработка методов и технологий численного анализа нестационарных зон теплового поражения при пожарах в резервуарах хранения и пожарах на газопроводах энергетических систем в условиях открытой местности;

2) разработка методов численного анализа прочности трубопроводов с силь-.

1>0С. НАЦИОНАЛЬНАЯ

БИБЛИОТЕКА, СПе

09

и|Ли|СМ

фонными компенсаторами, разрушение которых может привести к аварийному выбросу и возгоранию транспортируемых газов или жидкостей; 3) разработка методов численного анализа пожарной опасности автономных электроприборов с принудительным электроподогревом, устанавливаемых на магистральных газопроводах энергообъектов в условиях открытой местности.

Основными методами исследования являются численные методы механики сплошных сред и методы математической аппроксимации. При этом в качестве основного инструмента исследования в диссертации использовался метод конечных элементов.

Научная новизна работы состоит в следующем:

1. Разработан новый метод оперативной оценки зон теплового поражения от пожара разлития нефтепродуктов, находящихся в резервуарах хранения энергообъектов, построенный с использованием аппроксимации зон теплового поражения аналитическими зависимостями в виде модифицированной улитки Паскаля.

2. Для анализа причин и механизмов прогнозируемого или реального разрушения дефектных участков магистральных трубопроводов, приводящего к аварийному выбросу и возгоранию транспортируемых газов или жидкостей в окружающую среду, впервые разработан, научно обоснован и верифицирован метод нелинейного прочностного анализа трубопроводных систем, содержащих сильфонные компенсаторы.

3. Разработана, научно обоснована и верифицирована на решении тестовых и производственных задач новая технология анализа методом конечных элементов пожарной опасности автономных электроприборов с принудительным электроподогревом, устанавливаемых на магистральных газопроводах энергообъектов в условиях открытой местности.

4. Впервые разработана и верифицирована на решении производственных задач технология анализа методом конечных элементов зон теплового поражения от нестационарного диффузионного факела, возникающего на открытой местности при пожарах на газопроводах энергообъектов.

5. С помощью разработанных методов и технологий были получены новые результаты, расширяющие и углубляющие представления о состоянии систем промышленных трубопроводов в условиях эксплуатации и аварийных ситуациях, о пожарозащищенности электроприборов, используемых в газовой промышленности. К таким результатам относятся: численные оценки несущей способности дефектных и других критических участков трубопроводов, содержащих сильфоны, с учетом их многофакторного нагружения и данных технической диагностики при анализе промышленной и пожарной безопасности газораспределительных станций; расчетные оценки зон теплового поражения при пожарах на многониточных трубопроводах высокого давления в условиях открытой местности; построение расчетных сценариев аварий при их расследовании на промышленных энергообъектах и экспертизе Декларации безопасности опасных промышленных объектов газовой промышленности.

Практическая значимость работы. Выносимые на защиту методы и технологии могут использоваться для повышения пожарной и промышленной безопасности тепловых электростанций, трубопроводных сетей газовой, нефтехимической и нефтяной промышленности. Они были реализованы в виде вычислительной технологии «Р1рШ», широко применяемой для повышения промышленной и пожарной безопасности функционирования трубопроводных систем топливно-энергетического комплекса. Технология «РрШ» используются для решения практических задач обеспечения безопасности энергообъектов, как в России, так и за рубежом. Она успешно применялась при решении задач ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ», Минатома РФ, ООО «НПО ВНИИЭФ-ВОЛГОГАЗ», 000 «НПО Измерительные технологии», Международной газотранспортной компании «8РР-Б8Тв» (Словакия), ОАО «ГАЗПРОМ», Госгортехнадзора РФ, Сандийских национальных лабораторий (США), Фраунгоферовского института неразрушающего контроля (Германия) и др.

Внедрение результатов диссертационной работы подтверждается актами ФГУП «Российский Федеральный Ядерный Центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики», 0 0 0 «Научно-производственное объединение ВНИИЭФ-ВОЛГОГАЗ», 0 00 «НПП Измерительные технологии» и справками о промышленном внедрении в международной газотранспортной компании «8РР-Б8Тв».

Достоверность изложенных в диссертационной работе положений обеспечивается: использованием современных численных методов механики; адекватностью применяемых математических моделей для реальных объектов и процессов; использованием апробированных и эффективных методов численного анализа разработанных моделей; совпадением результатов натурных и численных экспериментов с допустимой для инженерных методов расчета точностью; многолетней практикой успешного применения рассматриваемых в диссертации методов на реальных объектах топливно-энергетического комплекса, как в России, так и за рубежом.

На защиту выносятся;

1) метод оперативной оценки зон теплового поражения от пожара разлития нефтепродуктов, находящихся в резервуарах хранения;

2) метод нелинейного прочностного анализа трубопроводных систем, содержащих сильфонные компенсаторы;

3) технология анализа методом конечных элементов пожарной опасности автономных электроприборов с принудительным электроподогревом, устанавливаемых на магистральных газопроводах в условиях открытой местности;

4) технология анализа методом конечных элементов зон теплового поражения от нестационарного диффузионного факела, возникающего на открытой местности при пожарах на газопроводах энергообъектов;

5) новые результаты, расширяющие и углубляющие представления о состоянии систем промышленных трубопроводов в условиях эксплуатации и аварийных ситуациях, о пожарозащищенности электроприборов, используемых в газовой промышленности: численные оценки несущей способности дефектных и других критических участков трубопроводов, содержащих сильфоны,

с учетом их многофакторного нагружения и данных технической диагностики при анализе промышленной и пожарной безопасности газораспределительных станций; расчетные оценки зон теплового поражения при пожарах на многониточных трубопроводах высокого давления в условиях открытой местности; построение расчетных сценариев аварий при их расследовании на промышленных энергообъектах и экспертизе Декларации безопасности опасных промышленных объектов газовой промышленности.

Личный вклад автора заключается:

- в разработке, обосновании и верификации на тестовых и производственных задачах метода оценки зон теплового воздействия на человека излучением от диффузионного факела пожара разлития нефтепродуктов, находящихся в резервуарах хранения;

- в разработке, обосновании и верификации на тестовых задачах метода нелинейного прочностного анализа трубопроводных систем, содержащих сильфон-ные компенсаторы;

- в разработке технологии анализа методом конечных элементов пожарной-опасности автономных электроприборов с принудительным электроподогревом, устанавливаемых на магистральных газопроводах в условиях открытой местности;

- в разработке, обосновании и верификации на тестовых и производственных задачах технологии анализа методом конечных элементов зон теплового поражения от нестационарного диффузионного факела, возникающего на открытой местности при пожарах на газопроводах энергообъектов;

- в проведении численного анализа несущей способности участков трубопроводов, содержащих сильфоны, получении расчетных оценок зон теплового поражения при пожарах на газопроводах и сравнении влияния плоских и осесим-метричных моделей пламени на точность оценок последствий теплового поражения;

- в построении расчетных сценариев аварий при их расследовании на промышленных энергообъектах и экспертизе Декларации безопасности опасных промышленных объектов газовой промышленности.

Апробация работы. Основное содержание диссертации и результаты применения предложенных в ней методов и технологий представлены и обсуждены на: Научно-практической конференции, посвященной 30-летию ООО «ГИПРОГАЗЦЕНТР» (ноябрь 1998 года, Нижний Новгород); Научно-практической конференции «Итоги и перспективы десятилетнего сотрудничества Минатома РФ и ОАО «ГАЗПРОМ» (декабрь 1999 года, Нижний Новгород); Третьей Всероссийской конференции молодых ученых, специалистов и студентов по проблемам газовой промышленности России «Новые технологии в газовой промышленности» (сентябрь 1999 года, Москва); Третьей Международной конференции «Энергодиагностика и Condition Monitoring» (сентябрь 2000года, Нижний Новгород); 18 Международном конгрессе по КЭ-технологиям «18 CAD-FEM Users' Meeting 2000» (сентябрь 2000 года, Германия); Седьмой Международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (февраль 2001

года, Москва); Второй конференции пользователей программно-, математического обеспечения фирмы «CAD-FEM GmbH» (апрель 2002 года, Москва); Третьей конференции пользователей программно-математического обеспечения фирмы «CAD-FEM GmbH» (апрель 2003 года, Москва); 21 Международном конгрессе по КЭ-технологиям «21 CAD-FEM Users' Meeting 2003» (ноябрь 2003 года, Германия); Десятой Международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (02-03 марта 2004 года, г.Москва).

Публикации. По теме диссертации автором опубликовано 18 работ, в том числе одна монография в соавторстве.

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, шести глав, выводов, списка источников из 118 наименований и 4 приложений. Содержит 219 страниц, 10 таблиц, 88 рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Список используемых при изложении содержания работы сокращений: ГРС - газораспределительная станция; МКЭ -метод конечных элементов; ТЭК - топливно-энергетический комплекс.

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулирована основная цель работы, указана новизна предлагаемых методов и технологий нестационарного анализа зон теплового поражения при пожарах на трубопроводах энергообъектов в условиях открытой местности, описана их практическая ценность.

В первой главе выполняется краткий критический анализ современных методов исследования зон теплового поражения при пожарах на объектах топливно-энергетического комплекса (ТЭК).

