CC BY
34
D01:10.12845/bitp.38.2.2015.13
mgr inz. Anna Dziechciarz1 ml. bryg. inz. Piotr Lesiak1 inz. Damian B^k1
Przyjçty/Accepted/Принята: 11.03.2015; Zreœnzowany/Reviewed/Рецензирована: 23.05.2015; Opublikowany/Published/Опубликована: 30.06.2015;
Analiza mozliwosci wykorzystania programu RizEx-2 w symulacji przebiegu zdarzenia awaryjnego na przykladzie wybuchu gazu
w Port Hudson2
An Analysis of the Potential for Using RizEx-2 Software to Simulate Emergency Events such as the Gas Explosion in Port Hudson
Анализ возможностей использования программы RizEx-2 для симуляции хода аварии на примере взрыва газа в Порт-Хадсон
ABSTRAKT
Cel: Glownym celem artykulu jest analiza mozliwosci odtworzenia sytuacji awaryjnej z wykorzystaniem programu RizEx-2. Wprowadzenie: W 1970 roku w miejscowosci Port Hudson w stanie Missouri najprawdopodobniej doszlo do rzadko spotykanego zjawiska, jakim jest detonacja gazu w przestrzeni nieograniczonej. W wyniku ekskawacji doszlo do uszkodzenia ruroci^gu przesylo-wego z propanem, co doprowadzilo do uwolnienia okolo 120 m3 cieklego gazu. Opis wypadku oraz analiza mozliwosci jego rozwoju zostaly opisane w raporcie wykonanym na zlecenie Narodowej Rady Bezpieczenstwa Transportu przez Amerykanski Urz^d Gornictwa. W raporcie specjalny nacisk polozono na mozliwe zrodla zaplonu, obszar rozprzestrzenienia propanu oraz analizy rozmiaru zniszczen fali uderzeniowej.
Metodologia: Dokonano analizy mozliwosci odtworzenia sytuacji awaryjnej z wykorzystaniem programu RizEx-2 na podstawie zdarzenia, jakie mialo miejsce w roku 1970 w Port Hudson (USA), w celu zbadania zasadnosci uzycia tego programu do przeprowa-dzania oceny skutkow wypadkow z udzialem gazow wybuchowych. W pierwszej cz^sci artykulu opisany zostal raport ze zdarzenia przygotowanego zaraz po katastrofie. Nast^pnie dokonano symulacji/odtworzenia wydarzen przy pomocy programu obliczeniowego RizEx-2. Ostatecznie stworzono analizy porownawcz^ wynikow uzyskanych w programie RizEx-2 oraz rezultatow przedstawionych w raporcie. Do wykonania symulacji zdarzenia w Port Hudson skorzystano z trzech modulow programu: Dispersion Gaussian Model - Neutral Gas, Formation of Explosion-Hazardous Cloud, Explosion. Aby uzyskac lepszy obraz tego, jak program odzwierciedli zdarzenia w Port Hudson, zalozono wyst^pienie takich samych warunkow pogodowych oraz pr^dkosci wycieku propanu, jakie zostaly podane w raporcie. Rozpatrzono dwa scenariusze rozwoju wydarzen. W scenariuszu 1 przyj^to pr^dkosc wiatru rown| 3 m/s, a w scenariuszu 2 wynosila ona 4 m/s.
Wnioski: Na podstawie przeprowadzonej analizy wnioskuje si§, ze program RizEx-2 moze stanowic cenne narz^dzie w analizie awarii z udzialem gazoci^gow oraz ich nast^pstw. Jednakze nalezy uwzgl^dnic ograniczenia programu i nie traktowac otrzymanych wynikow, jako ostatecznych, a jako pomoc w interpretacji analizowanych zdarzen. Dane wykorzystywane do obliczen powinny byc uzyskiwane przede wszystkim na podstawie dochodzenia ze zdarzenia, a wyniki programu zawsze ewaluowane w odniesieniu do rzeczywistych skutkow.
Slowa kluczowe: wybuch gazu, RizEx-2, symulacja zdarzenia awaryjnego, gaz wybuchowy Typ artykulu: studium przypadku - analiza zdarzen rzeczywistych
1 Centrum Naukowo-Badawcze Ochrony Przeciwpozarowej - Panstwowy Instytut Badawczy, Jozefow / Scientific and Research Centre for Fire Protection National Research Institute, Poland; adziechciarz@cnbop.pl;
2 Wklad merytoryczny w powstanie artykulu / Percentage contribution: A. Dziechciarz - 50%, P. Lesiak - 30%, D. B^k - 20%;
D01:10.12845/bitp.38.2.2015.13
ABSTRACT
Aim: The main focus of this paper is to analyze the potential of constructing a simulation scenario, which can reproduce an emergency situation, using a software system RizEx-2.
Introduction: During 1970, in Port Hudson, Missouri a rare incident occurred in the form of an unconfined gas explosion. During excavation work, a pipeline transporting propane was damaged, which caused an accidental release of approximately 120 m3 of liquefied gas. The incident description and hypothetical analysis ofpotential developments were presented in a report written by the United States Bureau of Mines at the behest of the National Transportation Safety Board. The report placed a special emphasis on possible ignition sources, the dispersion of flammable vapours and the analysis of blast damage.
Methodology: An analysis was performed on the possibility of recreating an emergency scenario with the aid of RizEx-2 software, based on the incident in 1970 at Port Hudson (USA), in order to examine the appropriateness of this programme to perform assessments of consequences arising from incidents involving explosive gases. The first part of this article describes the incident report produced immediately after the accident. Next, a simulation model was constructed of events, with the aid of a software programme RizEx-2. Finally, an analysis was performed, which compared results produced by the software programme against outcomes revealed by the report. The simulation of events at Port Hudson utilised three programme modules: Gaussian Dispersion Model-Neutral Gas, Formation of Explosion-Hazardous Cloud and Explosion. To get a better picture of how the programme mirrors actual events in Port Hudson, the same incident circumstances were created, including weather conditions as well as the speed of propane leakage identified in the report. From this two incident development scenarios were examined. In the first it was assumed that the wind speed was at 3 m/s and the second was at 4 m/s.
Conclusion: On the basis of analysis performed, it is concluded that the programme RizEx-2 can be a valuable tool in the evaluation of incidents involving pipelines and their consequences. However, the limitations of the programme should be taken into account and results should not be viewed as final, but used as an aid in the interpretation of studied events. The data used in calculations should be, primarily, based on details from the investigation of events, and the results from the programme should be always evaluated in relation to actual outcomes.
Keywords: gas explosion, RizEx-2, simulation of an emergency event, explosive gas Type of article: case study - analysis of actual events
АННОТАЦИЯ
Цель: Главной целью статьи является анализ возможности воссоздания аварийной ситуации с использованием программы RizEx-2.
Введение: В 1970 г. в городе Порт-Хадсон в штате Миссури, скорее всего, произошло редкое явление - детонация газа в неограниченном пространстве. В ходе добычи был поврежден трубопровод для транспортировки пропана. Вследствие этого вытекло около 120 м3 жидкого газа. Описание аварии и анализ возможностей её развития описаны в отчёте, сделанном по поручению Национального Совета По Безопасности Транспортировки Американским Горным Управлением. В этом отчёте особенное внимание было уделено возможным источникам воспламенения, территории распространения пропана и анализу размера разрушений, вызванных ударной волной.
