Главная страница ДонНТУ           Страница магистров ДонНТУ
rus       ua       eng    ссылки       отчет о поиске       библиотека       индивидуальное задание

Хмельницкая Ольга Олеговна

 Донецкий национальный технический университет
Электротехнический факультет
Специальность: «Электротехнические системы электроснабжения»
                                                  Тема работы магистра: «Взрывы газа в жилых домах»

АВТОРЕФЕРАТ
author's abstract


Актуальность

     Анализ аварий на газопроводах России за период с 1992-2005 гг показал, что 7% аварий от общего их количества происходят от аварийного повышения давления после ГРП, и происходит совпадение в пространстве и времени трех случайных событий: отказал регулятор давления на ГРП; отказал отсекатель мгновенного действия; отказал сбросной клапан. В этом случае, газ под большим давлением вырывается из газовых плит квартир и при концентрации метана в воздухе от 4,5 до 16% образуется гремучая смесь, способная самовзрываться.
     Поэтому моделирование подобных аварий и разработка организационных и технических рекомендаций по предотвращению подобных ситуаций, является актуальной научной задачей, решение которой позволит обеспечить взрывобезопасность домов жилого комплекса Украины.

Цель работы

     Разработать рекомендации, которые позволят обеспечить взрывобезопасность жилых квартир на нормируемом отраслевыми документами уровне.
     Для достижения поставленной цели необходимо решить следующую задачу:
- разработать математическую модель процесса возникновения взрывов в квартире от бытового газа.

Научная новизна работы

     Получены новые зависимости вероятности возникновения взрывов, в течении времени t, в жилых квартирах от частоты отказов регулятора давления на ГРП, длительности истечения газа повышенного давления, срока его контроля и надежности сбросного клапана и сроков его профилактики.

Практическая ценность работы

     Разработана методика взрывобезопасности квартир, которая позволяет задавать нормы надежности на газовое оборудование и сроки его профилактики, при котором обеспечивается нормируемый уровень их взрывобезопасности.

