Теория большого прорыва: повышаем безопасность трубопровода с помощью модели

Многие помнят череду аварий 2023-2024 годов в крупных городах страны, когда из-за порывов трубопроводов без отопления оставались целые районы крупных городов. Опасность таких инцидентов заключается не только в отключении батарей в квартирах: иногда порывы приводят к человеческим жертвам. При разгерметизации нефтепроводов и нефтепродуктопроводов возможны масштабные разливы и загрязнение окружающей среды.

Поэтому для инженерной оценки потенциальных последствий необходимо учитывать множество факторов. Сделать это можно в трехмерной модели объекта. Расчетная модель позволяет учитывать множество факторов: от вида трубопровода до особенностей вентиляции здания поблизости. Аварийное воздействие на застройку – пространственная и динамическая задача с множеством элементов. В программном обеспечении можно смоделировать нештатную ситуацию и оценить последствия взрыва газа или порыва тепловой магистрали на конкретном участке. Например, нефтепродукты загрязняют почву, а горячая вода способна размыть грунт и повредить соседние подземные коммуникации. Все эти факторы нужно тщательно просчитать. Еще один нюанс: нормативные требования к трубопроводам, зданиям, охранным зонам и так далее. 

Для инженерного аудита важна последовательность, в которой каждый вывод имеет проверяемый источник и конкретный объект применения.

Пошагово этот процесс выглядит так:

1. Фиксация. В паспорт исходных данных включают тип трубопровода и его правовой статус, транспортируемое вещество, давление и так далее. Фиксируются рельеф, метеорологические условия, геометрия застройки, подземные сооружения и коммуникации. Собираются сведения о назначении зданий, конструктивной схеме, материале наружных стен, остеклении, воздухозаборах, вентиляции, подвалах и режиме пребывания людей. Такой состав исходных данных согласуется с российской методологией анализа риска и международной практикой управления целостностью трубопроводов.

2. Формирование набора представительных аварийных сценариев. Сценарий должен задавать место и характер разгерметизации, фазовое состояние продукта, продолжительность поступления вещества, момент срабатывания арматуры, погодные условия и вариант воспламенения. Для неизвестных параметров целесообразен анализ чувствительности: несколько вариантов времени отсечения, направлений ветра, состояний вентиляции или прочности ограждений.

3. Расчет последствий.  Для взрыва аудитору нужно знать нагрузку на фасад и ее временную характеристику; для пожара — тепловое воздействие и его продолжительность; для токсичного выброса — концентрацию во времени около конкретных путей поступления воздуха; для гидродинамического сценария — область размыва, возможную потерю грунта и деформацию основания. Карта изолиний остается важным промежуточным результатом, а техническое заключение усиливается привязкой к конкретным конструкциям и помещениям. 

4. Фактическую уязвимость существующей застройки нужно подтвердить обследованием. Для фасада фиксируются тип и состояние стекла, рам и анкеров, кладки и ее связей; для несущей системы – дефекты, изменения расчетной схемы и состояние узлов; для инженерных систем – реальная схема воздухозабора и вентиляции.

Для итогового аудиторского решения полезен единый принцип: вывод должен позволять восстановить сценарий, исходные данные, метод, контрольную точку, состояние здания, критерий повреждения, неопределенность и мероприятие, влияющее на результат. Поэтому защитные мероприятия нужно выстраивать послойно.

Сегодня на отечественном рынке представлены различные программные комплексы, с помощью которых можно просчитать нагрузку на отдельные элементы и смоделировать отдельные процессы при аварии на рассматриваемом участке:

Fidesys — для оценки прочности и напряженно-деформированного состояния труб;

CADFlo — для моделирования течений, распространения газовых примесей и тепловых воздействий в пределах применимости реализованных физических моделей;

GeomechaniCS — для расчета деформаций грунтового массива и устойчивости склонов, влияющих на условия работы трубопровода.

Специалисты CS Group (АО «СИЭС Групп») работают с исходными данными, учитывают требования заказчика, оценивают состояние трубопровода и инфраструктуры, готовят расчетные модели и анализируют результаты с учетом множества факторов: от законодательных требований до инженерно-геологических условий. С помощью комплекса программного обеспечения можно оценить, как то или иное защитное мероприятие повлияет на возможные повреждения инфраструктуры или объектов. Такой подход позволяет подобрать подходящие защитные меры. В результате таких расчетов заказчик получает расчетное обоснование решений, которое учитывает специфику проекта.

Карина Матвеева,

начальника отдела внедрения систем инженерного анализа CS Group

Фото: vk.com/spb_today