Научный семинар «Промышленная безопасность» МЕТОДЫ И МЕТОДИКИ ОЦЕНКИ ПОСЛЕДСТВИЙ ПРОМЫШЛЕННЫЙ АВАРИЙ.

Научный семинар «Промышленная безопасность»
МЕТОДЫ И МЕТОДИКИ ОЦЕНКИ ПОСЛЕДСТВИЙ
ПРОМЫШЛЕННЫЙ АВАРИЙ.
Москва, 22 ноябрь 2010 г.
О некоторых существенных факторов оценки
последствий и риска на опасных
производственных объектах на опыте
применения программного обеспечения Det
Norske Veritas (DNV) PHAST-SAFETI в России
•
•
•
к.ф. - м.н. Пантелеев В.А., ООО «Институт Риска и безопасности»
Назаренко Д.И., ООО «Институт Риска и безопасности»
Ефремов К.В, ЗАО НТЦ ПБ Группы компаний «Промышленная
безопасность»
1
Немного истории
• Изучая подшивки профессиональных журналов в области
оценки рисков промышленных аварий 1960-1990, можно
обнаружить, что существенная доля публикаций посвящена
разработке методик решения задач моделирования
пространственного распределения интенсивности опасных
факторов аварий: модели истечения, тепловые потоки от
пожаров проливов, огненных шаров, огненных струй, параметры
ударных вол от взрывов ТВС и конденсированных ВВ,
распространения взрывоопасных и токсичных газов в
атмосфере.
• Проводятся эксперименты, включая широкомасштабные,
разрабатываются математические модели, проводятся
сравнения результатов, верификации с экспериментами,
разрабатываются руководства по оценке рисков.
• Классическим является руководство по количественной оценки
риска разработанное Голландским институтом TNO в 198* г. –
широко известная серия «цветных книг»:
2
Немного истории
•
•
•
•
После этого количество публикаций в международных
профессиональных журналах на тему разработки моделей оценки
последствий аварий ИНЖЕНЕРНОГО КЛАССА резко снижается. Из
чего можно сделать вывод, что вопрос оценки последствий
промышленных аварий с целом в инженерном приближении завершен
на уровне достаточном для практической деятельности. Безусловно
поднимаются отдельные проблемы, проводятся частные улучшения
моделей, но «бума активности» уже нет.
Но есть определенное оживление в связи с ростом мощности
компьютеров – инженерные коды пытаются учесть больше
факторов
В России процесс «борьбы методик» существенно затянулся, однако с
официальным признанием известных мировых методик, которые при
даже поверхностном анализе часто имеют хорошо просматриваемые
классические истоки «накал страстей» несколько поутих.
Кроме официальной интеграции мирового опыта в российскую
методическую базу это еще связано с тем, что при разработке
деклараций промышленной безопасности, паспортов безопасности
промышленной безопасности нет формального запрета на
использование международных методик.
3
Опыт применения зарубежных методик в России
• Примером успешного использования в России для целей
оценка последствий и рисков аварий зарубежных методик
является опыт использования широко известного в мире
программного обеспечения PHAST-SAFETI фирмы DNV.
• Программы DNV успешно использовались для разработки
деклараций промышленной безопасности, паспортов
безопасности, проектной документации в части разработки
томов «Промышленная безопасность» и ИТМ ГОЧС, а так же
разработки паспортов безопасности территорий, всего
около 60 работ по оценки риска пожаровзрывоопасных и
химически опасных объектов и территорий.
• Программы DNV успешно зарекомендовали себя при
проведения оценок риска и последствий на объектах нефтепродукто обеспечения, первичной переработки нефти,
складах хлора и фосгена, водоканалах, аммиачных
холодильниках, нефтеперевалочных морских терминалах,
сернокислотных объектах, объектах
нефтеперерабатывающех и химической промышленности.
4
О верификации и валидации «черных ящиков» DNV
5
О верификации и валидации «черных ящиков» DNV
6
О верификации и валидации «черных ящиков» DNV
7
О верификации и валидации «черных ящиков» DNV
•
Модели JFSH-RADS которая используется в программе Phast для расчета
характеристик огненной струи успешно прошла верификацию по экспериментальным
данным представленным в работе: Chamberlain, G. A., “Developments in design methods for
predicting thermal radiation from flares”, Chem. Eng. Res. Des., Vol. 65, pp 299-309, (July 1987).