     Первый раздел посвящен описанию предмета исследования. Природный газ образуется в недрах Земли, где он находится под большим давлением в пустотах горных пород. Природный газ добывают через естественные и искусственные скважины, откуда он выходит наружу и транспортируется по трубам на большие расстояния к месту потребления.
     Для снижения давления газ перед подачей из городских магистралей потребителям сначала поступает в газопотребительную станцию (ГРС), где его давление снижается на одну ступень. Из ГРС газ может последовательно подаваться отдельным потребителям, а для снижения на низкое давление газ поступает в газораспределительный пункт (ГРП). ГРП располагают в отдельно стоящих зданиях, в которых устанавливается вентиляция.
     Газораспределительный пункт устроен следующим образом: газ из сети высокого или среднего давления поступает в фильтр, где происходит его очистка от механических примесей. После этого газ поступает в регулятор давления, который снижает давление до заданной величины. Перед регулятором давления устанавливается предохранительный клапан, назначение которого – автоматически прекращать поступление газа в сеть низкого или среднего давления при повышении давления сверх заданного.
     Газ из магистральных трубопроводов, пройдя контрольно-регуляторные пункты, поступает в городскую уличную сеть.
     Городские газопроводы бывают наружные и внутренние. По наружным магистралям газ подается в отдельные здания или группы зданий, а по внутренним газ поступает в дома.
     Система газоснабжения включает: абонентские ответвления, присоединяемые к городской распределительной сети и подающие газ к зданию; внутридомовые газопроводы, транспортирующие газ внутри здания и распределяющие его между отдельными газовыми приборами.
     Абонентское ответвление состоит из ввода газа на территорию потребителя, внутридворовых газопроводов и вводов газа в здание. На вводе газа к потребителю, на расстоянии не менее 2 м от линии застройки, в колодце делается задвижка или кран. На группу жилых зданий, обслуживаемых одним вводом, устанавливается одно отключающее устройство.
     Вводы на территорию потребителей и дворовая газовая сеть, как правило, прокладываются в грунте. Условия их прокладки не отличаются от условий прокладки подземных городских газопроводов. Вводы газопроводов в жилые и обществ, здания могут осуществляться: в каждую лестничную клетку; непосредственно в кухни жилых зданий или в помещения общественных зданий, где потребляется газ; в подвалы зданий, имеющих технические коридоры. При осушенном газе вводы целесообразно выполнять через стены выше фундаментов. Устройство ввода в здание через технические коридоры допускается при следующих условиях: при высоте коридора не менее 1,6 м; при наличии не менее двух входов в коридор снаружи, не связанных с др. частями здания; при естественной вытяжной вентиляции в коридоре, обеспечивающей не менее однократного обмена воздухом; быть взрывобезопасным; при огнестойких потолочных перекрытиях.
     Устройство вводов непосредственно в жилые помещения машинные отделения лифтов, насосные отделения, вентиляционные камеры и т.п. не допускается.
      Внутридомовые газопроводы разделяются на стояки, транспортирующие газ в вертикальном направлении, и внутриквартирные газопроводы, подающие газ от стояков к отдельным газовым приборам. Газовые стояки, как правило, прокладываются в лестничных клетках и кухнях. Прокладка стояков в жилых помещениях, в ванных комнатах и санузлах запрещается. Для отключения отдельных участков газопроводов делаются краны: на вводах в здание, в квартирах перед каждым газовым прибором.
      Перед счетчиками и газовыми приборами размещают бронзовые (латунные) и комбинированные краны с натяжными пробками. На вводах в здание ставят бронзовые или чугунные пробочные натяжные краны или задвижки. На стояках, ответвлениях к квартирам и перед каждым газовым прибором после кранов, считая по ходу газа, устанавливаются сгоны, необходимые для ремонтных работ.
     Газопроводы внутри зданий выполняются из стальных труб. Трубы соединяются на сварке или на резьбе. Перспективно применение труб из пластмасс (винипласта, полиэтилена и др.). Газопроводы в зданиях прокладываются открыто на высоте не менее 2,0 м от пола до низа трубы; при снабжении влажным газом — с уклоном не менее 0,002 от счетчика к стояку и от счетчика к газовым приборам. При пересечении перекрытий лестничных площадок и пустотелых или засыпанных стен газопроводы заключаются в футляры из стальных труб.
     Основные приборы, применяемые для газоснабжения: плиты, водонагреватели, пищеварочные котлы, духовые шкафы и кипятильники. В квартирах устанавливаются бытовые газовые плиты и водонагреватели. Эти же приборы применяются у общественных и мелких коммунальных потребителей. Предприятия общественного питания оснащаются более мощными газовыми плитами — ресторанного типа, пищеварочными котлами, духовыми шкафами, кипятильниками и водонагревателями. В малоэтажных зданиях при печном отоплении газ может использоваться также для обогрева печей. Для измерения расхода газа у потребителей служат газовые счетчики. Газовые счетчики не устанавливаются в новых жилых домах.
     У большинства газовых приборов должен быть предусмотрен отвод дымовых газов но дымоходам в атмосферу. Во вновь проектируемых зданиях дымовые газы отводятся от каждого прибора по обособленному дымоходу.
      Продукты сгорания вводятся в дымоход на разных уровнях, на расстоянии друг от друга не менее 500 мм. Газовые приборы присоединяются к дымоходам с помощью труб из кровельной стали, диаметр которых определяется в зависимости от тепловой нагрузки прибора.
     Городские газопроводы подразделяются на категории низкого, среднего и высокого давления. Краткая характеристика газопроводов дана в табл.1.
Табл. 1 — Краткая характеристика газопроводов.
Краткая характеристика газопроводов

      Для бытового и коммунального потребления газ подается по городским газопроводам низкого давления к местам потребления.
     От уличных газопроводов к зданиям прокладывают ответвления — подземные газовые сети, на которых устанавливаются задвижки (рис.1) или другие запорные устройства.
Установка газовой задвижки без колодца
Рис.1 — Установка газовой задвижки без колодца.

     Стальные гидроизолированные трубы, из которых монтируют газопроводы для подачи газа к потребителям, должны укладываться с подъемом к зданию не менее 0,002, а при влажном газе — не менее 0,003 для отвода влаги, выделяющейся из газа. Для сбора ее в пониженных частях газопровода устанавливают конденсационные горшки.
     Вводы в здания прокладывают через стены и фундаменты в гильзах из труб большого диаметра. Это необходимо для предохранения газопровода от повреждений при осадке зданий.
     Техническими условиями рекомендуется вводы газопроводов в жилые дома делать в лестничные клетки или непосредственно в кухни квартир. Прокладка газопроводов в подвалах и под зданиями не допускается.
     От линий водопровода, канализации и водостоков газопровод должен быть удален на расстояние не меньше 2 м. В одних траншеях с другими подземными коммуникациями газопровод размещать нельзя.
      В подземных резервуарах для хранения жидкого газа на фланце вертикальной горловины установлена редукционная головка (рис.2), состоящая из контрольно-измерительных приборов и необходимой аппаратуры: пробочного крана 1, штуцера 2, вентилей 3, 4 и 6, стояка 5, регулятора низкого давления 7, манометра 8, лабораторного крана 9, горловины паровой фазы 10, горловины для слива осадков 11 и горловины для наполнения 12.
Редукционная головка
Рис.2 — Редукционная головка.

