Селезнев В.Е., Алешин В.В., Клишин Г.С., Фотин С.В. (Ed.).

Численный анализ пожарной опасности магистральных газопроводов

Oglavlenie

Predislovie

Predlagaemaya vashemu vnimaniyu monografiya vkhodit v seriyu rabot, opublikovannuyu obscherossijskim izdatel'stvom URSS (g.Moskva) i posvyaschennuyu tekhnologiyam kompleksnogo resheniya proizvodstvennikh zadach povisheniya bezopasnosti, ekologichnosti i effektivnosti slozhnikh truboprovodnikh sistem toplivno-energeticheskogo kompleksa (TEK) s primeneniem sovremennikh metodov chislennogo modelirovaniya. V etu seriyu publikatsij uzhe voshli tri ranee izdannie monografii:

1. Seleznev V.E., Aleshin V.V., Klishin G.S. Metodi i tekhnologii chislennogo modelirovaniya gazoprovodnikh sistem. -- M.: Editorial URSS, 2002. -- 448 s.;

2. Chislennij analiz i optimizatsiya gazodinamicheskikh rezhimov transporta prirodnogo gaza / Seleznev V.E., Klishin G.S., Aleshin V.V., Pryalov S.N., Kiselev V.V., Bojchenko A.L., Motlokhov V.V. // Pod red. V.E.Selezneva. -- M.: Editorial URSS, 2003. -- 224 s.;

3. Chislennij analiz prochnosti podzemnikh truboprovodov / Aleshin V.V., Seleznev V.E., Klishin G.S., Kobyakov V.V., Dikarev K.I. // Pod red. V.V.Aleshina i V.E.Selezneva. -- M.: Editorial URSS, 2003. -- 320 s.

Teoreticheskie osnovi i struktura opisannikh v nikh metodov matematicheskogo modelirovaniya i vichislitel'nikh tekhnologij bili razrabotani spetsialistami Tsentra vichislitel'nikh tekhnologij mekhaniki OOO "NPO VNIIEF-VOLGOGAZ" (TsVTM) vo vtoroj polovine 90-kh godov proshlogo veka. Ikh prakticheskaya realizatsiya bila osuschestvlena v vide vichislitel'noj tekhnologii PipEst, pozvolyayuschej spetsialistam TEK provodit' kompleksnij analiz fakticheskogo sostoyaniya truboprovodnikh sistem, i universal'nogo programmno-matematicheskogo kompleksa CorNet (a takzhe ego spetsializirovannoj ogranichennoj versii AMADEUS), prednaznachennogo dlya visokotochnogo detal'nogo analiza i optimizatsii nestatsionarnikh rezhimov transporta gazovikh smesej po truboprovodnim setyam energeticheskikh ob'ektov TEK.

Ukazannie vichislitel'naya tekhnologiya i programmno-matematicheskie kompleksi uspeshno primenyalis' pri reshenii soten proizvodstvennikh zadach v energetike, v gazovoj, khimicheskoj, neftyanoj i neftekhimicheskoj promishlennosti kak v Rossii, tak i za ee predelami. S ikh primeneniem operativno rassledovalis' prichini i mekhanizmi mnogikh avarijnikh situatsij i intsidentov na promishlennikh ob'ektakh TEK. Oni uspeshno ispol'zovalis' pri ekspertizakh Deklaratsij bezopasnosti opasnikh promishlennikh ob'ektov, provodimikh pod egidoj Gosgortekhnadzora RF.

Vipusk dannoj monografii podvodit opredelennij itog desyatiletiyu rabot spetsialistov TsVTM v oblasti resheniya proizvodstvennikh zadach povisheniya bezopasnosti i effektivnosti promishlennikh truboprovodov TEK. V monografii rassmatrivayutsya nekotorie prakticheskie aspekti primeneniya sovremennikh chislennikh metodov i sootvetstvuyuschego programmno-matematicheskogo obespecheniya, dostupnogo spetsialistam TEK, pri prognozirovanii prichin, mekhanizmov i posledstvij pozharov, chasto soprovozhdayuschikh avarijnie razrusheniya defektnikh uchastkov magistral'nikh gazoprovodov. V nej takzhe soderzhitsya material, dopolnyayuschij i razvivayuschij metodi i tekhnologii, predlozhennie v trekh ranee opublikovannikh monografiyakh.