•
8
О верификации и валидации «черных ящиков» DNV
В качестве примера можно привести верификацию оригинальной модели DNV для пожара
пролива POLF-EXPS проводилась на основе экспериментальных данных представленных в
работах:
–Nedelka,
D., …, “The Montoir 35 m diameter LNG pool fire experiments” Proc. 9th Intl. Cong and
•
Exposition on LNG, LNG9, Nice, 17-20 October 1989, Published, Institute of Gas technology, Chicago,
Vol. 2, pp III-3 1-23 (1990) экспериментов
–Lois, E., …“Fire hazard in oil tank arrays in a wind”, Colloquium on fire and explosion, pp 1087-1098
В данных работах была измерена интенсивности излучения при горении проливов метана
(диаметр пролива 35 м) и гексана (диаметр пролива 6 м).
9
Сравнение PHAST и ТОКСИ-3
•
2. РД-03-26-2007 Методические указания по оценке последствий аварийных выбросов опасных
веществ
10. Методика определения расчетных величин пожарного риска на производственных объектах.
Утверждена МЧС РФ 10.07.2009.
10
Сравнение PHAST и ТОКСИ-3
•
11. РД-03-409-01 Методика оценки последствий аварийных взрывов топливно-воздушных смесей.
11
Сравнение PHAST и ТОКСИ-3
•
10. Методика определения расчетных величин пожарного риска на производственных объектах.
Утверждена МЧС РФ 10.07.2009.
12
Некоторые выводы
• В России периодически появляются работы в которых при
«прочих равных» исходных событиях проводятся
сравнительные анализы результатов.
• Можно сделать следующий вывод – при адекватном
применения адекватных моделей различия в оценках
распределения интенсивности поражающих факторов дают
достаточно хорошее для практических целей совпадение.
• Тем не менее вопросы выбора методик для оценки последствий
аварий и рисков традиционно в России остаются проблемой
научных споров и групповых интересов.
• Так например для оценки пожарных рисков в России теперь
ОПЯТЬ можно применять, только ограниченный список методик
для частных опасных явлений.
• Объективно такая позиция должна привести к возобновлению
многочисленных и длительных споров между разработчиками
методик на различных уровнях.
13
Некоторые выводы
• Где же выход????
•
В США к 85 году было накоплено огромное количество моделей атмосферной дисперсии. Для
решения вопросов валидации и верификации этих моделей был разработан документ и создан
соответствующий центр:
•
40 CFR Part 51, Revision to the Guideline on Air Quality Models: Adoption of a Preferred
General Purpose (Flat and Complex Terrain) Dispersion Model and Other Revisions
•
EPA’s Support Center for Regulatory Air Modeling (SCRAM) nternet Web
site at http://www.epa.gov/scram001.
• Без системы подобного рода с четко
писанными нормами обобщающими
накопленный опыт споры будут ВЕЧНЫМИ
14
• Однако из поля зрения часто выпадают
существенно более важные, или во
всяком случае не менее важные
вопросы инженерных оценок
последствий аварий, связанные с
выбором параметров закладываемых в
расчеты.
15
«ГИБКИЕ» параметры оценки
последствий и рисков
• Диаметр течи
• Время течи
• Угол выброса
• Параметры пробит функций при
токсических выбросах
16
Характеристики риска в зависимости от диаметра течи по жидкой фазе, при аварии
железнодорожной цистерны 15-1556 с хлором. Масса хлора 57,5 т, температура окружающей
среды 20 С, шероховатость поверхности «промышленная зона». Время истечения – 300 сек.
Устойчивость атмосферы – тип F, скорость ветра – 1,5 м/с.
Радиус поражение при различных диаметрах течи
2500
Радиус поражения, м
2000
1500
90%
50%
10%
1%
1000
500
0
0
5
10
15
20
25
30
35
диаметр отверстия, м
17
Плотность населения 1000 чел/км2
максимальное кол-во погибших, чел.
600
500
Чел.
