CC BY
26
УДК 681.3
Е.В.Мищенко*, Т.В Савицкая, А.Ф. Егоров
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия, 125047, Москва, Миусская площадь, дом 9
* e-mail: lena-mischenko@list.ru
КЛАССИФИКАЦИЯ ОПАСНОСТИ ХИМИЧЕСКОЙ ПРОДУКЦИИ И АНАЛИЗ ПОСЛЕДСТВИЙ АВАРИЙ ПРИ ЕЕ ХРАНЕНИИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА FLACS
Аннотация
В работе представлена классификация опасности соляной кислоты и аммиака по воздействию на человека. Проанализированы последствия аварий при хранении выше перечисленных веществ с использованием программного комплекса FLACS.
Ключевые слова: химическая продукция, опасность, авария, хранение
Обращение химической продукции, включающее ее производство, хранение, перевозку, применение, удаление, на предприятиях химической и нефтехимической промышленности представляет опасность не только для окружающей среды, но и для здоровья и жизни людей, окружающей среды, материальных ценностей. Поэтому в Российской Федерации уделяется большое внимание обеспечению безопасного обращения химической продукции и промышленной безопасности опасных производственных объектов, на которых хранятся большие запасы продуктов и полупродуктов. Разработан ряд нормативных документов, устанавливающих требования, направленные на обеспечение промышленной безопасности, предупреждение аварий, случаев производственного травматизма на опасных производственных объектах, на которых получаются, используются, перерабатываются, образуются, хранятся, транспортируются, уничтожаются токсичные, высокотоксичные и представляющие опасность для окружающей среды химически опасные вещества [13].
При неправильном и неосторожном обращении с химическими продуктами могут возникнуть аварии, которые сопровождаются выбросами в атмосферу токсичных, взрыво- и пожароопасных веществ, значительным материальным ущербом и большими человеческими жертвами. Для того чтобы избежать возможных тяжелых последствий при неправильном обращении с химической продукцией, проводится ее классификация по целому ряду видов опасности и прогнозирование последствий аварий при ее использовании. Классификация осуществляется на основании данных о физико-химических и токсических свойствах химической продукции с использованием специализированного программного модуля «Классификация опасностей химической продукции» [4], который предназначен для определения класса опасности химической продукции согласно действующим в РФ ГОСТам. Данный модуль разработан кафедрой компьютерно-интегрированных систем в химической технологии (КИС ХТ) Российского химико-технологического
университета имени Д.И.Менделеева (РХТУ им.Д.И.Менделеева). Прогнозирование и анализ последствий аварий при обращении и хранении химической продукции осуществляется с использованием программных комплексов, направленных на анализ рисков и оценку последствий аварий. В связи с этим актуальным становится выбор программного обеспечения для компьютерного моделирования и оценки последствий аварий.
С 2010 г. в РХТУ им. Д.И.Менделеева на кафедре КИС ХТ накоплен большой опыт проведения лабораторных работ с использованием программного комплекса (ПК) ТОКСИ^^ , предоставленного ЗАО «Научно-технический центр исследований проблем промышленной безопасности» [5]) для использования в учебном процессе.
В январе 2015 г. норвежская компания GexCon AS [6], являющаяся мировым лидером в области безопасности и управления рисками и моделирования рассеяний, взрывов и пожаров, передала РХТУ им. Д.И.Менделеева сетевую версию ПК FLACS (версия 10.3) сроком на полгода для использования в учебном процессе. FLACS (FLame ACceleration Simulator) -программное средство для моделирования последствий выбросов и взрывов для всех типичных горючих и токсичных сценариев рассеяния.
Для определения класса опасности химической продукции и анализа последствий аварий при ее хранении были выбраны аммиак и соляная кислота, которые широко используются в различных производствах.
Анализируя отечественные и зарубежные базы данных о хранении и обращении химической продукции [7], были подготовлены исходные данные по физико-химическим и токсическим свойствам веществ для оценки пожаровзрывоопасности вещества и влияния вещества на человека и подопытных животных. Классификация химической продукции осуществлялась с использованием специализированного программного модуля [4]. В таблице 1 приведены результаты определения класса опасности по различным видам опасности.
Таблица 1.Результаты классификации химической продукции
Вид опасности Название компонента
Аммиак Соляная кислота
Класс опасности
острая токсичность при проглатывании 5 3
острая токсичность при вдыхании, пар/ 2 3
повреждение/раздражение глаз 2 1
поражение/раздражение кожи 2 2
избирательная токсичность на органы-мишени при однократном воздействии 3 3
Сравнивая полученные результаты по всем видам опасности, видим, что и аммиак, и соляная кислота оказывают значительное воздействие на человека. Например, продукция при контакте с кожей и глазами вызывает сильное повреждение и раздражение. Так, при ликвидации аварии на хранилищах персонал, находящийся без средств индивидуальной защиты, может получить серьезные повреждения.
