CC BY
60
dr Tomasz W^SIERSKI
Szkola Glowna Sluzby Pozarniczej mgr inz. Monika NAGRODZKA
Centrum Naukowo Badawcze Ochrony Przeciwpozarowej Panstwowy Instytut Badawczy
WYPADEK KOLEJOWY W SZCZYGLOWICACH. PRZEBIEG ZDARZENIA ORAZ ANALIZA ZAGROZEN RZECZYWISTYCH ORAZ POTENCJALNYCH
The rail accident in Szczyglowice. The case study and an analysis of potential hazards
Streszczenie
Nie jest tajemnic^. iz stan polskich torowisk nie nalezy do najlepszych, zwlaszcza na terenie wojewodztwa sl^skiego. Pr^dkosc dopuszczalna poci^gow na odcinku mi^dzy Knurowem a Szczyglowicami wynosi zaledwie 30 km/h. Niestabilnosc nasypu kolejowego bylo przyczyn^. wypadku jaki zdarzyl si§ w okolicach Szczyglowic 23 maja 2002 r. w wyniku ktorego wykolejeniu ulegl poci^g towarowy posiadaj^cy w swym skladzie mi^dzy innymi cysterny zawieraj^c^. amoniak oraz n-oktanol. Cysterna z n-oktanolem ulegla wywroceniu na bok oraz rozszczelnieniu w sposob umozliwiaj^cy wyciek praktycznie polowy zawartosci cysterny. Cysterna z amoniakiem ulegla natomiast zsuni^ciu jedn^. osi^. z toku szyn.
W artykule dokonano analizy zagrozen wyst^puj^cych na miejscu zdarzenia jak i rowniez dzialan ratowniczych tam przeprowadzonych. Uwzgl^dniono mi^dzy innymi wlasciwosci fizykochemiczne chemiczne 1-oktanolu oraz amoniaku. Na podstawie dost^pnej dokumentacji tekstowej oraz zdj^ciowej udost^pnionej prze KM PSP w Gliwicach oszacowano wielkosc rozszczelnienia oraz ladunku przewozonego w wykolejonych wagonach. W analizie uwzgl^dniono panuj^ce warunki atmosferyczne. Wykorzystuj^c program ALOHA 5.4.1.2 dokonano wyznaczenia wielkosci strefy zagrozenia toksykologicznego oraz wybuchowego dla 1-oktanolu dla zaistnialej wielkosci rozszczelnienia (33 x 8 cm). Dodatkowo dokonano analizy hipotetycznego zagrozenia jakie mialoby miejsce w przypadku analogicznego rozszczelnienia cysterny z amoniakiem oraz w przypadku gdy uszkodzeniu uleglyby zawory wyladowcze cysterny. Drugie zalozenie bylo o tyle istotne, iz w przypadku innego ukladu wagonow w skladzie poci^gu wywroceniu uleglaby cysterna z amoniakiem. Zwazywszy na duzo wi^ksz^. odpornosc cystern cisnieniowych najwi^ksze prawdopodobienstwo uszkodzenia istnialoby wlasnie dla zaworow wyladowczych.
Publikacja posiada naukowe elementy analizy wplecione w ocen§ dzialan ratowniczych maj^cych miejsce podczas tego zdarzenia. Zwazywszy na stosunkowo nieodlegly czas prowadzenia dzialan oraz stosunkowo niewielkie zmiany w wyposazeniu jakie nastapily w tym okresie publikacja posiada element praktyczny mozliwy do wykorzystania przez ratownikow w analizie podobnych zdarzen.
Summary
It is no secret that condition of trackways are insufficient especially in Silesia. Speed limit on the section between Knurow and Szczyglowice is only 30 km / h. Instability of the railway embankment was the cause of an accident that happened around Szczyglowice (23 May 2002) resulting in the derailment of a goods train. The tank with 1-octanol was tipping to one side and broken and almost half of the content leaked. The tank with ammonia derailed only with one axle without failure. This article analyzes the potential and real hazards in time of rescue operation taking into account inter alia physical and chemical properties of 1-octanol and ammonia. On the basis of the available text and photo documentation from City Headquarters of State Fire Service in Gliwice was possible to estimate size of the leakage of cargo carried in the derailed cars. The analysis takes into account the prevailing weather conditions. Using the ALOHA 5.4.1.2 were determined toxicological and flammable zones for 1-octanol leakage (33 x 8 cm). In addition an analysis of a hypothetical risk for ammonia tank damage was made especially with assumption of failure of discharge valves which is the most probable. The publication is a scientific analysis braided into the assessment of rescue operations taking place during this event. Because of relatively small changes in basic equipment that have occurred since 2002 the publication has a practical element capable of being used by rescuers in the analysis of similar events.