Методология: Совершен анализ возможности воссоздания обстоятельств аварийной ситуации с использованием программы RizEx-2 на основе аварии, которая случилась в 1970 г. в Порт-Хадсон (США), для того чтобы изучить вопрос о целесообразности использования этой программы и для проведения оценки последствий аварий, связанных с взрывоопасными газами. В первой части статьи был описан отчёт об инциденте, составленный сразу после аварии. Далее была сделана симуляция событий с помощью расчётной программы RizEx-2. В конце был разработан сравнительный анализ результатов, полученных в программе RizEx-2, и результатов, представленных в отчёте. Для выполнения симуляции аварии в Порт Хадсон были использованы три модуля программы: Dispersion Gaussian Model - Neutral Gas, Formation of Explosion-Hazardous Cloud, Explosion. Чтобы получить лучшую картину события в данной программе, были приняты те погодные условия и скорость утечки попрана, которые поданы в отчёте. Рассмотрены два сценария развития событий. В 1 сценарии принята скорость ветра равна 3 м/с, а 2 сценарии - 4 м/с.
Выводы: На основе проведенного анализа можно прийти к выводу, что программа RizEx-2 может представлять собой ценный инструмент при анализе аварии с участием газопроводов и их последствий. Однако, следует принимать во внимание ограничения программы и не считать полученных результатов окончательными, а как помощь при интерпретации анализируемых событий. Данные, используемые для вычислений, должны быть, прежде всего, полученные на основе расследования инцидента, а результаты программы всегда следует оценивать по отношению к реальным последствиям.
Ключевые слова: взрыв газа, RizEx-2, симуляция аварии, взрывоопасный газ Вид статьи: тематическое исследование - анализ реальных событий
1. Wprowadzenie
Transport gazow palnych wi^ze z duzym ryzykiem awarii z uwagi na wlasciwosci fizyczne transportowa-nego medium, takie jak np. niska temperatura wrzenia, palnosc, tworzenie mieszanin palnych z powietrzem w krotkim czasie. W samych Stanach Zjednoczonych w latach 1994-2014 takich wypadkow bylo 1238, czyli
srednio 62 wypadki rocznie. Ponizej na ryc. 1 przed-stawiono wykres obrazuj^cy liczb^ zdarzen awaryjnych ruroci^göw w Stanach Zjednoczonych. (U.S. Department of Transportation Pipeline and Hazardous Materials Safety Administration, 2015).
ТЕМАТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ - АНАЛИЗ РЕАЛЬНЫХ СОБЫТИЙ
D01:10.12845/bitp.38.2.2015.13
Ryc. 1. Znacz^ce awarie gazoci^gow w Stanach Zjednoczonych w latach 1994-2014 (na podstawie [1]) Fig. 1. Significant pipeline failures in the United States during the years 1994-2014 [1]
t^czna wartosc zniszczen i strat zwi^zanych z awa-riami wyniosla 1 719 312 622 $, co daje srednio rocznie 85 965 631 $. W sumie w wyniku wypadkow zgin^lo 41 osob, a 195 zostalo rannych.
Do glownych przyczyn awarii gazoci^gow zalicza si^ korozj^, zniszczenie podczas ekskawacji, nieprawidlow^ prac^ gazoci^gu, awarie konstrukcyjne (np. wadliwe spo-iny, wady materialowe), szkody wywolane przez sily na-tury oraz inne czynniki zewn^trzne np. pozary w okolicy gazoci^gow, wypadki samochodowe. Procentowy udzial poszczegolnych przyczyn awarii gazoci^gow przedstawiono na wykresie na ryc. 2.
Ryc. 2. Przyczyny awarii gazoci^gow w Stanach Zjednoczonych w ci^gu ostatnich 20 lat (na podstawie [1]) Fig. 2. Cause of pipeline failure in the United States over the past 20 years [1]
Gazoci^gi s^ niew^tpliwie niezb^dne do funkcjonowa-nia wspolczesnego swiata, jednak ryzyko ich awarii jest obci^zone sporym faktorem zagrozenia. Studia przypadku sytuacji awaryjnych, ktore potencjalnie mog^ powstac, oraz zdarzenia, ktore mialy miejsce w przeszlosci, przyczyniaj^ si§ do powstania nowych rozwi^zan zarowno w zakresie zabezpieczen technicznych, jak i organizacyjnych.
2. Awaria gazoci^gu z propanem w Port Hudson
W zwi^zku z awari^ ruroci^gu w Port Hudson w USA Narodowa Rada Bezpieczenstwa Transportu zlecila tam-tejszemu Urz^dowi Gornictwa przeprowadzenie sledz-twa i sporz^dzenie raportu dotycz^cego wybuchu gazu. Raport ten podsumowuje wypadek, ktory mial miejsce 9 grudnia 1970 roku, oraz jest prob^ okreslenia charakteru eksplozji na podstawie wnioskow wynikaj^cych ze zdarzenia. W raporcie skoncentrowano si§ przede wszystkim na identyfikacji mozliwych zrodel zaplonu, obszarze roz-przestrzenienia propanu oraz analizie rozmiaru zniszczen fali uderzeniowej.
3. Opis wypadku
Pierwszy sygnal o nieprawidlowym dzialaniu ruroci^gu odnotowany zostal o godzinie 22:07 przez pracownika stacji pomp znajduj^cej si§ w miejscowosci Villa Ridge, oddalonej okolo 32 km na wschod od miejsca zdarzenia. Pompy zostaly automatycznie zamkni^te po 3 minutach, a spadek cisnienia zostal rozprowadzony rownomiernie w gazoci^gu. Dziesi^c minut pozniej gwaltownie wzro-sla przepustowosc w nast^pnej stacji pomp polozonej za miejscem zdarzenia w kierunku zgodnym z przeplywem gazu. Byl to jednoznaczny sygnal, ze gdzies nast^pilo prze-rwanie ruroci^gu. Cisnienie wydobywaj^cego si§ gazu w momencie rozerwania si§ ruroci^gu wynosilo okolo 65 bar. O godzinie 22:25 kilku swiadkow uslyszalo dzwi^k towarzysz^cy wyplywaj^cemu gazowi znajduj^cemu si§ pod wysokim cisnieniem. Wysokosc strumienia gazu wynosila w pierwszej fazie od 15 do 25 m nad powierzchni^ ziemi, a strumien gazu wyplukal w glebie zagl^bienie o gl^bokosci 1,2 m i srednicy 3 m.
Na ryc. 3 zobrazowano map^ terenu, na ktorym doszlo do zdarzenia.
D01:10.12845/bitp.38.2.2015.13
Ryc. 4. Zniszczenia domu rodziny Hubenthal okolo 500 m od centrum wybuchu, pkt. 2 mapie (ryc. 3), (na podstawie [2]) Fig. 4. The destruction of the Hubenthal family house about 500 m from the centre of the explosion, item 2 on the map (fig. 3) [2]
Ryc. 3. Rysunek na podstawie mapy opracowanej przez Amerykanski Urz^d Gornictwa (na podstawie [2]) Fig. 3. Diagram based on maps prepared by the Bureau of Mines [2]
W dalszym toku wypadkow o godzinie 22:44 czçsc mieszkaricow okolic zdarzenia ewakuowala siç ze swoich domow i zatrzymala siç na skrzyzowaniu przy autostra-dzie „C". Miejsce to polozone jest na wzniesieniu, dlatego tez swiadkowie obserwowali stamt^d dalszy przebieg wydarzen. Najpierw zauwazono rozprzestrzeniaj^c^ siç chmurç gazu, ktora wypelniala poblisk^ doling. Chmura objçla swym zasiçgiem budynki znajduj^ce siç w okolicy punktu nr 1 w odleglosci okolo 300 m i 9-12 m ponizej zrodla wycieku propanu. W dalszej czçsci artykulu na ryc. 8 przedstawiono w przyblizeniu wymiary chmury gazu i rozpatrzono dwa rodzaje ksztaltu chmury. Domy w okolicach pkt 1. na ryc. 3 zarowno w pierwszym, jak i w drugim przypadku, znalazly siç w zasiçgu mieszaniny wybuchowej.
