О методологии оценки зон поражения при авариях

О методологии оценки зон поражения при авариях, обусловленных выбросами токсичных продуктов

Важность проблемы • Токсическое воздействие • Образование облаков топливновоздушных смесей, способных сгорать (детонировать) • Снижение содержание кислорода • Генерация ударных волн • Химический ожог и т. д. 2

Примеры природных и техногенных выбросов • Токсическое воздействие Бхопал (Индия) 3 декабря 1984 года Выброс метилизоционата Погибло около 3000 человек и пострадало около 200000 человек Крупнейшая за всю историю мировой промышленности авария 3

Примеры природных и техногенных выбросов • Образование облаков ТВС • Ж/д под Уфой (СССР) 4 июня 1989 года • Выброс газа • Погибло или тяжело пострадало 1224 человека из 1284 • Площадь, покрытая облаком – 2. 5 кв. км. 4

Примеры природных и техногенных выбросов Образование облаков ТВС (ж/д под Уфой) 5

Примеры природных и техногенных выбросов • (Снижение содержание кислорода) • Оз. Ниос (Камерун) 21 августа 1986 года • Выброс углекислого газа • Погибло 1800 и тяжело пострадало 1000 человека • Дрейф облака – 25 км. 6

Особенности аварий с выбросом в атмосферу – Протяженные области сотнитысячи метров. – Достаточно быстрое распространение ОВ в атмосфере метры в сек-десятки метров в сек – Возможность длительного существования поражающего фактора часы… • Т. о. распространение в атмосфере выбросов ОВ может приводить к поражению большого количества людей на больших территориях за достаточно быстрое время. 7

Какие процессы влияют на размер зоны поражения • конвективный перенос в поле ветра • наведенное выбросом течение • турбулентная диффузия • действие силы тяжести 8

Как рассчитать размер зоны поражения • параметрические формулы (в т. ч. гауссовы модели); • интегральные модели - модели рассеяния, базирующиеся на интегральных законах сохранения либо в облаке в целом (залповый выброс), либо в поперечном сечении облака (шлейфовые облака); • модели, построенные на решении системы уравнений сохранения в их оригинальном виде. 9 Какой подход выбрать?

Назначение методики • Моделирование распространения опасных веществ в атмосфере – токсичные и пожаровзрывоопасные вещества 10

Необходимость точности • повышение требований к качеству прогноза зон поражения при авариях и неполнота и несовершенство отечественной нормативной базы - ОНД – 86, Методика штаба ГО, ГОСТ 12. 3. 047 -98 ССБТ, ТОКСИ-2, АСЗН - сделали необходимой разработку «ТОКСИ-3» • неверно рассчитываются концентрации (завышаются); • невернорассчитываются размеры зон (ширина, против ветра); • не рассчитывается масса во взрывоопасных пределах 11

Методика «ТОКСИ-3» (история) • Разрабатывалась на протяжении нескольких лет, основные положения методики отражены в 10 публикациях • В 2005 году разослана на отзыв в более чем 30 организаций • В сентябре 2005 года текст методики выложен в открытый доступ в Интернете • В феврале 2006 года в Интернете выложена бета- версия компьютерной программы • К лету 2006 года получено 13 в целом положительных отзывов. Высказано несколько десятков замечаний • К августу 2006 года подготовлена окончательная редакция 12

Методика «ТОКСИ-3» (история) Cогласована с • Управлением по надзору за специальными и химически опасными производствами и объектами Ростехнадзора (письмо № 12 -01 -29/1592 от 09. 08. 2006 г. ) • Управлением по надзору за объектами нефтегазодобычи, переработки и магистрального трубопроводного транспорта от 11. 10. 2006 исх. № 11 -32/3419. 13

Методика «ТОКСИ-3» (история) • Утверждена генеральным директором ОАО «НТЦ «Промышленная безопасность» 13 сентября 2006 года 14

Методика «ТОКСИ-3» (история) • Сентябрь-октябрь 2006 года подготовлен к изданию сборник с методикой «ТОКСИ-3» 15

Методика «ТОКСИ-3» (история) • Ростехна дзор утвердил РД-03 -262007 приказ № 859 от 14. 12. 2007 16

Методика «ТОКСИ-3» Таким образом, на сегодня создана методика, позволяющая наиболее точно, по сравнению с другими отечественными методическими материалами в этой области, определять последствия распространения выброса в атмосфере. 17

Методика «ТОКСИ-3» (сценарии) v. Для газообразных ОВ: • Сценарий 1. Полное разрушение оборудования, содержащего ОВ в газообразном состоянии. • Сценарий 2. Частичное разрушение оборудования, содержащего ОВ в газообразном состоянии. v. Для жидких ОВ: • Сценарий 3. Полное разрушение оборудования, содержащего ОВ в жидком состоянии. • Сценарий 4. Частичное разрушение оборудования, содержащего ОВ в жидком состоянии. 18

Методика «ТОКСИ-3» (конфигурация оборудования) 19

Методика «ТОКСИ-3» (основные этапы расчета) • определение количества, интенсивности и длительности выброса; • определение распределения концентрации; • определение распределения токсодозы; • определение размера зон поражения (зон химического заражения, зон горения); • определение количества ОВ во взрывоопасных пределах. 20

Методика «ТОКСИ-3» (основные стадии аварии) 1. разрушение и образование первичного облака; 2. истечение жидкой фазы до отсечения; 3. истечение жидкой фазы из аварийного участка после его отсечения; 4. истечение газа с испарением с пролива; 5. истечение газа ( в отсутствие пролива); 6. испарение с пролива (без истечения жидкости или газа); 7. испарение из емкости при отсутствии пролива; 8. ликвидация аварии. 21