Проблеме математического моделирования пожаров в современной литературе уделяется большое внимание. Одними из основоположников математической теории горения газов и жидкостей по праву являются советские ученые Н.Н. Семенов, Я.Б. Зельдович, Д.А. Франк-Каменецкий, А.С. Соколик, Л.А. Вулис, В.А. Спейшер, В.И. Блинов, Г.Н. Худяков и другие. При этом у истоков численного моделирования пожаров и их последствий стояли советские научные школы, возглавляемые учеными Н.Н. Брушлинским, Ю.А. Кошмаровым, Н.П. Копыловым, Ю.В. Полежаевым, И.С. Молчадским, А.Н. Баратовым, A.M. Рыжовым, Б.Н. Четверушкиным, Г.М. Махвиладзе, В.Л. Страховым и т.д. Из разработок иностранных ученых, формировавших данную область исследований, следует выделить монографии Б. Сполдинга, Б. Льюиса, Г. Эльбе, Э. Эк-керта, Р. Дрека, Дж. Маркштейна, Г. Геноша, А. Патнэма и других. Дальнейшее развитие теории горения в направлении ее практического применения для анализа механизмов и последствий пожаров численными методами было продолжено в работах В.М. Есина, С.В. Пузача, А.Ю. Снегирева, Р. Робертса и т.д.

Как известно, одним из основных газов, применяемых в ТЭК и транспортирующихся по трубопроводам в больших объемах, является природный газ. Научно обоснованным подходом к моделированию горения природного газа на

открытой местности является решение полной системы уравнений Рейнольдса, содержащей в уравнении энергии члены, описывающие экзотермическую химическую реакцию взаимодействия компонентов метановоздушной смеси и дополненной соответствующими транспортными уравнениями для топлива, окислителя и продуктов горения. Несмотря на всю привлекательность и достаточную математическую строгость, этот подход к решению задачи моделирования пожаров на магистральных газопроводах на сегодняшнем этапе развития вычислительной техники является, к сожалению, недоступным для специалистов ТЭК из-за высокой стоимости применяемых компьютеров и программно-математического обеспечения. К тому же его практическая реализация требует привлечения к расчетам высококвалифицированных специалистов в области вычислительной механики газов и жидкостей, которых, как правило, нет на предприятиях ТЭК. Все вышесказанное свидетельствует о проблематичности использования данного подхода в настоящее время для решения практических задач ТЭК.

Другой класс методов анализа механизмов и последствий горения транс -портируемых по трубопроводам газов и жидкостей относится к инженерным способам построения профиля горящего при пожаре факела. Эти методы базируются на замене поверхности горения, которая в случае струйного истечения без учета состояния атмосферы представляет собой осесимметричную поверх-' ность вращения, кривой фронта пламени. Упрощенные алгоритмы инженерного анализа факелов не позволяют получать точные, с практической точки зрения, оценки размеров факелов и временных законов изменения их геометрической формы, что очень важно при оценке теплового поражения людей, животных, растительности, промышленных и социальных объектов при пожарах на магистральных трубопроводах энергообъектов.

Стохастические методы обладают низкой эффективностью при оценке зон теплового поражения при расследовании конкретных аварийных ситуаций. Полуаналитические методы обладают низкой точностью в оценке теплового воздействия на конкретные объекты в зоне аварии, особенно при учете влияния фактического состояния атмосферы. Здесь следует также отметить, что полуаналитические и стохастические методы предназначены только для решения стационарных задач по оценке размеров зон теплового поражения. Все вышесказанное свидетельствует о необходимости создания гибридных вычислительных методов анализа пожарной опасности трубопроводных систем и хранилищ, объединяющих в себе высокую точность прямого численного моделирования и. оперативность инженерных методов.

Во второй главе изложен и научно обоснован новый метод оперативной оценки зон теплового поражения от пожара разлития нефтепродуктов, находящихся в резервуарах хранения.

Пожар разлития может произойти в ряде случаев. Одна из пространственно-ограниченных форм проявления пожаров разлития - это пожар в резервуаре хранения, например, когда в результате внутреннего, либо внешнего взрыва резервуар остается без крыши, или происходит локальное разлитие транспортируемого продукта в зоне разрыва трубопровода. Характер

пожаров разлития изменяется во времени. Можно выделить индукционный период, в течение которого скорость горения увеличивается по мере того, как возрастает интенсивность теплового излучения и повышается скорость испарения, и стационарный период, при котором достигается равновесное состояние.

Под тепловым воздействием будем понимать различные аспекты поражения человека (ожоги, летальный исход) и окружающих объектов (воспламенение и горение) вследствие воздействия на них потока тепловой энергии от пожара разлития. Основным механизмом передачи тепловой энергии от очага горения к окружающим телам является тепловое излучение. Оценка теплового воздействия пожара разлития заключается в определении интенсивности теплового излучения и применении соответствующих критериев поражения для человека и окружающих объектов.

Форма пламени пожара разлития принимается в виде наклонного цилиндра приподнятого над землей за счет отрыва пламени от поверхности жидкости и эффекта растяжения (рис. 1).

Рис.1. Геометрическая модель пламени пожара разлития

Метод оперативной оценки зон теплового поражения от пожара разлития нефтепродуктов, находящихся в резервуарах хранения, предполагает определение основных параметров факела (высота цилиндра, угол наклона и др.) с использованием приемов классической геометрии. Плотность потока теплового излучения с поверхности горения (боковой поверхности цилиндра и его верхнего сечения) оценивается по формате В. Маршалла:

где е - коэффициент черноты пламени; 0 - теплота сгорания; р - плотность горючей жидкости; V - скорость послойного горения; 5 - площадь поверхности разлития.

Результат применения рассматриваемого метода инженерной оценки можно представить в виде зон поражения человека вокруг очага пожара разлития, представленных на рис.2.

Данный вид кривых хорошо аппроксимируется аналитической функцией,

описывающей так называемую модифицированную улитку Паскаля:

r{<p) = a+b-cos<p+sin2 <p-(c+d- cosp). (2)

ад о а гремямбаэотасмАяжы

-»-»грим«!» »им ftwnwm порог» w • • грамма johw увечий (акте) о о-о- та трения

о а

20 i 2*0 , 300

270

Рис.2. Зоны теплового поражения пожара разлития

Приняв гипотезу о том, что линии с одинаковой плотностью потока теплового излучения имеют вид (2), можно получить следующие выражения для определения коэффициентов а, Ь,о,й:

где г0, Гф, гя - расстояния, на которых реализуется заданная плотность потока теплового излучения вдольлиний ^> = 0, тг/4, к¡2, Л соответственно.

Метод оперативной оценки зон теплового поражения от пожара разлития нефтепродуктов легко формализуется для его применения на портативных компьютерах. Он может применяться пожарными расчетами на месте аварии. Динамика изменения размеров и геометрии зон теплового поражения в данном случае анализируется математическим методом последовательной смены квазистационарных состояний. Данный метод позволяет расширить возможности методики НПБ 105-03 «Определение категорий помещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опаснсти» в, части метода расчета интенсивности теплового излучения при определении значений критериев пожарной опасности наружных установок, дополнив ее учетом влияния ветра.

В третьей главе подробно излагается постановка задачи численного анализа нестационарных зон теплового поражения при пожарах на магистральных трубопроводах энергообъектов. В данной главе показывается и обосновывается место разработок автора диссертации, выносимых на защиту, в общей структуре вычислительной технологии по оценке пожарной опасности магистральных трубопроводов.

Для преодоления описанных в первой главе затруднений, возникающих у специалистов ТЭК при решении производственных задач по оценке пожарной опасности магистральных трубопроводов, В.Е. Селезнев предложил вычислительную технологию, предполагающую последовательное раздельное решение задач возникновения пожара, горения факела на месте разрушения

магистрального трубопровода и оценки зон теплового поражения. Данная технология в сокращенном варианте предполагает последовательное выполнение следующих шагов:

1) анализ причин и механизмов прогнозируемого или реального разрушения дефектных участков магистральных трубопроводов, приводящих к аварийному выбросу газов или жидкостей в окружающую среду;

2) анализ механизма выброса и распространения газов или жидкостей в окружающей среде с учетом рельефа местности, состояния атмосферы и оценка возможности образования стехиометрической горючей газовой смеси;

3) анализ причин и механизмов прогнозируемого или реального воспламенения образовавшейся газовой смеси или возникновения пожара разлития;

4) анализ динамики пожара на открытой местности;

5) оценка зон теплового поражения людей, животных, растительности, социальных и промышленных объектов.

Создание на открытой местности условий для дефлаграционного взрыва горючей газовой смеси при аварийном разрыве трубопровода является маловероятным, поэтому моделирование дефлаграции и ее перехода в детонацию в данной технологии не рассматривается. Перечисленные пункты оценки пожарной опасности, возникающей при разрушении трубопроводов, следует выполнять последовательно, в виде взаимосвязанных шагов единого алгоритма вычислительной технологии.

Для выполнения первого шага технологии автором диссертации был разработан метод нелинейного прочностного анализа трубопроводных систем, содержащих сильфонные компенсаторы (см. ниже). Разрушение сильфонных компенсаторов моделируется для анализа геометрии источника выброса транспортируемых газов или жидкостей в окружающую среду. Компенсаторы применяются в наземных и надземных трубопроводных системах, поэтому образование кратера в грунте здесь не моделируется.

В процессе разрушения трубопроводов и после него происходит выброс транспортируемых газов и жидкостей в окружающую среду. Автор диссертации принимал активное участие в разработке практических методов оценки последствий факельных выбросов природного газа в атмосферу. Численный анализ параметров факельного выброса в этом случае сводился к' решению системы уравнений Рейнольдса. Пример практических расчетов представлен на рис.3. Результаты расчетов показали, что для повышения точности численных оценок распределения массовых концентраций и скоростей движения метана при струйном истечении из аварийного газопровода в атмосферу недостаточно использовать плоскую модель затопленной струи, а необходимо применение осесимметричных моделей.

Для повышения точности инженерных оценок при анализе условий возникновения пожара (шаг 3 вычислительной технологии оценки пожарной опасности (см.выше)) совместно решается нестационарная трехмерная задача теплообмена для всей исследуемой при аварии области и одномерная задача зажигания для локальных подобластей, характеризующихся максимальными температурами.