Wedlug swiadkow wybuch nast^pil okolo godziny 22:44. Wszyscy przyznali, ze nie wyst^pilo zjawisko rozchodzenia siç plomienia w mieszaninie, ale ze byl to nagly rozblysk swiatla oraz nast^pil efekt fali nadcisnie-nia. Jeden ze swiadkow znajduj^cy siç w odleglosci 800 m od centrum wybuchu zostal powalony na ziemiç wskutek przejscia fali nadcisnienia. Policjant, ktory znajdowal siç w samochodzie okolo 24 km od miejsca zdarzenia, odczul wstrz^sy. Sejsmograf na Uniwersytecie St. Louis, znajduj^cym siç okolo 96 km na wschod, zanotowal 2,2 x 10-3 mm (poziomo) przesuniçcia ziemi i podmuch powietrza o niemozliwej do okreslenia skali. Te zapisy pozwolily oszacowac czas wybuchu na 16 sekund po godzinie 22:44.
Zniszczenia budynkow w s^siedztwie wybuchu przedstawione s^ na ryc. 4-7. Ocena zniszczen pozwa-la stwierdzic, ze zjawiskiem zaobserwowanym przez swiadkow byl silny wybuch gazu, ktory wygenerowal falç cisnienia.
Ryc. 5. Pozostalosci po budynku nr 1, polozonym najblizej
epicentrum wybuchu (na podstawie [2]) Fig. 5. The remains of building No. 1, closest to the epicentre of the explosion [2]
ТЕМАТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ - АНАЛИЗ РЕАЛЬНЫХ СОБЫТИЙ
D01:10.12845/bitp.38.2.2015.13
Ryc. 6. Zniszczenia budynku nr 5 polozonego 610 m od
epicentrum wybuchu (na podstawie [2]) Fig. 6. Destruction of building No. 5 located 610 meters from the epicentre of the explosion [2]
Ryc. 7. Zniszczenia sciany budynku nr 4, polozonego okolo
600 m od epicentrum wybuchu, (na podstawie [2]) Fig. 7. Destruction of walls, of building No. 4, located about 600 meters from the epicentre of the explosion [2]
W kolejnych sekundach po wybuchu obserwowano roz-chodz^cy si§ plomien, ktory spalal pozostalosci mieszaniny propan-powietrze w kierunku zachodnim, w strong auto-strady „C". Wi^kszosc obserwatorow zdarzenia niezwlocznie przejechalo w kierunku polnocno-zachodnim. Po przybyciu na farm^ oznaczon^ nr 7 na ryc. 3, okolo 1,2 km od strony wydarzenia zaobserwowano szcz^tki budynkow gospodar-czych Mennera (oznaczonych na ryc. 3 jako nr 1).
W prowadzonych pozniej pracach nad wyjasnieniem prze-biegu wydarzen oszacowano, ze w ci^gu pierwszych 24 minut od rozerwania ruroci^gu wyplyn^lo 120 m3 cieklego propanu.
4. Mozliwe zrodla zaplonu
Rozwazania na temat potencjalnych zrodel zaplonu roz-pocz^to od najbardziej prawdopodobnej mozliwosci, czyli zaplonu w miejscu wycieku. W tym przypadku propan mogl zapalic si§ od elektrycznosci statycznej, poprzez wstrz^sy spo-wodowane wysokim cisnieniem rozpryskuj^cego si§ propanu lub przez tarcie rozgrzanych cz^stek, takich jak rdza oderwana od ruroci^gu. Jednakze po 24 minutach wyplywu propanu wyrwa otaczaj^ca uszkodzon^ rur^ musiala byc niemalze calkowicie wypelniona czystym propanem, zatem prawdo-podobnie st^zenie byloby kilkakrotnie wi^ksze niz gorna
granica wybuchowosci propanu, co oznacza, ze takie zródlo zaplonu byloby nieskuteczne. Niewykluczone, ze elektrycznosc statyczna mogla zaistniec wysoko w chmurze gazu. Jednak taki sposób zaplonu zostalby zauwazony przez swiadków.
Drugim potencjalnym zródlem zaplonu bylo otoczenie domu Mennera (ryc. 5). Budynek ten znajdowal si§ nieznacznie wyzej niz pozostale zabudowania gospodarcze i na podstawie dowodów wiadomo, ze byl poza zasi^giem latwopalnej strefy chmury propanu. Zauwazono, ze trawa oraz rosliny wokól domu byly prawie niespalone (brak pozaru przestrzennego).
Okolo 45 m na poludniowy wschód od domu Mennera stal murowany magazyn i to najprawdopodobniej w tym miejscu nast^pilo zainicjowanie zaplonu. Na parterze budynku znajdowaly si§ cztery pomieszczenia, zawieraj^ce szesc zamrazarek, które pracowaly w chwili zdarzenia. Ze wzgl^du na nieszczelnosci w przesuwanych drzwiach garazo-wych cz^sc gazu mogla przedostac si§ do wn^trza budynku i wytworzyc w srodku mieszank^ wybuchow^. Zaklada si§, ze zaplon mieszanki mógl pojawic si§ w panelu kontrolnym chlodziarki. Gdy plomienie wypelnily wn^trze magazynu, turbulencje powstale przy drzwiach znacznie przyspieszyly proces spalania i w calym budynku mogla skumulowac si^ ogromna ilosc energii. Powstale cisnienie wygenerowane w stalej obj^tosci (wn^trze budynku) zostalo skierowane na zewn^trz przez otwory budynku (okna, drzwi), wyzwalaj^c energy wystarczaj^c^ do zapocz^tkowania detonacji.
5. Tworzenie si§ mieszaniny wybuchowej
Na ryc. 8 przedstawione zostaly rozmiary i przypusz-czalny zasi^g strefy wybuchowej obliczone przez autorów raportu. Zaprezentowano dwa modele obliczeñ oznaczone j ako A i B. W obu przypadkach zalozono j ednostajny wyciek gazu, a obliczony przeplyw propanu wyniósl 25,5 m3/s. Za sredni^ pr^dkosc wiatru przyj^to 3 m/s.
Ryc. 8. Przypuszczalne rozmiary chmury propanu, widok z boku i z gory - (A, A') metod^ A i (B, B') metod^ B, (na podstawie [2]) Fig. 8. Putative propane cloud dimensions, side and top views (A, A') by method A, and (B, B') by method B (based on [2])
Uzyskane maksymalne stçzenia wahaly siç od 35% pro-panu na odleglosci 91 m do 2,8% propanu na odleglosci 448 m od zrodla. Granice wybuchowosci 7,0% (GGW) i 2,8% (DGW) propanu zostaly podane na ryc. 8 (B, B'). Dlugosc chmury wybuchowej jest wydluzona w stosun-ku do A z 448,06 m do 472,44 m i obszar zwiçkszony jest z 9712,5 m2 do 15378,1 m2. Jakkolwiek z powodu zmniejszenia maksymalnej wysokosci chmury z 6,71 m do 4,27 m wielkosc chmury detonacyjnej zwiçkszyla siç jedynie z 31100 m3 do 42500 m3.
Objçtosc propanu w mieszaninie z powietrzem osza-cowano w raporcie na okolo 1 529,1 m3. Przy uwzglçd-nieniu gçstosci propanu w warunkach standardowych (1,882 kg/m3) jego masa wynosilaby 2877,8 kg.
