CC BY
91
УДК 614.8
Алгоритм определения наиболее вероятного сценария развития чрезвычайной ситуации, обусловленной выбросами пожаровзрывоопасных и токсичных веществ
ISSN 1996-8493
© Технологии гражданской безопасности, 2012
И.В. Орлянский, В.Ю. Востоков, Е.В. Петрянин
Аннотация
В работе представлены предложения по модернизации системы типизированных фрагментов деревьев событий, сформированные в рамках их апробации при практическом применении и в процессе предаттестационной подготовки экспертов системы независимой оценки рисков, которые упростят алгоритмизацию построения деревьев событий чрезвычайных ситуаций, развивающихся на открытом пространстве и обусловленных пожарами, взрывами и выбросами токсичных веществ.
Ключевые слова: деревья событий; чрезвычайные ситуации; пожары; взрывы; выбросы токсичных веществ.
The Algorithm for Determining the Most Probable Scenario of Emergency Caused by Emissions Flammable and Toxic Substances
ISSN 1996-8493
© Civil Security Technology, 2012
I. Orlyansky, V. Vostokov, E. Petryanin
Abstract
The paper presents proposals for modernization of a system of typifyed event tree fragments. The proposals were prepared under the approbation of their practical application and in the process of pre-certification training of experts in independent risk assessment. The proposals can help simplify the algorithmization of event tree construction for open-space emergencies caused by fires, explosions and releases of toxic substances.
Key words: event trees; emergency; fires; explosions; releases of toxic substances.
В работе [1] в качестве инструмента, способствующего сведению процесса построения и анализа деревьев событий чрезвычайных ситуаций, развивающихся на открытом пространстве и обусловленных пожарами, взрывами и выбросами токсичных веществ, к строгой технологической схеме была предложена система типизированных фрагментов. Данный подход был использован в руководстве по оценке рисков чрезвычайных ситуаций техногенного характера (далее — Руководство [2]), которое было утверждено в установленном порядке (9 января 2008 года № 1-4-60-9) и направлено в территориальные органы МЧС России для использования в практической деятельности. Также указанное Руководство [2] было включено в программу дополнительного профессионального образования по предаттестационной подготовке экспертов системы независимой оценки рисков в области защиты населения и территорий от чрезвычайных ситуаций и гражданской обороны.
Апробация Руководства [2] при их практическом использовании, а также в процессе предаттестацион-ной подготовки экспертов подтвердила востребованность подхода, представленного в [1], и позволила модернизировать систему типизированных фрагментов, что упростило алгоритмизацию построения деревьев событий чрезвычайных ситуаций. Указанная модернизация по сути свелась к ревизии некоторых фрагментов и формированию их устойчивых комбинаций.
Дальнейшее развитие системы типизированных фрагментов, в части интеграции процесса моделирования развития чрезвычайных ситуаций в систему информационной поддержки принятия управленческих решений, связано, прежде всего, с разработкой алгоритма определения наиболее вероятного сценария развития чрезвычайной ситуации. Предполагается, что указанный алгоритм будет строиться на выборе наиболее характерной для свойств вещества и условий объекта цепочки событий, выходящей из точки ветвления того или иного типового фрагмента. После упомянутой по итогам апробации ревизии [3] в системе сценариев по сути имеется три типа точек ветвления (выделены кругом):
точка ветвления тип № 1 (сценарии «Liquid-F» и «Liquid-T») — типовой фрагмент «Пролив»;
точка ветвления тип № 2 (сценарии «Liquid-F» и «Gaseous-F») — типовой фрагмент «Контакт паров (газа) с воздухом»;
точка ветвления тип № 3 (сценарии «Liquid-F», «Gaseous-F» и «Solid») — типовом фрагменте «Реагирующая смесь».
Точка ветвления тип № 1
На рис. 1 представлена точка ветвления тип № 1 из сценария ««Liquid-F».
Для выбора наиболее характерной для свойств вещества и условий объекта цепочки событий, выхо-
Рис. 1. Точка ветвления тип № 1
дящей из точки ветвления типового фрагмента «Пролив», рассмотрим модельную задачу: на грунте сформирован пролив жидкости — определить долю испарившейся (проникшей в грунт) жидкости за время жизни пролива.