Slowa kluczowe: ratownictwo chemiczne, ryzyko zwi^zane z amoniakiem, 1-oktanol, strefa zagrozenia, wyciek;
Keywords: chemical rescue, ammonia hazards, 1-octanol, danger zone, leakage;
23 maja 2GG2 roku o godz. l4.l8 w okolicach Szczyglowic na dwutorowym szlaku kolejowym Zabrze Makoszowy-Leszczyny ulegl wypadkowi poci^g towarowy, ktorego prawdopodobn^ przyczyn^. byla niestabilnosc nasypu kolejowego. W wypadku tym ulegl wykolejeniu elektrowoz, cysterna z l-oktanolem oraz trzy wagony towarowe (zdj. l-3). Elektrowoz oraz cysterna kolejowa z l-oktanolem lezaly wywrocone na skarpie, na prawym boku w kierunku jazdy poci^gu. Wypadek zauwazyl dyzurny ruchu PKP PLK o godzinie l4:2G. Na miejsce zdarzenia zadysponowane zostaly zast?py ratownicze JRG Knurow. Z cysterny kolejowej lez^cej na okolo l5 metrowym nasypie z duz^ intensywnosci^. wylewal si? l-oktanol. W bliskim s^siedztwie rozszczelnionej cysterny znajdowala si? cysterna z amoniakiem nie wykazuj^ca jednakze oznak uszkodzenia.
Fot. 1. Wykolejona cz?sc skladu poci^gu [l] Photo. 1. Derailed part of the train [l]
Fot. 2. Widok na wykolejon^ cystern? z l-oktanolem oraz na stoj^c^. na torowisku cystern?
z amoniakiem [l].
Photo. 2. View on the derailed tank with 1-octanol and standing on the trackway tank with
ammonia [1]
Fot. 3. Miejsce rozszczelnienia cysterny z 1-oktanolem [1]. Photo 3. Place of discharge of 1-octanol [1].
Przebieg akcji ratowniczej
Akcja ratownicza rozpocz^la si? od godziny 14:43 (23 maja 2002 r.) od przybycia na miejsce zdarzenia zast^pow JRG Knurow (GCBA 5/24; SLRt; SLKw) wraz z zast^pc^. dowodcy jednostki. Zakonczenie dwudniowych dzialan mialo miejsce o godzinie 12:10 dnia nast^pnego wraz z protokolarnym przekazaniem miejsca zdarzenia przedstawicielom PKP. Do zdarzenia zadysponowano rowniez zast^py JRG Gliwice-Lab^dy (GCBA 5/24; SRt (RW-2); SCRChem, SLOp) oraz JRG Katowice-Piotrowice (GBA 2/25, SRt, SCRChem, SOp). Poszczegolne elementy przebiegu dzialan ratowniczo-gasniczych w rozbiciu na dni przedstawiono odpowiednio w tabeli 1 oraz 2 [1].
Tabela 1.
Przebieg dzialan ratowniczych w dniu 23 maja 2002 r.[1]
Table 1.
The course of rescue operations in on 23 May 2002 [1]
Godzina Dzialania ratownicze
14:43 Przybycie na miejsce akcji pierwszych zast^pow (JRG Knurow: GCBA 5/24; SLRt; SLKw) 23 minuty po zauwazeniu wypadku przez dyzurnego PKP PLK. Ocena sytuacji na miejscu zdarzenia wraz z podj?ciem wst^pnych dzialan zabezpieczaj^cych. Zadysponowano pomoc medyczn^. dla poszkodowanego maszynisty
14:53 Wydano polecenie zadysponowania cysterny samochodowej oraz kolejowej w zwi^zku z wyciekiem 1-oktanolu
15:10 Przyjazd pierwszego plutonu chemicznego z JRG Gliwice Lab?dy
15:25 Zadysponowano ZSR KWK Knurow wraz z 50 beczkami o pojemnosci 50 litrow. Zadysponowano liny stalowe celem zabezpieczenia cysterny z amoniakiem
16:01 Zbieranie i pompowanie do zbiornikow chemoodpornych 1-oktanolu
17:05 Przyjazd pierwszego poci^gu ratunkowego oraz zadysponowanie drugiego poci^gu stacjonuj^cego we Wroclawiu
18:31 Zadysponowanie na miejsce zdarzenia przedstawicieli WIOS
18:40 Przej^cie przez policj? zadysponowanej cysterny samochodowej z RINNEN K?dzierzyn Kozle
19:00 Rozpocz^to przepompowywanie 1-oktanolu do podstawionej cysterny samochodowej
19:40 Cysterna kolejowa z 1-oktanolem zostaje oprozniona. Trwa odczepienie cz?sci skladu poci^gu przez pracownikow PKP.