W powyzszych kalkulacjach nie ujçto ciçzszej od po-wietrza mieszaniny gazowej zalegaj^cej przy powierzchni terenu, ktora powstala z uwagi na bardzo stabilne warunki pogodowe. Tabela nr 1 zawiera listç warunkow meteoro-logicznych w miejscu i czasie zdarzenia oszacowane przez National Weather Service. Niska prçdkosc wiatru przy powierzchni, male zachmurzenie, inwersja temperatury na poziomie 600 m sugeruj^ stabilnosc atmosfery w kategorii F.
Tabela 1. Warunki pogodowe w czasie zdarzenia zarejestrowane przez stacjç meteorologiczn^ w Port Hudson (na podstawie [2]) Table 1. Weather conditions during the incident, recorded by the meteorological station at Port Hudson (based on [2])
Wysokosc/ Height [m] Temperatura/ Temperature [°C] Prçdkosc wiatru/ Wind velocity [m/s] Kierunek wiatru / Wind direction
0 1 2,5 60°
150 3 4,1 70°
300 7 5,2 90°
600 11 5,2 90°
900 9 5,2 193°
1500 6 6,2 228°
Nachylenie terenu, na ktorym mialo miejsce przed-stawione zdarzenie, wynosi okolo 2%. St^d tez nalezaloby oczekiwac, ze warstwa propanu splynie do nizszych po-ziomow doliny.
Bardzo istotne dla charakteru dyspersji propanu mialy warunki pocz^tkowe wycieku. Skoro propan zostal uwol-niony do atmosfery jako ciecz pod wysokim cisnieniem o temperaturze 1°C, to okolo V z tego musiala byc natych-miast odparowana, chlodz^c jego pozostal^ czçsc i dopro-wadzaj^c do punktu wrzenia wynosz^cego -42°C. W tych warunkach gçstosc propanu w fazie gazowej wynosi 2,417 kg/m3. Wedlug swiadkow propan w postaci skroplonej zostal rozproszony jako slup o wysokosci od 15 do 24 m. Istotny jest fakt, ze kropelki propanu pobieraj^ cieplo do parowania raczej z otaczaj^cego powietrza niz z ziemi. Daje to zapotrzebowanie ciepla zawartego w okolo 4,08 kg powietrza o temperaturze 1°C do przeprowadzenia w fazç gazow^ 0,45 kg propanu o temperaturze -42°C. Otrzymana mieszanka, ktora wynosi 10% wagowych lub
D01:10.12845/bitp.38.2.2015.13
7% objçtosciowych propanu o temp. -42 °C, jest o 20% gçstsza niz otaczaj^ce j^ powietrze.
6. Analiza zniszczen
Podczas oglçdzin zniszczenia podzielono na dwie stre-fy. Na podstawie tych danych mozna odniesc siç do masy TNT, ktora spowodowalaby zniszczenia rowne tym, ktore powstaly w wyniku eksplozji propanu.
1. Zniszczenia struktury domow i okolicznych zabudo-wan, gdzie nadcisnienie wynosilo okolo 6,9 kPa lub wiçcej.
2. Straty w odleglym terenie, gdzie nadcisnienie moglo wynosic okolo 0,24 kPa.
Liczba zniszczonych posesji zostala podana w tabeli 2. Dane te zostaly uzyte do wygenerowania skumulo-wanych wartosci procentowych zniszczen. Zniszczenia zaobserwowano w promieniu 8047 m, najwiçcej zniszczen (97,3%) znalazlo siç w promieniu 1609 m od epicentrum wybuchu.
Tabela 2. Liczba zniszczonych obiektow (na podstawie [2]) Table 2. The number of destroyed buildings [2]
Odlegtosc/ Distance [m] Zniszczone obiekty liczba/ The number of destroyed buildings Zniszczenia/ Destruction [%]
1609 36 97,3
3219 69 75
4828 97 57,7
6437 109 38,4
8047 126 30
• Zniszczenia w odleglosci 800 m od wybuchu.
Ryciny 4-7 pokazuj^ nastçpstwa wybuchu dla kilku
obiektow znajduj^cych siç w zasiçgu obloku propanu. Prawdopodobne centrum wybuchu zostalo oznaczone na mapie na ryc. 3. Mozna zalozyc, ze 3 z 5 budynkow zostalo zniszczonych sil^ wybuchu odpowiadaj^cej deto-nacji 45-68 ton TNT. Posesja Stotko (pozycja 6 na ryc. 3) zostala uszkodzona w takim stopniu, ze zadne racjonalne umieszczenie centrum wybuchu nie moglo spowodowac zniszczen rownych takiej sile, w porownaniu do skali zniszczen pozostalych budynkow. Przypuszcza siç, ze topografia terenu spowodowala skupienie impulsu cisnienia na tym budynku. Ostatecznie mozna oczekiwac, ze zniszczenia mogly byc wiçksze w blizszym obszarze w kierunku roz-przestrzeniania siç detonacji. Pomimo tych ograniczen twierdzenie, ze domostwa w s^siedztwie zostaly zniszczone przez silç rown^ detonacji 45-68 ton TNT umieszczonego w centrum wybuchu, pozostaje prawdziwe.
• Niewielkie zniszczenia w dalekiej odleglosci.
Przez wiele lat korzystano ze stopnia zniszczenia okien po wybuchu jako wyznacznika uwolnionej energii. Starsze opracowania podaj^ krytyczne cisnienie rowne 3,4-6,9 kPa dla stluczenia szyb. Odnosz^c te wartosci do opi-sywanego zdarzenia, mozna by wywnioskowac, ze takie zniszczenie powinno byc ograniczone do malego terenu
ТЕМАТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ - АНАЛИЗ РЕАЛЬНЫХ СОБЫТИЙ D01:10.12845/bitp.38.2.2015.13
wokol wybuchu. Jednakze w sytuacji, gdy w nowoczes-nych budowlach powierzchnia okien jest wiçksza, wartosc krytycznego cisnienia wymaganego do rozbicia szyb jest mniejsza. Obecnie akceptuje siç cisnienie rzçdu 3,4 kPa jako wystarczaj^ce [3].
7. Analiza zdarzenia w RizEx
Program RizEx-2 zostal zaprojektowany, aby wspomagac procedury oceny ryzyka w obiektach, dla ktorych istnieje duze prawdopodobienstwo wyst^pienia awarii. W tym roz-dziale przeanalizowana zostanie mozliwosc wykorzystania programu do odtworzenia wypadkow z udzialem substancji niebezpiecznych w terenie innym niz przemyslowy.
Moduly numeryczne pakietu oprogramowania RizEx-2 sluz^ do obrazowania procesow fizycznych, w przypadku wyst^pienia zdarzenia awaryjnego, takich jak np. dyspersja gazow, parowanie cieczy, pozar czy wybuch. Kazdy modul obliczeniowy wykonuje takze symulacje rozwoju tych procesow na podstawie modeli numerycznych odpowiadaj^cych charakterowi procesow i uwzglçdniaj^cych towarzysz^ce im warunki (np. warunki meteorologiczne, pokrycie terenu).
Ponizej zawarto listç modulow oferowanych przez pa-kiet RizEx-2 oraz krotki opis ich funkcji [5-7].
• Data Base (Baza wlasciwosci substancji niebezpiecznych) - zawiera minimalny zestaw danych, potrzebnych do obliczen przez poszczegolne moduly. Bazç mozna edytowac za pomoc^ programu Microsoft Access.
• Fault Tree (Drzewo blçdow) - symulacja zdarzenia przy pomocy drzewa blçdow, obliczanie prawdopodobien-stwa zdarzenia w drzewie blçdow, analiza minimalnego prawdopodobienstwa wypadku.