Внутренняя сеть газопровода.

     Внутренняя сеть газопровода состоит из ввода в здание, стояков и внутриквартирной разводящей сети (рис.3).
Анимированная схема внутридомового газопровода. 4 кадра, 10 циклов, 106 кбайт
Рис.3. Схема внутридомового газопровода.

     Ввод в здание включает в себя следующие элементы: трубопровод; кожух из стальной трубы или футляр, надеваемый на газопровод в том месте, где он проходит через наружную стену или фундамент; отключающее устройство — кран. Глубина залегания ввода для сухого газа должна быть 600-800 мм, а для влажного — не менее 800 мм.
     На участке газового ввода, находящегося в кожухе, не должно быть сварных швов.
     Возможны и другие варианты вводов в здания, например цокольный ввод, т.е. ввод, осуществляемый не через фундамент, а через цоколь здания над поверхностью земли. Очевидно, что данное решение будет менее трудоемко и исключает попадание газа в подвал в случае его утечки.
     Часть трубопровода, проходящая выше земли и до входа его в цоколь, должна защищаться от механических повреждений. Для защиты газопроводов от электрокоррозии на вводе устанавливают изолирующий фланец, препятствующий прохождению электрического тока от подземной части к внутренней.
     Цокольный ввод можно делать только при наличии сухого газа, когда нет опасения замерзания влаги внутри трубы и, как следствие этого, закупорки трубопровода.
     При влажном газе газопроводы, проходящие в неотапливаемых помещениях, изолируются и прокладываются с уклоном, обеспечивающим сток воды.
     Разводящие трубопроводы, подающие газ к стоякам, как правило, прокладываются над потолком коридоров и лестничных площадок. Стояки односторонние (рис.4, а) и двусторонние (рис.4, б), подающие газ к поэтажным разводящим сетям, прокладываются в лестничных клетках и кухнях жилых домов. Такое размещение этих трубопроводов обеспечивает беспрепятственный их осмотр.
Газовые стояки
Рис.4. Газовые стояки.

     Разводящая сеть трубопроводов и стояки прокладываются открыто по капитальным конструкциям здания. Допускается прокладка их в штрабах, но обязательно открытых и достаточных размеров, обеспечивающих удобство производства работ. На газовых стояках в местах ответвления от разводящего трубопровода устанавливают для отключения пробочные краны. Такие же краны ставят на ответвлениях от стояка и поэтажной разводящей сети.
     Крепление разводящей сети и стояков к конструкциям здания осуществляется при помощи крючьев, забиваемых в деревянные пробки.
     Применение любого из этих вариантов зависит от расположения квартир по одну или обе стороны от лестничной клетки дома. Стояки представляют собой стальные газовые трубы, которые соединяются сваркой или с помощью резьбы. В нижней и верхней частях стояка имеется закрываемое пробкой отверстие для очистки и продувки стояка.
      Квартирная разводка газопровода служит для подачи газа от стояков к газовым приборам. Она прокладывается на высоте 0,8-2,3 м.
     Для удобства обслуживания на стояке, расположенном на лестничной клетке, устанавливают пробочный кран. Это позволяет отключать квартирную разводку, не заходя в квартиры. Отключение может производить только обслуживающий персонал.
     Для сухого газа квартирную разводку монтируют горизонтально, а для влажного — с уклоном не менее 0,001 к приборам. Газопровод в квартиру вводят через стену; в этом месте на него ставят металлическую гильзу.
      От распределительной газовой сети подводка к газовым приборам (кухонной плите, газовой колонке для ванн, нагревателям воды для мойки) делается в виде спусков. На высоте 1,5 м от пола на газопроводе располагают пробочный кран перед каждым газовым прибором для его отключения. Пробочный кран снабжен ограничителем, допускающим поворот пробки лишь на 90°.
     Внутренние газопроводы монтируют из стальных газовых труб. Стыки труб соединяют сваркой или с помощью фасонных частей на резьбе.

