CC BY
57
Е. Ю. КОЛЕСНИКОВ, канд. физ.-мат. наук, старший научный сотрудник, Поволжский государственный технологический университет Министерства образования и науки Российской Федерации (Россия, 424000, г. Йошкар-Ола, пл. Ленина, 3; e-mail: [email protected])
удк 614.8:005.334
О МОДЕЛЬНОЙ НЕОПРЕДЕЛЕННОСТИ ПОЖАРНОГО РИСКА НАЗЕМНОГО РЕЗЕРВУАРА С БЕНЗИНОМ
Показана принципиальная важность всемерного развития методов количественной оценки неопределенности, сопровождающей любые численные оценки при анализе пожарного риска. Даны краткие сведения о количественной оценке неопределенности, ее природе и источниках. На примере простого объекта — наземного резервуара с бензином — указаны источники модельной (в том числе сценарной) неопределенности, возникающей при анализе риска с использованием отечественных нормативных методик. Показано, что реализация сценария BLEVE возможна только на резервуарах типа РГС (горизонтального типа). Даны современные представления о механизме явлений, предшествующих взрыву этого типа и сопровождающих его.
Ключевые слова: пожарная безопасность; пожарный риск; сценарный подход; источники неопределенности; BLEVE.
Введение
Относительно новый для нашей страны подход к управлению техногенной безопасностью (в том числе пожарной) заключается в использовании риск-менеджмента — методологии, основанной на анализе и количественной оценке риска (КОР). Можно сослаться, например, на "Технический регламент о требованиях пожарной безопасности" [1]. Анализ техногенного риска (АТР) является видом экспертной деятельности, заключающимся в присвоении численных значений ряду параметров, характеризующих опасность нанесения ущерба со стороны той или иной технической системы или процесса людям, окружающей среде, материальным и нематериальным ценностям. При выполнении АТР пользуются всей доступной информацией:
• о свойствах изучаемой технической системы;
• о моделях развития во времени и пространстве физических процессов, сопровождающих нештатное (аварийное) высвобождение опасных веществ и/или энергии;
• о расположении на местности потенциальных объектов поражения.
Необходимые количественные оценки риска аналитик выполняет либо с использованием справочных данных, либо расчетом по моделям, либо экс-пертно, опираясь на собственную интуицию или формальные рассуждения. В любом случае получаемые численные оценки параметров задачи только кажутся точными. На самом деле они являются лишь меткой (маркером) интервала, в котором в действительности находится истинное значение параметра. Подобный интервал в современной метрологии при© Колесников Е. Ю., 2013
нято характеризовать величиной неопределенности. Неопределенность полученной оценки техногенного риска достаточно информативно характеризует значимость выполненной работы. Например, если результат получен с чрезмерно большой неопределенностью, то практическая ценность выполненной работы весьма мала. При этом нередко протяженность интервала неопределенности может достигать нескольких порядков величины.
В связи со сказанным немало вопросов вызывает постановка вопроса об обеспечении пожарной безопасности в Техническом регламенте [1], где в качестве единственного критерия для принятия решения выбран результат количественной оценки риска, который предложено сравнивать с точечным пороговым значением.
По нашему мнению, в настоящее время менеджмент риска следует рассматривать как средство, дополняющее традиционные детерминистические меры (ограничения и надзора) обеспечения безопасности. Это связано с тем, что безусловные достоинства методологии менеджмента техногенного (в частности, пожарного) риска — гибкость, объективность, обоснованность математическим моделированием — во многом "компенсируются" существенной неопределенностью получаемых результатов. Как уже было отмечено выше, для итогов количественной оценки риска интервал неопределенности зачастую составляет три и более порядков величины. Именно этим фактом, иногда замалчиваемым, иногда игнорируемым, обуславливается скептическое отношение к применимости методологии КОР в целом. По-
нимание и признание этого факта означает следующее:
1) методология риск-менеждмента является хорошим инструментом для управления техногенной (пожарной) безопасностью, но не абсолютным. Больше всего она подходит для задач, связанных со сравнительными исследованиями, с выбором оптимального решения из серии альтернатив, предлагая хорошие критерии для такого выбора;
2) в настоящее время эта методология не может служить альтернативой традиционным ("выстраданным") подходам к обеспечению техногенной безопасности;
3) необходимо всемерно развивать научные исследования, направленные на количественную оценку неопределенности результатов КОР и разработку способов ее уменьшения.
О природе неопределенности результатов анализа техногенного риска
В области исследований количественной оценки неопределенности (КОН) техногенного риска следует отметить серьезное отставание отечественной науки от зарубежной. Это нагляднее всего иллюстрирует соотношение количества публикаций по данной проблеме на русском и английском языках
— десяток против нескольких сотен (если не тысяч). В отечественных нормативно-методических документах (НМД) по проблематике техногенного риска раздел КОН либо отсутствует вовсе [2-7], либо носит декларативный характер [8,9]. Иными словами, практические рекомендации по выполнению КОН отсутствуют.
Касаясь толкования базового понятия "риск" применительно к сфере техногенной (пожарной, в частности) безопасности, можно привести распространенное определение достаточно общего типа: "риск
— это сочетание вероятности события и его последствий" [9]. Данное определение можно сформулировать несколько иначе: техногенный риск — это векторная величина, имеющая два компонента: вероятностный компонент риска (ВКР) и компонент риска, связанный с ущербом от аварии (КРУ).