20:50 Powrot plutonow chemicznych JRG Katowice-Piotrowice oraz Gliwice-Lab^dy do macierzystych jednostek
22:30 Powrot zast?pu JRG Knurow oraz podmiana ratownikow przez zast?p JRG Gliwice
Tabela 2.
Przebieg dzialan ratowniczych w dniu 24 maja 2002 r.[1]
Table 2.
The course of rescue operations in on 24 May 2002 [1]
Godzina Dzialania ratownicze
01:25 Przybycie na miejsce akcji poci^gu ratunkowego z Wroclawia
02:30 Zdj?cie trakcji nad uszkodzonymi wagonami
07:05 Powrot zast?pu JGR Knurow celem dokonania podmiany
9:12 Kontrola cieku wodnego przez pracownikow WIOS oraz rozpocz?cie prac podnoszenia cysterny
10:10 Podniesienie cysterny. Ustawienie jej na torach.
12:10 Zakonczenie dzialan ratowniczych i przekazanie protokolarnie miejsca zdarzenia pracownikom PKP
Teren dzialan zostal podzielony na dwa odcinki bojowe (rys. 1). Zakres dzialan odcinka OB. I obejmowal teren nasypu kolejowego wraz z wykolejonymi wagonami. Miejscem dzialan odcinka OB. II byl natomiast teren pod nasypem, gdzie w ramach dzialan prowadzono zbieranie oraz przepompowywanie 1-oktanolu. Przybyla na miejsce karetka pogotowia udzielila jedynie pomocy medycznej maszyniscie elektrowozu.
Warunki atmosferyczne panuj^ce na miejscu zdarzenia
Pierwszego dnia prowadzenia dzialan w jego pocz^tkowej fazie panowala temperatura 26oC. Wiatr wial w kierunku polnocno-wschodnim z pr^dkosci^. 2 m/s. Niebo bylo bezchmurne. Wilgotnosc wzgl^dna powietrza wynosila 58% natomiast cisnienie 1007 hPa. Zwazywszy na fakt likwidacji bezposrednich skutkow rozszczelnienia cysterny w pierwszym
dniu dzialan tylko dane pogodowe z tego dnia b?d^ brane pod uwag? w cz?sci obliczeniowej niniejszej publikacji.
Analiza zagrozen wyst^puj^cych na miejscu zdarzenia
W wyniku wykolejenia rozszczelnieniu ulegla cysterna z 1-oktanolem. Znajduj^ca si? niedaleko cysterna z aminiakiem ulegl^ wykolejeniu jedynie jedn^ osi^.. Oszacowane rozszczelnienie cysterny z 1-oktanolem mialo wielkosc przyblizon^ polem prostok^ta o wymiarach 33 x 8 cm. Analiz? wielkosci zagrozenia wykonano z uzyciem programu ALOHA 5.4.1.2. Analiza uwzgl?dnia maksymalne parametry zagrozenia jakie mogloby miec miejsce w przypadku uwolnienia si? 1-oktanolu oraz amoniaku przez rozszczelnienie
o wymiarach 33 x 8 cm. Dla prowadzonej akcji, obejmuj^cej jedynie rozszczelnienie cysterny z 1-oktanolem, zagrozenie bylo zdecydowanie mniejsze niz przewidywania programem ze wzgl?du na niemozliwosc rownomiernego gromadzenia si? rozlewiska 1-oktanolu w tych warunkach, a takze szybk^. akcj? zbierania wyciekaj^cej cieczy za pomoc^ rynien. Bior^c pod uwag? profil terenowy skarpy, wyciek substancji zajmowalby powierzchni? nie wi?ksz^. niz 30 m2. Dla amoniaku dodatkowo zostanie wykonana analiza dla uszkodzenia gornego zaworu wyladowczego o srenicy 80 mm, charakterystycznego dla tego typu wagonow. Rozpatrzony zostanie najbardziej niekorzystny wariant cysterny lez^cej bokiem. W warunkach przyczyn zaistnialego wypadku, przy innym ukladzie wagonow w skladzie poci^gu, tak duze i tego typu rozszczelnienie cysterny amoniaku byloby bardzo malo prawdopodobne. Wynika to z faktu duzo wi?kszej odpornosc mechanicznej cystern cisnieniowych. Jednakze uszkodzenia takiego nie da si? wykluczyc. Z wi?kszym prawdopodobienstwem natomiast mogloby dojsc do uszkodzenia zaworow wyladowczych zwlaszcza w przypadku osuni?cia si? cysterny w dol nasypu. Znane s^. rowniez przypadki BLEVE (bez fireball) cystern zawieraj^cych amoniak ktorych przyczyn^. bylo uszkodzenie mechaniczne cysterny podczas wypadku (Lieven, Francja 21 sierpnia 1968; Crecte, USA 18 luty 1969; Crumming, USA, 29 kwietnia 1969Huston, USA, 11 maj 1976) [2].