Для анализа возможности возгорания метановоздушной смеси от электроприборов, устанавливаемых вдоль магистральных газопроводов, используется разработанная автором технология анализа методом конечных элементов пожарной опасности автономных электроприборов с принудительным электроподогревом, устанавливаемых в условиях открытой местности (см. ниже).

_110м__>

I

Рис.3. Формирование квазистационарной струи (поле относительных концентраций метана) после разрыва трубопровода

Анализ геометрических параметров факела и температур его излучающих поверхностей (шаг 4 вычислительной технологии оценки пожарной опасности) проводится в результате численного решения двухмерной или трехмерной модели диффузионного горения турбулентных факелов с одностадийными или двухстадийными глобальными экзотермическими химическими реакциями. В данной диссертации технология численного анализа геометрических параметров факела и температур его излучающих поверхностей не рассматривается - здесь используются только результаты ее применения.

На шаге вычислительной технологии оценки пожарной опасности проводится нестационарный анализ размеров зон теплового поражения. Он выполняется по результатам построения нестационарной геометрической, модели излучающих поверхностей и требует решения нестационарной трехмерной тепловой задачи, в которой доминирующим механизмом передачи тепла является излучение.

В четвертой главе описывается метод нелинейного прочностного анализа трубопроводных систем, содержащих сильфонные компенсаторы. Он предназначен для исследования причин и механизмов прогнозируемого или реального разрушения участков трубопроводов с силифонными компенсаторами, приводящих к аварийному выбросу и возгоранию транспортируемых газов или жидкостей в окружающую среду. Данный метод предполагает формализацию анализа прочности трубопроводных систем,

содержащих сильфонные компенсаторы, в виде постановки и решения методом конечных элементов серии трехмерных нелинейных задач механики деформируемого твердого тела. Решение поставленных прочностных задача проводится в автоматизированном режиме, не требующем от специалистов ТЭК специальных знаний в области вычислительной механики.

Изложение материала главы проводится на примере технологических трубопроводных сетей газораспределительных станций (ГРС), применяемых в различных секторах энергетических систем и комплексов. Проблема обеспечения безопасной эксплуатации технологических трубопроводов ГРС на современном этапе связана с решением двух основных задач. Первая - это разработка новых, нетрадиционных технических решений, способствующих снижению эксплуатационных напряжений в трубопроводах до безопасного уровня. Вторая - научное обоснование работоспособности и эффективности применения разработанных технических решений с учетом всех силовых факторов, действующих на конструкцию в процессе эксплуатации.

Сильфонные компенсаторы широко используются в энергетике, химической, нефтяной и ряде других отраслей промышленности для разгрузки трубопроводных систем. Основным их назначением, а также главным показателем эффективности их внедрения, является существенное снижение уровня напряжений, возникающих в конструкции технологических трубопроводов ГРС в процессе эксплуатации, при условии удовлетворения требованиям по функциональным возможностям и прочности компенсатора. В реальных условиях эксплуатации, как конструкция сильфонного компенсатора, так и технологические трубопроводы ГРС находятся в сложном напряженно-деформированном состоянии. Прежде всего это связанно с существенными термическими нагрузками, действующими на трубопроводы и компенсаторы.

Для оценки эффективности предлагаемых технических решений по применению сильфонных компенсаторов и их промышленной безопасности необходим подробный анализ напряженно-деформированного состояния трубопроводной конструкции до и после установки компенсаторов. В настоящее время эффективным средством решения данной задачи является численное моделирование с использованием метода конечных элементов (МКЭ).

Для решения данной задачи автор диссертации разработал метод нелинейного прочностного анализа сильфонных компенсаторов трубопроводов и механизмов их разрушения.

На первом шаге метода моделируется трехмерное напряженно-деформированное состояние всех нагруженных элементов конструкции сильфонного компенсатора при действии реальных нагрузок - внутреннего давления, изгибающих моментов, термодеформаций. Иллюстрация получаемых в процессе моделирования результатов представлена на рис.4.

На втором шаге метода проводится оценка эффективности применения компенсатора для разгрузки трубопроводов выходных коллекторов ГРС. В этом случае при анализе напряженно-деформированного состояния выходных коллекторов ГРС моделируются два варианта: без компенсирующих устройств

и с применением сильфонного компенсатора. Все трубопроводы моделируются с использованием конечных элементов, имеющих вид трехмерных прямолинейных и криволинейных труб. Влияние скользящих опор учитывается с помощью односторонних связей в соответствующих узлах расчетной схемы.

Влияние на напряженно-деформированное состояние трубопроводов разгружающего действия сильфонного компенсатора моделировалось с помощью процедуры задания уравнений связи для степеней свободы концевых узлов элементов, примыкающих к компенсатору, с учетом расчетной изгибной жесткости компенсатора. Грунт, окружающий подземные участки трубопроводов, моделировался, как трехмерная сплошная среда, упруго-пластическое поведение которой описывается с использованием модифицированного критерия Друкера-Прагера (модификация В.В. Алешина). Таким образом, моделирование на втором шаге метода позволяет получить реальную картину сложного нелинейного напряженно-деформированного состояния и оценить фактическую прочность сильфонного компенсатора и прилегающих участков трубопроводов с учетом всех действующих сил и детальной геометрии конструкции компенсатора.

Предложенный метод прочностного нелинейного анализа трубопроводных конструкций сильфонных компенсаторов предоставляет возможность специалистам ТЭК оперативно оценивать эффективность внедрения различных типов компенсирующих устройств в трубопроводных системах, способствуя скорейшему внедрению новых технических решений, направленных на повышение надежности и безопасности наиболее ответственных участков системы газоснабжения.

В пятой главе для предотвращения перегрева и возгорания электронного оборудования, применяемого на объектах ТЭК, разработана технология анализа методом конечных элементов пожарной опасности автономных электроприборов с принудительным электроподогревом, устанавливаемых на магистральных газопроводах в условиях открытой местности.

Анализ пожароопасности электроприборов по данной технологии

Рис.4. Эквивалентные напряжения в сильфоне

заключается в постановке с минимальными упрощениями и решении серии трехмерных тепловых задач, описывающих тепловые режимы данных электроприборов, условия и механизмы их перегрева и возгорания при наличии в окружающей атмосфере метановоздушной смеси. Решение поставленных тепловых задач проводится МКЭ в автоматизированном режиме, не требующем от специалистов ТЭК специальных знаний в области численных методов и теории теплообмена. Анализ возможности воспламенения данной смеси проводится в результате одномерного математического субмоделирования с применением уравнения теплопроводности с нелинейным источниковым членом в форме Аррениуса, отвечающим за протекание химической реакции в метановоздушной смеси.

На ГРС, крановых площадках магистральных газопроводов, компрессорных станциях и других опасных промышленных объектах ТЭК установлено большое количество электроприборов, снабженных принудительным подогревом для обеспечения их работы круглогодично в условиях открытой местности. Перегрев этих приборов может стать одним из основных источников зажигания газовоздушной смеси, образующейся при разрушении трубопровода или силь-фонного компенсатора В этой Главе на примере анализа тепловых режимов работы электронного прибора «Micro PC», разработанного компанией «OCTAGON SYSTEMS» и снабженного обогревателем производства ООО «НПО ВНИИЭФ-ВОЛГОГАЗ» (рис.5), рассматривается разработанная автором диссертации технология моделирования тепловых режимов работы электроприборов, позволяющая оценивать возможность перегрева электроприборов и их возгорания.

Верхняя ллвет она хряйта лист PC

Рис.5. Основные габаритные размеры корпуса крейта «Micro PC» (A - место установки тепловыделяющего элемента)

При решении данной задачи были приняты следующие основные упрощения и допущения: не учитывалась тепловая мощность, передаваемая за счет конвекции и излучения от внутренних источников тепла (радиодетали, расположенные внутри замкнутого объема) к стенкам электрического модуля «Micro PC»; распределение температурного поля в тепловыделяющем элементе принималось равномерным; модель подогрева электрического модуля «Micro PC» представлялась в виде теплового потока заданной мощности, направленного на слой теплопроводящей пасты, нанесенной на поверхность А (рис.5); на всей поверхности (кроме нагреваемой поверхности А) задана свободная конвекция с окружающей средой; перемешивание воздуха внутри электрического модуля считается равномерным; свойства материалов и сред изотропны; для моделирования теплообмена внутри ограниченного объема между стенками корпуса электроприбора и воздухом в первом приближении использовалась так называемая твердотельная модель конвективно-кондуктивной теплопередачи с эффективным коэффициентом теплопроводности.

С учетом принятых упрощений и допущений математическая формализация данной задачи сводится к решению широкоизвестного трехмерного

нестационарного уравнения теплопроводности для твердых изотропных тел:

+ (4)

дТ , от

гд2Т 82Т д2Т\ ,

3zJ

где р - плотность среды, [кг/м ]; с - удельная массовая теплоемкость,

- коэффициент теплопроводности, мощность внутренних источников, [Вт]. Температура окружающего воздуха и стенки корпуса крейта «Micro РС» в начальный момент времени принимались: Тстенки=Твозду:а1=То. На участке контакта тепловыделяющего элемента с поверхностью теплопроводящей пасты в качестве граничных условий был задан поток тепла мощностью Q:

(5)

где Sa - площадь поверхности А электрического модуля «Micro PC» (см. рис.5),

на которую направлен тепловой поток [м ], Хш

коэффициент

теплопроводности материала пластины [Вт/(м-К)], п - нормаль к поверхности тела [м]. На оставшейся поверхности корпуса крейта «Micro PC» в качестве граничных условий был задан свободный конвективный теплообмен с окружающей средой, сохраняющей свою начальную температуру T=Tq:

гдТ) дп

■К____• -г-

■а-АТ,

(6)

где а - коэффициент теплоотдачи, [Вт/(м -К)], для электронных приборов средний коэффициент теплоотдачи составляет а = 6 Вт/(м2-К); АТ - разница температур между температурой стенки и окружающей среды, [К].

