CC BY
36
_Успехи в химии и химической технологии. ТОМ XXIX. 2015. № 4_
УДК 681.3
Е. В. Мищенко*, Т. В. Савицкая
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д. 20 * e-mail: lena-mischenko@list.ru
МОДЕЛИРОВАНИЕ АВАРИЙ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ЗАГРОМОЖДАЮЩИХ ПРОСТРАНСТВАХ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА FLACS
Аннотация
Рассмотрены функциональные возможности программного комплекса FLACS, предназначенного для моделирования последствий выбросов и взрывов для горючих и токсичных сценариев рассеяния. Представлены результаты моделирования распространения волны давления взрыва при различных загромождающих пространствах.
Ключевые слова:
авария, моделирование взрывов и рассеяний, загромождающее пространство.
Аварии на химически опасных объектах занимают одно из важнейших мест среди чрезвычайных ситуаций техногенного характера. Широкое внедрение достижений химии и процессов химической технологии в различные отрасли народного хозяйства во второй половине ХХ столетия обусловило возрастание техногенных опасностей, связанных с химическими авариями, которые могут сопровождаться выбросами в атмосферу токсичных взрыво- и пожароопасных веществ, значительным материальным ущербом и большими человеческими жертвами. Для того чтобы избежать возможных тяжелых последствий химических аварий рекомендуется проводить прогнозирование их последствий с использованием специализированных программных комплексов. В связи с этим актуальным становится выбор программного обеспечения для компьютерного моделирования и оценки последствий аварий.
С 2010 г. в РХТУ им. Д.И.Менделеева на кафедре компьютерно-интегрированных систем в химической технологии (КИС ХТ) накоплен большой опыт проведения лабораторных работ с использованием программного комплекса (ПК) ТОКСИ+ИЖ [1], предоставленного ЗАО «Научно-технический центр исследований проблем промышленной
безопасности» [2].
В январе 2015 г. норвежская компания ОехСоп Л8 [3], которая является мировым лидером в области безопасности и управления рисками и моделирования рассеяний, взрывов и пожаров, передала РХТУ им. Д.И.Менделеева сетевую версию программного комплекса РЬЛСБ (версия 10.3) сроком на полгода для использования в учебном процессе. С февраля 2015 года началось масштабное освоение программного комплекса в рамках преддипломной практики студентами 5 курса, а так же аспирантами кафедры КИС ХТ. Были изучены функциональные возможности программного комплекса РЬЛСБ и приобретены навыки работы с основными модулями программы, проведен анализ базы данных, составлены руководства для выполнения лабораторных работ с использованием программного
комплекса, подготовлены задания и проведены лабораторные работы со студентами двух групп в весеннем семестре 2014/2015 учебного года.
FLACS (FLame ACceleration Simulator) -программное средство для моделирования последствий выбросов и взрывов для всех типичных горючих и токсичных сценариев рассеяния. Основными функциональными возможностями программного комплекса являются:
- Комплексное моделирование взрывов и рассеяний;
- Представление последствий моделирования
в 3D;
- Импорт и ручное редактирование геометрических объектов;
- Моделирование двухфазных жидкостей;
- Моделирование газовых смесей;
- Моделирование переходных (зависящих от времени) процессов.
Программный комплекс FLACS состоит из следующих компонентов:
1. Pre-processor CASD (Computer Aided Scenario Design) - используется для подготовки входных данных, определяющих процесс моделирования: геометрической модели, вычислительной сетки, пористости и описания сценариев.
2. Post-processor Flowvis - программа, предназначенная для визуального представления результатов моделирования процессов взрывов газов, рассеивания газовых облаков и многофазных розливов.
3. FLACS Run Manager - основной компонент программы, служит для непосредственного проведения расчетов, запуска Pre-processor CASD и Post-processor Flowvis и вызова командной строки.
В качестве предустановленных для моделирования представлены такие сценарии, как рассеяние, взрыв газа, моделирование инертных газов, моделирование отработанных газов, моделирование двухфазного потока, разлив.
Основными преимуществами программного комплекса FLACS являются:
- учет рельефа поверхности;
- возможность моделирования при различных загромождающих пространствах;
- возможность гашения взрыва путем установки легкосбрасываемых конструкций и другие.