Granic? strefy toksycznej okreslono wzgl?dem NDS oraz NDSCh. Aczkolwiek warto rozwazyc czy w zupelnosci bezpieczn^. granic^. ewakuacji podczas akcji ratowniczych moglby stanowic ERPG-2 wykorzystywany do sporz^dzania raportow bezpieczenstwa [3].
Halda
Ryc. 1. Szkic sytuacyjny dzialan ratowniczych podczas pierwszego dnia usuwania skutkow wykolejenia si? poci^gu pod Szczyglowicami. Poszczegolne symbole oznaczaj^.: 1) beczki
o pojemnosci V = 50 dm3 2) zbiorniki chemoodporne o pojemnosci V = 2500 dm3 3) zbiornik odbioru cieczy z rynien spustowych 4) SCRChem 5) SRt 6) GCBA 5/24 7) GBA 2/25 P - pompa perystaltyczna; OB. I - odcinek bojowy I; OB. II - odcinek bojowy II;
ELE - elektrowoz
Fig. 1. Sketch of rescue operations during the first day of removing the effects of a train derailment in Szczyglowice. The various symbols are: 1) barrels with a capacity of V = 50 dm3 2) chemical resistant tanks with a capacity of V = 2500 dm3 3) tank receiving liquid from the gutter 4) SCRChem 5) SRT 6) GPR 5/24 7) GBA 2/25 P - peristaltic pump, OB. I - first operational sector; OB. II - second operational sector;
ELE - locomotive
Zagrozenie wynikaj^ce z rozsczelnienia cysterny z 1-oktanolem
1-oktanol jest substanj dzialaj^c^ drazni^co na skor? i oczy. Nie stanowi jednak powaznego zagrozenia toksykologicznego i nie nadano mu numeru ONZ. Potwierdzaj^ to wartosci LD50 zarowno dla krolika jak i szczura, ktore s^. wyzsze od 5000 mg/kg masy ciala [4]. Temperatura wrzenia wahaj^ca si? w przedziale 188-198°C powoduje, iz ciecz ta w warunkach zblizonych do standardowych ma bardzo niewielk^. pr?znosc par wynosz^c^. niewiele ponad 0,3 hPa (20oC). Temperatura zaplonu wynosz^ca 82oC sugeruje, iz mamy do czynienia z cieczy paln^ znajduj^c^ si? w III klasie niebezpieczenstwa pozarowego a zatem stosunkowo malo podatn^ na zaplon mechaniczny. Jednak w przypadku zaistnienia dostatecznie silnego zrodla zaplonu podczas wykolejenia mozna byloby si? spodziewac pozaru rozlewiska o powierzchni okolo 30m2. Do czasu przybycia sil ratowniczych (23 minuty) istnialoby w takiej sytuacji ryzyko oslabienia konstrukcji stalowej cysterny
i eskalacji wycieku. Obliczenia wskazuj^, iz strumien ciepla powoduj^cy oslabienie konstrukcji stalowej (11,6 kW/m2) oddzialywalby w odleglosci okolo 13 m., a wi?c powodowalby rowniez zagrozenie uszkodzenia cysterny z amoniakiem we wst?pnej fazie wycieku (rys 2).
on
Ryc 2. Zasi?g symulowanego oddzialywania strumienia cieplnego (czerwona linia przerywana) o mocy 11,6 kW/m2 w przypadku zaistnienia pozaru rozlewiska 1-oktanolu we
wst?pnej fazie zdarzenia Fig. 2. The simulated range of heat flux 11.6 kW/m2 (red dashed line) in the case of fire of
leakage of 1-octanol in the initial phase
Po przybyciu na miejsce zdarzenia, zgodnie z zasadami bezpieczenstwa, polozono warstw? piany na rozlewisko, zabezpieczaj^c je przed przpadkowym zaplonem. Mimo posiadania grupy hydroksylowej w strukturze dlugi lancuch w?glowodorowy powoduje stosunkowo niewielk^. polarnosc jego cz^steczki, o czym swiadczy niewielka rozpuszczalnosc w wodzie wynosz^ca zaledwie 0,3g/dm3. Tak wi?c nie powinno obserwowac si? bardzo widocznych skutkow niszczenia pian niealkoholoodpornych.