Применительно к анализу риска следует четко разграничивать два аспекта понятия "неопределенность" — качественный и количественный. Качественный аспект характеризует полноту и адекватность имеющихся знаний об изучаемом объекте или явлении. Такое толкование неопределенности широко используется в экономической науке. В области анализа техногенного риска с самого начала стремились к количественному выражению неопределенности получаемых результатов (можно сослаться на знаменитый отчет о безопасности коммерческих ядерных реакторов WASH-1400, подготовленный
в 1975 г. научным коллективом под руководством проф. Н. Расмуссена [10]). Иначе говоря, неопределенность в АТР выступает в качестве меры разброса (рассеивания) результата, т. е. примерно так же, как и в теории измерений.
Исследование природы неопределенности (техногенного риска) позволяет выделить два ее принципиально различных типа:
• стохастическую (aleatory*) неопределенность, связанную с объективной изменчивостью (вариабельностью) свойств системы технический объект - окружающая его среда. Например, такие параметры, как метеорологические условия на момент аварии, свойства подстилающей поверхности, расположение на местности объектов поражения (людей, животных, подвижных материальных объектов) и т. п., меняются случайным образом и не могут быть точно спрогнозированы;
• эпистемическую (epistemic) неопределенность, обусловленную субъективным фактором — недостаточностью (неполнотой, неточностью, неоднозначностью) имеющихся знаний о свойствах изучаемой системы, которая не позволяет точно описать и спрогнозировать негативные эффекты, возникающие в ней вследствие промышленной аварии (например, пожара или взрыва). Анализ показывает, что зачастую границы между этими двумя типами неопределенности весьма условны: в ряде случаев трактовка результатов наблюдений зависит от их толкования, т. е. в чисто стохастической неопределенности присутствует элемент неоднозначности как разновидности эписте-мической неопределенности.
Вопрос о классификации источников неопределенности, возникающих в процессе КОР, широко освещается в англоязычной литературе. В связи с этим можно дать ссылку на руководство CPR-18E [12], разработанное TNO (Голландской организацией прикладных исследований). В этом документе выделены три группы источников неопределенности результатов КОР:
• постановка задачи (starting point);
• используемая модель, т. е. модельная неопределенность;
• значения входных параметров модели, т. е. параметрическая неопределенность.
Под постановкой задачи авторы [12] понимают выбор одного из двух принципиально различных подходов:
а) консервативного (рассматривающего наиболее опасную из возможных реализаций аварии);
* Термин aleatory впервые, по-видимому, был использован в одном из отчетов МАГАТЭ серии "Безопасность" [11].
б) реалистичного (учитывающего конкретные обстоятельства аварии).
Ясно, что в рамках консервативного подхода неопределенность результатов КОР оказывается ниже, поскольку уменьшена ее объективная (стохастическая) составляющая: ведь при консервативном подходе не принимается во внимание изменчивость различных аспектов аварийной ситуации (например, количества опасного вещества, участвующего в аварии; метеоусловий; количества людей в области поражения и т. п.), так как все они рассматриваются "по наихудшему сценарию". Недостатком консервативного подхода является то, что получаемые в его рамках оценки риска излишне драматичны, поскольку вероятность рассматриваемых сценариев крайне мала. Консервативный подход традиционно используется при нормировании различных аспектов безопасности (экологической, гигиенической и др.).
Реалистичный подход значительно более трудоемок и может быть применен либо postfactum, т. е. после того как авария произошла и ее обстоятельства известны, либо на проектной стадии. Однако в последнем случае при выполнении КОР необходим расчет всех возможных сценариев аварии, различающихся комбинацией ее существенных факторов. Подобный подход был реализован, в частности, группой Н. Расмуссена при подготовке отчета WASH-1400: ею были выполнены расчеты рассеивания радиоактивного облака по 14400 сценариям, предполагающим различные метеоусловия, типы подстилающей поверхности и т. д. [13].
Что касается вопроса о происхождении модельной неопределенности, то, как показывает анализ литературы, в целом мнения авторов совпадают. Например, согласно СРЯ-18Б [12] модельная неопределенность результатов КОР может возникать вследствие:
а) неучета (игнорирования) при разработке модели некоторых факторов (неполноты модели);
б) использования модели вне границ области ее применимости;
г) принятых в модели упрощений (например, линеаризации зависимостей);
д) игнорирования того факта, что некоторые модельные параметры могут меняться;
е) ошибок, связанных с расчетами.
Модельная неопределенность тесно связана с
параметрической, причем настолько тесно, что не всегда можно провести между ними четкую границу. Дело в том, что всякая модель, реализованная в виде системы математических уравнений, с неизбежностью включает набор количественных параметров, характеризующих различные свойства моделируемого объекта и окружающей его среды.
Особой разновидностью модельной неопределенности является "сценарная" неопределенность.
Она возникает всякий раз, когда на этапе идентификации опасности при анализе риска опасного объекта, упустив из виду некоторые важные сценарии, в дальнейшем игнорируют их при моделировании либо, наоборот, рассматривают такие варианты развития аварий, которые в данных условиях не могут быть реализованы. Сценарная неопределенность, возникающая при оценке пожарного риска, рассмотрена ниже на примере резервуара с бензином.