     Второй раздел посвящен описанию характеристик городских и квартирных газопроводов.
     Газопроводы, которые заходят в квартиры, называются газопроводами низкого давления. Давление в них должно быть 120 мм.вод.ст (0,012 кг/см), но фактически из-за изменения расхода может колебаться от 70 до 300 мм.вод.ст, что не приводит к серьёзным неполадкам и вообще малозаметно невооруженным глазом.
     Для поддержания давления на необходимом уровне и обеспечения бесперебойного газоснабжения газопроводы низкого давления разных улиц, микрорайонов и жилых массив объединяют между собой. В идеале единая сеть низкого давления охватывает весь город, в реальной жизни объединяет - как минимум микрорайоны.
      Для питания сетей низкого давления строится менее разветвленная сеть газопроводов среднего (до 3 кг/см) или высокого( до 6 (12) кг/см)давления.
      Газопроводы, расположенные в городах, не являются частью газотранспортной системы и находятся на балансе газовых хозяйств, которые в настоящий момент являются ОАО — открытыми акционерными обществами.
      Газ в газопроводы низкого давления (НД) поступает из газопроводов среднего или высокого через ГРП — газорегуляторные пункты. Их много, они устанавливаются в разных точках сети низкого давления для обеспечения более-менее равномерной подачи газа. ГРП оборудуются либо двумя линиями снижения давления, либо одной, с обводной линией для непродолжительной подачи газа вручную при ремонте оборудования.
     Каждая линия снижения давления состоит из фильтра, автоматического регулятора давления и двух предохранительных устройств - отключающего и сбрасывающего. Настройка отключающего (предохранительно-запорного) клапана производится таким образом, чтобы в случае опасного повышения давления на выходе произошло отключение газопровода НД от газопровода СД. Если после отключения (отсечки) клапана давление все равно продолжает расти, срабатывает сбросной клапан и тупо стравливает избыток давления через 4-метровую трубу в атмосферу. Пропускная способность клапана обеспечивает полный сброс излишних, аварийных объемов газа, не допуская повышения давления в сети. Настройки порогов срабатывания жестко регламентированные. Например, если регулятор настроен на 200 мм.вод.ст., то отсечка должна произойти при 230, а сброс газа — при 250 мм.вод.ст.
      Нормами регламентированы не только величины порогов срабатывания, но и сроки обслуживания.
      Раз в два месяца проводится регулировка оборудования и проверка порогов срабатывания предохранительных устройств.
     Кроме того, раз в 6 месяцев должно проводиться техобслуживание, а раз в год - плановый ремонт.
     Каждый вид обслуживания: от обхода до ремонта — сопровождается либо с записью в журнале, либо составлением акта. То есть данные об исполнителях фиксируются.
     Для исключения влияния заводского брака, монтажных ошибок и прочих неприятностей, перед пуском ГРП в эксплуатацию проводится его испытание, ревизия и наладка с составлением соответствующего Акта, в котором отражается состояние работоспособности оборудования, параметры наладки регулятора и порогов срабатывания автоматики.
     Выполнение этих перечисленных требований обеспечивает безопасность газоснабжения домой.

      Третий раздел посвящен анализу аварии в Днепропетровске.
     19 октября 2007 года Днепропетровске произошло попадание газа среднего давления (до 3 кг/мс) в газопроводы низкого, где давление никогда не должно превышать 0,05 кг/см. Такая шестидесятикратная перегрузка бывает в двух случаях: при ошибочной врезке газопровода среднего давления в газопровод низкого, либо при выходе из строя регулятора ГРП.
     Если регулятор одного из ГРП отказал в низковольтных сетях давление возрастает 2-3 кг/см, приставленный к нему отсекатель мгновенно должен отключить газ. Если он неисправен, должен сработать сбросной клапан и сбросить лишний газ, спасая людей и принося прямой убыток газовому хозяйству. Ничего такого не произошло. Значит, защитные устройства были либо неисправны, либо отключены.
     Но и тут катастрофа не должна произойти. ГРП дует газ не в дома, а в газопровод. Объемный и разветвленный. Давление не может мгновенно подняться на одном его участке, должно пройти некоторое время. По мере подъёма давления газа должны начинать срабатывать предохранительные устройства других ГПР на этом же газопроводе: сначала отключать подачу со своей стороны из газопровода среднего давления, а потом начинать сброс избытка газа, поступающего от поврежденного ГРП — «террориста». При таких условиях максимальное давление в сетях низкого давления может достичь 500 мм.вод.ст (0,05 кг/см2). Это давление великовато, но к беде привести не может (примерно такое давление воздуха в воздушном шарике). Но и этого не произошло. Значит, неисправны (или отключены) были (как минимум) сбросные клапана в большинстве или во всех ГРП в округе.