С использованием программного комплекса ГЬЛС8 (версия 10.3) было проведено моделирование распространения волны давления при различных загромождающих пространствах, для которого используется модель горения. В основе модели лежит эмпирическая зависимость скорости ламинарного
Решение задачи начиналось с создания геометрии, как на рисунке 1. Были заданы основные данные расчета: сценарий расчета - взрыв газа (Gas explosion); положения датчиков (рис.1); переменные, измеряемые датчиками, и переменные расчета: P (давление, бар), FUEL (концентрация горючего вещества); размеры области распространения вещества - (9 м, 4.5 м, 4.5 м); объемные доли фракций: метан - 91.7%, этан - 7%, пропан - 1.3%; положение точки зажигания - (2 м, 2 м, 1 м), мгновенное зажигание (время задержки зажигания нулевое).
горения от концентрации смеси и эквивалентного соотношения топливо -окислитель. Объект (рис .1) включает в себя прямоугольный ангар объемом 182 м3, в котором размещено 40 и 20 труб диаметром 0,18 м, длиной 4,5 м, моделирующих загроможденность пространства, и три внешних объекта-мишени объемом 12,5 м3, располагающихся на различных расстояниях от ангара. Расстояние между трубами составляет 1 м.
б 4
Датчики МР;(х,у, г), I = количество которых
варьировалось от 9 до 21, располагали во всем объеме.
Как видно из рисунков 2 и 3 при взрыве опасной смеси в ангаре с 40 трубами самые опасные значения концентрации и давления фиксируют датчики МР4 с координатами (11 м, 2 м, 0,5 м), МР6 с координатами (11 м, -2 м, 0,5 м) и МР1 с координатами (5 м, 2 м, 7 м). Наибольшая концентрация смеси составляет 0,019 м3/м3 в момент времени 1,7 с, а наибольшее давление составляет 0,002 бар в момент времени 1,5 с.
О 500 1000 1500 2000 2500
TIME (ms)
Рис. 2. Графики зависимости концентрации опасной смеси от времени на всех датчиках для 40 труб
—0.0005 - -
TIME (m5)
Рис. 3. Графики зависимости давления от времени на всех датчиках для 40 труб
Для случая меньшей загроможденности (20 труб) аналогичные датчики зафиксировали максимальные значения параметров расчета. Наибольшая концентрация смеси уменьшилась в 1,05 раз и составляет 0,018 м3/м3 в момент времени 1,7 с, а наибольшее давление уменьшилось в 1,3 раза и составляет 0,0015 бар в момент времени 1,5 с.
Таким образом, можно сделать вывод о том, что наиболее опасные последствия при взрыве смеси газа
в ангаре при различных загромождающих пространствах будут наблюдаться у ангара и над ангаром. При загроможденности при 40 трубах скачки давления и концентрации сильнее, чем при 20 трубах. Это объясняется тем, что при взрыве в ангаре с большей загроможденностью для газа остается меньше свободного пространства, поэтому распространение волны давления происходит быстрее и дальше.
Мищенко Елена Викторовна, студентка 5 курса факультета Информационных технологий и управления РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва.
Савицкая Татьяна Вадимовна, д.т.н., профессор кафедры Компьютерно-интегрированных систем в химической технологии РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва.
Литература
1. Егоров А. Ф., Савицкая Т. В., Агапов А. А. Опыт использования программного комплекса ТОКСИ^1^ для подготовки специалистов// Безопасность труда в промышленности. - 2012. - №5. - С. 22-24.
2. Группа компаний Промышленная Безопасность. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.safety.ru/ (дата обращения: 28.04.2015).
3. Сайт компании GexCon As. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.gexcon.com/ (дата обращения: 28.04.2015).
Mishchenko Elena Victorovna*, Savitskaya Tatiana Vadimovna
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia * e-mail: lena-mischenko@list.ru
SIMULATION OF THE ACCIDENTS WITH DIFFERENT CLUTTERED SPACE USING SOFTWARE FLACS
Abstract
Functional capabilities of software FLACS designed for simulations of the effects of emissions and explosions for flammable and toxic dispersion scenarios have considered. The results of the simulation of the propagation of the pressure wave of the explosion at various clutter of the space are presented.
Key words: accidents, simulation of the explosions and scattering, cluttered space.