Параметрическая неопределенность возникает из-за того, что значения "входных" параметров модели (как по объективным, так и по субъективным причинам) также обладают неопределенностью. В данном случае объективный фактор (стохастическая неопределенность) связан с изменчивостью свойств моделируемого объекта, которая происходит либо со временем, либо вследствие учета его индивидуальных отличий в серии однотипных объектов. Субъективный же фактор (эпистемическая неопределенность) обусловлен недостатком или неточностью информации, используемой при присвоении параметру модели численного значения.
В наиболее общем случае значения параметров модели могут быть приняты по данным:
• собственных экспериментов;
• экспериментов, проводимых другими исследователями;
• литературным, в частности справочным;
• результатов обработки экспертных суждений.
Модельная неопределенность пожарного риска резервуара с бензином
Оценка пожарного риска объектов нефтепродук-тообеспечения в настоящее время достаточно востребована. Согласно действующему законодательству она является обязательной для владельцев таких объектов, например, в рамках декларирования пожарной безопасности, разработки паспортов безопасности и планов ликвидации аварийных ситуаций (ПЛАС). Несмотря на обилие математических моделей и инженерных методик, описывающих ход аварии, связанной с разгерметизацией емкостного или линейного оборудования (как отечественного, так и зарубежного), при разработке деклараций пожарной или промышленной безопасности, паспортов безопасности или ПЛАС разрешается пользоваться исключительно отечественными НМД.
Учитывая ограниченные рамки статьи, рассмотрим для примера наземный резервуар с автомобильным бензином. Не вдаваясь в детали, все стальные резервуары, используемые для хранения нефтепродуктов, можно разделить на два типа — вертикальные (РВС) и горизонтальные (РГС).
При этом в методических документах, разработанных ВНИИПО [2-5], к сожалению, эти два типа
резервуаров не различаются, что создает очень большую неопределенность при проведении КОР. Покажем это.
Неопределенность ВКР связана, в частности, с оценкой частоты разгерметизации сосудов, работающих под давлением, близким к атмосферному. В табл. П1.1 приложения 1 [4] дается единственное значение вероятности полной разгерметизации ре-зервуара—5,010-6год-1, асогласнотабл. П2.1 Пособия [5] значения данной вероятности дифференцированы в зависимости от вместимости резервуара V:
• при V< 450 м3 — 8,010-6 год-1;
• при V> 450 м3 — 5,010-6 год-1.
Представляется, что с учетом текущего состояния отечественного резервуарного парка эти значения существенно занижены. Авторы отечественных публикаций на тему аварийности резервуаров с нефтепродуктами [14], опираясь на статистику последних лет, дают следующую оценку частоты разгерметизации резервуаров типа РВС — 1,6 10-3 год-1.
Есть основания полагать, что аналогичные показатели для РГС существенно ниже. Возможно даже, что они близки к значениям, фигурирующим в методиках ВНИИПО. Отчасти это связано с тем, что согласно ГОСТ Р 31385-2008 [15] (и предшествующим стандартам) резервуары вертикальные стальные со стационарной крышей изготавливаются на избыточное давление не более 2 кПа. Если учесть огромную вместимость и геометрические размеры РВС (до 120 тыс. м3), следует заключить, что их корпус, особенно резервуаров, работающих в цикле избыточное давление-вакуум, подвергается очень высоким динамическим нагрузкам.
При этом горизонтальные резервуары, изготовленные по ГОСТ 17032-2010 [16] (или его более ранним аналогам), существенно прочнее (прочность на разрушение внутренним давлением у РГС с коническими днищами составляет 70 кПа, с плоскими днищами — 40 кПа). Кроме того, геометрические размеры РГС значительно меньше, так как вместимость сосудов этого типа не превышает 100 м3. Большая механическая прочность, особенности на-гружения (отсутствие заметных гидростатических нагрузок) делают сосуды этого типа при эксплуатации, в том числе в условиях пожара, заметно устойчивее.
Таким образом, с нашей точки зрения, разработчикам отечественных нормативных методик следовало бы дифференцировать исходные значения вероятности разгерметизации резервуаров (напрямую влияющие на конечные значения ВКР), в том числе в зависимости от типа резервуара — РГС или РВС (с дальнейшей детализацией последних по конструктивному исполнению — наличию понтона, плавающей крыши и т. п.).
Анализ пожарного риска резервуара с бензином предполагает исследование всех возможных сценариев развития аварии, выполнение количественной оценки обоих компонентов пожарного риска — ВКР и КРУ. С учетом положений действующих нормативно-методических документов по пожарной и промышленной безопасности, многолетней статистики аварий, происшедших на резервуарах [17, 18], следует заключить, что возможны следующие виды аварий:
• частичная разгерметизация резервуара, истечение бензина в обвалование через отверстие в ре-зервуарной стенке;
• полное квазимгновенное разрушение резервуара с проливом бензина в обвалование и за его пределы.
