CC BY
34Раздел 5. ТЕХНОГЕННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ
УДК 69.059.22:66.013
ВЕРОЯТНОСТНЫЙ ПОДХОД К ОЦЕНКЕ РИСКА ВОЗНИКНОВЕНИЯ АВАРИЙ НА ХИМИЧЕСКИ ОПАСНЫХ ОБЪЕКТАХ
Стоянов В.В.
Национальная академия природоохранного и курортного строительства
Дается оценка угрозы жизнедеятельности населения, проживающего в зонах возможного химического заражения. Предложена методика оценки территориального риска проживания населения в зонах возможного химического заражения при аварии на химически опасном объекте ВАТ "Бром" г. Красноперекопск, в результате природных чрезвычайных ситуаций и техногенных аварий. Проведена оценка риска возникновения аварии приводящей к выбросу хлора в окружающую среду, рассчитана площадь поражения территории Красноперекопского района и оценены потери населения в зоне химического заражения.
химическая авария, риск-ориентированный подход, чрезвычайная ситуация, Крым, хлор, химически опасный объект
Введение
Среди региональных источников опасности, представляющих наибольшую угрозу на территории Крыма, выделяются химически опасные объекты.
На химически опасных объектах полуострова вырабатываются, используются, хранятся или перевозятся сильнодействующие отравляющие вещества [1].
К этим объектам относятся: предприятия нефтяной и химической промышленности, агропромышленные и торговые предприятия с холодильными установками, на которых используются в качестве хладагента аммиак, водонапорные станции и очистные сооружения, где применяется хлор, склады с ядохимикатами для дезинсекции и дератизации запасов зерна и продуктов его переработки, транспортные средства, включающие контейнеры и наливные вагоны, автоцистерны, морские танкеры, привозящие опасные химические вещества.
При авариях с выбросом или разливом опасных химических веществ основным поражающим фактором является заражение приземного слоя атмосферы газами или парами, что приводит к возникновению масштабных зон химического заражения. В зависимости от концентрации опасных химических веществ различают зоны, в границах которых возможна массовая гибель людей и зоны, в которых люди временно утрачивают работоспособность. В данных зонах возможно также заражение водных источников, продуктов питания, зданий и сооружений, технологического оборудования.
Опасные воздействия химических аварий на жизнедеятельность населения, как и причины их возникновения, имеют случайный характер и поэтому для определения вероятности последствий от этих аварий все чаще используется методология, основанная на риск- ориентированном подходе [2,3].
Анализ публикаций
Для оценки последствий химических аварий используется методика, разработанная НТЦ - «Промышленная безопасность» (Методика «ТОКСИ») и методика [11] предназначенные для оценки масштабов поражения территории при авариях с выбросом опасных химических веществ в атмосферу.
Применяемая в этих и других, широко используемых отраслевых методиках, методология оценки вреда, наносимого экологии территорий основана на экспериментальном и теоретическом определении концентрации вредных веществ и
сравнения количественного наличия их в среде с предельно-допустимыми концентрациями (ПДК), установленными документацией.
Использование данной методологии при оценке экологической опасности имеет ряд существенных недостатков:
1. необходимость натурных замеров для определения концентрации химически опасных веществ, содержащихся в выбросах;
2. сложность своевременной фиксации нештатных ситуаций и аварийных выбросов на промышленных объектах, т.к. они носят случайный характер;
3. отсутствие единого критерия, позволяющего одновременно оценивать степень опасности при заражении атмосферного воздуха для работающего персонала, населения и окружающей природной среды.
Основываясь на требования [5,12,13], в данной работе предлагается проводить оценку опасности с использованием обобщенного критерия риска, учитывающего вероятность химического заражения, площадь территории и количество населения, оказавшегося опасной зоне.
Цель и постановка задачи Целью данной работы является разработка методики расчета показателей экологического риска проявления негативных воздействий на население при заражении атмосферного воздуха опасными химическими веществами.
Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:
- проведен анализ существующих методов оценки экологической опасности при заражении атмосферного воздуха вредными выбросами;
- предложены зависимости для определения значений критерий экологического риска, учитывающего вероятность загрязнения, масштабы загрязнения и количество пострадавших людей, проживающих на данной территории.