Okreslaj^c mozliwy rozmiar rozlewiska z wykorzystaniem oprogramowania ALOHA 5.4.1.2, szacuje si?, iz w sprzyjaj^cych warunkach penetracji mogloby osi^gn^c nawet 120 metrow srednicy (teren plaski, nieprzesi^kliwy). Uksztaltowanie terenu oraz ustawienie rynien odprowadzaj^cych umozliwilo jednak bardzo znaczn^. redukcj? terenu rozlewiska, przy czym do czasu przyjazdu jednostek ratowniczych rozlewisko mialo przypuszczalnie powierzchni? nie wi?ksz^. niz 30 m2. Wykorzystuj^c model gazu ci?zkiego wartosc TEEL-1 (NDSCH, NDS, NDSP nie s^. okreslone) wynosz^ca 50 mg/m3 powinna zostac przekroczona w okolicach 38 metra od rozszczelnienia, jednakze ze wzgl?du na ograniczenie stosowanego modelu obliczen wartosc ta jest znacznie przyblizona. Bior^c pod uwag? fakt, iz pr?znosc par
1-oktanolu jest bardzo niewielka moznaby pokusic si? rowniez o zastosowanie modelu Gaussa, slusznego rowniez dla gazow bardzo rozrzedzonych. W takiej sytuacji strefa wynosilaby 83 metry. Pierwsza stref? zagrozenia wybuchem przy 4,5 krotnej roznicy g?stosci par 1-oktanolu wzgl?dem powietrza bezpiecznie byloby ustalic juz przy wartosci 10% DGW, co sugeruje rowniez program. Tak niski prog granicy strefy jest zasadny ze wzgl?du na fakt, iz standardowo wykonuj^c pomiar ratownik przeprowadza go w pozycji stoj^cej. Przy takiej g?stosci par wzgl?dem powietrza st?zenie przypowierzchniowe byloby zdecydowanie wyzsze, niz wskazywalby przyrz^d pomiarowy. Wartosc 900 ppm odpowiadaj^ca 10% DGW bylaby przekroczona w odleglosci 60 metrow od rozszczelnienia w najbardziej niekorzystnym wariancie (model Gaussa). S3, to wartosci stosunkowo niewielkie, a zatem ewakuacja znajduj^cego si? w poblizu osiedla mieszkaniowego nie byla konieczna i w trakcie dzialan jej nie przeprowadzono.
Zagrozenie zwi^zane z cysterny amoniaku
Tak, jak wczesniej wspomniano w trakcie zdarzenia nie doszlo do rozszczelnienia cysterny z amoniakiem oraz jej mechanicznego uszkodzenia, a zatem nie stanowila bezposredniego zagrozenia w miejscu akcji w przypadku nie zaistnienia pozaru lub przypadkowgo uszkodzenia np. w trakcie operacji poci^gu ratunkowego. Wykonane zostan^ jednak obliczenia hipotetyczne dla rozszczelnienia takiej wielkosci, jakie mialo miejsce w przypadku cysterny z 1-oktanolem (33 x 8 cm) oraz przy uszkodzeniu gornego zaworu wyladowczego o srednicy 80 mm. Tablica znamionowa wagonu wskazuje, iz w pelni zaladowany wagon mogl przewozic 31700 kg cieklego amoniaku w zbiorniku o pojemnosci 49480 dm3.
a. Rozszczelnienie wielkosci 33 x 8 cm w cysternie z amoniakiem
Stref? zagrozenia wyznaczono wzgl?dem wartosci NDSCH rownej 28 mg/m3. Dodatkowo okreslono stref? wzgl?dem LOAEL (70mg/m3), a wi?c najnizszego st?zenia, przy ktorym obserwuje si? draznienie gornych drog oddechowych [5]. Stosuj^c model Gaussa dla gazow lekkich, jakim jest amoniak, okazuje si?, iz dla panuj^cych warunkow pogodowych w obydwu wypadkach strefa zagrozenia przekraczalaby wartosc 10 km, a wi?c znajdowalaby si? poza zakresem obliczeniowym modeli. Tak duza strefa oznaczalaby koniecznosc ewakuacji praktycznie calego miasta Knurow w przypadku uwolnienia ci^glego. Jednakze dla przypadku pojedynczej cyterny otwor o wielkosci 33 x 8 cm spowodowalby, iz czas emisji
dwufazowej amoniaku wynosilby zaledwie 2 minuty, a zatem nie byloby mozliwosci podj?cia jakichkolwiek dzialan zapobiegawczych, zwlaszcza iz czas utrzymywania si? chmury bylby stosunkowo krotki. W znacznie mniejszym st?zeniu amoniak moglby si? jednak utrzymywac dluzej w pomieszczeniach zamkni?tych. Zatem przeprowadznie ewakuacji i wietrzenie pomieszczen po przejsciu chmury wydaje si? koniecznosci^.. Wypadkow smiertelnych mozna byloby si? spodziewac po przekroczeniu wartosci LCL0, ktora wynosi 1420 mg/m3 przy czasie ekspozycji wynosz^cym 4 h. Strefa taka znajdowalaby si? w odleglosci 2,8 km od miejsca emisji (rys. 3). W odleglosci 2,8 km st?zenie wynosz^ce 1420 mg/m3 utrzymywaloby si? zaledwie minut? przy czasie utrzymywania si? chmury wynosz^cym 20 min., co sugeruje, iz nie istanialoby ryzyko zaistnienia wypadkow smiertelnych w tym miejscu (rys. 4).