При этом возможны следующие варианты дальнейшего развития событий:
а) горение бензина в РВС;
б) пожар пролива внутри и снаружи обвалования;
в) объемный взрыв паровоздушного облака в атмосфере;
г) взрыв перегретого бензина, находящегося в резервуаре, нагреваемом огнем пожара в собственном обваловании или пламенем соседнего горящего резервуара (сценарий БЬЕУЕ);
д) сгорание переобогащенной двухфазной бен-зиновоздушной смеси в режиме огненного шара;
е) дрейф по ветру паровоздушного облака с последующим взрывом или без такового [7].
Из всех сценариев аварии именно варианты "г" и "д" являются наиболее значимыми по своим последствиям, т. е. видами аварий с наибольшим КРУ Более того, как отмечают Аббази [19], многие авторы полагают, что БЬЕУЕ, всегда сопровождающийся разлетом осколков оболочки резервуара различной массы, — самый опасный сценарий, поскольку:
• во-первых, разлет осколков часто порождает эскалацию аварии по механизму "домино";
• во-вторых, согласно статистическим данным больше всего погибает людей именно из-за попадания в них летящих осколков. Методики, разработанные ВНИИПО [2-5], а также методика ОАО "Газпром" [6] при оценке последствий аварий на резервуарах с горючими жидкостями требуют учета обоих сценариев — и БЬЕУЕ, и огненного шара. Однако, к сожалению, в этих методиках не различается тип резервуара. В результате на практике при разработке документов, содержащих КОР (декларации промышленной безопасности, ПЛАС, декларации пожарной безопасности, паспорта безопасности), выполняется оценка этих сценариев, в том числе и для РВС. С нашей точки зрения, этот подход является ошибочным, поскольку он порождает большую сценарную неопределен-
ность результатов КОР, делая эти оценки излишне консервативными.
Дело в том, что, как уже было отмечено, прочность резервуаров с вертикальными стенками и стационарной крышей невелика. Из-за их конструктивных особенностей избыточное давление внутри РВС не может превышать 2 кПа, а этого недостаточно для возникновения такого явления, как BLEVE. Вообще говоря, внутри нагреваемого пожаром РВС с нефтепродуктом возможны взрывы двух типов:
а) взрывное вскипание слоя подтоварной воды, происходящее после относительно длительного горения зеркала нефтепродукта в резервуаре с поврежденной (или отсутствующей) крышей (сценарий boilover). В результате взрыва этого типа происходит выплескивание горящего нефтепродукта на десятки метров (подобные случаи описаны, например, О. М. Волковым [20]);
б) взрыв в паровом пространстве резервуара, который возможен только при условии, что концентрация паров нефтепродукта (хотя бы локальная, вблизи отверстия в стенке или крыше) будет находиться в диапазоне взрываемости НКПР-ВКПР. Избыточное давление подобного взрыва относительно невелико. Воздействуя на слой нефтепродукта сверху, оно неспособно диспергировать нефтепродукт на капли размером 100 мкм, что имеет место при сценарии BLEVE.
Относительно редкие случаи образования огненных шаров (являющихся обязательным следствием сценария BLEVE для горючих жидкостей), наблюдавшиеся ранее при авариях на резервуарах с бензином, следует отнести, на наш взгляд, исключительно к горизонтальным цилиндрическим (или сферическим) резервуарам. Р. Праг приводит примеры 47 случаев образования огненных шаров на резервуарах с углеводородами, происшедших в мире за период 1943-1992 гг. [18]. Из них лишь две аварии имели место на резервуарах с бензином: во-первых, это авария, происшедшая в 1976 гвг. Гадсен (США) на емкости с 4 т бензина, и, во-вторых, авария, случившаяся четырьмя годами ранее в штате Западная Вирджиния (к сожалению, в последнем случае какие-либо количественные сведения, кроме числа пострадавших, отсутствуют).
Чтобы обстоятельнее разобраться с такими сложными явлениями, как BLEVE и огненный шар, обратимся к опубликованным работам по данной тематике. По свидетельству авторов монографии [21] из технического университета г. Дельфта, термин "BLEVE" (Boiling Liquid Expanding Vapour Explosion) впервые был введен Смитом, Маршем и Уэллсом (J. B. Smith, W. S. Marsh, W. L. Walls) в 1957 г. Вообще говоря, явление взрывного гомогенного парообразования во всем объеме перегретой жидкой
фазы может наблюдаться в любой жидкости, отнюдь не обязательно горючей. Например, авторы [21] утверждают, что это явление можно наблюдать в стакане воды, помещенном в обычную СВЧ-печь. Единственное условие, которое непременно следует соблюсти, так это то, что вода предварительно должна быть тщательно очищена от центров парообразования (взвесей и растворенных газов). В этом случае электромагнитная энергия магнетрона сможет нагреть воду в стакане при атмосферном давлении до температуры, намного превышающей 100 °С. В итоге вода окажется в метастабильном, перегретом состоянии. Важное предупреждение: если произойдет вскипание такой перегретой воды, оно будет носить взрывной характер и может нанести ущерб СВЧ-печи.