Роль газового хозяйства.

     По мнению авторов [5] авария в Днепропетровске произошла по следующей причине: сбросные клапана были заблокированы или отключены по требованию хозяев, для снижения потерь газа. Только квалифицированный специалист сумеет объяснить хозяевам, что такая экономия пяти копеек (или пяти миллионов — не имеет значения) приводит в беде, которая обходится гораздо дороже.
     Случившаяся уже после днепропетровской аварии трагедия в Полтаве (взрыв котельной, двое погибших) показывает, что эта беда характерна не только для Днепропетровска. По правилам, на входе газопровода в котельную должен стоять клапан-отсекатель, соединенный с детектором газа. Как только загазованность помещения достигает 1/10 от нижней границы взрываемости, клапан отключает газ. Если газ в котельной взорвался, это значит, что либо такого клапана не было, либо он был заблокирован. Это значит, что люди, которые там работали, не специалисты. Проблема одна и та же, увы...
     Работники государственной инспекции проводят непрерывный надзор за деятельностью газовых структур, участвуют в обучении и аттестации специалистов, ежегодно проводят плановые проверки работы газовых хозяйств - по полной программе, с составлением актов, выпиской предписаний. Инспекции имеют полномочия отстранить от работы любого работника, запретить эксплуатацию любого газопровода или ГРП. Если в системе газоснабжения роль последней надежды играет сбросной клапан, то в госсистеме последняя надежда — инспектор, который призван выгнать нерадивого исполнителя, отключить неисправный аппарат, обезопасить людей. К сожалению, этот последний рубеж тоже не сработал. Инспектора — квалифицированные специалисты.

      Раздел четыре посвящен разработке математической модели формирования взрывов в жилом секторе.

Выводы по работе:

1. Разработана математическая модель, объясняющая процесс появления взрывоопасной газовой смеси в квартирах и получена новая зависимость вероятности взрывов в квартирах в течение времени t от надежности регулятора давления на ГРП, надежности отсекателя мгновенного действия, надежности сбросного клапана и сроков их контроля.
2. Разработана методика выбора оптимальных, с точки зрения безопасности сроков контроля, средств газовой защиты, обеспечивающих нормируемый уровень взрывобезопасности квартир.
3. Произведен расчет взрывобезопасности квартиры, выбраны оптимальные, с точки зрения безопасности сроки профилактики средств газовых защит, при которых обеспечивается нормируемый уровень взрывобезопасности.

Литература:

1. Шевченко О.А. Прогнозирование и предотвращение опасности возгорания в электрических сетях, промышленных и бытовых объектах. Автореферат на соискание учебной степени канд. техн. наук, — Донецк 2003. — 20 с.
2. Кемени Дж., Снел Дж. Конечные цепи Маркова — М.: Наука, 1971. — 271 с.
3. Розанов Ю.А. Случайные процессы: Краткий курс. – М.: Наука, 1971. — 286 с.
4. ГОСТ 12.1.010-76. Взрывобезопасность. Общие требования. – М.: Изд-во стандартов, 1976. — 6с.
5. Анализ аварий и несчастных случаев на объектах газового надзора/ Б.А. Красных, В.Ф. Мартынюк, ТС. Сергиенко и др. — М.: 000 «Анализ опасностей», 2003. - 320 с.
6. Отчет о деятельности Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору. — Федеральная служба по экологическому, технологическому и атомному надзору. — М., 2002, 2003, 2004,2005.
7. Сорокин А.А. Аварийность и травматизм на объектах газового надзора в 1997 г. // Безопасность труда в промышленности. — 1998. — №7. — с. 10-11.



rus       ua       eng    ссылки       отчет о поиске       библиотека       индивидуальное задание
Главная страница ДонНТУ           Страница магистров ДонНТУ