Probleme matematicheskogo modelirovaniya pozharov v sovremennoj nauchnoj literature udelyaetsya ochen' bol'shoe vnimanie. Eto illyustriruetsya dazhe toj, krajne neznachitel'noj, chast'yu publikatsij, kotoraya tsitiruetsya v predstavlyaemoj monografii. Mnogie predlagaemie v publikatsiyakh metodi i programmnie produkti s nebol'shimi modifikatsiyami primenimi i dlya analiza pozharov na magistral'nikh gazoprovodakh. K sozhaleniyu, oni obladayut, po mneniyu avtorov, dvumya osnovnimi nedostatkami: oni libo suschestvenno uproscheni i dayut grubie (s tochki zreniya sovremennikh trebovanij k tochnosti resheniya proizvodstvennikh zadach) otsenki parametrov avarii, libo iz-za svoej chrezmernoj slozhnosti trebuyut privlecheniya visokokvalifitsirovannikh spetsialistov v oblasti vichislitel'noj mekhaniki gazov i ispol'zovaniya visokoproizvoditel'noj mnogoprotsessornoj vichislitel'noj tekhniki, kotorimi, kak pravilo, otrasli TEK ne raspolagayut.

V dannoj rabote delaetsya popitka predlozhit' proizvodstvennuyu tekhnologiyu, pozvolyayuschuyu provodit' spetsialistam TEK dostatochno detal'nij chislennij analiz i prognozi prichin, mekhanizmov i posledstvij pozharov na magistral'nikh gazoprovodakh bez privlecheniya visokoproizvoditel'nikh komp'yuterov i spetsialistov v oblasti matematicheskoj fiziki.

Material monografii yavlyaetsya logicheskim prodolzheniem i razvitiem nauchnogo podkhoda k povisheniyu bezopasnosti, effektivnosti i ekologichnosti slozhnikh gazoprovodnikh sistem TEK, osnovannogo na kompleksnom chislennom analize bazovikh modelej mekhaniki sploshnikh sred, adaptirovannikh k real'nim truboprovodam s minimal'nimi uproscheniyami. Dannij podkhod bil predlozhen V.E.Seleznevim i poluchil dal'nejshee razvitie v rabotakh V.V.Aleshina, G.S.Klishina, S.N.Pryalova, V.V.Kiseleva, S.V.Fotina, I.V.Stepanova, A.L.Bojchenko, V.V.Kobyakova, K.I.Dikareva i O.I.Zelenskoj. Ego teoreticheskie osnovi i prakticheskoe primenenie podrobno izlozheni v predstavlennoj vishe serii monografij. Pervaya Glava monografii posvyaschena opisaniyu tekhnologii otsenki pozharnoj opasnosti magistral'nikh gazoprovodov s ispol'zovaniem metodov chislennogo modelirovaniya, primenyaemoj v TsVTM v techenie poslednikh semi let. V etoj Glave vpervie publikuyutsya materiali po visokotochnoj avtomaticheskoj nastrojke komp'yuternikh gazodinamicheskikh simulyatorov na real'nie ob'ekti, chto imeet bol'shoe znachenie pri modelirovanii avarijnikh situatsij na gazoprovodakh, soprovozhdayuschikhsya intensivnimi pozharami.

V dannoj Glave, s tochki zreniya modelirovaniya istochnikov avarijnikh vibrosov prirodnogo gaza v atmosferu, rassmatrivayutsya novie algoritmi nelinejnogo prochnostnogo analiza kholodnognutikh uchastkov trub i uchastkov magistral'nikh truboprovodov, podvergshikhsya ekskavatsii.

Otdel'nie razdeli v pervoj Glave posvyascheni podkhodu k chislennomu analizu parametrov avarijnogo fakel'nogo vibrosa gaza v atmosferu, predshestvuyuschego pozharu, i komp'yuternoj otsenke effektivnosti tusheniya pozhara na magistral'nom gazoprovode s ispol'zovaniem komp'yuternikh gazodinamicheskikh simulyatorov transporta prirodnogo gaza.

Material pervoj Glavi illyustriruetsya Prilozheniyami 1, 2 i 3. V Prilozhenii 1 privodyatsya kharakteristiki metana kak opasnogo veschestva. Prilozhenie 2 soderzhit komp'yuternuyu programmu, prednaznachennuyu dlya avtomatizirovannogo analiza napryazhenno-deformirovannogo sostoyaniya kholodnognutikh trub i napisannuyu na spetsializirovannom algoritmicheskom yazike APDL, ispol'zuemom v shiroko izvestnom litsenzionnom programmno-matematicheskom komplekse ANSYS (SShA). V Prilozhenii 3 predstavlen primer komp'yuternoj programmi avtomatizirovannogo postroeniya obolochechnikh konechno-elementnikh modelej uchastkov podzemnogo truboprovoda, podvergshikhsya ekskavatsii. Dannaya programma takzhe napisana na spetsializirovannom yazike APDL.