Перегретой, как известно, называется жидкость, температура которой превышает температуру ее кипения при данном давлении. Предположим, жидкость находится в сосуде при некоторой температуре в состоянии динамического равновесия со своим насыщенным паром. Если по какой-либо причине давление в сосуде резко снизится (например, в результате его разгерметизации), жидкость окажется перегретой и мгновенно вскипит. Причем в отличие от обычного пузырького кипения (называемого гетерогенным), при котором паровые пузырьки образуются у стенки, подводящей тепло, в случае БЬЕУЕ пузырьки пара (диаметром 1-3 мм [22]) образуются всего за 1 мс сразу во всем объеме. В результате этого гомогенного вскипания, протекающего как паровой взрыв, пузырьки пара мгновенно превращают всю массу жидкости в капельно-паровое облако с характерным диаметром капли 0,1 мм [22]. Если жидкость в резервуаре горючая (учитывая, что источник зажигания налицо), то это облако загорится, и далее процесс горения будет протекать по механизму "огненного шара".
Таким образом, вопрос о возможности реализации подобного сценария для резервуара с бензином эквивалентен вопросу: можно ли привести бензин, находящийся в нагреваемом пожаром резервуаре, в перегретое состояние. С учетом относительно большой механической прочности горизонтальных цилиндрических резервуаров следует допустить, что в них это возможно, а в резервуарах с вертикальными стенками — нет. Без учета типа резервуара при проведении КОР возникает чрезмерная неопределенность.
Первая теория возникновения БЬЕУЕ в соответствии с [19, 21, 22] принадлежит Р. Рейду [23]. Согласно ее положениям, впоследствии несколько модифицированным, у каждой жидкости существует верхний температурный предел перегрева Гж. Рейд полагал, что, если после резкого падения дав-
ления температура жидкости окажется выше TSL, будет наблюдаться BLEVE, в противном случае — просто бурное кипение, без парового взрыва.
Опираясь на положения молекулярно-кинетиче-ской теории реальных газов, Рейд пришел к выводу, что TSL = 0,85^0,895Ткр (где Ткр — критическая температура вещества). Например, у пропана TSL = 57 °С (позже BLEVE по механизму Рейда получил название "горячего" BLEVE). Однако в опытах, проведенных в 80-х гг. прошлого века, неоднократно наблюдались случаи BLEVE, которые противоречили теории Рейда, поскольку в них не соблюдалось условие Т > TSL. В 1993 г. Венарт с коллегами разработали альтернативную теорию вскипания перегретой жидкости [24], названную ими BLCBE (Boiling Liquid Compressed Bubble Explosions). Согласно представлениям этих авторов процесс BLCBE протекает в две скоротечные стадии, начиная с частичной разгерметизации сосуда, в результате которой давление в нем сначала падает, а затем (на второй стадии) резко возрастает, превышая начальное. Вторичный скачок давления приводит к полному разрушению резервуара и паровому взрыву всей массы жидкости. В отличие от классического (горячего) BLEVE взрывы по этому механизму называют "холодными" BLEVE [21].
Вообще говоря, неопределенность, связанная с реализующимся сценарием аварии, при котором в очаг пожара попадает резервуар с нефтепродуктом, велика. Как свидетельствуют факты, не удалось точно спрогнозировать исходы ни аварий, ни специально поставленных экспериментов, в которых были задействованы резервуары с углеводородами, нагреваемые огнем. Наиболее часто подобные опыты ставились со сжиженным пропаном или бутаном, в реальные же аварии попадали резервуары со сжиженным природным газом, этиленом, циклогексаном, винилхлоридом, бензином, пропиленом и другими веществами, широко используемыми в хозяйственном обороте. Согласно результатам специальных исследований развитие событий зависит от множества обстоятельств: толщины стенки резервуара, степени его заполненности, пропускной способности предохранительных клапанов, уставки давления срабатывания этих клапанов, площади сечения отверстия, первоначально возникающего в стенке резервуара, и др.
В некоторых опытах и авариях (по свидетельству очевидцев) вместо BLEVE наблюдалось факельное горение двухфазной струи, вырывающейся из отверстия в стенке без последующего взрыва.
Взрывное вскипание, если оно происходило, наступало через значительные интервалы времени. Так, в серии опытов на резервуаре типа РГС, содержащем 85 т пропана [25], о которых сообщают Аб-бази [19], сценарий BLEVE наблюдался в интер-
вале 4-48 мии с момента начала нагрева стенок резервуара. В другой серии экспериментов, проведенных British Gas и NFPA, промежуток времени с момента начала утечки до BLEVE составлял от 5 до 30 мин [22].
Голландская организация TNO, разработавшая серию "цветных" книг - руководств по выполнению КОР (CPR-12E, CPR-14E, CPR-16E и CPR-18E), рекомендует для вероятности возникновения BLEVE при авариях на стационарных резервуарах, содер-жащихуглеводороды,принимать^BLEVE =0,7 [12].
Как уже было отмечено выше, ведущим поражающим фактором аварии на резервуаре с нефтепродуктами или сжиженными газами является не мощное тепловое излучение огненного шара, а разлет осколков, которым сопровождается полное разрушение оболочки резервуара при BLEVE. Удивительно, что в отечественных НМД по оценке пожарного риска, разработанных ВНИИПО, этот фактор игнорируется. Между тем подход к расчету эффекта осколочного поражения, возникающего при сценарии BLEVE, изложен в "желтой книге" [26], а из отечественных НМД можно назвать СТО Газпром 2-2.3-4002009 [6].
