CC BY
125
УДК 681.3
Н. С. Клёнина*, Т. В. Савицкая
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д. 20 * e-mail: nklyonina@yandex.ru
МОДЕЛИРОВАНИЕ СЦЕНАРИЕВ РАЗВИТИЯ АВАРИЙ И АНАЛИЗ РИСКА НА ОПАСНЫХ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ОБЪЕКТАХ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА TOXI+RISK
Рассмотрены функциональные возможности программного комплекса TOXI+Risk, предназначенного для количественной оценки риска аварий, пожарного риска, зон воздействия поражающих факторов аварии и других последствий. Представлены результаты моделирования 5 аварий, произошедших за 2009-2012 гг. на опасных производственных объектах.
Ключевые слова: авария; анализ риска; моделирование взрывов и пожаров; опасное вещество.
Нефтехимическая, нефтегазоперерабатывающая промышленность и объекты
нефтепродуктообеспечения представляют собой сложные объекты с точки зрения анализа риска и последствий аварий. Существует большое количество различных причин возникновения аварий на опасных производственных объектах (ОПО), связанных с неполадками технологического оборудования, ошибками производственного персонала и другими факторами риска, которые часто приводят к проливам и утечкам опасных веществ в атмосферу, к взрывам и пожарам, к социальному и материальному ущербу. Для того чтобы годы избежать или минимизировать последствия аварий на ОПО необходимо проводить расчет рисков произошедших аварий и анализировать полученные значения, для принятия адекватных мер защиты. Это возможно с помощью моделирования аварийных ситуаций с использованием программных комплексов.
В данной работе была проведена систематизация аварий на ОПО, по данным из информационных бюллетеней Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору было рассмотрено 30 аварий, произошедших за 2009-2012 гг. [1]. Из них были выбраны 5 аварий, имеющих наиболее полное описание, исходные данные, данные последствий аварии, разное оборудование и опасное вещество (ОВ), которые представлены ниже:
1) Авария в резервуарном парке по переработке углеводородного сырья, сопровождающаяся разгерметизацией резервуара, из-за перегрева нефти, и последующим пожаром и взрывом газовоздушной смеси (Славянский битумный завод, г. Славянск-на-Кубани).
2) Взрыв колонны цеха производства аммиачной селитры с последующим взрывом и выбросом аммиака, из-за резкого тепловыделения реакции азотной кислоты и аммиака (Завод минеральных удобрений, г. Кирово-Чепецк).
3) Авария во время сливно-наливных операций сжиженного углеводородного газа (СУГ), сопровождающаяся обрывом сливного рукава и
последующим взрывом железнодорожной цистерны (пункт сливо-наливных операций, г. Кострома).
4) Авария на технологическом трубопроводе «Линия изобутан-сырец», сопровождающаяся разгерметизацией трубопровода и последующим взрывом газовоздушной смеси и пожаром (ОАО «Тольяттикаучук»).
5) Авария на складе хранения нефти и нефтепродуктов, сопровождающаяся взрывом паровоздушной смеси углеводородов и последующим пожаром в подземном резервуаре, использовавшемся не по назначению («Дельтаком», г. Ангарск).
Для уточнения исходных данных для моделирования в программном комплексе (ПК) TOXI +Risk [2] был проведен поиск подложек места аварии, метеоусловий на дату аварии, регламенты хранения, транспортировки и обращения с опасными веществами, а также поиск недостающих данных с места аварии.
Для выбранных аварий с использованием программного комплекса были проведены:
- расчет массы опасного вещества, участвовавшего во взрыве;
- расчет последствий взрыва, давления, импульса во фронте ударной волны и зон поражения различной тяжести;
- подбор деревьев событий для каждой
аварии;
- расчет анализа риска, для персонала и третьих лиц;
- сравнение полученных расчетных данных с последствиями аварий.
С использованием ПК было проведено моделирование распространения ОВ в облаке, взрыв топливовоздушной среды (ТВС) и анализ риска последствий аварийных ситуаций. На примере самой опасной аварии № 3, с большим количеством пострадавших, подробно показаны все расчеты.
Для расчета массы опасного вещества, участвующего во взрыве использован модуль ТОКСИ, был выбран сценарий аварии - ОВ -жидкость, полное разрушение оборудования, и заданы исходные данные: опасное вещество -
пропан, объем емкости - 55,7 м , доля газа в емкости
- 0,1, температура окружающего воздуха - 22,1°С, скорость ветра 3 м/с, класс устойчивости атмосферы
- А, давление в оборудовании - 20 атм. и температура в оборудовании - 22,1°С.
В результате расчета получены расстояния на которых достигается: 0,5НКПВ - 287 м по ветру, против ветра - 58 м; НКПВ - 219 м по ветру, против ветра - 58 м; ВКПВ - 105 м по ветру, против ветра -48 м. Максимальная взрывоопасная концентрация вещества в облаке достигается через 20 секунд и составляет 4079,5 кг, что имеет тяжелые последствия взрыва. Протяженность зоны по ветру составляет 132,5 м.
Для расчета последствий взрыва использован модуль Взрыв ТВС, где были заданы вещество, агрегатное состояние и масса опасного вещества, участвующая во взрыве, рассчитанная ранее. Результаты расчета в виде графических зависимостей представлены ниже (рис. 1).