Выражения для вычисления массы испарившейся (тисп) и просочившейся в грунт (тпрон) за время жизни пролива (тжизни) жидкости имеют вид:
V S т
исп w жизни '
S т
пппи " -wun-ni
где Шисп и Шпрон — интенсивность испарения и проникновения, соответственно, кг/(м2-сек) 5 — площадь пролива, м2.
Тогда выражение для доли испарившейся жидкости будет иметь вид:
W
W +W
исп прон
Таким образом, чтобы определить долю испарившейся жидкости (сжиженного газа) необходимо вычислить скорость испарения и скорость проникновения жидкости.
Для расчета интенсивности испарения воспользуемся следующей формулой [4]:
W = 0,0735 • с • u
V v ;
где Жисп — интенсивность испарения, кг/(м2-сек);
с — концентрация насыщенных паров пролитого вещества при данной температуре, кг/м3;
и — скорость ветра, м/сек;
Б — коэффициент молекулярной диффузии паров в воздухе, м2/сек;
V — коэффициент кинематической вязкости воздуха, м2/сек.
Концентрацию насыщенных паров пролитого вещества можно определить, используя давление насыщенных паров, через уравнение состояния идеального газа
Мр
с =
RT.
исп
т
прон
Для нахождения давления насыщенных паров можно воспользоваться формулой Антуана [5]
Рн
10
А—
tz +СА
где значения констант А, В и СА берутся из соответствующих таблиц.
Интенсивность проникновения жидкости в грунт, используя закон Дарси, может быть рассчитана по формуле:
прон р жид
К*
воды
жид
где Wпрон — массовая скорость проникновения жидкости в грунт, кг/(м2-с);
ржид — плотность жидкости, кг/м3; К* — коэффициент фильтрации воды через пористую среду, м/с;
уводы , vжuд — коэффициенты динамической вязкости воды и рассматриваемой жидкости, соответственно, Пасек.
Результаты вычислений доли бензина, испарившегося за время жизни пролива, для различного состава грунта следующие:
резкое охлаждение пролива и/или окружающей атмосферы;
организацию автономных канализационных коллекторов в месте возможного образования пролива;
покрытие поверхности пролива слоем более легкой и несмешиваемой с жидкостью, образовавшей пролив, субстанцией, например, пеной.
По итогам представленных рассуждений можно сформировать матрицу определения наиболее вероятного направления развития чрезвычайной ситуации в точке ветвления тип № 1 (табл. 1).
Точка ветвления тип № 2
На Рис. 2 представлена точка ветвления тип № 2 из сценария ««Liqшd-F».
Рис. 2. Точка ветвления тип № 2
в
дисп (глина) = 0,98, 8исп (песок) = 0,026.
Подобные результаты (значения) для других пролитых жидкостей широко представлены в литературе (например, данные по несимметричному диметилги-дразину можно найти в [6]), что позволяет сделать следующие упрощающие предположения о том, что можно пренебречь:
проникновением жидкости в почву при формировании пролива на глинистый грунт или подготовленную поверхность1;
испарением жидкости с поверхности пролива при ее попадании на песок или торф.
Что касается третьей цепочки — «Локализация пролива», подразумевающей исключение как проникновение жидкости в почву, так и попадание ее паров в атмосферу — то она может быть реализована только при осуществлении дополнительных действий по недопущению (резкому снижению) поступления паров жидкости в атмосферу в случае формирования пролива на глинистом грунте или подготовленной поверхности. К числу таких дополнительных действий можно отнести:
При проливе пары горючего вещества в контакте с кислородом воздуха могут воспламениться. Воспламенение может произойти как в режиме самовоспламенения, так и под действием внешних источников. В случае самовоспламенения процесс горения будет носить диффузионный характер (горение пролива), при котором экзотермическая реакция окисления идет в тонком слое при стехиоме-трическом соотношении паров горючего и кислорода воздуха. Если воспламенение инициировано внешним источником (подожжено), то реализация режима диффузионного горения зависит от ряда условий [8]:
концентрация топлива в месте поджига должна находиться внутри концентрационных пределов распространения пламени;
должна существовать линия от места поджига до кромки пролива, на протяжении которой концентрация топлива также должна находиться внутри концентрационных пределов распространения пламени;
скорость ветра, в среднем, в месте поджига и на
Таблица 1
Матрица определения наиболее вероятного направления развития чрезвычайной ситуации
в точке ветвления тип № 1
Наличие мероприятий по недопущению поступления паров жидкости в атмосферу Отсутствие мероприятий по недопущению поступления паров жидкости в атмосферу
Подготовленная поверхность, глинистый и/или промерзший грунт Локализация пролива Испарение с поверхности пролива
Торф, песок Проникновение в грунт и воду
1 Очевидно, что это предположение можно распространить и на промерзший грунт.