В настоящей статье не ставится задача сравнения расчетных соотношений, рекомендуемых к использованию при выполнении КОР. Такой сравнительный анализ содержится, например, в обзорной статье Аббази [19]. Для содержания настоящей статьи важно подчеркнуть, что игнорирование эффекта осколочного поражения (людей, соседних объектов, в том числе резервуаров с горючими веществами) — это источник большой сценарной неопределенности.
Заключение
Методология анализа риска, количественной оценки важнейших его показателей — перспективный инструмент гибкого, объектно-ориентированного управления техногенной (в том числе пожарной) безопасностью. Эта методология находится в развитии. Одной из наиболее серьезных проблем, стоящих перед ней, является проблема чрезмерной неопределенности получаемых с ее помощью результатов. Эта проблема, осознанная и поставленная на повестку дня проф. Н. Расмуссеном с коллегами еще в 1975 г., не получила удовлетворительного решения и по сей день. Исследования по количественной оценке неопределенности результатов анализа риска интенсивно проводятся во всем мире.
В настоящей статье исследованы некоторые аспекты модельной (в том числе сценарной) неопределенности, возникающие при количественной оценке пожарного риска такого простого объекта, как наземный резервуар с бензином. Показано, что эта
неопределенность очень существенна. Следовательно, методология количественной оценки неопределенности при проведении анализа риска во всех ее аспектах нуждается во всемерном развитии.
В завершение автор хотел бы выразить благодарность К. В. Ярошенко (г. Красноперекопск, Украина) за ценные замечания и оказанную им помощь в написании данной статьи.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Технический регламент о требованиях пожарной безопасности : Федер. закон от 22.07.2008 г. № 123-Ф3; принят Гос. Думой 04.07.2008 г.; одобр. Сов. Федерации 11.07.2008 г. // Российская газета. —2008. — № 163.
2. ГОСТ Р 12.3.047-98. ССБТ. Пожарная безопасность технологических процессов. Общие требования. Методы контроля. — Введ. 01.01.2000 г. — М. : Изд-во стандартов, 1998. — 85 с.
3. Руководство по оценке пожарного риска для промышленных предприятий. — М. : ВНИИПО МЧС России, 2006. — 63 с.
4. Методика определения расчетных величин пожарного риска на производственных объектах : приказ МЧС России от 10.07.2009 г. № 404; введ. 10.07.2009 г. — М. : ВНИИПО МЧС России, 2009 (в ред. приказа МЧС России от 14.12.2010 г. № 649).
5. Пособие по определению расчетных величин пожарного риска для производственных объектов.
— М. : ВНИИПО МЧС России, 2012. — 242 с.
6. СТО Газпром 2-2.3-400-2009. Методика анализа риска для опасных производственных объектов газодобывающих предприятий ОАО "Газпром" : распоряжение ОАО "Газпром" от 15.10.2009 г. № 326; введ. 22.06.2010 г. — М. : ОАО "Газпром", 2009.
7. РД 03-26-2007. Методические указания по оценке последствий аварийных выбросов опасных веществ : приказ Ростехнадзора от 14.12.2007 г. № 859; зарег. Ростехнадзором 27.12.2007 г., рег. № 539; введ. 25.01.2008 г. — М. : НТЦ "Промышленная безопасность", 2008. — 124 с.
8. РД 03-418-01. Методические указания по проведению анализа риска опасных производственных объектов : постановление Госгортехнадзора России от 10.07.2001 г. № 30; введ. 01.09.2001 г.
— М. : НТЦ "Промышленная безопасность", 2002.
9. ГОСТ Р 51901.1-2002. Менеджмент риска. Анализ риска технологических систем. — Введ. 01.09.2003 г. — М. : ИПК Изд-во стандартов, 2002.
10. Reactor Safety Study — An Assessment of Accident Risk in Commercial Nuclear Power Plants. WASH-1400 (NUREG-75/014). Main report. — U. S. Nuclear Regulatory Commission, 1975. — 226 p.
11. IAEA Safety series No. 100. Evaluating the reliability of prediction made using environmental transfer models. — Vienna : IAEA, 1989. — 105 p.
12. CPR-18E. Guidelines for quantitative risk assessment (Purple book). 2nd ed. —Hague : VROM, 2005.
— 237 p.
13. Reactor Safety Study — An Assessment of Accident Risk in Commercial Nuclear Power Plants. WASH-1400 (NUREG-75/014). Appendix VI. Calculation of reactor accident consequences. — U. S. Nuclear Regulatory Commission, 1975. — 500 p.
14. Кондрашова О. Г., Назарова М. Н. Причинно-следственный анализ аварий вертикальных стальных резервуаров // Нефтегазовое дело. — 2004. URL: http://www.ogbus.ru (дата обращения 10.12.2012 г.).
15. ГОСТ 31385-2008. Резервуары вертикальные цилиндрические стальные для нефти и нефтепродуктов. Общие технические условия. — Введ. 01.07.2010 г. — М. : Стандартинформ, 2010.
16. ГОСТ 17032-2010. Резервуары горизонтальные стальные для нефтепродуктов. Технические условия. — Введ. 01.01.2012 г. — М. : Стандартинформ, 2011.