[km]
/ [km]
I__I >=1420 mg/m3
Ryc. 3. Prognozowana strefa wg modelu Gaussa w ktorej przekroczona zostalaby wartosc LCL0 = 1420 mg/m3.Uwolnienie z rozszczelnienia o wymiarach 33 x 8 cm.
Fig. 3 Forecasted zone (with Gaussian model) in which would be exceed the value LCL0 = 1420 mg/m3. Leakage through the hole of dimensions 33 x 8 cm.
2000
1500
1000
500
[mg/m3]
' \ Max = 1420 mg/m3 X = 2800 m
V [min]
20
40
60
Ryc. 4. Prognozowana wartosc st?zenia amoniaku w funkcji czasu w odleglosci 2,8 km od rozszczelnienia cysterny. Wielkosc rozszczelnienia 33 x 8 cm. Model obliczeniowy Gaussa
Fig. 4. Forecasted value of ammonia concentration as a time function (with Gaussian model) at a distance of 2,8 km from the point of leakage. Leakage through the hole of dimensions
33 x 8 cm.
Charakterystyk? wyrazaj^c^. smiertelnosc w fukcji przyj?tej dawki amoniaku drog^. inhalacji mozna przedstawic funkj probitow^. w postaci Pr = -35,9 + 1,85ln(C2t) przy czym wartosc podlogarytmiczna wyraza nam ladunek toksyczny okreslony w ppm2min [6]. Wartosc t^ mozemy uzyskac calkuj^c krzyw^. zaleznosci st?zenia od czasu. Aby zaistnialo 50% ryzyko zajscia wypadku smiertelnego w przypadku krotkiej 30 sekundowej ekspozycji st?zenie amoniaku powinno wynosic 89378 ppm (67840 mg/m3). Czas ten nie jest przypadkowy gdyz tyle czasu standardowo mozna dac potencjalnej ofierze na znalezienie ukrycia przez co mozna zrozumiec znalezienie si? w pomieszczeniu zamkni?tym. W pomieszczeniach tych st?zenie gazu powinno byc przeci?tnie o jeden rz^d wielkosci mniejsze niz na zewn^trz. Przy krotkim czasie uwalniania si? z cysterny (2 minuty) czas przejscia chmury b?dzie stosunkowo niewielki i dla odleglosci mniejszej od kilometra b?dzie mniejszy od 13 minut. Sredni czas utrzymywania si? maksymalnego st?zenia (zalozmy x>90% cmax) w danym punkcie odleglym
o X od rozszczelnienia b?dzie krotki i b?dzie rosl w miar? zwi?kszania si? odleglosci. Dla odleglosci w promieniu 1 km od roszszczelnienia b?dzie wynosil okolo 30 s. Analizuj^c tabel? 3. wynika, iz 50%-owe prawopodobienstwo zajscia wypadku smiertelnego znajdowaloby si? w odleglosci okolo 550 metrow od rozszczelnienia. Bior^c pod uwag? fakt, iz wi?ksze osiedle mieszkaniowe znajduje si? w odleglosci 1,5 km od miejsca zdarzenia polminutowy czas ekspozycji w terenie otwartym dawalby mniejsze niz 1% prawdopodobienstwo zajscia wypadku smiertelnego (1%-owe prawdopodobienstwo zajscia wypadku smiertelnego dla 30 sekundowej ekspozycji odpowiada wartosci st?zenia 47615 ppm). Amoniak ze wzgl?du na swoje wlasciwosci palne stanowi rowniez pewne zagrozenie wybuchowe. Aczkolwiek ze wzgl?du na bardzo wysok^. wartosc minimalnej energii zaplonu oraz DGW ryzyko takie jest stosunkowo niewielkie. Wartosc DGW zostalaby krotkotrwale przekroczona na przestrzeni 654 m. od rozszczelnienia. Powstaly wybuch moglby spowodowac zniszczenia infrastruktury szklanej w promieniu 686 metrow.
Tabela 3.
Maksymalne st§zenie amoniaku po czasie tmax wyst§pujqce w odleglosci X od miejsca rozszczelnienia w terenie otwartym wg. Modelu Gaussa. Rozszczelnienie 33 x 8 cm.
Table 3.
Maximal ammonia concentration after a time tmax occurring at a distance X from the point of leakage (open country, Gaussian model). Leakage through a hole 33 x 8 cm.
x [m] cmax cmax tmax
[m] [mg/m3] [ppm] [s]
300 400000 575294 150
400 1BB000 2703BB 200
500 100000 143B24 250
600 60000 B6294 300
700 43600 62707 350
B00 32400 46599 400
900 24B00 3566B 450
1000 1BB00 27039 500
1200 11B00 16971 600
1500 6B00 97B0 750
2000 3200 4602 1000
2B00 1420 2042 1400
b. Rozszczelnienie gornego zaworu wyladowczego o srednicy 8 cm.