• Reliability Data Base (Baza danych niezawodnos-ciowych) - zawiera bazç danych okreslaj^c^ prawdopodobienstwo awarii roznych typow urz^dzen technologicznych.
• Accidents (Zdarzenia awaryjne) - modul pozwala na uzyskanie ilosciowej analizy prawdopodobienstwa zaistnienia zagrozen fizycznych w wyniku awarii aparatury.
• Event Tree (Drzewo zdarzen) - symulacja rozwoju warunkow wypadku z uzyciem drzewa zdarzen, obliczanie prawdopodobienstwa zaistnienia awaryjnych zdarzen, analiza efektywnosci i niezawodnosci srodkow ochronnych. Poszukiwanie rozwi^zan w celu zwiçksze-nia wydajnosci i niezawodnosci srodkow ochronnych.
• Liquid Discharge (Wyplyw cieczy) - symulacja dyna-miki wyplywu fazy cieklej ze zbiornikow o roznych ksztaltach, uwzglçdniaj^ca lokalne i hydrauliczne opory oraz okreslenie warunkow powstania rozlewiska dla palnych, niebezpiecznych i toksycznych substancji.
• Gas Release (Uwolnienie gazu) - symulacja dynamiki wyplywu gazu ze zbiornikow o roznych ksztaltach, uwzglçdniaj^ca lokalne i hydrauliczne opory oraz okreslenie warunkow formowania mieszaniny gaz/ powietrze.
• Evaporation (Odparowanie) - obliczenie przeplywu fazy gazowej do atmosfery w przypadku uwolnienia podgrzanej mieszaniny wieloskladnikowej oraz odpa-rowania z powierzchni rozlewiska.
• Dispersion Gaussian Model Neutral Gas (Dyspersja, Model Gaussa Gaz neutralny) - wyznaczenie zmiany st^zenia substancji gazowych w czasie od momentu uwolnienia w kazdym punkcie przestrzeni, z uwzgl^dnieniem warunkow atmosferycznych, kierunku oraz sily wiatru. Gra-niczna wartosc toksycznej dawki substancji. Okreslenie szybkosci ewakuacji i prawdopodobienstwa obrazen osob jako rezultatu zatrucia. Zastosowanie modelu Gaussa.
• Formation of Explosion-Hazardous Cloud (Formowanie atmosfery wybuchowej) - okreslenie zmiany masy substancji, pomi^dzy gorn^ a doln^ granic^ palnosci, w czasie.
• Explosion: Calculation Based on Empirical Relationships (Wybuch: Obliczenie oparte na zaleznosciach empirycznych) - symulacja propagacji fali cisnienia w mieszaninie palnej w przypadku wybuchu substancji w fazie skondensowanej. Zdefiniowanie wplywu fali cisnienia na obiekty. Obszar zniszczen oraz stopien zniszczenia budynkow. Okreslenie stref razenia o roz-nych stopniach nasilenia, uwzgl^dniaj^c przypadki smiertelne, jak rowniez prawdopodobienstwo narazenia zdrowia znajduj^cych si§ w tych strefach.
• Fire, Calculation by Empirical Relationships (Pozar, Obliczenia oparte na zaleznosciach empirycznych) -okreslenie prawdopodobienstwa oddzialywania pro-mieniowania cieplnego na ludzi, jak rowniez mozli-wosci zaplonu materialow narazonych na dzialanie strumienia ciepla.
• Fire, 3D Model (Pozar Model 3D) - nat^zenie przeplywu cieplnego od plomieni do narazonych powierzchni, przedstawione w przestrzeni trojwymiarowej, okreslone poprzez calkowanie rownan opisuj^cych przeplywy cieplne. Prawdopodobienstwo wypadkow z udzialem ludzi na drogach ewakuacyjnych. Prawdopodobienstwo zaplonu materialow znajduj^cych si§ w obiektach poddanych obci^zeniom cieplnym,
• Torch (Pozar strumieniowy) - takie same charaktery-styki jak w punkcie 13 s^ okreslane dla pozaru strumie-niowego typu poziomego lub pionowego.
• Risk (Ryzyko) - wyznaczenie obszarow lokalnego ryzyka w badanym obiekcie przemyslowym opisanego i zdefiniowanego przez ekspertow. Pojedyncze ryzyko okreslane jest dla konkretnych obszarow (zakladu przemyslowego, obszaru wiejskiego, dzielnicy miasta itp.). Przypuszczalna liczba ofiar (ryzyko spoleczne) okreslana jest z uwzgl^dnieniem g^stosci zaludnienia w analizowanym regionie.
Fragment Dispersion (Odlamkowanie) - symulacja traj ektorii lotu odlamkow z uwzgl^dnieniem warunkow zniszczenia zbiornika, k^ta trajektorii lotu oraz masy i ksztaltu fragmentow. Okreslenie pr^dkosci przemiesz-czania si§ fragmentow w kazdym punkcie trajektorii, z uwzgl^dnieniem oporow powietrza i panuj^cych warunkow. Prawdopodobienstwo zderzenia z obiektami. Do wykonania symulacji zdarzenia w Port Hudson
skorzystano z modulow:
• Dispersion Gaussian Model - Neutral Gas - dyspersja substancji niebezpiecznej z uzyciem modelu Gaussa.
• Formation of Explosion-Hazardous Cloud - formowan-ie strefy wybuchowej.
D01:10.12845/bitp.38.2.2015.13
• Explosion - oszacowanie nadcisnienia powstalego w wyniku eksplozji oraz obszaru objçtego jego skutkami. Aby uzyskac lepszy obraz tego, jak program poradzi
sobie z odzwierciedleniem zdarzenia w Port Hudson, za-lozono wyst^pienie takich samych warunkow pogodowych oraz prçdkosci wycieku propanu, ktore zostaly podane w raporcie. Rozpatrzono dwa scenariusze rozwoju wyda-rzen. W scenariuszu 1 przyjçto prçdkosc wiatru rown^ 3 m/s, a w scenariuszu 2 röwn^ 4 m/s.
7.1. Formowanie strefy wybuchowej
Do symulacji dyspersji propanu w powietrzu zasto-sowano dwa moduly programu RizEx-2 - Formation of Explosion-Hazardous Cloud oraz Dispersion Gaussian Model - Neutral Gas.
Kazdy z ww. modulow umozliwia wybor jednego z trzech scenariuszy:
• natychmiastowy wyciek zawartosci gazu z uszkodzonej aparatury,
• ci^gly wyciek gazu z uszkodzonej aparatury,
• parowanie substancji po wycieku.
Wynikiem symulacji w omawianych modulach jest wartosc stçzenia substancji gazowej w okreslonej odleglosci od miejsca wycieku, jak rowniez jej zasiçg i wyso-kosc nad ziemi^.. Innymi slowy powstaje rozklad stçzenia w przestrzeni trojwymiarowej. Modele oparte s^. na tech-nice polegaj^cej na okresleniu zmian stçzenia substancji niebezpiecznej w czasie i przestrzeni, z uwzglçdnieniem prçdkosci i kierunku wiatru. Obliczenia wykonane s^. na podstawie zaleznosci z rozkladu Gaussa.
Mozliwosci obu modulow s^ podobne, jednak istniejq miçdzy nimi dwie istotne roznice. Pierwsza roznica polega na tym, ze model Formation of Explosion-Hazardous Cloud przedstawia chmurç propanu o stçzeniu wyzszym niz dolna granica wybuchowosci, natomiast Dispersion Gaussian
Model - Neutral Gas obrazuje caly zakres rozkladu stçzenia tej chmury.
