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