О методологии оценки зон поражения при авариях,

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

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

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

4 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.

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

6 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.

7 Особенности аварий с выбросом в атмосферу – Протяженные области сотни-тысячи 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.

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

9 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. Какой подход выбрать?

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

11 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» 050100150200250 0 100 200 300 400 500 600 • неверно рассчитываются концентрации (завышаются); • неверно рассчитываются размеры зон (ширина, против ветра); • не рассчитывается масса во взрывоопасных пределах

12 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

13 Методика «ТОКСИ-3» (история) C огласована 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.

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

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

16 Методика «ТОКСИ-3» (история) • Ростехна дзор утвердил РД-03 -26 — 2007 приказ № 859 от 14. 12.

17 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.

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

19 Методика «ТОКСИ-3» (конфигурация оборудования)

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

21 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 испарение м с пролива; 5. истечение газа ( в отсутстви е пролива ) ; 6. испарение с пролива (без истечения жидкости или газа ) ; 7. испарение из емкости при отсутствии пролива; 8. ликвидация аварии.

22 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 ; — т еплообмен облака с подстилающей поверхностью ; — частичное изменение скорости (по направлению).

23 Методика «ТОКСИ-3» (схема –первичное облако)контуры изоконцентрации z y x (0; 0; 0) (x 1; 0; 0) (x 2; 0; 0) Syi (x 1) cцi (0) cцi (x 1) cцi (x 2) g uэфф Hi Ri Syi (x 2) ri(x 2)=0 Szi (x 1) Szi (x 2) контуры достижения заданной концентрации ri (x 1) Rэффi (x 1)

24 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 • массац icz i. S y i. S ir ц ix эффi. E жi. Q эффi. T • Эффективные температура и плотностьэффi. H эффi. R эффiu суммi. Q

25 Методика «ТОКСИ-3» (схема –вторичное облако)контуры изоконцентрации bli (x 1) z y x (0; 0; 0) (x 1; 0; 0) (x 2; 0; 0) Slyi (x 1) clцi (0) g Slzi (x 1) Hli uэфф Bli clцi (x 1) Blэффi (x 1) Slyi (x 2) clцi (x 2) bli (x 2)=0 Slzi (x 2)

26 Методика «ТОКСИ-3» (профили концентрации) 22 2 0 ц2 ( , , , ) exp , ц i i z iy i x x y rz c x y z t c SS 22 2 ö i i x x y r 22 2 цi ix x y r 0 ц( , , , ) exp i i z iz c x y z t c S припри

27 Методика «ТОКСИ-3» (уравнения)2 ц эффi i i i. Q c R H 2 сум эфф эфф d d 2 dt dt верх i iвозд подм i i возд подм i. Q R u R H R эфф эфф эфф d d 1 dt dx возд i i i E i i R u R C g H эффd d 2 2 / 1 / 2 dt dx 1/2 i 1/2 y i i y y i u S r S S 2 ‘ 2 d dt d 2 dt верх эфф i эффi возд подм возд эффi эфф i возд подм эффi возд эфф i повi E R u e R H R e R E d dtц i эффix u сохранение массы ОВ сохранение массы растекание боковое рассеяние сохранение энергии движение центра + 3 т/д соотношения для определения температуры, плотности и массы жидкости

28 Методика «ТОКСИ-3» (определение концентраций, токсодоз…) 0 ж отс выб г ги и е , , , , , , i i i i c x y z t c x y z t max , , , , i i t c x y z t суммарное поле концентрации , , , i. D x y zmax, i. D x 0 , , , i. D x y z, , l i. D x y z 0 max, i. D x maxl i. D x токсодозы ж отс выб 0 0 0 г ги и е 0 0 0, 5 , , , , , , . . . НКПВ i i i i c c x y z t c x y z t 0 , 5 0, , , НКПВ ВКПВвз VQ c x y z t dxdydz взрывоопасные зоны взрывоопасная масса

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

30 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.

31 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.

32 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 • — …

33 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)

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

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

36 ВЫВОДЫ МЕТОДИКА «ТОКСИ-3» МОЖЕТ ИСПОЛЬЗОВАТЬСЯ ПРИ РАЗРАБОТКЕ: деклараций промышленной безопасности опасных производственных объектов, на которых получаются, используются, перерабатываются, образуются, хранятся, транспортируются, уничтожаются ОВ; паспортов безопасности; мероприятий по защите персонала и населения; планов локализации и ликвидации последствий аварий, сопровождаемых выбросом ОВ ; оценке возможного ущерба; проектов на объект ы , на которых производятся, используются, транспортируются или хранятся ОВ.

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

38 Аварии в тоннеляхзасыпка горный хребет тоннельтрубопровод с нефтью а) Нормальная эксплуатация б) Появление утечки в) Растекание пролива и испарение с его поверхности, образование облака ТВС в тоннеле дефектное отверстие г) Инициирование облака паров нефти д) Распространение пламени, формирование УВ продукты горения е) Возникновение детонации ж) Распространение детонации з) Выход детонации из тоннеля и распространение УВ в воздухе детонационная волна место инициирования детонации облако ТВСпролив нефти движущийся газфронты турбулентного пламени УВУВ

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

40 Аварии в тоннелях Аналитическое решение для детонации 1 1 1 * * 1/( 1) 2 * * 1 * * 0 , 0 : 0 , 2 , 0 : , 0 , 2 0 , 0 : 2 1 , , 2 1 , 2 x r x CJ r CJ CJ x CJ CJ CJ d x x r u u x xd x x x r u u u x x d x x r p c c u u c p p T p R x x x c u t t D u c

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

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

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

44 Аварии в тоннелях Горячие продукты

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

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

47 Аварии на складах хлора Давление

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

49 Аварии на складах хлора Вентиляция и нейтрализация

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

51 Аварии на складах хлора Помещение 50 м — пороговая

52 Аварии на складах хлора Помещение 50 м — пороговая

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