Для моделирования теплообмена между стенкой корпуса электрического модуля «Micro PC» и воздухом, содержащимся в объеме данного корпуса, применяется широко известная одномерная твердотельная модель в стержневой интерпретации. Закон Фурье для одномерного стержня {ОХ ось стержня) с адиабатическими условиями на поверхности {Q„og= 0) имеет вид:

Q-l S <ST^

дх

(7)

где X - коэффициент теплопроводности стержня, [Вт/(м-К)], S - площадь поперечного сечения стержня, [м2]. Для стержня конечной длины / [м1 выражение (5.4) примет вид:

где AT - разница температур между концами стержня (в нашем случае между температурой стенки корпуса «Micro PC» и температурой воздуха, замкнутого в объеме корпуса), [К].

Отношение к = Л/1- называется тепловой проводимостью стержня или коэффициентом теплопередачи, [Вт/(м2ПК)] Для моделирования теплообмена внутри корпуса электрического модуля «Micro PC» использовались рекомендации по определению эффективного коэффициента конвективно-кондуктивной теплопередачи внутри ограниченного объема, имеющего форму параллелепипеда. При этом одна грань параллелепипеда имеет температуру 7j, а остальные грани - Тг, причем Т^>Тг. Коэффициент конвективно-кондуктивной теплопередачи через прослойку, заполненную воздухом, может быть найден из выражения, полученного Г.Н. Дульневым и Н.Н. Тарновским:

здесь /;, /2- размер нагретой грани, [м]; 8 - толщина прослойки, [м]; N -коэффициент, учитывающий ориентацию нагретой грани: вертикальная ориентация N=1,0, горизонтальная ориентация Ы= 1,3. Коэффициент Аз зависит от температуры /т = 0,5 • + ) и определяется экспериментально.

Согласно вышеизложенному, нестационарное уравнение теплопроводности (4) для одномерного твердотельного стержня (с адиабатическими граничными условиями на поверхности) может быть представлено в виде:

дТ ,

Vr а*2

(10)

где Яэф=к-1 - эффективный коэффициент теплопроводности, [Вт/(м'К)], учитывающий конвективно-кондуктивный теплообмен в воздушном объеме, замкнутом в корпусе прибора, или:

(И)

Описанный выше подход к решению задачи был полностью формализован и запрограммирован. Полный текст программной процедуры, написанной на языке <АРБЬ> и реализующей алгоритм численного анализа тепловых режимов и возможности перегрева электроприборов, представлен в диссертации.

В результате применения данной технологии определяется распределение температур в корпусе прибора и строятся графики изменения температур воздуха и места установки датчика-регулятора от времени (рис.6).

Для анализа возможности воспламенения по результатам трехмерного моделирования применяется метод выделения и анализа элементарных зон, предложенный В.Е. Селезневым. При этом по результатам трехмерного моделирования автоматически выделяются простые области в виде элементарных сфер с повышенной температурой и стехиометрической концентрацией мета-новоздушной смеси. Анализ возможности воспламенения данной смеси в элементарных сферах осуществляется в результате численного решения соответствующего одномерного уравнения теплопроводности с нелинейным источнико-вым членом в форме Аррениуса, отвечающим за протекание химической реакции.

температура, К врем*, С

Рис.6. Распределение температурного поля в копусе «Micro PC» и график изменения температур воздуха и места установки датчика-регулятора от времени (мощность источника 155 Вт) В шестой главе для повышения оперативности и достоверности оценки теплового воздействия разработана технология анализа методом конечных элементов зон теплового поражения от нестационарного диффузионного факела, возникающего на открытой местности при пожарах на газопроводах энергообъектов. Данная технология предполагает предварительное построение геометрических конечно-элементных моделей рельефа местности и фронта диффузионного турбулентного факела, возникающего на месте аварийного разрушения трубопроводов. Построение поверхности фронта факела

производится аппроксимацией результатов полевого моделирования горения факела на месте разрыва газопровода. Также аппроксимацией результатов полевого моделирования пожара на газопроводе строятся пространственно-временные распределения температур и степеней черноты на поверхности фронта факела. Анализ теплового воздействия излучения от факела на людей и прилегающие к месту аварии объекты производится с применением метода смены квазистационарных состояний.

Лучистый теплообмен является господствующим механизмом теплопередачи в задачах исследования теплового воздействия горящей метановоздушной смеси на удаленные объекты и определения масштаба поражаемой области. При этом для оценки максимального воздействия теплового излучения на людей, растительность и прилегающие сооружения используется приближение оптически тонкого слоя. Такой подход позволяет построить автоматизированную технологию анализа зон теплового поражения, которую можно применять при оперативном анализе последствий пожара на магистральных газопроводах или оценивая пожарную опасность протяженных трубопроводных сетей, используя компьютерную технику, доступную специалистам ТЭК, и получая практически значимые результаты.

Значение интенсивности теплового излучения 1 [Вт/м:], испускаемого элементарной площадкой нагретого тела в полупространство в приближении оптически тонкого слоя, определяется уравнением Стефана-Больцмана:

где е - коэффициент черноты элементарной площадки, ст - константа Стефа-на-Больцмана (<7 = 5,6687~*Вт/[м2 •Я4)), Т - абсолютная температура элементарной площадки [К]. Мощность теплового излучения Ж, испускаемого всем телом во всех направлениях, определяется выражением:

Ж = сг-|г-Г4^, (13)

где А - излучающая поверхность тела. В случае равномерного нагрева всей поверхности тела и единой степени черноты всех его участков, выражение (13) можно представить в виде:

где 5 - площадь излучающей поверхности тела. Уравнения (12-14) дают связь полусферической интенсивности излучения элементарной площадки на поверхности тела с мощностью выделения тепла всем телом в окружающее пространство:

/ = И75. (15)

Полусферическая интенсивность излучения, падающего с поверхности накаленного тела ; на элементарную площадку поверхности в произвольной точке пространства, связана с взаиморасположением накаленной поверхности и элементарной площадки в пространстве и определяется выражением:

где - фактор формы. Фактор формы между двумя поверхностями А/ и Ау определяется как

"-'"Г"

■ С05ву Ч 4 А; Л-Гг

(17)

где Г - расстояние между элементарной площадкой ¿¿4( на накаленной поверхности и элементарной площадкой пространства йА¡ \ в1 И в у- углы между нормалью элементарной площадки и направлением лучистого потока тепла для площадок соответственно.

Для системы из п поверхностей значения фактора формы могут быть

объединены в содержащую и1 членов матрицу При этом должно выпол-

пхп

няться так называемое свойство замыкаемости в силу закона сохранения энергии для замкнутой системы из п поверхностей: ^ + ^12 +.......-Р]п =1. Для определения количества тепла, переданного от поверхности I к поверхности с учетом их положения в пространстве, закон Стефана-Больцмана имеет вид:

(18)

Нахождение аналитического решения данного уравнения для практических задач представляет значительные трудности при определении фактора формы. Это связано с тем, что в реальных задачах теплообмена излучением участвует некоторое множество поверхностей, имеющих сложную пространственную форму (факел, рельеф местности, здания и сооружения и др.) и взаимно влияющих друг на друга (отражение волн, затенение поверхностей).

Распространяя закон Стефана-Больцмана на систему из N замкнутых серых поверхностей, получим: N

(19)

I

1=0

£ 1 Е \ Ьх £1 У

Л м

где ¿>у- - символ Кронекера. Выражение (19) может быть использовано для по • строения одной строки в следующем матричном уравнении:

[С]-0 = И-{г4}, (20)

такой, что

и каждый ряд в

Выражая из (20) получим:

о=[сг-м-И=ИН

.......... (21)

где [к45] - матрица излучения. Решение уравнения (21) при условии задания начальных и граничных условий (как правило, условий первого рода) для

тепловой задачи с излучением не представляет сложности и выполняется с применением МКЭ.

Решение задачи (21) о пространственном распространении излучения от горящей метановоздушной смеси состоит из следующих основных этапов: определение геометрии поверхностей, участвующих в теплообмене излучением; определение размерности задачи (осесимметричная постановка задачи или трехмерная постановка задачи); построение конечно-элементной модели, включающее в себя задание расчетной сетки, свойств материалов и граничных условий на излучающих и поглощающих поверхностях; генерация матрицы излучения; использование матрицы излучения в тепловом анализе; визуализация полученных результатов; интерпретация полученных результатов. Примеры результатов решения задачи представлены на рис.7.

Под поражением человека в результате воздейсгвия теплового излучения здесь понимается обширное поражение кожного покрова человека, способное стать причиной летального исхода. Под поражением объекта в результате воздействия теплового излучения будем полагать необратимые изменения свойств, материала, образующего поверхность объекта. Анализ поражения основывается на автоматизированном сравнении результатов численного анализа зон теплового воздействия с экспериментальными параметрами поражения людей и объектов

Рис.7. Геометрическая модель промышленной застройки площадки тепловой электростанции в районе газорегуляторного пункта с моделью факела и вид на зоны теплового воздействия на промплощадке газорегуляторного

пункта под углом 90°

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Разработан, научно обоснован и верифицирован на решении тестовых и производственных задачах новый метод оперативной оценки зон теплового поражения от пожара разлития нефтепродуктов, находящихся в резервуарах хранения.

2. Впервые разработан, научно обоснован и верифицирован на решении тестовых и производственных задач метод нелинейного прочностного анализа трубопроводных систем, содержащих сильфонные компенсаторы.

3. Для предотвращения перегрева и возгорания электронного оборудования, применяемого на объектах ТЭК, разработана новая технология анализа ме-' тодом конечных элементов пожарной опасности автономных электроприборов с принудительным электроподогревом, устанавливаемых на магистральных газопроводах в условиях открытой местности.