Методика «ТОКСИ-3» (основные факторы) - движение облака в переменном по высоте ветре; - гравитационное растекание; - рассеяние облака в вертикальном направлении за счет атмосферной турбулентности; - рассеяние облака в горизонтальном направлении (за счет атмосферной турбулентности и за счет гравитационного растекания); - теплообмен за счет подмешивания воздуха; - наличие аэрозолей и фазовые переходы в облаке; - теплообмен облака с подстилающей поверхностью; - частичное изменение скорости (по направлению). 22

Методика «ТОКСИ-3» (схема –первичное облако) 23

Методика «ТОКСИ-3» (характеристики перв. облака) • • концентрация на оси вертикальная дисперсия • горизонтальная дисперсия радиус ядра энергия в облаке (эфф. ) положение центра облака масса жидкой фазы в облаке Эффективные • высота • радиус • скорость • масса • Эффективные температура и плотность 24

Методика «ТОКСИ-3» (схема –вторичное облако) 25

Методика «ТОКСИ-3» (профили концентрации) при 26

Методика «ТОКСИ-3» (уравнения) сохранение массы ОВ сохранение массы растекание боковое рассеяние сохранение энергии движение центра + 3 т/д соотношения для определения температуры, плотности и массы 27 жидкости

Методика «ТОКСИ-3» (определение концентраций, токсодоз…) суммарное поле концентрации токсодозы взрывоопасные зоны взрывоопасная масса 28

Методика «ТОКСИ-3» (критерий приемлемости) Конечная оценка любой методики это ее совпадение с практикой. 29

Методика «ТОКСИ-3» (подходы к верификации) – Сравнение с экспериментом: + возможность провести количественное сравнение с большим объемом достаточно регистрируемой информацией; + возможность верификации конкретного физического процесса в хорошо известных условиях; - далеко не всегда перекрывается спектр возможных условий аварии. 30

Методика «ТОКСИ-3» (подходы к верификации) – Сравнение с авариями: + большой диапазон возможных на практике аварийных ситуаций; (например, аммиак) + возможность увидеть взаимосвязь и взаимообусловленность всей совокупности протекающих физических процессов; + уникальные данные по степени поражения; - отсутствие фиксации условий аварии. 31

Методика «ТОКСИ-3» (верификация) • Методика «ТОКСИ-3» верифицирована по около 20 серий экспериментов (сотни опытов) по множеству параметров: • - достигаемые концентрации • - размеры облаков • - динамика движения облаков • - временные зависимости концентрац. • - расходы в выбросах • - скорости испарения • -… 32

Методика «ТОКСИ-3» (верификация) • В лекции представлены наиболее крупные эксперименты для токсичных и пожаровзрывоопасных веществ: • - Торней Айленд (до 8 т; до 5 кг/с; фреон) • - Десерт Тортоиз (до 150 кг/сек; до 40 т; аммиак) • - Лайм Бей (до 10 т, до 7 кг/сек; хлор) • - HSL (до 4 т, до 5 кг/с; пропан) 33

Методика «ТОКСИ-3» (верификация) • Методика «ТОКСИ-3» верифицирована по нескольким крупным авариям: • - достигаемые концентрации • - зоны поражения • - размеры облаков • - временные характеристики 34

ВЫВОДЫ Разработанная в ФГУП НТЦ «Промышленная безопасность» методика «ТОКСИ-3» показала хорошую способность давать прогноз с удовлетворительной точностью. Расчеты по методике «ТОКСИ-3» хорошо согласуются с экспериментальными данными и происшедшими авариями. 35

ВЫВОДЫ МЕТОДИКА «ТОКСИ-3» МОЖЕТ ИСПОЛЬЗОВАТЬСЯ ПРИ РАЗРАБОТКЕ: Øдеклараций промышленной безопасности опасных производственных объектов, на которых получаются, используются, перерабатываются, образуются, хранятся, транспортируются, уничтожаются ОВ; Øпаспортов безопасности; Øмероприятий по защите персонала и населения; Øпланов локализации и ликвидации последствий аварий, сопровождаемых выбросом ОВ; Øоценке возможного ущерба; Øпроектов на объекты, на которых производятся, используются, транспортируются или хранятся ОВ. 36

ВЫВОДЫ Существует целый ряд ситуаций, когда методология методики «ТОКСИ» должна быть скорректирована. НТЦ «Промышленная безопасность» разрабатывает подходы и к решению таких задач. 37

Аварии в тоннелях 38

Аварии в тоннелях Две стадии процесса: - детонация в тоннеле; - выброс из тоннеля. 39

Аварии в тоннелях Аналитическое решение для детонации 40

Аварии в тоннелях Давление и скорость (0, 472, 0, 944 с). 41

Аварии в тоннелях 0, 25 с, 0, 5 с, 1 с, 2 с 42

Аварии в тоннелях Ударная волна 14 к. Па – ок. 200 м; сектор с полуш. 40 м 43

Аварии в тоннелях Горячие продукты 44

Аварии на складах хлора Выброс на открытой площадке 290 м – 830 м 45

Аварии на складах хлора Выброс в помещении (1 с) 46

Аварии на складах хлора Давление 47

Аварии на складах хлора Эмиссия из помещения 155 -265 м и 540 -1170 м 48

Аварии на складах хлора Вентиляция и нейтрализация 49

Аварии на складах хлора Вентиляция и нейтрализация 50 м и 240 м 50

Аварии на складах хлора Помещение 50 м - пороговая 51

Аварии на складах хлора Помещение 50 м - пороговая 52

Выводы Даже при наличии универсальной методики, в ряде задач необходим специализированный методологический подход. 53