17. Persson H, Lonnermark A. Tank Fires. Review of fire incidents 1951-2003 SP Fire Technology SP Report 2004:14. URL : http://www.sp.se (дата обращения 10.12.2012 г.).
18. Prugh R. W. Quantitative Evaluation of Fireball Hazards // Process Safety Progress. — 1994. — Vol. 13,No. 2.—P. 83-91.
19. Abbasi Tasneem, Abbasi S. A. The boiling liquid expanding vapour explosion (BLEVE): Mechanism, consequence assessment, management // Journal of Hazardous Materials. — 2007. — No. 141. — P. 489-519.
20. Волков О. М.Пожарная безопасность резервуаров с нефтепродуктами. — М.: Недра, 1984. —151 с.
21. Xie Mengmeng. Thermodynamic and gas dynamic aspects of a BLEVE (Draft № 04-200708). — Delft University of Technology, 2007. — 70 p.
22. Lee's Loss Prevention in the Process Industries. 3rd ed. — Elsevier, 2005. — Vol. 2. — 1083 р.
23. Reid R. C. Possible mechanism for pressurized-liquid tank explosions or BLEVE's // Science. — 1979. — Vol. 203, No. 4386. — P. 1263-1265.
24. VenartJ.E. S., SollowsK.F., SumathipalaK. etal. Boiling Liquid Compressed Bubble Explosions: Experiments // Models, Gas-Liquid Flows. Vol. 165. — New York : ASME, 1993. — P. 55-60.
25. BlythingK. W., Reeves A. B. An initial prediction of the BLEVE frequency of a 100 tonnes butane storage vessel. UK Atomic Energy Authority, Safety and Reliability Directorate, Report SRD/R488,1988. — 88 p.
26. CPR-14E. Methods for the calculation of Physical Effects (Yellow book). 3rd ed. — Hague : VROM, 2005. — 870 p.
Материал поступил в редакцию 9 января 2013 г.
= English
ON MODEL UNCERTAINTY OF FIRE RISK OF GROUND TANK WITH GASOLINE
KOLESNIKOV Yevgeniy Yuryevich, Candidate of Physical and Mathematical Sciences, Senior Research Assistant, Volga State University of Technology of the Ministry of Education and Science of Russian Federation (Lenina Sq., 3, Yoshkar-Ola, 424000, Russian Federation; e-mail address: [email protected])
ABSTRACT
Currently, the risk management methodology can be considered only as a supplement to traditional deterministic methods of safety management. This is mainly due to the large uncertainty in the performance of quantitative risk assessment (QRA). Technological risks should be treated as a vector quantity, that two components have: a) the probability component of risk, and b) a component of risk associated with the damage.
Any quantitative estimates made in the QRA, have an uncertainty, the value of which can be up to three orders of magnitude. The issue of quantifying uncertainty was put prof. N. Rasmussen in 1975, when the report WASH-1400 developed.
Research problems quantify uncertainty in Russia lags far behind the work done in the New and Old World. Considering these uncertainties, traditionally distinguished:
• at first, the aleatory and epistemic its diversity;
• secondly, a model and parametric components. A special case of model uncertainty is the scenario uncertainty.
All containers used for storage of petroleum products can be divided into two types—vertical and horizontal. Russian regulations and methods to quantitative assessment of fire risk do no differences between them, which creates a very large uncertainty. Of the full range of emergency scenarios on a tank of oil products is the most dangerous BLEVE and fireball. Statistics show that in the past were observed by type of rare crash fireball on tanks with gasoline that always accompany BLEVE. According to modern ideas, BLEVE is an explosive homogeneous boiling of superheated liquid. There is reason to believe that the type of BLEVE explosion can only with fire engulfed horizontal tanks because of their very strong mechanical bond than with vertical tanks. Thus, the scenario uncertainty in the case of QRA of ground tank with gasoline can be significant.
Keywords: fire safety; fire risk; scenario approach; source of uncertainty; BLEVE.
REFERENCES
1. Tekhnicheskiy reglament o trebovaniyakh pozharnoy bezopasnosti: Feder. zakon ot 22.07.2008 № 123-FZ [Technical Regulations on Fire Safety: Law of Russian Federation on 22.07.2008 No. 123-FZ]. Rossiyskaya gazeta — Russian Newspaper, 2008, no. 163.
2. GOSTR 12.3.047-98. SSBT. Pozharnaya bezopasnost tekhnologicheskikhprotsessov. Obshchiye tre-bovaniya. Metody kontrolya [State Standart 12.3.047-98. Occupational safety standards system. Fire safety of technological processes. General requirements. Methods of control]. Moscow, Izdatelstvo standartov Publ., 1998. 85 p.
3. Rukovodstvopo otsenkepozharnogo riska dlyapromyshlennykhpredpriyatiy [Guide to fire risk assessment for industry]. Moscow, All-Russian Research Institute for Fire Protection of Emercom of Russia Publ., 2006. 63 p.
4. Metodika opredeleniya raschetnykh velichin pozharnogo riska na proizvodstvennykh obyektakh: pri-kaz MChS Rossii ot 10.07.2009 № 404 [Technique of determination of settlement sizes of fire risk on production objects. Order of Emercom of Russia on 10.07.2009 No. 404]. Moscow, All-Russian Research Institute for Fire Protection of Emercom of Russia Publ., 2009.