Результаты и их анализ Упреждающее реагирование на опасность для населения при авариях на химически опасных объектах требует адекватного научно- методологического инструментария для оценки риска. Таким инструментарием может служить современные геоинформационные технологии моделирования и отображения процессов поражения населения близлежащих территорий при различных сценариях их протекания. Применение этих технологий базируется на математических моделях оценивания рисков. Главную трудность для математического моделирования рисков химических аварий в природно- техногенной среде составляет неопределенность пространственно- временных объемно- мощностных параметров процессов заражения местности. В связи с этим, основу алгоритма решения задачи была положена известная форматизированная зависимость между риском жизнедеятельности проживающего населения с одой стороны, и степенью поражаемости населения на данной территории с другой [3-9].
Таким образом решение данной задачи сводится к определению показателей, входящих в зависимость вида:
где: Р(Д)~ вероятности возникновения землетрясения, химической аварии, затопления на рассматриваемой территории (случаев/год);
/(Л'- уязвимость территории от возможного воздействия землетрясения, химической аварии, затопления (части единицы);
- пространственная уязвимость населения в условиях землетрясения, химической аварии и наводнений (части единицы);
Практическая реализация алгоритма проведена на конкретном примере возможной химической аварии на Красноперекопском ВАТ "Бром". Для моделирования в которой, использовались следующие исходные параметры: г. Красноперекопск, предприятие ВАТ "Бром", на территории завода находятся емкости со хлором сжиженным под давлением,
объемом 300т, при температуре окружающей среды 300С. Емкости расположены на ровной бетонной поверхности, размер шероховатости 0,003, ландшафт степь. Хлор находится в равновесии со своими парами (8 атм). Количество хлора в газовой фазе в емкости незначительно. Весь находящийся в емкости хлор выбрасывается в окружающую среду при полном разрушении емкостей. Метеоусловия: скорости ветра от 1м/с. Степень вертикальной устойчивости атмосферы- инверсия (изотермия). Расчет химической обстановки при наихудшем сценарии- выброс (розлив) 300 т хлора.
На первом этапе исследования риска путем рассмотрения различных сценариев для определения P(Д), было выявлено, что критической подсистемой, отказ которой может привести к выбросу ОХВ в окружающую среду, является система охлаждения емкостей с низкокипящими жидкостями. Поэтому исследование риска включало просмотр возможных последовательностей событий, которые наступают вследствие разрыва трубопроводов, обеспечивающих подачу охлаждающей жидкости к резервуарам со сжиженным хлором и назад к холодильникам в случае гидродинамических аварий или землетрясений. Согласно проведённым расчётам с использованием "дерева отказов"
3
(рис.1) вероятность Р(Д)= 5,7х10" в год.
А В С Д Е
Разрыв трубопровода Система электропитания Аварийная система охлаждения Система локализации аварии Целостность емкости
Выбросы (объем)
Ра
РВ
Рд1
Рс1
Ре1
Ре2
Рд2
РА- очень малый
РаРе1- малый РаРд1- малый
РаРд1Ре1- средний РАРС1- большой
РаРс1Рд2- очень большой
РАРВ - очень большой
Рис.1. Дерево событий, связанных с разрывом трубопровода от воздействия ударной
волны или землетрясения
Вторым этапом являлось определения параметров облака хлора, образовывающегося в результате возможной аварии, проведенное по следующему алгоритму: Определение количества ОХВ, перешедшего в первичное облако:
0а = 0* + + + (2)
где: 0;", Qг - массы опасного химического вещества (ОХВ), переходящих в
первичное облако в виде газа при мгновенном вскипании перегретого ОХВ, в виде аэрозоля, в виде газа при кипении, пролива газообразного ОХВ в оборудовании, кг.
ехр
/ Ср (ТЗ-ТКНП+ 1тз -ТкипР \ 1
Г 2ЛН™, )
= 5,771 X 1СИ,кг,
где:
Ср _ теплоемкость хлора 4,6 КДж/кг 0С; Т3 — температура окружающей среды, 0С; Ткил — температура кипения хлора -34,1 0С; ^К-.--- — теплота испарения хлора 1360 КДж/кг; Ц — количество ОХВ кг; Масса хлора в первичном облаке в виде аэрозоля, определялась по формуле:
Масса хлора в первичном облаке в результате кипения от соприкосновения с поверхностью пролива определялась по формуле:
Тп-Ткиш- |Ти-Ткип|
- 1 'X
= ШШ
АН
где:
температура поверхности пролива, 300С;
С-Г. £У~Т
теплопроводность, теплоемкость, плотность поверхности пролива,
= 1,42 Вт/м/с, Сп = 770 Дж/кг°С, = 2220 кг/м3;
г-
площадь пролива хлора, м2;
площадь контакта с твердой поверхностью обволоки, м2; При землетрясении и паводках обваловка может быть разрушена, в следствии чего
розлив произойдет открыто на площадь
¥
Г КОНТ Г ^
1 М ,
V — объем вещества в жидкой фазе м3; толщина пролива 0,05м;
время, в течении которого хлор поступает в первичное облако из-за интенсивности кипения ОХВ за счет подвода теплоты от бетона, ч;
т—Ткип+ |Тп—Т
2ДН
где:
м — молекулярная масса хлора 70,1 г/моль; скорость ветра м/с; — давление насыщенного пара хлора при температуре воздуха, мм.рт.ст.