400
300
200
100
0
15
20
25
30
35
Диаметр течи, мм
18
Плотность населения 1000 чел/км2
Чел.
коллективный риск, чел/год
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
15
20
25
30
35
Диаметр течи, мм
19
Радиус зоны снижения риска
4000
3500
3000
1,E-01
1,E-02
1,E-04
2500
1,E-05
1,E-06
m
1,E-03
2000
1500
1000
500
0
0
10
20
30
Диаме тр те чи, мм
20
Характеристики рискав в зависимости от времени течи Ду25 по жидкой фазе, при
аварии железнодорожной цистерны 15-1619 с аммиаком. Масса аммиака 49,4 т,
температура окружающей среды 20 С, шероховатость поверхности
«промышленная зона». Устойчивость атмосферы – тип F, скорость ветра – 1,5 м/с.
Радиус зон поражения
2500
Радиус поражения, м
2000
1500
90%
50%
10%
1%
1000
500
0
0
100
200
300
400
500
600
Время течи, с
21
максимальное кол-во погибших, чел.
400
350
300
Чел.
250
200
150
100
50
0
0
100
200
300
400
500
600
Время течи, с
22
коллективный риск, чел/год
70
60
Чел.
50
40
30
20
10
0
0
100
200
300
400
500
600
Время течи, с
23
Радиус зоны снижения риска
4000
1,E-01
1,E-02
1,E-03
1,E-04
1,E-05
1,E-06
3500
3000
m
2500
2000
1500
1000
500
0
0
100
200
300
400
500
600
Время течи, с
24
Зоны поражения от огненного
факела, ЖД цистерна, Пропан
25
Пример оценки величины зоны поражения при
дрейфе облака ПГФ
26
Вероятность гибели при авариях
Хлор (вагон-цистерна 15-1556) , 57,5 т, 1,5/F.
Вариация угла истечения, истечение за 600 с
27
Оценки характеристик рисков зон поражения в зависимости от принятой пробит
функции, при аварии железнодорожной цистерны 15-1619 с аммиаком. Масса
аммиака 49,4 т, температура окружающей среды 20 С, шероховатость поверхности
«промышленная зона». Тип аварии – мгновенный разрыв. Устойчивость
атмосферы – тип F, скорость ветра – 1,5 м/с.
28
29
30
Оценки характеристик рисков зон поражения в зависимости от принятой пробит
функции, при аварии железнодорожной цистерны 15-1556 с хлором.
Масса хлора 57,5 т, температура окружающей среды 20 С, шероховатость
поверхности «промышленная зона».
Тип аварии – мгновенный разрыв. Устойчивость атмосферы – тип F, скорость ветра
– 1,5 м/с.
31
32
33
Авария при обращении с аммиаком
13.07.73
Потчефструм (ЮАР)
Эта авария, происшедшая на заводе по выпуску
удобрений, характеризуется самым большим количеством
погибших за всю историю аварий на объектах с аммиаком.
Причиной
аварии
стало
крупное
разрушение
горизонтального цилиндрического резервуара со сжиженным
аммиаком, хранившемся под давлением при температуре 15
ºС, – произошел отрыв торцевой части. Практически
мгновенно в горизонтальном направлении из резервуара
было выброшено 38 т аммиака, под выброс попали
близлежащие резервуары.
Жертв: 18 человек.
34
35
Авария при обращении с хлором
06.01.05
Грэнитвилль (США, штат Южная Каролина)
Глубокой ночью, в промзоне небольшого городка в
результате столкновения двух поездов на железной дороге
произошло разрушение цистерны, содержащей 82 тонны
сжиженного хлора, размер отверстия составлял около 90
см в длину и примерно 15 см в ширину; это отверстие было
пробито сцепкой соседнего вагона. Из цистерны вышло
около 50% хлора.
Жертв: 9 человек.
36
37
Выводы
• Из приведенных данных можно сделать
вывод, что в ряде случаев выбор
параметров аварии таких как диаметр
течи и время перекрытия, играют
существенно большую роль, чем выбор
методики и/или модели для
моделирования процесса, конечно при
условии выбора моделей и методик
адекватных происходящим явлениям.
38