Для оценки последствий аварий при хранении химической продукции рассмотрены некоторые нормативные документы, которые содержат в себе информацию о хранении соляной кислоты [2] и аммиака [3]. В соответствии с этими рекомендациями соляную кислоту необходимо хранить отдельно от горючих веществ и восстановителей, сильных окислителей, сильных оснований, металлов, в хорошо проветриваемом помещении в сухом месте. Продукт хранят в специальных цистернах, контейнерах, полиэтиленовых бочках, полиэтиленовых канистрах и стеклянных бутылях на поддонах. Проведем моделирование рассеяния соляной кислоты на закрытом складе хранения данной продукции (рис.1) с использованием ПК ГЬЛСЗ.
Рис.1. Создание геометрии объектов: закрытый склад хранения соляной кислоты.
Были заданы следующие параметры расчета: сценарий расчета: дисперсия и рассеивание; стратификация атмосферы по Паскуиллу -скорость ветра: 1 м/с; усредненная шероховатость подстилающей поверхности - 0.01 м; температура окружающей среды: 20 °С; положения датчиков
МР1(х,у,г),1 = количество датчиков - 18;
измеряемый параметр датчиков - ГМОЬЕ (концентрация); объем емкости- 500 м3, d = 14 м; Ь=11 м; количество резервуаров для хранения аммиака: 12; площадь разлива: 50 м2 ; время разлива 1800 с.; положения точек разгерметизации: (38 м, 61 м, 2,5 м) - у емкости, находящейся у выхода из склада; (38 м, 39 м, 2,5 м) - у емкости, находящейся по центру склада; (16 м, 19 м, 2,5 м) - у емкости, находящейся в дальнем углу склада.
На рисунке 2 представлена 2D визуализация рассеяния соляной кислоты при разгерметизации резервуара в точке разгерметизации у емкости, находящейся в дальнем углу склада.
Рис. 2. 2Б - визуализация рассеяния соляной кислоты при разгерметизации резервуара в момент времени 1800 с в точке разгерметизации с координатами (16 м, 19 м, 2,5 м)
Анализируя полученную визуализацию разгерметизации емкости, видим, что пары соляной кислоты рассеиваются по всему складу. Наиболее опасные концентрации вещества зафиксированы датчиками возле разгерметизируемой емкости (рис. 3). Наименьшую опасность представляет собой разгерметизация в емкости, расположенной возле выхода из склада, так как пары вещества быстро выветриваются, а наибольшую опасность -разгерметизация в емкости, расположенной в дальней точке склада, поэтому по всему складу зафиксированы наибольшие концентрации вещества.
Рис. 3. Зависимость концентрации со;
В момент времени 1800 с разлив заканчивается, и концентрация начинает медленно уменьшаться, что соответствует медленному испарению соляной кислоты (рис.3).
Анализ пролива соляной кислоты проводился на высоте 2 м, что соответствует росту человека. По полученным результатам видим, что соляная кислота при разгерметизации резервуара стелется по нижней поверхности и высота испарения не превышает 2,5-3 м. Так же по результатам можно судить о воздействии на человека: рассеивание соляной кислоты может привести к сильному раздражению/повреждению глаз и кожи, а так же может оказать серьезное воздействие при вдыхании. Перечисленные воздействия могут возникнуть, если человек находился без средств индивидуальной защиты, что категорически запрещено на опасных производственных объектах.
В соответствии с [3] к территории склада с жидким аммиаком предъявляются следующие требования: склад необходимо располагать на незатопляемых земельных участках с подветренной стороны преобладающих направлений ветров по отношению к местам большого скопления людей с учетом ситуационного плана района и естественных условий территории; территория склада, расположенного вне предприятия, ограждается забором из несгораемых материалов высотой не менее 2 м; на территории склада разрешается располагать только те здания и сооружения, которые необходимы для технологических процессов приема, хранения и выдачи аммиака потребителям и для обеспечения нормальной работы склада и обслуживающего персонала и другие. На основе этих требований моделируется территория склада жидкого аммиака, на которой размещены резервуары для приема и хранения жидкого аммиака, резервуары для хранения аммиачной воды, центральный пункт управления складом, здания и помещения производственного назначения, предназначенные для персонала склада.
Были заданы следующие параметры расчета: сценарий расчета: дисперсия и рассеивание; стратификация атмосферы по Паскуиллу - F; скорость ветра: 1 м/с; усредненная шероховатость подстилающей поверхности - 0.01 м; температура окружающей среды: 25 положения датчиков
[ои кислоты от времени на всех датчиках.