Kolejna roznica dotyczy dodatkowej funkcji pierw-szego z omawianych modulow. Za pomoc^ Formation of Explosion-Hazardous Cloud mozliwe jest wyznaczenie masy propanu zawartej pomiçdzy doln^ a gorn^ granic^ wybuchowosci. Nie jest to mozliwe w przypadku zastoso-wania modulu Dispersion Gaussian Model - Neutral Gas.
Na potrzeby wykonania symulacji zdarzenia awaryjnego w Port Hudson wybrano scenariusz zakladaj^cy ci^gly, jed-nostajny wyciek gazu z prçdkosci^ o wartosci identycznej, jak ta podana w raporcie rownej 25,5 m3/s. Po wybraniu modelu i scenariusza, do programu wprowadzono niezbçdne dane. Nastçpnie uruchomiona zostala sekwencja obliczeniowa, ktorej rezultat w postaci rozkladu stçzenia utworzonej chmury program przedstawil w formie graficznej na mapie (ryc. 9 i 10). Na ryc. 9 przedstawiono wynik obliczen dla scenariusza 1, a na ryc. 10 - dla scenariusza 2. Na rycinach w punkcie „a" zobrazowano rozklad stçzenia uzyskany w modelu Dispersion Gaussian Model - Neutral Gas, a w punkcie „b" w modelu Formation of Explosion-Hazardous Cloud. Program umozliwia „przeciçcie" wygenerowanej chmury w dowolnym miejscu. W tym przypadku wykonano tç operacjç: „a" w poprzek i „b" wzdluz powstalej chmury propanu. Miejsca te oznaczono na rycinach 9 i 10 za pomoc^ strzalek. Po wybraniu miejsca prze-kroj u program automatycznie wygenerowal wykresy przedsta-wiaj^ce rozklad stçzen na wybranym odcinku, zgodnie z war-tosciami wskazanymi na rycinach 9 i 10. Z wygenerowanych wykresow wynika, ze najwyzsze stçzenie propanu wystçpuje w centralnej czçsci chmury oraz przy zrodle wycieku gazu, co w duzym stopniu jest zbiezne z tez^ okreslon^ w trakcie badan przez Urz^d Gorniczy Stanow Zjednoczonych (U.S. Bureau of Mines), o braku mozliwosci wyst^pienia aktywnego zrodla zaplonu w tym obszarze.
Ryc. 9. Dyspersja propanu w scenariuszu 1 Fig. 9. The dispersion of propane in scenario 1 Zrodlo: Opracowanie wlasne. Source: Own elaboration.
ТЕМАТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ - АНАЛИЗ РЕАЛЬНЫХ СОБЫТИЙ
D01:10.12845/bitp.38.2.2015.13
Ryc. 10. Dyspersja propanu w scenariuszu 2 Fig. 10. The dispersion of propane in scenario 2 Zrodlo: Opracowanie wlasne. Source: Own elaboration.
Po prawej stronie na rycinach 9 i 10 znajduje si§ skala gradientowa. Program automatycznie przyporzqdkowu-je roznym kolorom wartosci st^zenia. Kolor czerwony reprezentuje maksymalnq wartosc st^zenia w powstalej chmurze propanu, ktorej wartosc podaje uzytkownik w oparciu o warunki zaistnialego zdarzenia. W tym przy-padku wyniosla ona 2,417 kg/m3. Jest to wartosc rowna g^stosci propanu w temperaturze jego wrzenia, wynoszq-cej -42°C. Jak juz wczesniej wspomniano, gaz ulatnial si^ z rurociqgu pracujqcego pod cisnieniem, dlatego w wy-niku rozpr^zenia ochlodzil si§ on w miejscu wycieku do takiej temperatury.
Bardzo uzytecznq opcjq w zastosowanym module jest mozliwosc naniesienia na otrzymanq map^ granic obszaru wybuchowego. Na rycinach 9 oraz 10 dolnq granicq wybuchowosci oznaczono liniq. czerwony, natomiast gornq granicq wybuchowosci - liniq niebieskq. Granice te wyrazone sq w kg/m3.
Zgodnie z raportem najbardziej prawdopodobnym miej-scem inicjacji wybuchu byl magazyn z chlodziarkami, oznaczony na rycinach 3, 9 i 10 symbolem gwiazdy. Jednak mieszanina propanu z powietrzem o st^zeniu pomi^dzy dolnq a gornq granicq wybuchowosci wyznaczona w pro-gramie RizEx-2 nie obj^la swoim zasi^giem ani miejsca wskazanego przez Urzqd Gornictwa, ani innych budynkow na mapie. Zatem na podstawie wnioskow z obliczen naleza-loby zaproponowac inne zrodlo zaplonu oraz jego miejsce wystqpienia. Nawiqzujqc do rozwazan opisanych w raporcie opisanych w rozdziale 4 niniejszego artykulu, propan mogl zapalic si§ od elektrycznosci statycznej poprzez wstrzqsy spowodowane wysokim cisnieniem rozpryskujqcego si^ propanu lub przez tarcie rozgrzanych czqstek, takich jak rdza oderwana od rurociqgu.
Nast^pny etap stanowilo wyznaczenie masy propanu, ktory znajdowal si§ w mieszaninie z powietrzem pomi^dzy dolnq a gornq granicq wybuchowosci oraz jego zasi^gu. Wartosc ta jest rowna masie gazu, ktora wzi^la udzial w eksplozji. Na rycinach 11 i 12 znajdujq si§ wykresy za-leznosci masy propanu pomi^dzy dolnq a gornq granicq wybuchowosci od czasu, ktory uplynql od momentu prze-rwania rurociqgu. Mimo ze calkowity czas uwolnienia trwal 24 minuty (wartosc t§ uwzgl^dnia program), RizEx-2 przedstawil wyniki tylko do momentu ustabilizowania si^ masy propanu. Dla scenariusza 1 masa propanu pomi^dzy dolnq a gornq granicq wybuchowosci ustabilizowala si§ po ok. 100 s, natomiast dla scenariusza 2 - po ok. 65 s. Wartosc ta nie ulegla zmianie przez caly czas wyplywu gazu az do momentu zainicjowania wybuchu w 24 minucie.
Ryc. 11. Zaleznosc masy propanu w st^zeniu pomi^dzy dolnq a gornq granicq wybuchowosci od czasu dla scenariusza 1 Fig. 11. The dependence of the mass of propane over time for scenario 1 Zrodlo: Opracowanie wlasne. Source: Own elaboration.
AH Mi
n
no —^
411 m *» SK y
y
/
J
SM
1
i» if it n * Jl D J) * !i to « *
Ryc. 12. Zaleznosc masy propanu w st^zeniu pomi^dzy doln^ a gorn^ granic^ wybuchowosci od czasu
dla scenariusza 2 Fig. 12. The dependence of the mass of propane over time for scenario 2 Zrodlo: Opracowanie wlasne. Source: Own elaboration.
Na podstawie wyzej opisanych wykresow mozna stwier-dzic, ze wzrost pr^dkosci wiatru o 1 m/s zmniejsza mas^
Wyniki modelu wybuchu obliczonego dla scenariusza 1 s^ bardziej zgodne z wynikami raportu i lepiej odzwiercied-laj^ efekty zdarzenia. Widac to na podstawie otrzymanych zakresow stref dla poszczegolnych wartosci nadcisnienia. Przykladowo wedlug scenariusza 1 dom oznaczony nr 1 znajdowalby si§ w strefie nadcisnienia do 15,8 kPa, co oznaczaloby na podstawie tabeli 3 powazne uszkodzenie jego konstrukcji. Znajduje to potwierdzenie w zebranej w raporcie dokumentacji (zob. zdj^cie domu nr 1 na ryc 5). Natomiast wedlug scenariusza 2 dom ten znajdowalby si§
D01:10.12845/bitp.38.2.2015.13
propanu pomifdzy doln^, a górn^ granic^ wybuchowosci z 4205 kg przy wietrze o prfdkosci 3 m/s, na 2683 kg przy prfdkosci wiatru wynosz^cej 4 m/s.