протяжении указанной линии должна быть меньше скорости распространения пламени в топливовоз-душной смеси.
Учитывая то:
что скорость распространения пламени в топли-вовоздушной смеси измеряется сантиметрами в секунду, место поджига должно находиться у земли или в циркуляционной зоне, образованной при обдувании ветром какого-либо предмета на поверхности земли;
что из-за наличия атмосферной турбулентности трудно говорить о шлейфе паров за проливом как об односвязанном пространстве на расстоянии уже сравнимом с характерным размером пролива [9], место поджига должно находиться в непосредственной близости с кромкой пролива2.
В противном случае воспламенившаяся топливо-воздушная смесь будет унесена ветром, и мы столкнемся формально с реализацией ветви «Формирование облака» (рис. 2) и последующим возникновением другого режима горения, рассматриваемого ниже.
Схожий сценарий может реализовываться и при попадании в атмосферу воспламеняющихся газов. В этом случае процесс диффузионного горения зачастую называется факельным горением.
По итогам представленных рассуждений можно сформировать матрицу определения наиболее вероятного направления развития чрезвычайной ситуации в точке ветвления тип № 2 (табл. 2), в которой:
под внешними источниками возгорания понимаются, прежде всего, открытое пламя и электрооборудование, не соответствующее параметрам искробезо-пасной электрической цепи и/или устройства;
под зоной контакта паров (газа) с воздухом понимается:
для воспламеняющихся газов — пространство вокруг отверстия, через которое происходит истечение газа в атмосферу, с характерными размерами отверстия;
для горючих жидкостей (сжиженных охлаждением газов) — площадь пролива, определяемая в соответствии с нормативными документами, например, [10] проблема определения площади пролива (толщины пленки) подробно освещена в [11]).
Точка ветвления тип № 3
На рис. 3 представлена точка ветвления тип № 3 из сценария ««Liquid-F» («Gaseous-F»).
Рис. 3. Точка ветвления тип № 3
Вначале, в качестве реагирующей смеси рассмотрим топливовоздушную смесь. В этом случае условие реализации цепочки «Горение смеси» в рассматриваемом фрагменте только одно — концентрация топлива в месте поджига должна находиться внутри концентрационных пределов распространения пламени. Для реализации другой цепочки — «Взрыв смеси» — помимо соблюдения условия реализации цепочки «Горение смеси», необходимо:
в смеси должна иметься область, в которой концентрация топлива находится внутри концентрационных пределов взрываемости, которые лежат внутри концентрационных пределов распространения пламени, то есть интервал значений концентраций значительно уже;
имеется нарушение теплоотвода от места тепловыделения.
Последнее условие может быть реализовано, если топливовоздушная смесь попадает в ограниченное каким-либо образом пространство (пересеченная местность, наличие строений, конструкций и так далее).
Для оценки максимальных расстояний (Л+) от места пролива или выброса облака пара (газа), на которых может быть достигнута та или иная концентрация топлива в воздухе (С), могут быть использованы соотношения, полученные в рамках подходов, применяемых в [12]:
Таблица 2
Матрица определения наиболее вероятного направления развития чрезвычайной ситуации
в точке ветвления тип № 2
Наличие внешних источников возгорания в зоне контакта паров (газа) с воздухом Отсутствие внешних источников возгорания в зоне контакта паров (газа) с воздухом
Способность паров (газа) к самовоспламенению в условиях контакта Горение пролива (факельное горение)
Неспособность паров (газа) к самовоспламенению в условиях контакта Горение пролива (факельное горение) Формирование облака
2 В непосредственной близости кромки пролива на небольшом расстоянии концентрация топлива изменяется от 0 до 1, так что при конечном размере «места поджига» концентрация топлива гарантированно находится внутри концентрационных пределов распространения пламени.