4. Для повышения оперативности и достоверности оценки зон теплового воздействия от пожаров на объектах ТЭК впервые разработана и верифицирована на решении производственных задач технология анализа методом конечных элементов зон теплового поражения от нестационарного диффузионного факела, возникающего на открытой местности при пожарах на газопроводах энергообъектов.

5. С помощью разработанных методов и технологий получены новые результаты, расширяющие и углубляющие представления: о пожарозащищенно-сти электроприборов, используемых в газовой промышленности; о прочности трубопроводов газораспределительных станций, содержащих сильфонные компенсаторы; о зонах теплового поражения при пожарах на многониточных трубопроводах высокого давления в условиях открытой местности; о механизмах протекания и предупреждения аварийных ситуаций в трубопроводном транспорте ТЭК.

6. Предложенный метод оперативной оценки зон теплового поражения от пожара разлития нефтепродуктов, находящихся в резервуарах хранения позволяет расширить возможности методики НПБ 105-03 «Определение категорий помещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности» в части метода расчета интенсивности теплового излучения при определении значений критериев пожарной опасности наружных установок, дополнив ее учетом влияния ветра.

7. Для повышения точности численных оценок распределения массовых концентраций и скоростей движения метана при струйном истечении из аварийного газопровода в атмосферу недостаточно использовать плоскую модель затопленной струи, а необходимо применение осесимметричных моделей.

8. Для повышения адекватности моделирования анализ зон теплового поражения при пожарах на газопроводах с использованием так называемой твердотельной модели факела (модели поверхности фронта факела) целесообразно проводить в приближении оптически тонкого слоя.

Основные положения исследования опубликованы в следующих работах:

1. Численный анализ пожарной опасности магистральных газопроводов. / Алешин В.В., Селезнев В.Е., Фотин СВ. и др. // Под ред. В.Е. Селезнева. - М.: Едиториал УРСС, 2004. - 327 с.

2. Фотин СВ., Худов А.Н., Самсонов Е.Ю. Применение методов математического моделирования для анализа риска теплового и барического поражений при авариях на трубопроводах. // Сборник тезисов докладов научно-практической конференции, посвященной 30-летию ДО АО «ГИПРОГ АЗ-ЦЕНТР», 17-18 ноября 1998 года. - Нижний Новгород: Гипрогазцентр,1998. -С.30-32.

3. Фотин СВ., Худов А.Н., Самсонов Е.Ю. Комплексный анализ риска поражающих факторов при авариях на объектах транспорта и хранения горючих веществ и газов. // Сборник тезисов докладов Третьей Всероссийской конфе-, ренции молодых ученых, специалистов и студентов по проблемам газовой промышленности России «Новые технологии в газовой промышленности», Секция 7 «Моделирование, автоматизация и управление в газовой промышленности», 28-30 сентября 1999 года, Москва. - Москва: ИРЦ ОАО «ГАЗПРОМ»,

1999.-С.16.

4. Сильфонные компенсаторы для снижения напряжений в трубопроводах ГРС. / Алешин В.В., Фотин СВ., Селезнев В.Е. и др. // Газовая промышленность, 2001, № 1.. С.22-23.

5. Фотин СВ., Буров В.Д. Исследование эффективности применения силь-фонных компенсаторов для снижения напряжений п трубопроводах объектов топливно-энергетического комплекса. // Сборник тезисов докладов Седьмой Международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (27-28 февраля 2001 года, г.Москва). Том 3. - М.: Издательство МЭИ, 2001. - С.210-211.

6. Разработка методов анализа состояния объектов трубопроводного транспорта. Итоговый отчет. / Клишин Г.С., Селезнев В.Е., Фотин СВ. и др. - М., 1998. - 70 с. - Деп. в ИРЦ ОАО «Газпром»: Регистрационный №1/7-994/10/1810.

7. Совершенствование методов численного анализа прочности трубопроводов. / Алешин В.В., Фотин СВ., Селезнев В.Е. и др. // Газовая промышленность, 2001, №6, - С.56-58.

8. Численный анализ состояния технологических трубопроводов КС методами нелинейного моделирования. / Фотин СВ., Алешин В.В., Селезнев В.Е. и др. // Сборник докладов Научно-практической конференции «Итоги и перспективы десятилетнего сотрудничества Минатома РФ и ОАО «ГАЗПРОМ» (03 декабря 1999 года, Нижний Новгород). Часть I. - М.: ИРЦ Газпром, 2000.- С112-121.

9. Алешин В.В., Фотин СВ., Селезнев В.Е. Численный анализ состояния технологических трубопроводов компрессорных и газораспределительных станций с использованием программных комплексов ANSYS и LS-DYNA. // Сборник трудов Первой конференции пользователей программно-математического обеспечения CAD-FEM GmbH (г. Москва, 17-18 апреля 2001 года). / Под ред. Шадского А.С - М.: Издательство Барс, 2002. - С.53-59.

10. Применение программного комплекса «ANSYS» для определения разрушающего давления при гидроиспытаниях трубопроводов. / Фотин СВ., Алешин В.В., Селезнев В.Е. и др. // Труды Международной конференции «18 CAD-FEM Users' Meeting 2000 - International Congress ofFEM Technology» (сентябрь,

2000, Германия), т.2, статья №2.8.1. - CAD-FEM, Germany, 2000. - 7 с. (На английском языке)

11. «Энергодиагностика и Condition Monitoring» (г.Нижний Новгород, 04-09 сентября 2000г.), 2000, т.4, часть 2. - С.48-57.

12. Барс, 2002. -С.163-166.

Pl'9145

13. Фотин СВ., Алешин В.В., Кобяков В.В. Применение аппаратно-программного комплекса для прочностного анализа трубопроводов. // Труды Международной конференции «Safety and Reliability International Conference -KONBiN-2003», т.З, статья №В10.2. - Warszawa: Widawinictwo Institute Tech-nicznego Wojsk Lotniczych, 2003. - С 207-212. (На английском языке)

14. Фотин СВ., Самсонов Е.Ю., Худов А.Н. Численное моделирование выбросов метана в атмосферу при полном или частичном разрушении трубопроводов. // Сборник тезисов докладов научно-практической конференции, посвященной 30-летию ДОАО «ГИПРОГАЗЦЕНТР», 17-18 ноября 1998 года. - Нижний Новгород: Гипрогазцентр,1998. - С.43-44.

15. Фотин СВ., Буров В.Д., Селезнев В.Е. Численный анализ зон теплового поражения при пожарах на газопроводах предприятий ТЭК. // Сборник тезисов докладов Десятой Международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (02-03 марта 2004 года, г.Москва). Том 2. -М.: Издательство МЭИ, 2004. - С.201-202.

16. Тепловой анализ работы управляющих электронных приборов. / Фотин СВ., Алешин В.В., Селезнев В.Е. и др. // Труды Международной конференции «18 CAD-FEM Users' Meeting 2000 - International Congress of FEM Technology» (сентябрь, 2000, Германия), т.2, статья №2.1.6. - CAD-FEM, Germany, 2000. - 7 с. (На английском языке)

17. Фотин СВ., Селезнев В.Е., Алешин В.В. Численный анализ теплового воздействия на людей при пожарах на газопроводах с применением программного' комплекса «ANSYS». / // Труды Международной конференции «21 CAD-FEM Users' Meeting 2003 - International Congress of FEM Technology» (ноябрь, 2003, Германия), т.2, статья №2.1.4. - CAD-FEM, Germany, 2003. - 9 с. (На английском языке)

18. Фотин СВ. Численный анализ зон теплового поражения при авариях на магистральных газопроводах. // Сборник трудов Третьей конференции пользователей программно-математического обеспечения CAD-FEM GmbH (г. Москва, 23-24 апреля 2003 года). / Под ред. Шадского А.С. - М.: Полигон-пресс, 2003.-С382-389.

РНБ Русский фонд

2005-4

Академия ГПС МЧС России Тир. 70 экз Зак. № 7ft

ВВЕДЕНИЕ.

СПИСОК ОСНОВНЫХ ИСПОЛЬЗУЕМЫХ СОКРАЩЕНИЙ.

ГЛАВА

КРИТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ СОВРЕМЕННЫХ МЕТОДОВ

ИССЛЕДОВАНИЯ ЗОН ТЕПЛОВОГО ПОРАЖЕНИЯ ПРИ ПОЖАРАХ

ГЛАВА

МЕТОД ОПЕРАТИВНОЙ ОЦЕНКИ ЗОН ТЕПЛОВОГО ПОРАЖЕНИЯ

ОТ ПОЖАРА РАЗЛИТИЯ НЕФТЕПРОДУКТОВ.

2.1. Описание метода.

2.2. Выводы по Главе 2.

ГЛАВА

ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ АНАЛИЗА ЗОН ТЕПЛОВОГО ПОРАЖЕНИЯ ПРИ ПОЖАРАХ НА МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДАХ.

3.1. Постановка задачи.

3.2. Краткое описание основных подходов к решению задачи.

3.3; Выводы по Главе 3.

ГЛАВА

МЕТОД НЕЛИНЕЙНОГО ПРОЧНОСТНОГО АНАЛИЗА СИЛЬФОННЫХ КОМПЕНСАТОРОВ ТРУБОПРОВОДОВ.

4.1. Описание метода.

4.2. Выводы по Главе 4.

ГЛАВА

ТЕХНОЛОГИЯ АНАЛИЗА ПОЖАРООПАСНОСТИ ЭЛЕКТРОПРИБОРОВ

5.1. Общие сведения.

5.2. Объект моделирования.

5.3. Постановка задачи.

5.4. Критерии безопасной эксплуатации электроприборов.

5.5. Численный анализ тепловых режимов электроприборов с учетом возможности перегрева.

5.6. Результаты практического применения.

5.7. Способ моделирования воспламенения метановоздушной смеси.

5.8. Выводы по Главе 5.