МР((х,у, г), I = 1, Л?, количество датчиков - 21; измеряемый параметр датчиков - FMOLE (концентрация газа); объем емкости для хранения аммиака - 61,6 м3, d = 3 м; L=11 м; количество резервуаров для хранения аммиака: 5; положения точек разгерметизации: (5 м,4 м,1 м) - в первом резервуаре у стены, и (18 м,11 м,3 м) - в пятом резервуаре в противоположном от стенки направлении; площадь разгерметизации: 80 м2, 50 м2, 20 м2; время разгерметизации 300 с.
Анализируя полученные результаты, важно отметить, что в момент, когда заканчивается время истечения вещества, пары жидкого аммиака стремительно рассеиваются и приблизительно через 80-120 секунд концентрация паров в воздухе становится равной 0. В таблице 2 приведены максимальные значения концентрации,
зафиксированные различными датчиками, остальные датчики показывают невысокие значения концентрации и на всем интервале времени остаются практически постоянными. Помимо этого необходимо отметить, что все полученные зависимости концентрации аммиака от времени имеют локальные максимумы и минимумы, которые отображают прохождение вещества через различные загромождения.
Сравнивая полученные результаты для двух точек разгерметизации, важно заметить, что при разгерметизации в первом случае значения концентрации выше и зависимости явно отображают прохождение вещества через загромождающие пространства. Во втором же случае разгерметизация происходит сбоку, и вещество рассеивается на территорию свободно. При изменении площади рассеивания концентрация аммиака увеличивается. При разгерметизации хранилищ аммиак оказывает значительное воздействие на человека, так как вещество распространяется на высоте от 0,5 м до 7 м. При этом продукция оказывает серьезное повреждение глаз и кожи, а так же поражение дыхательных путей.
Таблица 2. Результаты рассеяния аммиака при частичном разрушении емкости
Положение точки разгерметизации (5 м, 4 м, 1 м)
Площадь рассеивания, м2 Время рассеивания 300 с
№ и координаты датчика, зафиксированного максимальную концентрацию Наибольшая концентрация, м3/м3
20 9 (7 м,6 м, 6 м) 0,32
50 5 (20 м,4 м, 0.5 м) 0,62
80 5 (20 м,4 м, 0.5 м) 0,7
Положение точки разгерметизации (18 м, 11 м, 3 м)
20 4 (20 м,15 м, 1 м) 0,145
50 4 (20 м,15 м, 1 м) 0,251
80 4 (20 м,15 м, 1 м) 0,252
Таким образом, в работе представлены основные продукции и анализу последствий аварий при их результаты по классификации опасности химической хранении.
Мищенко Елена Викторовна, студентка 5 курса факультета Информационных технологий и управления РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва
Савицкая Татьяна Вадимовна, д.т.н., профессор кафедры компьютерно-интегрированных систем в химической технологии РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва
Егоров Александр Федорович, д.т.н., заведующий кафедрой компьютерно-интегрированных систем в химической технологии РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва
Литература
1. ГОСТ 32419-2013 Классификация опасности химической продукции. Общие требования [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://docs.cntd.ru/document/1200107879 (Дата обращения: 25.05.2015).
2. Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности «Правила безопасности химически опасных производственных объектов». Серия 09. Выпуск 40. - 2-е изд., испр.и доп. - М.: Закрытое акционерное общество «Научно-технический центр исследований проблем промышленной безопасности», 2014. - 76 с.
3. Правила безопасности для наземных складов жидкого аммиака (ПБ 09-579-03). Серия 09. Выпуск 17. -М.: Закрытое акционерное общество «Научно-технический центр исследований проблем промышленной безопасности», 2012. - 74 с.
4. Егоров А.Ф., Т.В.Савицкая, Колесников В.А., Кузьмина Ю.А. Интеллектуальная система прогнозирования и классификации опасностей химической продукции и техногенных отходов для повышения уровня безопасности//Цветные металлы. - 2015. - №4. - с.78-84.
5.Группа компаний Промышленная Безопасность. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.safety.ru/ (дата обращения: 26.05.2015).
6. Сайт компании GexCon As. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.gexcon.com/ (дата обращения: 26.05.2015).
7. Институт промышленной безопасности, охраны труда и социального партнерства. Центр сотрудничества международной информационной сети ILO/CIS. Безопасный труд в мире - Карты химической безопасности [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.safework.ru/ilo/icsc/ (дата обращения: 27.05.2015).
Mishchenko Elena Victorovna*, Savitskaya Tatiana Vadimovna, Egorov Aleksandr Fedorovich
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia * e-mail: lena-mischenko@list.ru
CLASSIFICATION OF CHEMICALS AND ANALYSIS OF CONSEQUENCES OF ACCIDENTS DURING ITS STORAGE USING SOFTWARE, FLACS
Abstract
The paper presents a hazard classification of hydrochloric acid and ammonia by the effects on humans. Also presented analyze the consequences of accidents during storage above listed substances using software FLACS.
Keywords: chemical products, the risk of accident, storage