Таблица 3
Матрица определения наиболее вероятного направления развития чрезвычайной ситуации
в точке ветвления тип № 3
Наличие внешних источников возгорания в шлейфе за проливом или на пути следования облака Отсутствие внешних источников возгорания в шлейфе за проливом или на пути следования облака
Открытое пространство Горение смеси Рассеивание облака
Пересеченная местность и/или наличие строений, конструкций и.т.д. Взрыв смеси
в случае пролива —
я +
— = 6,68-1,75,
я, V си
где Я0 — радиус пролива, м; Wuсп — интенсивность испарения, кг/(м2-сек);
и — скорость ветра, м/сек, С — концентрация топлива в воздухе, кг/м3;
в случае дрейфующего облака —
= 4,14 • 3 М,
V с
где М — масса горючего вещества в облаке, кг.
По итогам представленных рассуждений можно сформировать матрицу определения наиболее вероятного направления развития чрезвычайной ситуации в точке ветвления тип № 3 (табл. 3).
Представленные выше рассуждения, в принципе, верны не только для облаков, содержащих в той или иной форме горючие вещества (пыли, аэрозоли и т.д.), но и для конденсированных взрывчатых веществ любого класса, являющихся, по сути, сухими и/или жидкими смесями, концентрация горючих компонентов всегда находится внутри концентрационных пределов взрываемости. Поэтому наличие источника возгорания, практически гарантированно для большинства конденсированных взрывчатых веществ, приводит к реализации цепочки «Горение смеси». Возможность перехода от нее (цепочки «Горение смеси») к цепочке «Взрыв смеси» определяется условиями теплоотвода: местом, где происходит горение, наличием неоднородностей (каверн и внутренних трещин) в теле вещества.
Кондиционные заряды метательных (порохов) и бризантных конденсированных взрывчатых веществ, как правило, горят на открытом пространстве без взрыва. Исключение составляют инициируюшие (первичные) взрывчатые вещества, для которых реализация цепочки «Горение смеси» практически невозможна — поджиг (подвод соответствующего количества тепла) неминуемо приводит к взрыву.
Литература
1. Востоков В.Ю. Типизация фрагментов деревьев событий // Пожарная безопасность. 2008. № 2.
2. Акимов В.А., Быков А.А., Востоков В.Ю. и др. Методики оценки рисков чрезвычайных ситуаций и нормативы приемлемого риска чрезвычайных ситуаций: Руководство по оценке рисков чрезвычайных ситуаций техногенного характера, в том числе при эксплуатации критически важных объектов Российской Федерации // Проблемы анализа риска. 2007. Т. 4. № 4. С. 368—404.
3. Орлянский И.В., Маркидонова Е.Ю., Востоков В.Ю. Построение деревьев событий — переход от типовых фрагментов к их устойчивым комбинациям // Технологии гражданской безопасности. 2012. Т. 9. № 2. С. 58—63.
4. Методика определения площади зоны защитных мероприятий, устанавливаемой вокруг объектов по хранению химического оружия и объектов по уничтожению химического оружия. МО РФ, 1999.
5. НПБ 105-95 «Определение категорий помещений и зданий по взрывопожарной и пожарной опасности».
6. Экологические проблемы и риски воздействий ракетно-космической техники на окружающую природную среду: справочное пособие / под общей редакцией В.В.Адушкина. — М.: «Анкил», 2000.
7. Дубровин А.А. Типизация деревьев событий при транспортировке железнодорожным транспортом опасных грузов // Проблемы анализа риска. 2008. Т. 5. № 3. С. 86—95.
8. Зельдович Я.Б., Баренблатт Г.И., Либрович В.Б., Махвиладзе Г.М. Математическая теория горения и взрыва. М.: Наука, 1980.
9. Кузнецов В.Р., Сабельников В.А. Турбулентность и горение. М.: Наука, 1986.
10. Определение категорий помещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности (НПБ-105-03). М.: ФГУ ВНИИПО, 2003.
11. Востоков В.Ю. О методических подходах, используемых при расчете испарения пролитой жидкости // Проблемы анализа риска. 2006. Т. 3. № 4. С. 379-382.
12. Акимов В.А., Быков А.А., Востоков В.Ю. и др. Методические рекомендации по определению количества пострадавших при чрезвычайных ситуациях техногенного характера. // Проблемы анализа риска. 2007. Т. 4. № 4. С. 347—367.