5. Posobiye po opredeleniyu raschetnykh velichin pozharnogo riska dlya proizvodstvennykh obyektov [Guide to determine the estimated value of fire risk for production facilities]. Moscow, All-Russian Research Institute for Fire Protection of Emercom of Russia Publ., 2012. 242 p.
6. STO Gazprom 2-2.3-400-2009. Metodika analiza riska dlya opasnykhproizvodstvennykh obyektov ga-zodobyvayushchikh predpriyatiy OAO "Gazprom" [Standard of Gazprom 2-2.3-400-2009. Risk analysis techniques for hazardous production facilities gas companies "Gazprom"]. Moscow, OAO Gazprom Publ., 2009.
7. RD 03-26-2007. Metodicheskiye ukazaniyapo otsenkeposledstviy avariynykh vybrosov opasnykh ves-hchestv [Management Document03-26-2007. Guidelines forthe assessment of the consequences of accidental releases of hazardous substances]. Moscow, NTTs "Promyshlennaya bezopasnost" Publ., 2008. 124 p.
8. RD 03-418-01. Metodicheskiye ukazaniya po provedeniyu analiza riska opasnykh proizvodstvennykh obyektov [Management Document 03-418-01. Guidance on the risk analysis of hazardous production facilities]. Moscow, NTTs "Promyshlennaya bezopasnost" Publ., 2002.
9. GOST R 51901.1-2002. Menedzhment riska. Analiz riska tekhnologicheskikh sistem [State Standart 51901.1-2002. Risk management. Risk analysis of technological systems]. Moscow, IPK Izdatelstvo standartov Publ., 2002.
10. Reactor Safety Study — An Assessment of Accident Risk in Commercial Nuclear Power Plants. WASH-1400 (NUREG-75/014). Main report. U. S. Nuclear Regulatory Commission, 1975. 226 p.
11. IAEA Safety series No. 100. Evaluating the reliability of prediction made using environmental transfer models. Vienna, IAEA, 1989. 105 p.
12. CPR-18E. Guidelines for quantitative risk assessment (Purple book). 2nd ed. Hague, VROM, 2005.237 p.
13. Reactor Safety Study — An Assessment of Accident Risk in Commercial Nuclear Power Plants. WASH-1400 (NUREG-75/014). Appendix VI. Calculation of reactor accident consequences. U. S. Nuclear Regulatory Commission, 1975. 500 p.
14. Kondrashova O. G., NazarovaM. N. Prichinno-sledstvennyy analiz avariy vertikalnykhstalnykhrezer-vuarov [Cause-and-effect analysis of accidents vertical steel tanks]. Neftegazovoye delo — Oil and Gas Business, 2004. Available at: http://www.ogbus.ru (accessed 10 December 2012).
15. GOST 31385-2008. Rezervuary vertikalnyye tsilindricheskiye stalnyye dlya nefti i nefteproduktov. Obshchiye tekhnicheskiye usloviya [State Standart 31385-2008. Vertical cylindrical steel tanks for oil and oil-products. General specifications]. Moscow, Standartinform Publ., 2010.
16. GOST 17032-2010. Rezervuary gorizontalnyye stalnyye dlya nefteproduktov. Tekhnicheskiye usloviya [State Standart 17032-2010. Horizontal steel tanks for petroleum products. Specifications]. Moscow, Standartinform Publ., 2011.
17. Persson H, Lonnermark A. Tank Fires. Review of fire incidents 1951-2003 SP Fire Technology SP Report 2004:14. Available at: http://www.sp.se (accessed 10 December 2012).
18. PrughR. W.Quantitative Evaluation of Fireball Hazards. Process Safety Progress, 1994, vol. 13,no. 2, pp. 83-91.
19. Abbasi Tasneem, Abbasi S. A. The boiling liquid expanding vapour explosion (BLEVE): Mechanism, consequence assessment, management. Journal of Hazardous Materials, 2007, no. 141, pp. 489-519.
20. Volkov O. M. Pozharnaya bezopasnost rezervuarov s nefteproduktami [Fire safety tanks with oil]. Moscow, Nedra Publ., 1984. 151 p.
21. Xie Mengmeng. Thermodynamic and gas dynamic aspects of a BLEVE (Draft No. 04-200708). Delft University of Technology, 2007. 70 p.
22. Lee's Loss Prevention in the Process Industries. 3rd ed. Elsevier, 2005, vol. 2. 1083 р.
23. Reid R. C. Possible mechanism for pressurized-liquid tank explosions or BLEVE's. Science, 1979, vol. 203, no. 4386, pp. 1263-1265.
24. Venart J. E. S., SollowsK. F., Sumathipala K. etal. Boiling Liquid Compressed Bubble Explosions: Experiments. Models, Gas-Liquid Flows. New York, ASME, 1993, vol. 165, pp. 55-60.
25. Blything K. W., Reeves A. B. An initial prediction ofthe BLEVE frequency of a 100 tonnes butane storage vessel. UK Atomic Energy Authority, Safety and Reliability Directorate, Report SRD/R488,1988.88p.
26. CPR-14E. Methodsfor the calculation of Physical Effects (Yellow book). 3rd ed. Hague, VROM, 2005. 870p.