W przypadku uszkodzenia gornych zaworow wyladowczych zasi?g strefy toksycznej bylby nizszy niz w poprzednio rozpatrywanym przypadku. Rozpatruj^c mniej korzystny scenariusz, dla wagonu wywroconego na bok przekroczone NDSCH byloby rowniez poza granic^. 10 km. Wartosc LOAEL przekroczona zostalaby w promieniu 8,1 km natomiast LCL0 w odleglosci 1,65 km. Dla wartosci LCL0 = 1420 mg/m3 osi^ganej na zewn^trz, wewn^trz budynkow panowaloby st?zenie okolo 120 mg/m3 osi^gane po czasie okolo 25 min (rys. 5). Wartosc LD50 dla polminutowego czasu ekspozycji zostalaby przekroczona na 196 metrze. Czas uwolnienia wynosilby jednak juz 32 minuty a czas ekspozycji calkowitej okolo 40 min. Wartosc DGW natomiast zostalaby krotkotrwale przekroczona w obr?bie 183 m. Zaistnienie wybuchu mogloby spowodowac przekroczenie wartosci cisnienia o 1 psi (6,895 kPa) na dystansie 166 metrow powoduj^c zniszczenia infratruktury szklanej.
Ryc. 5. Prognozowana wartosc st?zenia amoniaku w funkcji czasu w odleglosci 1,65 km od rozszczelnienia cysterny. Wielkosc rozszczelnienia - uszkodzone gorne zawory wyladowcze cysterny o Ф = 80mm. Cysterna wywrocona na boku. Model obliczeniowy Gaussa
Fig. 5. Forecasted value of ammonia concentration as a time function (with Gaussian model) at a distance of 1,65 km from the point of leakage. Leakage through the upper discharge
valve O = 80mm.
Rowniez i w tym przypadku trudno mowic o mozliwosci podj?cia skutecznych bezposrednich dzialan zapobiegawczych ze wzgl?du na krotki czas ekspozycji oraz wielkosc zagrozenia z ktorym dane byloby zetkn^c si? ratownikom.
c. Ryzyko zaistnienia zjawiska BLEVE-fireball
Amoniak ze wzgl?du na swoje wlasciwosci palne oraz nisk^ temperatur? krytyczn^. moze ulegac zjawisku BLEVE. Aczkolwiek mimo teoretycznie palnych wlasnosci amoniaku nie s^ znane przypadki „fireball”. Zjawisko BLEVE mogloby miec miejsce w przypadku zaistnienia pozaru rozlewiska 1-oktanolu jak i rowniez mechanicznego uszkodzenia cysterny [2]. Znane s^ przypadki wybuchu BLEVE nawet po pewnym czasie od wypadku (Crumming, USA, 29 kwietnia 1969) [2,7]. W przypadku oddzialywania termicznego okreslonego w cz?sci dotycz^cej hipotetycznego pozaru 1-oktanolu , powstaj^cy strumien cieplny moglby doprowadzic do oslabienia konstrukcji cysterny lub tez zbytniego wzrostu cisnienia wewn^trz
i w konsekwencji jej BLEVE. Zewn?trzne zrodlo zaplonu zwi^zane z pozarem 1-oktanolu mogloby teoretycznie spowodowac fireball aczkolwiek jak wczesniej wspomniano nie s^ znane takie przypadki [2,8]. St^d tez obliczenia wymiarow fireball oraz zasi?gow strumieni cieplnych nie przeprowadzono.
Wnioski
Na skutek wypadku doszlo do rozszczelnienia cysterny z 1-oktanolem o pojemnosci V =50 m3. W wyniku podj?tych dzialan udalo si? przepompowac 25 m3 substancji do podstawionej cysterny zast?pczej. Monitorowanie przeplywaj^cego obok cieku wodnego odbywaj3.ce si? pomi?dzy 24 a 27 maja 2002 nie wykazalo zagrozenia toksykologicznego uwolnionym 1-oktanolem. Ze wzgl?du na skuteczne zbieranie i odprowadzanie rynnami wyciekaj^cej substacji, likwidacj? zagrozenia pozarowego poprzez polozenie zabezpieczaj^cej warstwy piany, sci^gni?cie dzwigu kolejowego, dzialania PSP na miejscu zdarzenia wydaj^ si? nie budzic zadnych kontrowersji. Pomimo udzialu w wypadku cysterny z amoniakiem brak podj?cia ewakuacji byl rowniez zasadny ze wzgl?du na brak uszkodzenia tejze cysterny. Rowniez samo zagrozenie zwi^zane z 1-oktanolem jak wykazaly obliczenia nie stanowilo w zaden sposob niebezpieczenstwa dla znajduj^cego si? w odleglosci ok. 1,5 km. osiedla mieszkaniowego.
