Analiza zdarzenia awaryjnego uszkodzenie¼ar-gazu-ziemnego... · obiektów (np. altana drewniana),...

Analiza zdarzenia awaryjnego – uszkodzenie rurociągu i pożar gazu ziemnego

mł. bryg. mgr inż. Piotr LESIAK

Zespół Laboratoriów Procesów Spalania i Wybuchowości

CNBOP-PIB

Statystyka zdarzeń awaryjnych

Data Source: US DOT Pipeline and Hazardous Materials Safety Administration (1997-2016)

Calendar Year Number Fatalities Injuries Total Cost As Reported $

1997 58 1 5 10 056 885

1998 72 1 11 34 165 324

1999 41 2 8 14 726 834

2000 65 15 16 15 206 371

2001 67 2 5 12 095 165

2002 57 1 4 15 879 093

2003 81 1 8 45 456 172

2004 83 0 2 10 697 343

2005 106 0 5 190 703 949

2006 108 3 3 31 383 314

2007 86 2 7 43 176 634

2008 93 0 5 111 977 088

2009 92 0 11 43 988 350

2010 84 10 61 582 994 584

2011 105 0 1 109 224 929

2012 89 0 7 49 108 395

2013 96 0 2 45 503 483

2014 120 1 1 48 625 100

2015 131 6 14 51 609 804

2016 86 3 3 53 424 837

Podsumowanie całkowite 1 720 48 179 1 520 003 654

Incident Count

3 Year Average - (2014-2016) 112

5 Year Average - (2012-2016) 104

10 Year Average - (2007-2016) 98

20 Year Average - (1997-2016) 86

Fatalities

3 Year Average 3

5 Year Average 2

10 Year Average 2

20 Year Average 2

Injuries

3 Year Average 6

5 Year Average 5

10 Year Average 11

20 Year Average 9

Total Cost

3 Year Average $51 219 914


10 Year Average $113 963 320


2017 Year-To-Date

Incidents 62

Fatalities 0

Injuries 2

Total Cost $11 316 344

System Type: GAS TRANSMISSION ONSHORE


Calendar Year Number Fatalities Injuries Total Cost As Reported $

1997 346 10 77 $79 757 922

1998 389 21 81 $126 851 351

1999 339 22 108 $130 110 339

2000 380 38 81 $191 822 840

2001 341 7 61 $63 092 462

2002 642 12 49 $102 167 588

2003 670 12 71 $139 044 004

2004 671 23 60 $267 836 502

2005 719 17 47 $1 245 463 189

2006 639 21 36 $151 983 767

2007 611 15 49 $153 903 544

2008 660 8 56 $565 532 340

2009 627 13 64 $179 070 183

2010 586 22 108 $1 692 500 877

2011 590 14 56 $426 229 970

2012 573 12 57 $229 613 337

2013 619 9 44 $349 656 465

2014 707 19 95 $306 561 660

2015 714 12 49 $344 463 350

2016 636 16 88 $329 387 786

Podsumowanie całkowite 11 459 323 1 337 $7 075 049 476


System Type: GAS TRANSMISSION ALLTYPE

Incident Count

3 Year Average - (2014-2016) 686

5 Year Average - (2012-2016) 650

10 Year Average - (2007-2016) 632

20 Year Average - (1997-2016) 573

Fatalities

3 Year Average 16

5 Year Average 14

10 Year Average 14

20 Year Average 16

Injuries

3 Year Average 77

5 Year Average 67

10 Year Average 67

20 Year Average 67

Total Cost



10 Year Average $457 691 951

20 Year Average $353 752 474

2017 Year-To-Date

Incidents 451

Fatalities 3

Injuries 26

Total Cost $92 270 063



System Type: GAS TRANSMISSION ALLTYPE System Type: GAS TRANSMISSION ONSHORE

Przykłady zdarzeń awaryjnych

https://stateimpact.npr.org/pennsylvania/2016/03/18/u-s-to-expand-safety-rules-for-natural-gas-pipelines/