Vo vtoroj Glave monografii rassmatrivayutsya algoritmi chislennogo analiza prichin i mekhanizmov vozmozhnogo ili fakticheskogo vosplameneniya metanovozdushnoj smesi, obrazuyuschejsya pri avarijnom razrushenii uchastka magistral'nogo gazoprovoda. V dannoj Glave kratko analiziruyutsya sposobi zazhiganiya metanovozdushnoj smesi i detal'no rassmatrivaetsya protsess ee vosplameneniya ot peregretikh elektropriborov, kotorie mogut bit' ustanovleni vdol' magistral'nogo gazoprovoda.

Materiali vtoroj Glavi illyustriruyutsya Prilozheniem 4. Ono soderzhit tekst komp'yuternoj programmi, napisannoj na spetsializirovannom algoritmicheskom yazike APDL i prednaznachennoj dlya avtomatizirovannogo chislennogo analiza teplovikh rezhimov i vozmozhnostej peregreva elektropriborov, ustanavlivaemikh na magistral'nikh gazoprovodakh.

V tret'ej Glave monografii izlagayutsya teoreticheskie osnovi tekhnologii chislennoj otsenki geometricheskikh parametrov turbulentnogo fakela, voznikayuschego pri razrushenii magistral'nogo gazoprovoda, soprovozhdayuschegosya intensivnim pozharom. Eta tekhnologiya predpolagaet nauchno obosnovannoe primenenie pri reshenii proizvodstvennikh zadach izvestnikh metodov matematicheskogo modelirovaniya turbulentnikh fakelov, baziruyuschikhsya na diffuzionnoj teorii goreniya gazov. Dlya obespecheniya vozmozhnosti ispol'zovaniya dannoj tekhnologii spetsialistami TEK modelirovanie fakela provoditsya v ploskoj ili osesimmetrichnoj postanovke s vvedeniem predpolozheniya o protekanii odnostadijnoj ili dvukhstadijnoj neobratimoj ekzotermicheskoj reaktsii mezhdu toplivom i okislitelem, skorost' kotoroj podchinyaetsya zakonu Arreniusa. Reshenie postavlennoj zadachi osuschestvlyaetsya s primeneniem shiroko izvestnogo litsenzionnogo programmno-matematicheskogo kompleksa Star-CD (Velikobritaniya).

V tret'ej Glave provoditsya sravnitel'nij analiz rezul'tatov naturnikh izmerenij i chislennoj otsenki geometricheskikh parametrov plameni i temperaturi goreniya bitovoj metanovozdushnoj gorelki.

Osnovnoj tekst dannoj Glavi dopolnyaetsya i illyustriruetsya primerami inzhenernoj otsenki razmerov goryaschego fakela i ego teplovogo vozdejstviya na cheloveka pri pozhare razlitiya na truboprovodakh TEK (Prilozhenie 5).

V chetvertoj Glave rassmatrivayutsya teoreticheskie osnovi vichislitel'noj tekhnologii otsenki zon teplovogo porazheniya pri pozhare na gazoprovodakh. V etoj Glave privoditsya podrobnoe opisanie osnovnikh etapov resheniya zadachi prostranstvennogo rasprostraneniya izlucheniya ot goryaschej metanovozdushnoj smesi. Otdel'nij razdel dannoj Glavi posvyaschen chislennomu analizu posledstvij teplovogo vozdejstviya goryaschikh metanovozdushnikh smesej. Chetvertaya Glava dopolnyaetsya i illyustriruetsya materialami, soderzhaschimisya v Prilozheniyakh 6, 7 i 8.

V Prilozhenii 6 predstavlen tekst komp'yuternoj programmi, napisannoj na spetsializirovannom algoritmicheskom yazike APDL i prednaznachennoj dlya avtomatizirovannoj generatsii matritsi izlucheniya dlya plameni metanovozdushnoj smesi pri pozharakh na magistral'nikh gazoprovodakh.

V Prilozheniyakh 7 i 8 opisivayutsya prakticheskie primeri matematicheskogo prognozirovaniya teplovogo porazheniya personala i prilegayuschikh promishlennikh ob'ektov pri pozharakh na gazoprovodakh energoob'ektov TEK.

Kontseptsiya i detal'nij plan-prospekt rukopisi dannoj monografii bili sformulirovani V.E.Seleznevim.