Hipotetycznie przeprowadzone obliczenia dla katastrofy z udzialem cysterny z amoniakiem wykazaly natomiast, iz ze wzgl?du na skal? uwolnienia (wariant 1 -
rozszczelnienie wielkosci 33x8 cm tak jak u cysterny z 1-oktanolem, wariant 2 - uszkodzenie gornych zaworow wyladowczych cysterny lez^cej na boku) nie byloby mozliwe przeprowadzenie szybkich i sprawnych dzialan ewakuacyjnych. Bardzo krotki czas przejscia chmury toksycznej dawalby jedynie mozliwosc przeprowadzenia ewakuacji i dekontaminacji tuz po jej przejsciu. Konieczne byloby wietrzenie mieszkan ze wzgl?du na duzo dluzszy czas utrzymywania si? w nich par gazu. Natomiast w samym czasie przejscia chmury w przypadku niemozliwosci przeprowadzenia wczesniejszej skutecznej ewakuacji ze wzgl?du na duzo mniejsze st?zenie substancji wewn^trz pomieszczen wskazane byloby by ludnosc pozostawala w domu.
Warto rowniez podj^c dyskusj? czy bezpieczn^ granic^ ewakuacji podczas akcji ratowniczych powinno ustalac si? intuicyjnie dla NDSCh i NDS. Wartosc tak^ stanowic moglby ERPG-2 wykorzystywany do sporz^dzania raportow bezpieczenstwa [3]. Wartosc t3 stanowi maksymalne st?zenie substancji w powietrzu, ponizej ktorego prawie kazda osoba moze byc eksponowana przez czas do 1 godziny bez powaznego nieodwracalnego efektu zdrowotnego lub symptomow ktore mog3 wplywac na zdolnosc do podj?cia dzialan ochronnych. Podejscie takie pozwalaloby na bardziej racjonalny dobor sil i srodkow w przypadku powaznych katastrof przemyslowych.
Podzigkowania
Autorzy pragn?liby serdecznie podzi?kowac Panu asp. sztab. Jozefowi Jaworkowi, Zast?pcy dowodcy JRG Knurow, za wszelk^ okazana pomoc przy ustalaniu szczegolow zdarzenia b?d^cego przedmiotem niniejszej publikacji.
Literatura
1. M. Luszczyk, K. Sierantowicz, J. Jaworek, J. Kozlowski, Analiza zdarzenia „ Wypadek kolejowy w miejscowosci Szczygtowice”, KM PSP w Gliwicach, Gliwice, czerwiec 2002 r.;
2. Abbasi T., Abbasi S. A., The boiling liquid expanding vapour explosion (BLEVE): Mechanism, consequence assessment, management, J. Hazardous Materials, 141 (2007) pp. 489-517;
3. Markowski A. S., Zapobieganie stratom w przemysle, Cz. III. Zarz^dzanie bezpieczenstwem procesowym, Politechnika Lodzka, 2000;
4. Karta charakterystyki substancji 1-oktanol, Polskie Odczynniki Chemiczne, Gliwice czerwiec 2008 r.;
5. Tarkowski X. M., Tarkowski S., Amoniak. Dokumentacja proponowanych wartosci dopuszczalnych poziomow narazenia zawodowego, Podstawy i metody oceny srodowiska pracy 2 (26) 2003;
6. Borysewicz M., Furtek A., Potempski S., Poradnik metod ocen ryzyka zwiqzanego z niebezpiecznymi instalacjami procesowymi, Instytut Energii Atomowej Otwock-Swierk 2000 r.;
7. http://www.fireengineering.com/articles/print/volume-155/issue-4/features/bleve-facts-risk-factors-and-fallacies.html;
8. Abbasi T., Abbasi S. A., The boiling liquid expanding vapour explosion (BLEVE) is fifty y and lives on!, J. Loss Prevention, 21 (2008) pp. 485-487.
Dr Tomasz Wgsierski jest absolwentem Wydzialu Chemii Uniwersytetu im. Adama Mickiewicza w Poznaniu. Prac? doktorsk^ w zakresie chemii fizycznej obronil w 2007 r. Od wrzesnia 2008 r. jest zwi^zany z Panstwow^ Straz^ Pozarn^. Obecnie jest adiunktem w Zakladzie ratownictwa Chemicznego i Ekologicznego Szkoly Glownej Sluzby Pozarniczej w Warszawie. Specjalnosc - ochrona przeciwpozarowa i usuwanie zagrozen technicznych
i chemicznych.
Recenzenci
dr inz. Bogdan Zaleski dr inz. Adam Majka