Pożar gazu ziemnego rurociągu wysokiego ciśnienia w Sissonville 2012 • pękniecie spawu, korozja, • 8 osób zmarło wskutek poparzeń

natychmiastowo, • 50 osób hospitalizowanych, • średnica rurociągu 30 cali=0,76 m, • ciśnienie 1000 PSI=6,9 MPa,

https://www.youtube.com/watch?v=a7Sjl_x3fs0

Przykłady zdarzeń awaryjnych

http://boom-va.blogspot.com/2016/

Pożar gazu ziemnego rurociągu wysokiego ciśnienia w Appomattox 2008 • uszkodzenie podczas prac ziemnych,

korozja, • 5 osób hospitalizowanych, • średnica rurociągu 42 cale=1,07 m, • ciśnienie 800 PSI=5,5 MPa,

https://www.youtube.com/watch?v=r2ths0YAgZs

http://www.energyindustryphotos.com/pipeline_blowout_photos_and_natu.htm

Zdarzenie Janków Przygodzki

Miejsce i okoliczności zdarzenia: • zdarzenie miało miejsce w Jankowie Przygodzkim 14.11.2013 r. podczas prac ziemnych

związanych z instalacją nowej nitki gazociągu DN 700 i projektowym ciśnieniu 8,4 MPa wzdłuż czynnego gazociągu wysokiego ciśnienia DN 500 i grubości ścianki 8 mm,

• przygotowano wykop o głębokości 3 m i szerokości 1,5 – 2,5 m, ziemia wykopana z rowu była odkładana wzdłuż niego, w okolicach terenu, w którym przebiegał czynny gazociąg,

• w dniu 14.11.2013 r. zaplanowane było ułożenie rury DN 700 w wykopanym rowie i przepuszczenie jej pod drogą, a następnie złączenie dwóch innych odcinków w odległości 200-300 m od miejsca przepustu,

• prace montażowe były wykonywane w odległości 4-5 m od czynnego gazociągu, • w trakcie prac, lokalnie występowały osuwiska bocznych ścian rowu. Podczas prac wskutek

osunięcia się ziemi został odsłonięty czynny gazociąg na odcinku o długości 3 m, w odległości 15 - 20 m od drogi pod, którą miał być wykonany przepust rurowy.


Harmonogram zdarzenia: Data 14.11.2013 r. 13.30 – Świadkowie opisują huk/wybuch gazu, 13.32 – Zauważenie zdarzenia przez osoby postronne, 13.33 – Telefoniczne zgłoszenie zdarzenia do służb ratowniczych, 13.42 – Przybycie pierwszego podmiotu ratowniczego, 14.00 – Służba gazownicza zakręca zawory na liniach przesyłowych gazu DN 400 i DN 500, 14.49 – Informacja o zmniejszającym się ciśnieniu gazu, 18.00 – Zlokalizowanie zagrożenia, 18.56 – Płomienie sukcesywnie słabną, 21.26 – Płomienie nie przekraczają 2-3 m, 22.45 – Pożar gazu wydobywającego się z jednego końca zerwanego gazociągu zniknął z uwagi na całkowite wypalenie materiału palnego. Trwa dogaszanie w rejonie,

Harmonogram zdarzenia: Data 15.11.2013 r. 01.50 – Niewielkie zarzewia ognia w kilku miejscach. Trwa dogaszanie, 08.15 – Likwidacja zagrożenia, 10.20 – Zakończenie działań ratowniczych,


Sekwencja awarii

1) Fizyczne przerwanie czynnego gazociągu wysokiego ciśnienia DN 500.

• prawdopodobna przyczyna: gazociąg DN 500 uległ przerwaniu

na miejscu łączenia (spaw) dwóch odcinków rur wskutek działania sił zewnętrznych (usuwisko ziemi)


Sekwencja awarii 2) Gwałtowny, natychmiastowy wypływ gazu

pod wysokim ciśnieniem do atmosfery.

• w chwili przerwania gazociągu nastąpił

natychmiastowych wypływ strumienia sprężonego gazu z obu odcinków rur w przeciwnych kierunkach,

• rozerwaniu odcinków towarzyszył silny odgłos wybuchu,

• opad gruntu w znacznej odległości od miejsca zdarzenia (50 – 70 m)- świadczy to o tym, że w miejscy zdarzenia doszło do uwolnienia w krótkim przedziale czasu znacznej ilości energii fizycznej w formie fali nadciśnienia (fala uderzeniowa-wybuch fizyczny),

• chwilowa prędkość liniowa wypływu gazu mogła osiągnąć wartość znaczenie powyżej prędkości dźwięku w powietrzu - prędkość rzędu powyżej 1000 m/s.