Сведения об авторах
Орлянский Иван Владимирович: ФГБУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ), н. с.
121352, Москва, ул. Давыдковская, д. 7. Тел.: (495) 445-44-63. E-mail: iorlyansky@gmail.com
Петрянин Евгений Викторович: ФГБОУ ВПО МФТИ (ГУ). 141700, Моск. обл., г. Долгопрудный, Институтский пер., д. 9.
Тел.: (916) 726-98-51. E-mail: neville90@mail.ru
Востоков Вадим Юрьевич: к. т. н., доц., ФГБУ ВНИИ
ГОЧС (ФЦ), вед. н. с.
121352, Москва, ул. Давыдковская, д. 7.
Тел.: (495) 449-9020.
E-mail: vadimeast@yandex.ru
Разработки ФГБУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ)
/71
" -г-
. -Г % Я
/V'-лг я
Актуальные
Содержание Глава 1.
Основы безопасности туристской деятельности.
1.1. Понятие безопасности в туризме.
1.2. Основные источники опасностей и угроз туристской деятельности. Факторы, влияющие на безопасность туристской деятельности.
1.3. Стандарты и правила туристского обслуживания.
1.4. Государственная политика в области обеспечения безопасности туризма.
1.5. Безопасность туризма при угрозах возникновения чрезвычайных ситуаций.
туристскои
деятельности
Глава 2.
Нормативная правовая база в области обеспечения безопасности туристской деятельности в Российской Федерации.
2.1. Нормативная правовая база федерального уровня.
2.2. Нормативная правовая база субъектов Российской Федерации и муниципальных образований.
2.3. Международное законодательство в области обеспечения безопасности туристской деятельности.
Глава 3.
Обеспечение безопасности туристской деятельности.
Актуальные вопросы обеспечения безопасности туристской деятельности / Под общ. ред. И.В. Со-сунова. МЧС России. М.: ФГБУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ), 2012. 124 с.
ISBN 978-5-93970-067-2
В монографии изложены вопросы правового, организационного и технического обеспечения безопасности туристской деятельности, общие подходы к решению вопросов безопасности в сфере туризма на федеральном, региональном и муниципальном уровнях с участием структур МЧС России, а также развития сервиса обеспечения безопасности туристской деятельности.
Монография предназначена для работников органов управления и спасательных служб МЧС России, организационных структур, ответственных за предоставление услуг в сфере сервиса безопасности туризма, органов государственного управления субъектов Российской Федерации и органов местного самоуправления.
Монография может быть использована органами государственной власти субъектов РФ, органами местного самоуправления при организации туристской деятельности, в образовательных заведениях МЧС России и Ростуризма.
В подготовке монографии принимали участие Олтян И.Ю., Артюхин В.В., Соколов Ю.И., Корнейчук Л.В., Ляховец Т.Л., Котосонова М.Н., Котосонов А.С., Маркин Д.В., Зиновьев С.В., Добров В.М., Акимова А.В.
3.1. Организационные вопросы обеспечения безопасности туристской деятельности.
3.2. Техническая оснащенность туристских групп и маршрутов.
3.3. Перспективные технологии обеспечения безопасности туристской деятельности.
3.4. Вопросы страхования жизни и имущества туристов.
3.4.1. Основные понятия и история развития страхования в туризме.
3.4.2. Виды страхования в туризме.
3.4.3. Личное страхование туристов.
3.5. Сервис обеспечения безопасности туристской деятельности.
Глава 4.
Обеспечение безопасности туристской деятельности на уровне субъектов Российской Федерации и муниципальных образований.
4.1. Влияние туризма на социально-экономическое развитие регионов Российской Федерации.
4.2. Виды туризма в различных регионах Российской Федерации.
4.3. Деятельность органов исполнительной власти субъектов Российской Федерации по обеспечению безопасности туристской деятельности.
4.4. Деятельность органов местного самоуправления по обеспечению безопасности туристской деятельности.
Приложение 1. Памятка для туристов (экскурсантов) по мерам безопасного поведения на конных маршрутах Красноярского края.
Приложение 2. Электронно-справочное пособие для инструкторов-проводников по вопросам обеспечения безопасности туристской деятельности в Красноярском крае.