Рм = 760ехр
Т +
Т н-
дкип 1
R
где:
£ — универсальная газовая постоянная 8,314 Дж/моль К;
Масса хлора, в первичном облаке, от его количества в оборудовании, вычислялась по формуле:
и VA
= 0,001а
' Х± X
R
+
где:
:'( — объемная доля оборудования, заполненная газовой фазой 0,1;
— объем оборудования 193 м3; Рх — давление в емкости, 81 Р0;
Проведя расчеты по формулам (3.2-3.8) получим значение количества ОХВ в первичном облаке на ВАТ "Бром" = 1Д555 X 10 ^ кг. Количество хлора, перешедшего во вторичное облако:
§к2 = Рд X Чх (Ю)
Для определения массы хлора во вторичном облаке, его плотность рассчитывалась по формуле:
,И Ро
Ri
+
где:
расход хлора при испарении из емкости кг/с;
расход хлора при испарении из оборудования емкости кг/с;
Рх2 ~ плотность газообразного хора кг/м3; Тогда:
q* =
X 4.
X
\-61
= з.
при
принятых
Масса хлора
= = 1-363 х
Определение радиуса первичного облака хлора.
28 X 103 КГ с
начальных
условиях:
У м3
где:
плотность хлора в воздухе в зависимости от температуры окружающей среды, определяется зависимостью вида (14).
Рх В =
Q:
х1
'*2 X "" ) если Г3 > Тки.т Тп > Тк
vli Х-К
од
1
(я)
если < Тк
где:
атмосферное давление, Па; У — коэффициент 1,3 Па; Определение радиуса вторичного облака хлора.
м
Время испарения хлора из пролива.
ч
Третьим этапом алгоритма является определение площади заражения и времени поражающего действия ОХВ.
Оценивание площади заражения окружающей среды и близлежащих населенных пунктов, проводилось аналитическим методом с использованием карты Красноперекопского района.
На карте (рис.2) цифрами (I) и (II) обозначены зоны заражения территорий при изотермии в летний и зимний периоды года (скорость ветра 4 и более м/с). Цифрами (III) и (IV), обозначены зоны заражения при инверсии в летний и зимний периоды года (скорость ветра до 4 м/с).
Нанесенные зоны химического заражения представляют собой прогнозируемые площади поражения при различных временах года и направлениях ветра.
Рис.2. Наиболее вероятная глубина зоны поражения облаком хлора в Красноперекопском районе для зимнего и летнего периодов года при аварии на ВАТ
"Бром"
Обобщенные данные по результатам расчета характеристик площадей заражения хлором представлены в табл.1.
Как показано в табл.1, наибольшие площади заражения будут при скоростях ветра от 4 м/с при инверсии и изотермии. Так как площадь Красноперекопского района составляет 1231 км2, зная среднюю площадь заражения территории хлором, определим параметр V(Д), характеризующий химическую уязвимость территории при химической аварии на Красноперекопском заводе ВАТ "Бром":
^пор С"
= 0,1
где:
_ общая площадь территории, км ; •^пор _ поражаемая площадь территории, км2;
Таблица 1
Степень вертикальной устойчивости атмосферы Период года
Лето Зима
Глубина, км Площадь поражения, 2 км Время поражающего действия, ч Глубина, км Площадь поражения, 2 км Время поражающего действия, ч
Инверсия (4 м/с) 25 92 20 21 103 20
Конвекция (4 м/с) 3,4 3,41 12 2,85 33 20
Изотермия (15 м/с) 13,4 167 7 26,5 137 7
Четвертым этапом алгоритма прогнозирования химической обстановки является определение количества населения, попадающего в зону химического заражения. Использование рис.1 дает возможность оценить количество населённых пунктов и жителей находящихся в зоне химического заражения.