ГЛАВА

ТЕХНОЛОГИЯ АНАЛИЗА ЗОН ТЕПЛОВОГО ПОРАЖЕНИЯ ПРИ ПОЖАРАХ НА ТРУБОПРОВОДАХ.

6.1. Общие замечания о теоретических основах технологии.

6.2. Этапы численного анализа распространения излучения от горящей метановоздушной смеси.

6.3. Анализ последствий теплового воздействия горящих метановоздушных смесей.

6.4. Оценка адекватности моделирования теплового поражения при пожарах на газопроводах.

6.5. Пример анализа пожарной опасности участка распределительного газопровода в районе газорегуляторного пункта ТЭС.

6.6. Выводы по Главе 6.

ВЫВОДЫ

Актуальность проблемы. Необходимость повышения уровня жизни людей приводит к увеличению количества высокоэнергонасыщенных производств в промышленно развитых странах. Одними из главных энергоносителей, применяемых на производстве, являются природный газ и нефтепродукты. Помимо промышленности потребность в увеличении их использования проявляется в коммунальном хозяйстве для повышения комфортности жизни людей.

Основным видом доставки природного газа и нефти (нефтепродуктов) от места добычи до потребителя является трубопроводный транспорт. Помимо сетей трубопроводов и компрессорных (нагнетательных) станций трубопроводный транспорт включает в свой состав хранилища газа и нефти (нефтепродуктов).

Для наглядности дальнейшее рассмотрение актуальности проблемы промышленной безопасности транспорта и хранения газообразных и жидких энергоносителей проведем на примере природного газа, так как только на территории Российской Федерации действуют системы магистральных газопроводов общей протяженностью свыше 145 тысяч километров и свыше тысячи газовых хранилищ [111,112].

Возрастающее потребление природного газа, наряду с положительными факторами улучшения жизни людей, сопровождается ростом пожарной и промышленной опасностей при его транспортировании и использовании [13]. Это выражается, прежде всего, в росте количества аварий на объектах транспорта и хранения природного газа. Основной причиной высокой аварийности является интенсивное старение действующих трубопроводных систем, ухудшение технических характеристик трубопроводов и оборудования. Основной парк магистральных трубопроводов в мире составляют трубопроводы, имеющие срок эксплуатации свыше 20-30 лет [111,112].

По данным Государственного горного и технического надзора Российской Федерации [108] только в период с 1991 по 1994 годы на объектах газопроводного транспорта произошло 138 крупных аварий, сопровождавшихся выбросом природного газа в атмосферу. Свыше половины из этих аварий привели к возникновению интенсивных пожаров [109]. За время их протекания в атмосферу было выброшено огромное количество продуктов горения в виде газов СОх и NOx, являющихся ядовитыми и способствующими образованию парникового эффекта.

Кроме выбросов продуктов горения, пожары на объектах транспорта и хранения природного газа наносят серьезный урон экологической системе региона, прилегающего к месту пожара. Так, например, возникновение пожара на магистральном газопроводе, проложенном в лесополосе, неизбежно приводит к возгоранию прилегающего лесного массива. Сопутствующий лесной пожар приводит к уничтожению десятков, а иногда и сотен тысяч гектаров зеленых насаждений, включая ценные породы древесины. Помимо этого, такой пожар может явиться причиной возгорания торфяников, тушение которых обычными средствами является практически невыполнимой задачей.

Многие промышленные объекты транспорта и хранения природного газа находятся в черте или вблизи населенных пунктов. К тому же, такие промышленные объекты имеют, как правило, многочисленный персонал. Поэтому, кроме существенного материального и экологического ущерба, пожар может привести к человеческим жертвам. Так, например, в США за короткий период (с июня 1999 года по август 2000 года) произошли две крупные аварии на магистральном трубопроводе компании «Olympic Pipe Line Со.» и магистральном газопроводе компании «El Paso Natural Gas Со.» [110]. Авария на трубопроводе компании «Olympic Pipe Line Со.» произошла непосредственно в черте города Беллингхем, штат Вашингтон (Bellingham, Wash). Инцидент на магистральном газопроводе, проложенном в пригороде Карлсбэд (Carlsbad), произошел в непосредственной близости от зоны отдыха жителей в Пекос Ривер (Pecos River). Обе аварии сопровождались сильными пожарами, приведшими к гибели 18 человек. Данные инциденты вызвали серьезную обеспокоенность состоянием американского трубопроводного транспорта в широких общественных кругах [110].

В настоящее время перечисленные выше опасности усугубляются действиями террористических групп. Объектами повышенного интереса террористов являются трубопроводы и хранилища горючих газов, находящихся в населенных районах или в непосредственной близости от них. Согласно информации, опубликованной на полосах электронных газет в глобальной сети Интернет (например, «Gazeta.ru»), за последние три года на магистральных газопроводах было зарегистрировано множество крупных аварий, связанных с террористическими актами. Например, в мае 2002 года в Алжире экстремисты взорвали пятнадцатиметровый участок газопровода, соединяющего газовое месторождение Хаси-эль-Рамль (провинция Лагуат) с северо-восточной провинцией Бумердес. По данным, опубликованным в сети «Интернет», это был уже седьмой теракт на газопроводах, начиная с 1994 года. В начале апреля 2003 года в Исламабаде на двух основных газопроводах Пакистана (провинция Пенджаб) прогремели взрывы, из-за чего возникли перебои в снабжении природным газом большей части страны. При взрыве на основном газопроводе, по которому газ поступал с месторождения Суи, сгорели три дома. При этом пострадало несколько человек.

Актуальность проблемы терроризма подтверждают заявления правительств США и Российской Федерации. Сразу после террористических атак 11 сентября 2001 года министр юстиции США и Президент Российской Федерации в своих заявлениях указали на необходимость повышения мер безопасности на газо- и нефтепроводах и хранилищах топлива. Предпринятые мировыми газотранспортными компаниями меры безопасности выражались в усилении охраны газоперекачивающих станций и уплотнении графика облетов открытых участков газопроводов. Как уже было показано выше, представленные меры не принесли ожидаемых гарантий безопасности. Для реального повышения эффективности охраны газопроводов при условии ограниченности материальных ресурсов требуется научно обоснованное ранжирование трубопроводов с целью выделения наиболее опасных (с точки зрения последствий террористических актов) участков и концентрации усилий по их охране.

Существующие в настоящее время методики оценки пожарной опасности объектов газопроводного транспорта, к сожалению, базируются на упрощенных (как правило, стохастических) математических моделях и полуэмпирических зависимостях. Эти упрощенные модели не позволяют комплексно анализировать и прогнозировать причины возникновения пожаров, исследовать динамику их протекания и тушения, оценивать последствия пожаров для человека и окружающей среды. Все вышесказанное свидетельствует об актуальности разработки промышленных компьютерных технологий нестационарного анализа зон теплового поражения при пожарах на трубопроводах энергообъекгов в условиях открытой местности, которые позволили бы с высокой степенью достоверности прогнозировать, анализировать и оценивать последствия пожаров на трубопроводах (и резервуарах хранения) для населения и окружающей среды. Эффективное решение этой проблемы возможно только в результате привлечения современных достижений вычислительной механики и стохастического моделирования.

С учетом вышесказанного, проблемы, на решение которых направлена диссертационная работа, можно представить в следующем виде:

1. Необходимо разработать методы и технологии анализа зон теплового поражения при пожарах на магистральных трубопроводах, обладающие высокой оперативностью, обеспечивающие хорошую (с практической точки зрения) адекватность математического моделирования и являющиеся доступными для специалистов ТЭК и соответствующих надзорных органов.

2. Необходимо разработать новые модификации инженерных подходов к оценке зон поражения от пожаров разлития нефтепродуктов, находящихся в резервуарах хранения.

Научная новизна работы состоит в следующем:

1. Разработан новый метод оперативной оценки зон теплового поражения от пожара разлития нефтепродуктов, находящихся в резервуарах хранения. Он основывается на использовании аналитической зависимости в виде модифицированной улитки Паскаля для оценки размеров зон теплового поражения человека излучением. Для определения величины плотности теплового потока излучения от фронта факела, воздействующего на прилегающие к месту аварии объекты, применяются широко известные аналитические зависимости. Разработанный метод легко формализуется для его компьютерной реализации. В этом случае он может быть использован пожарными расчетами или спасателями Министерства Российской Федерации по чрезвычайным ситуациям для оперативной оценки пожарной ситуации на месте возгорания жидких нефтепродуктов и других горючих жидкостей.

2. Для анализа причин и механизмов прогнозируемого или реального разрушения дефектных участков магистральных трубопроводов, приводящего к аварийному выбросу и возгоранию транспортируемых газов или жидкостей в окружающую среду, впервые разработан, научно обоснован и верифицирован метод нелинейного прочностного анализа трубопроводных систем, содержащих сильфонные компенсаторы. Данный метод предполагает формализацию анализа прочности трубопроводных конструкций, содержащих сильфонные компенсаторы, в виде постановки серии трехмерных нелинейных задач механики деформируемого твердого тела. Для решения трехмерных нелинейных задач механики деформируемого твердого тела используется метод конечных элементов. Оценка несущей способности сильфонных компенсаторов проводится по нормативным критериям - предельному состоянию и разрушающим нагрузкам.