Lichnij vklad titul'nikh avtorov opredelen, v osnovnom, tem, chto pri napisanii etoj monografii kazhdij uchastvoval v sozdanii sleduyuschikh razdelov: V.E.Seleznev -- Glava 1 (krome Razdelov 1.2.2--1.2.4), Glava 2 (krome Razdelov 2.2.1--2.2.6), Glava 3 i Glava 4 (krome Razdelov 4.2 i 4.3); V.V.Aleshin -- Razdeli 1.2.2--1.2.4, 2.2.3; G.S.Klishin -- Predislovie, Razdeli 1.3.3, 4.3; S.V.Fotin -- Razdeli 2.2.1--2.2.2, 2.2.4--2.2.6, 4.2.

Krome titul'nikh avtorov etoj monografii, ee soavtorami, vnesshimi vklad v reshenie konkretnikh zadach po kompleksnomu analizu pozharnoj opasnosti magistral'nikh gazoprovodov, yavlyayutsya:

Osnovnoj tekst monografii dopolnyaetsya i illyustriruetsya materialami, privedennimi v vos'mi Prilozheniyakh. Prilozhenie 1 podgotovleno V.E.Seleznevim, Prilozheniya 2 i 3 -- K.I.Dikarevim i V.V.Kobyakovim, Prilozhenie 4 -- S.V.Fotinim, Prilozhenie 5 -- G.S.Klishinim, Prilozhenie 6 i 7 -- S.V.Fotinim; Prilozhenie 8 -- V.V.Aleshinim i S.V.Fotinim.

Nauchnaya redaktsiya monografii osuschestvlena V.E.Seleznevim.

V zaklyuchenie avtori khoteli bi iskrenne poblagodarit' sotrudnikov Tsentra vichislitel'nikh tekhnologij mekhaniki OOO "NPO VNIIEF-VOLGOGAZ" Irinu Alekseevnu Skitevu, Olesyu Vyacheslavovnu Korshunovu i Oksanu Vladimirovnu Ustyushinu za pomosch' v podgotovke rukopisi k publikatsii. Takzhe avtori iskrenne blagodaryat kollektiv izdatel'stva URSS za professional'nuyu rabotu po podgotovke rukopisi k pechati v kratchajshie sroki, vnimatel'noe i dobrozhelatel'noe otnoshenie k avtoram pri rabote.

Ob avtorakh

SELEZNEV VADIM EVGEN'EVICh

Rukovoditel' Tsentra vichislitel'nikh tekhnologij mekhaniki OOO "NPO VNIIEF-VOLGOGAZ". Doktor tekhnicheskikh nauk. Avtor bolee 130 pechatnikh rabot, posvyaschennikh povisheniyu bezopasnosti, ekologichnosti i effek-tivnosti slozhnikh tekhnicheskikh sistem metodami vichislitel'noj mekhaniki i matematicheskoj optimizatsii.

ALEShIN VLADIMIR VASIL'EVICh

Zamestitel' rukovoditelya Tsentra vichislitel'nikh tekhnologij mekhaniki OOO "NPO VNIIEF-VOLGOGAZ". Kandidat tekhnicheskikh nauk. Avtor bolee 70 pechatnikh rabot, posvyaschennikh razrabotke i prakticheskomu primeneniyu metodov chislennogo modelirovaniya i vichislitel'nikh tekhnologij dlya povisheniya bezopasnosti slozhnikh promishlennikh ob'ektov i tekhnicheskikh sistem s ispol'zovaniem metodov vichislitel'noj mekhaniki.

KLIShIN GENNADIJ SEMENOVICh

Direktor OOO "NPO VNIIEF-VOLGOGAZ". Avtor mnogochislennikh pechatnikh rabot, posvyaschennikh sozdaniyu i prakticheskomu primeneniyu informatsionnikh programmno-apparatnikh sistem i vichislitel'nikh tekhnologij dlya kompleksnoj otsenki sostoyaniya promishlennikh ob'ektov toplivno-energeticheskogo kompleksa.

FOTIN SERGEJ VALENTINOVICh

Rukovoditel' nauchno-issledovatel'skoj laboratorii Tsentra vichislitel'nikh tekhnologij mekhaniki OOO "NPO VNIIEF-VOLGOGAZ". Avtor serii pechatnikh rabot v oblasti razrabotki i primeneniya chislennikh metodov dlya rassledovaniya prichin i analiza mekhanizmov avarijnikh situatsij na promishlennikh ob'ektakh TEK.