Program wyznaczyl równiez zasifg oraz szerokosc dolnej granicy wybuchowosci propanu. Dla scenariusza 1 zasifg wyniósl 302 m, a szerokosc 33 m. Z kolei dla scenariusza 2 - odpowiednio 256 m i 28 m. Wartosci te odczytane zostaly z raportu wygenerowanego w wyniku sekwencji obliczeniowej. Wartosc ta zostala wykorzystana do wykonania symulacji dalszych skutków wydarzenia w module Explosion.
7.2. Analiza efektów eksplozji
Model eksplozji zaproponowany przez RizEx oblicza zakres i silf eksplozji na podstawie masy substancji bio-r^cej udzial w wybuchu. Otrzymane wartosci zakresu eksplozji przedstawione zostaly na ryc. 13 w postaci stref z naniesionymi granicznymi wartosciami nadcisnienia. Reprezentacjf tych wartosci zestawiono w tabeli 3 w postaci opisu zniszczeñ.
poza tym obszarem, co oznaczaloby mniejsze zniszcze-nia. Podobne wnioski mozna wysnuc na podstawie stanu domu nr 2. Zgodnie z zalozeniami scenariusza 1 dom ten znajdowalby sif w strefie nadcisnienia do 6,9 kPa, a w sce-nariuszu 2 - poza tym obszarem. Na podstawie zdjfcia tego budynku (zob. ryc. 4), na którym widac wyraznie uszkodzon^ konstrukcji scian, mozna stwierdzic, ze nie nadawalby sif on do dalszego zamieszkania. W zwi^zku z tym mozna jeszcze raz potwierdzic slusznosc zalozeñ scenariusza 1.
Tabela 3. Efekt dzialania nadcisnienia na konstrukcje (na podstawie [4]) Table 3. The effect of overpressure on the construction [4]
Nadcisnienie/ Overpressure [kPa] Opis zniszczen/ Description of damage
3,4 Male i duze szklane okna zbite, mozliwe uszkodzenia ram okiennych / Small and large glass window firm, possible damage to the window frames.
6,9 Cz^sciowo uszkodzone domy, nie nadaj^ si§ do dalszego zamieszkania / Partially damaged houses, not suitable for further residence.
13,8 Cz^sciowe zawalenie scian i dachow domow / Partial collapse of walls and roofs of the houses.
15,8 Dolny limit powaznych uszkodzen konstrukcji budowlanych / The lower limit of serious structural damage.
34,5 Niemal calkowicie zniszczone domy / Almost completely destroyed houses.
ТЕМАТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ - АНАЛИЗ РЕАЛЬНЫХ СОБЫТИЙ
D01:10.12845/bitp.38.2.2015.13
Ryc. 13. Strefy dzialania cisnienia wybuchu z podzialem na wartosci krytyczne dla od lewej: scenariusza 1 i scenariusza 2 Fig. 13. Explosion of the pressure zone divided into critical values. From the left: Scenario 1 and Scenario 2
Zrodlo: Opracowanie wlasne. Source: Own elaboration.
Program RizEx-2 umozliwia rowniez oszacowanie promienia oddzialywania nadcisnienia wygenerowanego przez eksplozjç. Na ryc. 14 znajdujq siç wykresy przedsta-wiajqce te wartosci w zaleznosci od odleglosci od miejsca wybuchu dla scenariusza 1 oraz scenariusza 2. Minimalna wartosc nadcisnienia rejestrowana przez program wynosi 1 kPa, ponizej tej wartosci program nie generuje wynikow. Zasiqg dzialania minimalnego nadcisnienia w przypadku pierwszym wynosi okolo 3500 m, natomiast w drugim przypadku - okolo 3000 m.
Ryc. 14. Zasiçg dzialania minimalnego nadcisnienia reje-strowanego przez program RizEx (1 kPa) od miejsca eksplozji propanu w Port Hudson. Fig. 14. The operating range of overpressure (min. 1 kPa) generated by a propane explosion at Port Hudson Zrodlo: Opracowanie wlasne.
Source: Own elaboration.
Ponadto w programie wyznaczone zostaly wartosci masy TNT odpowiadajqce energii wybuchu. Dla przypo-mnienia wartosci podane w raporcie oszacowano na 45-68 t TNT. Na podstawie zalozen scenariusza 1, program RizEx-2 obliczyl tç wartosc na 84,5 t TNT, natomiast w przypadku scenariusza 2 - na 54 t TNT.
8. Podsumowanie
Dokonano analizy mozliwosci odtworzenia sytuacji awaryjnej z wykorzystaniem programu RizEx-2 na podstawie zdarzenia, ktore mialo miejsce w roku 1970 w Port Hudson (USA), w celu zbadania zasadnosci uzycia tego programu do przeprowadzania oceny skutkow wypadkow z udzialem gazow wybuchowych. Wykorzystano do tego
W poröwnaniu z wynikami raportu sporz^dzonego bezposrednio po awarii w Port Hudson (USA) przez Ame-rykanski Urz^d Görnictwa, symulacja w programie RizEx-2 w stopniu dobrym odwzorowuje to zdarzenie.
1. Obszar zajmowany przez mieszaninç propanu i powie-trza wyznaczony przez program RizEx-2 jest zblizony do wartosci podanych jako „zasiçg pewny" oraz „szerokosc pewna" w raporcie i nie przekracza wartosci „zasiçgu przypuszczalnego" ani „szerokosci przypuszczalnej".
2. Masa propanu pomiçdzy doln^ a görn^ granic^ wybuchowosci wyznaczona w scenariuszu 2 jest zblizona do wartosci opisanej w raporcie, jednak to scenariusz 1 powinien byl lepiej odwzorowac tç wartosc, ze wzglçdu na identyczn^ wartosc prçdkosci wiatru.
3. Zakresy nadcisnienia otrzymane w RizEx-2 s^ spöjne jedynie dla wartosci 3,4 kPa, natomiast dla wartosci
D01:10.12845/bitp.38.2.2015.13
trzy moduly programu: dwa dotycz^ce dyspersji gazu (Dispersion Gaussian Model - Neutral Gas, Formation of Explosion-Hazardous Cloud) oraz model wybuchu (Explosion). Uzyskane w programie RizEx-2 wyniki poröwnano z raportem sporz^dzonym bezposrednio po zdarzeniu przez Amerykanski Urz^d Görnictwa. Ich poröwnanie przedstawiono w tabeli 4.
6,9 kPa, s^ wyraznie mniejsze. Dla scenariusza 1 röznica wynosi 117 m, a dla scenariusza 2 - 172 m w poröwnaniu do wartosci wynikaj^cej z raportu, tj. 600 m.
4. Wyznaczona masa TNT, ktöra odpowiadalaby energii wybuchu, miesci siç w zakresie podanym w raporcie jedynie dla scenariusza 2. W przypadku scenariusza 1 przekracza ona znacznie te wartosci.