3. Разработана, научно обоснована и верифицирована на решении тестовых и производственных задач новая технология анализа методом конечных элементов пожарной опасности автономных электроприборов с принудительным электроподогревом, устанавливаемых на магистральных газопроводах в условиях открытой местности. По технологии в качестве основной причины пожара рассматривается перегрев электрических приборов, используемых для управления транспортом природного газа и установленных вдоль магистральных газопроводов и на газораспределительных и компрессорных станциях. Компьютерный анализ заключается в постановке с минимальными упрощениями и решении серии трехмерных тепловых задач, описывающих тепловые режимы данных электроприборов, условия и механизмы их перегрева и возгорания при наличии в окружающей атмосфере метановоздушной смеси. Решение тепловой задачи по перегреву электроприборов проводится методом конечных элементов. Для анализа возможности воспламенения, в соответствии с методом моделирования возгорания газов на открытой местности, предложенным В.Е. Селезневым, по результатам трехмерного моделирования автоматически выделяются простые области в виде элементарных сфер с повышенной температурой и стехиометрической концентрацией метановоздушной смеси. Анализ возможности воспламенения данной смеси в элементарных сферах проводится в результате численного решения соответствующего одномерного уравнения теплопроводности с нелинейным источниковым членом в форме Аррениуса, отвечающим за протекание химической реакции.

4. Впервые разработана и верифицирована на решении производственных задач технология анализа методом конечных элементов зон теплового поражения от нестационарного диффузионного факела, возникающего на открытой местности при пожарах на газопроводах энергообъектов. Данная технология предполагает предварительное построение конечно-элементных моделей фронта диффузионного турбулентного факела, возникающего на месте аварийного разрушения трубопровода, и рельефа местности. Анализ теплового воздействия излучения от факела на людей и прилегающие к месту аварии объекты производится в автоматизированном режиме, не требующем от пользователя специальной подготовки по вычислительной механике и термодинамике. Технология позволяет пользователю задавать различные параметры состояния атмосферы в зоне аварии. Нестационарный анализ изменения зон теплового поражения проводится широко известным методом смены квазистационарных состояний. Технология может быть использована специалистами противопожарной службы, надзорными организациями или спасателями Министерства Российской Федерации по чрезвычайным ситуациям для расследования аварийных ситуаций, произошедших в трубопроводных системах топливно-энергетического комплекса, или прогнозирования зон теплового поражения при вероятных авариях (или террористических актах) на магистральных трубопроводах.

5. С помощью разработанных методов и технологий были получены новые результаты, расширяющие и углубляющие представления о состоянии систем промышленных трубопроводов в условиях эксплуатации и аварийных ситуациях, о пожарозащищенности электроприборов, используемых в газовой промышленности. К таким результатам относятся: численные оценки несущей способности дефектных и других критических участков трубопроводов, содержащих сильфоны, с учетом их многофакторного нагружения и данных технической диагностики при анализе промышленной и пожарной безопасности газораспределительных станций; расчетные оценки зон теплового поражения при пожарах на многониточных трубопроводах высокого давления в условиях открытой местности; построение расчетных сценариев аварий при их расследовании на промышленных энергообъектах и экспертизе

Декларации безопасности опасных промышленных объектов газовой промышленности.

Изложенные при описании научной новизны методы, технологии и результаты исследований выносятся на защиту в виде основных научных положений диссертации, принадлежащих лично автору диссертации.

Практическая ценность работы. Выносимые на защиту методы и технологии были реализованы в виде вычислительной технологии «PipEst», широко применяемой для повышения промышленной и пожарной безопасности функционирования трубопроводных систем топливно-энергетического комплекса [41,49,60]. Технология «PipEst» используется для решения практических задач обеспечения безопасности энергообъектов, как в России, так и за рубежом.

Она успешно применялась при решении задач ОАО «ГАЗПРОМ», Госгортехнадзора РФ, Минатома РФ, Международной газотранспортной компании «SPP-DSTG», Сандийских национальных лабораторий (США), Фраунгоферовского института неразрушающего контроля (Германия) и др. (см., например, [41,49]). Некоторые примеры справок и актов о промышленном внедрении выносимых на защиту методов и технологий представлены в Приложении 1.

Достоверность изложенных в диссертации основных научных положений обеспечивается:

- научным обоснованием использования современных методов вычислительной механики для решения задач повышения безопасности промышленных энергообъектов;

- научным обоснованием адекватности применяемых математических моделей для реальных объектов и процессов;

- научным обоснованием применимости и эффективности методов численного анализа разработанных моделей;

- результатами натурных и численных экспериментов;

- многолетней практикой успешного применения рассматриваемых в диссертации методов на реальных объектах ТЭК, как в России, так и за рубежом.

Благодарности. Автор диссертации выражает глубокую благодарность своему научному руководителю, заместителю главного конструктора ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ» - начальнику отделения доктору технических наук Селезневу Вадиму Евгеньевичу за научные консультации, поддержку, научное руководство и практическую помощь при определении направлений научных исследований, положенных в основу диссертации.

Автор диссертации выражает благодарность заместителю начальника отделения ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ», кандидату технических наук Алешину Владимиру Васильевичу за постоянное внимание к его работе и поддержку.

Автор выражает признательность и благодарность ученым и ведущим специалистам Академии ГПС МЧС РФ за плодотворные дискуссии по теме диссертации.

Автор выражает благодарность своим коллегам кандидату технических наук Прялову Сергею Николаевичу, кандидату технических наук Киселеву Владимиру Владимировичу, Кобякову Вячеславу Владимировичу, Дикареву Константину Игоревичу и Скитевой Ирине Алексеевне за сотрудничество и поддержку.

СПИСОК ОСНОВНЫХ ИСПОЛЬЗУЕМЫХ СОКРАЩЕНИЙ

АПУ - автоматическая подпиточная установка ТЭС;

ГИС - географические информационные системы;

ГРС - газораспределительная станция;

ГРП - газорегуляторный пункт ТЭС;

КЭ - конечный элемент;

КЭ-модель - конечно-элементная модель;

КЭ-сетка - конечно-элементная сетка;

ЛЧМГ-линейная часть магистральных газопроводов;

МКР - метод конечных разностей;

МКО - метод контрольных объемов;

МКЭ - метод конечных элементов;

МГ - магистральный газопровод;

НДС - напряженно-деформированное состояние;

СЗЗ - санитарно-защитные зоны;

СК - сильфонный компенсатор;

СПГ-сжиженный природный газ;

ТЭК - топливно-энергетический комплекс;

ТЭС - тепловая электростанция;

ТЭЦ - теплоэлектроцентраль;

ЦВТМ - Центр вычислительных технологий механики ООО «НПО ВНИИЭФ-ВОЛГОГАЗ»

ВЫВОДЫ

1. Разработан, научно обоснован и верифицирован на решении тестовых и производственных задачах новый метод оперативной оценки зон теплового поражения от пожара разлития нефтепродуктов, находящихся в резервуарах хранения.

2. Впервые разработан, научно обоснован и верифицирован на решении тестовых и производственных задач метод нелинейного прочностного анализа трубопроводных систем, содержащих сильфонные компенсаторы.

3. Для предотвращения перегрева и возгорания электронного оборудования, применяемого на объектах ТЭК, разработана новая технология анализа методом конечных элементов пожарной опасности автономных электроприборов с принудительным электроподогревом, устанавливаемых на магистральных газопроводах в условиях открытой местности.

4. Для повышения оперативности и достоверности оценки зон теплового воздействия от пожаров на объектах ТЭК впервые разработана и верифицирована на решении производственных задач технология анализа методом конечных элементов зон теплового поражения от нестационарного диффузионного факела, возникающего на открытой местности при пожарах на газопроводах энергообъектов.

5. С помощью разработанных методов и технологий получены новые результаты, расширяющие и углубляющие представления: о пожарозащищенности электроприборов, используемых в газовой промышленности; о прочности трубопроводов газораспределительных т станций, содержащих сильфонные компенсаторы; о зонах теплового поражения при пожарах на многониточных трубопроводах высокого давления в условиях открытой местности; о механизмах протекания и предупреждения аварийных ситуаций в трубопроводном транспорте ТЭК.

6. Предложенный метод оперативной оценки зон теплового поражения от пожара разлития нефтепродуктов, находящихся в резервуарах хранения позволяет расширить возможности методики НПБ 105-03 «Определение категорий помещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности» в части метода расчета интенсивности теплового излучения при определении значений критериев пожарной опасности наружных установок, дополнив ее учетом влияния ветра. р 7. Для повышения точности численных оценок распределения массовых концентраций и скоростей движения метана при струйном истечении из аварийного газопровода в атмосферу недостаточно использовать плоскую модель затопленной струи, а необходимо применение осесимметричных моделей.

8. Для повышения адекватности моделирования анализ зон теплового поражения при пожарах на газопроводах с использованием так называемой твердотельной модели факела (модели поверхности фронта факела) целесообразно проводить в приближении оптически тонкого слоя.

1. Рыжов А.М. Моделирование пожаров и пожаротушения в помещениях. Пожаровзрывобезопасность, №4, 1995. 8

2. Пузач С В Пузач В.Г. Некоторые трехмерные эффекты тепломассобмена при пожаре в помещении. Инженернофизический журнал. Т.74, №1,2001. 35-

3. Молчадский И.С., Присадков В.И. Моделирование пожаров в помещениях. Юбилейный сборник трудов ВНИИПО. М.: Издательство ВНИИПО, 1997. С 157-

4. Основы практической теории горения. Померанцев В.В., Арефьев К.М., Ахмедов Д.Б. и др. Под ред. В.В. Померанцева. 2-е изд., перераб. и доп. Л Энергоатомиздат, 1986. 3 1 2 с. Пузач СВ. Математическое моделирование тепломассообмена в гидридном аккумуляторе водорода при пожаре. Теплофизика высоких температур. Т.37, №2, 1999. 319-

5. Karim G.A., Panlilio V.P. Flame propagation and extinction within mixtures involving hydrogen and diluents inert gases. Hydrogen Energy. Vol.18, #2, 1993. P. 157-

6. Горение и детонация водородно-воздушных смесей в свободных объемах. Макеев В.И., Гостинцев Ю.М., Строгонов В.В. и др. Физика горения и взрыва. Т. 19, №5, 1983. С 16-

7. Закономерности образования и горения локальных водородосодержащих смесей в большом объеме. Шебенко Ю.Н., Келлер В.Д., Еременко О.Я. и др. Химическая промышленность, №12, 1988.-С.24-

8. Макеев В.И., Плешаков В.Ф., Чугуев А.П. Формирование и 16.) 17.) 18.) 19.) 20.) 21.) 22.) 23.) 24.) 25.)