Возможные потери людей [10] в зоне заражения хлором при аварии на ВАТ "Бром" представлены в табл.2.
Таблица 2
Возможные потери людей в зоне заражения хлором при аварии на ВАТ "Бром" г.
Красноперекопск
Населенный Кол-во Время Возмож- Населенный Кол-во Время Возмож-
пункт населения, подхода ные пункт Населе- подхода ные
чел. облака, потери ния, облака, потери
ч людей, чел. чел. ч людей, чел.
Инверсия Изотермия
Ишунь 2400 0,1 Зеленая Нива 742 0,1
Воронцовка 311 0,26 Крепкое 384 0,1
Новопавловка 2024 0,2 3690 Вишневка 1316 0,1 1945
Привольное 538 0,2 Уткино 78 0,1
Танковое 258 0,1
Согласно табл.2, вероятность гибели людей в Красноперекопском районе К(Д):
К
пог
к
= <м
общ
где: ЛГщ^щ — количество населения в Красноперекопском районе, чел.; Л[пог — возможные потери населения, чел.;
Согласно проведенным расчетам по формуле (1) и полученным результатам можно определить территориальный риск проживания населения в Красноперекопском районе:
Выводы
1. Рассчитанное значение риска выше допустимого уровня, что требует принятия административных, технических и других решений, направленных на его снижение.
2. Предложенный алгоритм оценки опасности может быть использован для оценки угрозы жизнедеятельности населения, проживающего в зонах возможного химического заражения.
Список литературы
1. Паспорт риска возникновения чрезвычайных ситуаций техногенного и природного характера АР Крым в 2011г., МЧС Украины в АР Крым, г. Симферополь 2011г.,-380с.
2. ГОСТ Р 27.310. -93. Анализ видов, последствий и критичности отказов. основные положения. М.: Издательство стандартов. 1993.
3. ГОСТ Р 22.0.01-94. Безопасность в чрезвычайных ситуациях. Основные положения. М.: Издательство стандартов .1994г.
4. Сборник методик по прогнозированию возможных аварий, катастроф и стихийных бедствий. КН.1 и 2. М.: МЧС России.1994.
5. Стоецкий В.Ф., Драшников Л.В., Жартовский В.М. Управление техногенной безопасностью объектов промышленной опасности. - Тернополь. Издательство Астон, 2006. - 424с.
6. Бакулина М.В., Стоянов В.У., Оленич С.А. Методика оценки обстановки, моделирования ситуации и выработки решений по спасению людей в условиях ЧС. Збiрник наукових праць НАН Украши. 1нститут проблемного моделювання в енергетищ. Вип. №29, 2005. - С. 115-118.
7. Методики оценки последствий химических аварий на опасных производственных объектах. Сборник документов. Изд. 2-е испр. и доп. М.: Науч.-техн. центр по безопасности в промышленности и Гостехнадзора России, 2002. - 2006 с.
8. Методика прогнозирования масштабов заражения сильнодействующими ядовитыми веществами при авариях (разрушениях) на химически опасных объектах и транспорте. РД 52.04.253-90.М.: Госгидромет СССР, 1991. - 23с.
9. Методика оценки последствий аварийных взрывов топливно-воздушных смесей. М: Гостехнадзор России. НТЦ «Промышленная безопасность», 1996. - 22с.
10.Махутов H.A., Костин A.A., Костин А.И. Нормирование степени риска поражения людей при авариях на ХОО // Проблемы безопасности при чрезвычайных ситуациях. Вып. 2, 1998. - 36-49с.
11.Постановление КМ от 15.02.2002 № 175 «Об утверждении Методики оценки убытков от последствий чрезвычайных ситуаций техногенного и природного характера». КМ Украины. //Режим доступа: http://search.ligazakon.ua/l doc2.nsf/link1/KP020175.html.
12. Декларирование промышленной безопасности опасных производственных объектов. Сборник документов. Вып.3. Серия 27. Декларирование промышленной безопасности и оценка риска. М: Науч.-техн. центр по безопасности в промышленности Гостехнадзора России, 2003. - 296с.
13. Об опыте декларирования промышленной безопасности и развития методов оценки риска опасных производственных объектов. Материалы семинара Госгортехнадзора России, М.: Научно-техн. центр по безопасности в промышленности Госгортехнадзора России. 2002. -128с.