• efekt wyrzutu gleby na znaczną odległość został wzmocniony wskutek znajdowania się gazociągu w wykopie,

• utworzenie się stref zagrożenia wybuchem


Symulacja: • w celu określenia prawdopodobnego rozkładu stężeń

gazu wypływającego po rozerwaniu rurociągu wykorzystano program służący do symulacji zdarzeń awaryjnych o nazwie RIZEX-2,

• przyjmując najdłuższy czas od momentu uwolnienia się gazu do momentu zapłonu, tj. 20 s wyznaczono kształt (2 D) wraz z rozkładem stężeń mieszaniny gazowo – powietrznej (czas, 1, 5, 10, 15, 20s),

• obliczenia nie uwzględniają, np. elementów charakterystyki wykopu, w których znajdowały się odcinki gazociągu, a które mogły mieć wpływ na ostateczny kształt i zasięg chmury,

• wyznaczony stosunek szerokości chmury do jej długości jest <1, oznacza to, że pod wpływem wysokiego ciśnienia gazu w gazociągu, kształtująca się chmura gazu posiadała silnie wydłużony kształt,

• w obszarze pomiędzy DGW-GGW mogły znaleźć się obiekty budowlane zlokalizowane bezpośrednio przy miejscu awarii.

Warunki przyjęte do obliczeń w programie RIZEX-2: • średnia temperatura powietrza 1OC, • temperatura gazu 0OC, • zachmurzenie całkowite bez inwersji, • prędkość wiatru 3 m/s, południowo-wschodni,


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


Sekwencja awarii 3) Wybuch gazu w przestrzeni

nieograniczonej.

Z uwagi na możliwość wymieszania się gazu i powietrza należy rozważyć, że efektem zapłonu mógł być: • wybuch w przestrzeni nieograniczonej(UVCE)

mieszaniny gazu i powietrza, charakteryzujący się generowaniem niedużych wartości nadciśnienia lub,

• pożar błyskawiczny (flashfire), charakteryzujący się brakiem wytworzenia fali nadciśnienia, szybko przesuwającym się frontem płomienia w mieszaninie palnej (prędkość poddźwiękowa w danym ośrodku) oraz generowaniem wysokiej temperatury i strumienia promieniowania cieplnego w krótkim czasie,

Analizując skutki zdarzenia zaobserwowano uszkodzenia powierzchni szklanych w kilku budynkach m.in.: nr 54A, nr 59.


Symulacja: 3) Wybuch gazu w przestrzeni nieograniczonej.

Przyjęte parametry do oceny skutków nadciśnienia: 1,5 kPa – powoduje niewielkie zniszczenia lekkich

dachów, ok. 1% zniszczonych przeszkleń, 2 - 3 kPa – powoduje niewielkie zniszczenia

budynków mieszkalnych, do naprawienia, drobne zniszczenia dachów, elementów zewnętrznych, utrata równowagi przez osoby będące w zasięgu oddziaływania, ok. 5-10% zniszczonych przeszkleń

5 – 10 kPa – domy mieszkalne nie nadają się do samodzielnej naprawy, możliwe zniszczenia dachów do 25%, silne zniszczenia wolnostojących lekkich obiektów (np. altana drewniana), zniszczenia drzwi i ram okiennych,

25 kPa - znaczne uszkodzenia zewnętrznych elementów budynku (np. komin, poszycie dachu, lekka konstrukcja dachu), większość zniszczeń jest nie do naprawienia, możliwa jest utrata stateczności przez ściany zewnętrzne budynków.

Obliczenia wykonano dla różnych czasów zapłonu, z czego największy zasięg uzyskano dla zapłonu po 10 s. od momentu uwolnienia.

Wartość nadciśnienia

[kPa] Zasięg [m]

1,5 120

2 92

3 65

5 42

10 24

25 6,5


Sekwencja awarii 4) Dwa pożary strumieniowe o

płomieniach przeciwnych. W celu dokonania oceny ilościowej odniesiono się do następujących wartości promieniowania cieplnego 3, 12, 37 kW/m2, które są reprezentatywne dla szacowania skutków tego typu zdarzeń. Dodatkowo zmiany zasięgów przedstawiono w funkcji czasu, tj. dla wartości 1, 5, 10, 15, 60, 120, min od momentu zapłonu chmury gazu. Rysunki należy interpretować w ten sposób, że na każdym z nich naniesiono jeden pożar strumieniowy oddzielenie dla określonej wartości czasu. Jest to spowodowane ograniczeniami stosowanego oprogramowania.

Czas od momentu zapłonu

[s]

Rys. oznaczony „L” Rys. oznaczony „P”

Wartość promieniowania cieplnego [kW/m2]

3 12 37 3 12 37

Zasięg promieniowania cieplnego [m]

1 120 88 78 145 105 95

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

Zdarzenie Janków Przygodzki Zinwentaryzowane zniszczenia 200-37 kW/m2

Dziękuję za uwagę

Analiza zdarzenia awaryjnego uszkodzenie¼ar-gazu-ziemnego... · obiektów (np. altana drewniana),...

Documents

Transcript of Analiza zdarzenia awaryjnego uszkodzenie¼ar-gazu-ziemnego... · obiektów (np. altana drewniana),...