Из представленных зависимостей можно сделать выводы: кривая 1 - со 100% вероятностью промышленные здания получат сильные разрушения, с возможным восстановлением поврежденных стен без их сноса на расстоянии 80 м от эпицентра взрыва; кривая 2 - вероятность повреждения зданий, которые подлежат сносу 82% достигается на расстоянии 46 м; кривая 3 - 94% вероятность отброса людей волной давления достигается на расстоянии 40 м; кривая 4 - 28% вероятность разрыва барабанных перепонок у людей достигается на расстоянии 48 м.
Для расчета анализа риска последствий аварийной ситуации были заданы: количество обслуживающего персонала - 3 сотрудника, третьи лица - 10 человек, оборудование - железнодорожная цистерна, резервуар сжиженного углеводородного газа и компрессор. Для каждой единицы оборудования выбиралось дерево событий из базы данных ПК. Для настоящей аварии было использовано 2 дерева, одно из которых представлено на рис. 2.
Всего программой были рассчитаны 162 сценария: из них 99 приняли исход пожара, 42 -взрыва ТВС, 14 - факельного горения и 7 -аварийного выброса опасных веществ. Почти каждый сценарий имеет пострадавших и погибших по выбранным критериям: зонам поражения ударной волной, термического излучения и по другим. После суммации в результате наложения изолиний, соответствующих уровням поражения по выбранным критериям, получается, что из 95 попавших в зону аварии 66 человек могут погибнуть. Количество пострадавших и погибших имеет такое большое значение из-за того, что авария произошла днем, а обслуживающий персонал работает посменно. Причем наиболее опасные сценарии 6 и 8 (взрыв ТВС), при которых могут погибнуть 13 из 16 и 8 из 10 человек, попавших в зону аварии, соответственно. При расчете остальных аварий были введены исходные данные, представленные в таблице 1, и получены результаты расчетов.
О 20 40 SO SO 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 380 380 400 420 440
Расстояние, м
Рис. 1. Вид основных графических зависимостей: 1 - восстановление поврежденных стен промышленных зданий возможно без их сноса, 2 - поврежденные здания подлежат сносу, 3 - отброс людей волной давления, 4 - разрыв барабанных перепонок у людей
Ü.0E
Рис. 2. Дерево исходов для железнодорожной цистерны и для резервуара СУГ
78
Таблица 1. Исходные данные и результаты расчетов аварий
Характеристики аварий Номер аварии
12 3 45
Исходные данные аварий
Опасное вещество нефть аммиак пропан изобутан бензин
Объем оборудования, м3 60 43 55,7 23,55 840
Доля газа в ёмкости 0,1 0,5 0,1 0,05 0,04
Температура окружающего воздуха, °С -3,3 -13,4 22,1 9,4 25,3
Скорость ветра, м/с 2,3 2 3 штиль 1
Категория устойчивости атмосферы C D А D А
Рискующие сотрудники/третьи лица, чел 5/20 6/0 3/10 10/15 5/0
Результаты расчетов аварий
НКПВ по/против ветра, м 19/0 191/100 219/58 99/82 44/17
ВКПВ по/против ветра, м 11/0 138/80 105/48 31/25 14/8
Протяженность зоны по ветру, м 9,91 156,46 132,5 29,42 26,85
Длительность поступления ОВ в атмосферу, с 5,1 6,2 6,25 6,12 6,35
Взрывоопасная масса ОВ в облаке, кг 4,7 2221,5 4079,5 289,6 95,7
Граница сильных разрушений достигается на, м 12,57 35,47 127,57 52,76 0
Граница области значительных разрушений, м 21,65 124,25 219,8 90,89 50,18
Всего расчетов, в том числе: 70 75 162 48 62
Рассеяние 18 3 7 4 2
Пожар 28 36 99 16 36
Взрыв ТВС 24 36 42 24 24
Факельное горение 0 0 14 0 0
Максимальное количество попавших в зону аварии, чел 14 26 95 47 4
Максимальное количество погибших, чел 11 25 66 39 3
По найденным значениям (таблица 1) можно сделать вывод, что авария № 3 по сравнению с другими авариями действительно самая опасная, у неё довольно большая взрывоопасная масса ОВ в
облаке, наибольшее расстояние границы сильных
разрушений. Данная авария имеет большее
количество сценариев развития и большее количество пострадавших и погибших.
Клёнина Наталья Сергеевна, студентка 4 курса бакалавриата 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.
Литература
1. Ежегодные отчёты о деятельности Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному
надзору. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.gosnadzor.ru/public/annual_reports (дата обращения: 05.05.2016).
2. Программный комплекс по оценке последствий аварий ТОКСИ+// ЗАО «Научно-технический центр
исследований проблем промышленной безопасности». [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://safety.ru (дата обращения: 22.11.2015).
Klenina Natalia Sergeevna*, Savitskaya Tatiana Vadimovna
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia * e-mail: nklyonina@yandex.ru
SIMULATION OF SCENARIOS OF ACCIDENTS AND RISK ANALYSIS FOR HAZARDOUS PRODUCTION FACILITIES WITH THE USE OF THE SOFTWARE SYSTEM, TOXI+RISK
Abstract
The functional capabilities of the software complex, TOXI+Risk, designed to quantify accident risk, fire risk, areas of impacts accident impacts and other consequences. Presents the simulation results of the 5 accidents that occurred in 20092012 at hazardous production facilities.
Key words: accident; risk analysis; modelling of explosions and fires; hazardous substance.