5. Program RizEx nie uwzglçdnia ksztaltu terenu ani faktu, ze propan jest gazem ciçzszym od powietrza. St^d wynikac mog^ rozbieznosci i niescislosci przy analizie zaistnialych zdarzen awaryjnych. Przykladem tego jest blçdna ocena zniszczen budynku oznaczonego numerem 5 na mapie (ryc. 3), ktöry wedlug programu uleglby jedynie nieznacznym uszkodzeniom. W raporcie wyraznie udokumentowane zostaly wiçksze uszkodzenia, co jednoznacznie mozna stwierdzic na
Tabela 4. Zestawienie wynikow uzyskanych w programie RizEx-2 oraz danych opisanych w raporcie wykonanym przez Amerykanski Urz^d Gornictwa
Table 4. Summary of the results obtained in the RizEx-2 and the data described in the report made by the U.S. Bureau of Mines
Parametr/Parameter Wyniki raportu / The results of the report RizEx-2 scenariusz 1 / scenario 1 RizEx-2 scenariusz 2 / scenario 2
Zasiçg smugi / Range of the trail Zasiçg pewny / Sure range: 230-267 m Zasiçg przypuszczalny / Supposed range: 438-460 m 302 m 256 m
Szerokosc smugi / Width of the trail Zasiçg pewny / Sure range: 15-30 m Zasiçg przypuszczalny/ Supposed range: 30-45 m 33 m 28 m
Masa propanu pomiçdzy doln^ a görn^ granic^ wybuchowosci / The mass of propane between the lower and the upper explosion limit 2877,8 kg 4205 kg 2683 kg
Zasiçg nadcisnienia 6,9 kPa / Pressure range 6.9 kPa 600 m 483 m 428 m
Zasiçg nadcisnienia 3,4 kPa / Pressure range 3.4 kPa 1025 m 1104 m 953 m
Masa TNT odpowiadaj^ca energii wybuchu / The mass of TNT equivalent blast power 45-68 t TNT 84,5 t TNT 54 t TNT
Zrodlo: Opracowanie wlasne. Source: Own elaboration.
ТЕМАТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ - АНАЛИЗ РЕАЛЬНЫХ СОБЫТИЙ D01:10.12845/bitp.38.2.2015.13
podstawie ryc. 6. Wynika to z faktu, ze model Gaussa, ktory wykorzystywany jest przez RizEx-2 do obliczen dyspersji, ma zastosowanie jedynie dla gazow o dodat-nim i neutralnym wspolczynniku unoszenia. W zwiqz-ku z tym jego obliczenia dotyczqce propanu, ktory jest ciçzszy od powietrza, sq obarczone blçdem.
6. Obszar miçdzy dolnq a gornq granicq wybuchowosci wyznaczony przez program nie obejmowal zadnego z obiektow na mapie, z czego mozna wnioskowac, ze bu-dynek z chlodziarkami, na ktory wskazano w raporcie, nie moglby stanowic skutecznego zrodla zaplonu. Natomiast zgodnie z raportem propan ze wzglçdu na to, ze jest gçstszy od powietrza oraz ze wzglçdu na slabe jego wymieszanie w zwiqzku ze slabym wiatrem, przemiesz-czalby siç blisko nad ziemiq. Dodatkowo z uwagi na to, ze wspominany budynek znajdowal siç w dolinie, propan prawdopodobnie splynqlby grawitacyjnie do tego miejsca, a nastçpnie przedyfundowal do wnçtrza budynku i utwo-rzyl mieszankç o stçzeniu wybuchowym. Jeszcze raz roz-bieznosci pomiçdzy wynikami uzyskanymi z programy odbiegajq od rzeczywistosci w zwiqzku z tym, ze program nie uwzglçdnil wlasciwosci propanu oraz ksztaltu terenu.
7. Za pomocq programu nie mozna jednoznacznie ocenic, czy powstaly wybuch nosil znamiona detonacji, ponie-waz program nie wyznacza prçdkosci rozprzestrzenia-nia siç fali cisnienia ani prçdkosci spalania. Na podstawie powyzszych wnioskuje siç, ze program RizEx-2 moze stanowic cenne narzçdzie w analizie awarii z udzialem gazociqgow oraz ich nastçpstw. Jednakze nalezy uwzglçdnic ograniczenia programu i nie traktowac otrzy-manych wynikow jako ostatecznych, a jako pomoc w in-terpretacji analizowanych zdarzen. Dane wykorzystywane do obliczen powinny byc przede wszystkim uzyskane na podstawie dochodzenia ze zdarzenia, a wyniki programu za-wsze ewaluowane w odniesieniu do rzeczywistych skutkow.
Badanie zrealizowane w ramach projektu finansowa-nego przez Narodowe Centrum Badan i Rozwoju (NCBR) w ramach projektu nr DOB-BIO6/02/50/2014 pt. „Opracowanie metod neutralizacji zagrozenia wybuchu wy-typowanych zbiornikow z gazami technicznymi, w tym alternatywnymi zrodlami zasilania w srodowisku pozaro-wym na potrzeby ratownikow biorqcych udzial w akcjach r atowniczo- gasniczych ".
Literatura
[1] Pipeline Incident 20 Year Trends [dok. elektr.], http://www. phmsa.dot.gov/pipeline/library/datastatistics/pipelinein-cidenttrends, [Dost^p: 05.03.2015].
[2] Burgess D.S., Zabetakis M.G., Detonation of a flammable cloud following a propane pipeline break, Bureau of Mines, USA 1973.
[3] Saleev E., Raschetnyy metod otsenki granits zon razrus-heniypri vzryvegazoparovozdushnykh smesey, "Pozhary i chrezvychajnye situacii: predotvrashhenie, likvidacija" Issue 3, 2011, pp. 17-20.
[4] Mannan S., Lees' Loss Prevention in the Process Industries, Elsevier, 2012.
[5] Software Complex "RizEx-2" Description of Applied Analysis and Calculation Methods, Scientific Center Of Risk Investigations "Rizikon", Severodonetsk 2006.
[6] Expert Simulation Tools for Industrial Accidents and Risk Assessment "RizEx-2". User's Manual., Scientific Center Of Risk Investigations "Rizikon", Severodonetsk 2006.
[7] User's Manual (Functional Description) Of The Research Software Complex Of Risk Assessment And Accident Simulation "RizEx-2", Scientific Center Of Risk Investigations "Rizikon", Severodonetsk 2011.
* * *
mgr inz. Anna Dziechciarz w 2012 r. uzyskala dyplom inz. technologii chemicznej na Wydziale Technologii Chemicznej Politechniki Poznanskiej, a w 2013 dyplom mgr inz. inzynierii chemicznej tejze uczelni. Obecnie pracuje na stanowisku mlodszego specjalisty w Zespole Laboratoriow Procesow Spalania i Wybuchowosci w Centrum Naukowo-Badawczym Ochrony Przeciwpozarowej - PIB w Jozefowie.
ml. bryg. inz. Piotr Lesiak w 2002 r. ukonczyl studia w Szkole Glownej Sluzby Pozarniczej w Warszawie. Absolwent stu-diow inzynierskich na kierunku chemia w Wojskowej Akademii Technicznej. Pelni sluzby w Centrum Naukowo-Badaw-czym Ochrony Przeciwpozarowej PIB w Jozefowie, na stanowisku starszego specjalisty w Zespole Laboratoriow Procesow Spalania i Wybuchowosci.
inz. Damian Bqk w roku 2013 ukonczyl studia na Wydziale Inzynierii Produkcji Politechniki Warszawskiej. Obecnie pracuje na stanowisku mlodszego specjalisty w Zespole Laboratoriow Procesow Spalania i Wybuchowosci w Centrum Naukowo-Badawczym Ochrony Przeciwpozarowej - PIB w Jozefowie.