9. Левин В.А., Смехов Г.Д., Хмелевский Г.Д. Численное моделирование образования окиси азота при горении метановоздушных смесей. Физика горения и взрыва. Т.ЗЗ, №1, 1997.-С. 12-

10. Волков Д.В., Зайцев А., Гольцев В.Ф. Параметрическое исследование образования оксида азота при горении однородной метановоздушной смеси. Физика горения и взрыва. Т.35, №2, 1999. 9-

11. Бочков М.В., Захаров А.Ю., Хависевич Н. Образование NOx при горении метановоздушных смесей в условиях совместного протекания процессов химической кинетики и молекулярной диффузии. !\/1атематическое моделирование. Т.9, №3, 1997. 13-

12. Махвиладзе Г.М., Роберте Дж.П., Якуш СЕ. Огненный шар при горении выбросов углеводородного топлива. Структура и динамика подъема. Физика горения и взрыва. Т.35, №3, 1999. -С.7-

13. Махвиладзе Г.М., Роберте Дж.П., Якуш СЕ. Огненный шар при горении выбросов углеводородного топлива. II. Тепловое излучение. Физика горения и взрыва. Т.35, №4, 1999. 1

14. Махвиладзе Г.Н., Роберте Дж. П., Якуш СЕ. Образование и горение газовых облаков при аварийных выбросах в атмосферу. Физика горения и взрыва. Т.ЗЗ, №2, 1997. 23-38. 27.) 28.) 29.) 30.) 31.) 32.) 33.) 34.) 35.)

15. Коваленко В.А., Ярин Л.П. К расчету трехмерного диффузионного факела. В кн.: Теория и практика сжигания газа. Вып.6. Л.: Недра, 1975. 0.27-

16. Фотин С В Худов А.Н., Самсонов Е.Ю. Применение методов математического моделирования для анализа риска теплового и барического поражений при авариях на трубопроводах. Сборник тезисов докладов научно-практической конференции, посвященной 30-летию ДОДО «ГИПРОГАЗЦЕНТР», 17-18 ноября 1998 года. Нижний Новгород: Гипрогазцентр,1998. 30-

17. Фотин С В Худов А.Н., Самсонов Е.Ю. Комплексный анализ риска поражающих факторов при авариях на объектах транспорта и хранения горючих веществ и газов. Сборник тезисов докладов Третьей Всероссийской конференции молодых ученых, специалистов и студентов по проблемам газовой промышленности России «Новые технологии в газовой промышленности», Секция 7 «Моделирование, автоматизация и управление в газовой промышленности», 28-30 сентября 1999 года, Москва. Москва: ИРЦ ОАО «ГАЗПРОМ», 1999. 0.

18. Численный анализ пожарной опасности магистральных газопроводов. /Алешин В.В., Селезнев В.Е., Фотин С В и др. Под ред. В.Е. Селезнева. М.: Едиториал УРСО, 2004. 328 с. Михеев М.А., Михеева И.1\Л. Основы теплопередачи. Энергия, 1973. 320 с. М.: 38.) 39.) 40.) 41.) 42.) 43.) 44.) 45.) Маршалл В. Основные опасности химических производств: Пер. с англ. М.: Мир, 1989. 679 с. Драйздейл Д. Введение

19. Выпуск 2. М.: ГУП «Научно-технический центр по безопасности в промышленности Госгортехнадзора России», 2001. -С.121-

20. Сильфонные компенсаторы для снижения напряжений в трубопроводах ГРС. /Алешин В.В., Селезнев В.Е., Фотин С В и др. Газовая промышленность, 2001, №1. 0.22-

21. Фотин СВ., Буров В.Д. Исследование эффективности применения сильфонных компенсаторов для снижения напряжений в трубопроводах объектов топливноэнергетического комплекса. Сборник тезисов докладов Седьмой Международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (27-28 февраля 2001 года, г.Москва). Том 3. М.: Издательство МЭИ, 2001. -0.210-211. 48.) 49.) 50.) 51.) 52.) 53.)

22. Совершенствование методов численного анализа прочности трубопроводов. Алешин В.В., Селезнев В.Е., Фотин СВ. и др. Газовая промышленность, 2001, №6, С5

23. Численный анализ состояния технологических трубопроводов КС методами нелинейного моделирования. Алешин В.В., Селезнев В.Е., Фотин СВ. и др. Сборник докладов Научно-практической конференции «Итоги и перспективы десятилетнего сотрудничества Минатома РФ и ОАО «ГАЗПРОМ» (03 декабря 1999 года, Нижний Новгород). Часть I. М ИРЦ Газпром, 2000.-С.112-

24. Алешин В.В., Фотин СВ., Селезнев В.Е. Численный анализ состояния технологических трубопроводов компрессорных и газораспределительных станций с использованием программных комплексов ANSYS и LS-DYNA. Сборник трудов Первой конференции пользователей программноматематического обеспечения CAD-FEM GmbH (г. Москва, 17-18 апреля 2001 года). Под ред. Шадского А.С М.: Издательство Барс, 2002. 53-

25. Aleshin V., Fotin S., Kobyalcov V. Hardware-Software Complex for instant strength analysis of pipeline sections. Monograph «Safety and Reliability International Conference KONBiN-2003», Vol.3, Paper B10.

26. Warszawa: Widawinictwo Institutu Technicznego Wojsk Lotniczych, 2003. P. 207-

27. Фотин С В Самсонов Е.Ю., Худов А.Н. Численное моделирование выбросов метана в атмосферу при полном или частичном разрушении трубопроводов. Сборник тезисов докладов научно-практической конференции, посвященной 30летию д е л о «ГИПРОГАЗЦЕНТР», 17-18 ноября 1998 года. Нижний Новгород: Гипрогазцентр,1998. 43-

28. Белоцерковскии О.М., Д а в ы д о в Ю.М. Метод крупных частиц в газовой динамике. М.: Наука, 1982. 387 с. Давыдов Ю.М., Кутасов С А Решение задач физической механики методом «крупных частиц». в Сб.: Физическая механика. Л Изд-во ЛГУ, выпуск 3, 1978. 133-

29. Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий. Л Гидрометеоиздат, 1987. 94 с. ОНД30. Руководство по контролю источников загрязнения атмосферы. Часть 1. СПб., 1992. 98 с. ОНД31. Руководство по контролю источников загрязнения атмосферы. Часть 2. СПб., 1992. 104 с. Колесниченко А.В., Маров М.Я. Турбулентность многокомпонентных сред. М.: МАИК «Наука», 1999. 336 с. Хинце И.О. Турбулентность: ее механизм и теория. Пер. с англ. М.: Гос. изд-во физ.-мат. лит-ры, 1963.

32. Белоцерковский О.М., Андрущенко В.А., Шевелев Ю.Д. Динамика пространственных вихревых течений в неоднородной атмосфере. Вычислительный эксперимент. М.: Янус-К, 2000. 345 с. Построение математической модели распространения загрязнений в атмосфере. Самарская Е.А. и др. Математическое моделирование, Т.9, №11, 1997. С 17-

33. Савельев А.Д. Расчеты течений вязкого газа на основе (q-v)модели турбулентности. Журнал вычислительной математики и математической физики. Т.43, 2003, №4. 589-

34. Wilcox D.C. Comparison of two-equation turbulence models for boundary laers with pressure gradient. AIAA Jornal, 1988, V.26, №11.-P.1299-1

35. Фотин СВ., Буров В.Д., Селезнев В.Е. Численный анализ зон теплового поражения при пожарах на газопроводах предприятий ТЭК. Сборник тезисов докладов Десятой Международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (02-03 марта 2004 года, г.Москва). Том 2. М.: Издательство МЭИ, 2004.-С.201-

36. Численный анализ и оптимизация газодинамических режимов транспорта природного газа. Селезнев В.Е., Клишин Г.С, Алешин В.В., Прялов Н., Киселев В.В., Бойченко А.Л., Мотлохов В.В. Под ред. В.Е. Селезнева. М.: Едиториал УРСС, 2003.-224 с. Численный анализ прочности подземных трубопроводов. Алешин В.В., Селезнев В.Е., Клишин Г.С, Кобяков В.В., Дикарев 80.) 81.) 82.) 83.) 84.) 85.)

37. Магистральные трубопроводы, 1985. 1 2 6 с. Гольденблат И.И., Копнов В.А. пластичности конструкционных Машиностроение, 1968. 192 с. Критерии прочности и материалов. М.: 87.) 88.) 89.) Жуков A.M., Работнов Ю.Н. Исследование пластических деформаций стали при сложном нагружении. Инженерный сборник, т. XVIII, 1954 г. 68-

38. Методики оценки последствий аварий на опасных производственных объектах: Сборник документов. Серия

39. Иванов И.А., Агапов А.А., Буйко К.В. и др. М.: ГУП НТЦ «Промышленная безопасность», 2001. 224 с. Дульнев Г.Н., Тарковский Н.Н. Тепловые режимы электронной аппаратуры. П Энергия, 1971. 248 с. Heat transfer analysis of electronic devices operation. Fotin S.V., Seleznev V.E, Aleshin V.V., etc. Conference Proceedings of 18 CAD-FEM Users Meeting 2000 International Congress of FEM Technology (September 20-22, 2000, Friedrichshafen, Germany), Vol.

40. Сигал И.Я. Защита воздушного бассейна при сжигании топлива. Л Недра, 1 9 8 3 1 2 1 с. True W. Regulatory actions loom for US pipelines in 2001. Oil Gas J., Vol. 99, 1, Jan. 1, 2001, p. 70-