Развитие методических основ прогнозирования разливов нефтепродуктов при железнодорожных авариях

СЕКЦИЯ № 1

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ, УПРАВЛЕНИЕ ЧРЕЗВЫЧАЙНЫМИ СИТУАЦИЯМИ И ОЦЕНКА РИСКА

РАЗВИТИЕ МЕТОДИЧЕСКИХ ОСНОВ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ РАЗЛИВОВ НЕФТЕПРОДУКТОВ ПРИ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ АВАРИЯХ

С.Г. Аксенов, декан факультета, д.э.н., к.ю.н., профессор

А.Н. Елизарьев, доцент, к.г.н., доцент А.А. Никитин, студент Уфимский государственный авиационный технический

университет, г. Уфа Е.Н. Елизарьева, доцент, к.т.н.

Башкирский государственный университет, г. Уфа

Социально-экономическое развитие территорий, особенно мегаполисов, невозможно без транспортной системы, своевременно обеспечивающей большие объемы перевозок. Железнодорожный транспорт, получивший развитие в мире в ХУШ-Х1Х веках, и на сегодняшний день остается в числе лидеров по объему грузовых и пассажирских перевозок. Так, по данным международной Организации сотрудничества железных дорог (ОСЖД) уровень перевозок пассажиров и грузов на железных дорогах стран-членов ОСЖД, в состав которых входит 27 стран, достиг в 2012 году соответственно 4 млрд. человек и свыше 6 млрд. тонн.

В Российской Федерации главным игроком на арене железнодорожных перевозок является холдинг ОАО «РЖД». На долю железнодорожного транспорта в РФ приходится 43% всего грузооборота и для большинства грузовладельцев из базовых отраслей экономики данный вид транспорта является безальтернативным. Грузооборот РФ, составляет 2128 млрд. тонно-километров, что уступает лишь таким странам как Китай и США (2764 и 2469 млрд. тонно-километров соответственно). Среди всех перевозимых грузов около 50% составляют грузы нефтяной промышленности, такие как сырая нефть, мазут, бензин и сжиженные углеводородные газы, транспортировка которых ввиду их пожарной, токсической и экологической опасности осуществляется в специальных вагонах-цистернах.

Мировая статистика происшествий при перевозке нефти и нефтепродуктов железнодорожным транспортом показывает, что чрезвычайные ситуации (ЧС) связаны в большей мере с механическим повреждением специальных цистерн и выходом нефтепродуктов в

окружающую среду с последующим воспламенением либо загрязнением территорий или акваторий. Согласно статистическим данным Министерства транспорта США коэффициент аварийности железнодорожного транспорта при перевозке нефтепродуктов за один год составляет 3,35 млрд. тонно-километров. Так, 6 июля 2013 года в городе Ляк-Межантик (Канада) из-за неисправности ручного тормоза потерпел крушение поезд, перевозивший 73 цистерны с нефтью, в результате которого произошло возгорание с последующим взрывом цистерн и пожаром близлежащих домов. Число подтвержденных жертв катастрофы составило 42 человека, 8 из которых числились пропавшими без вести. 9 мая 2013 года в городе Белая Калитва (РФ, Ростовская область) в результате схода с рельс 50 цистерн с нефтепродуктами произошло возгорание 7 цистерн и взрыв (эвакуировано 2,7 тыс. чел. и госпитализировано 18 человек).

Одной из ключевых составляющих обеспечения безопасности при железнодорожных перевозках нефтепродуктов является прогнозирование возможных ЧС, моделирование процессов развития пролива нефтепродуктов и оценка риска. Точность таких прогнозов и моделей во многом определяется многофакторным анализом условий ЧС с учетом:

- особенностей территории (подстилающая поверхность, тип грунтов, параметры состояния почвы и водных объектов, климатические особенности и т. п.);

- особенностей самой железнодорожной аварии (объем разлитых нефтепродуктов, особенности разгерметизации и др.). Существующая методическая база не позволяет качественно и количественно определить либо смоделировать процессы развития ЧС и только фрагментарно учитывает возможные последствия ЧС. Так, одним из инструментов анализа сценариев развития ЧС с учетом вероятности является метод построения «дерева событий» на основе стандарта ГОСТ 54145-2010.

На рисунке 1 приведен пример дерева событий при локальной разгерметизации цистерны с бензином при сходе грузового состава с рельс.

Из рисунка 1 видно, что качественную и количественную оценку степени опасности ЧС в полной мере провести невозможно, так как в дереве событий не анализируются процессы взаимодействия разлива нефтепродуктов с окружающей средой, которые определяются множеством неучтенных факторов. Так, при образовании пролива возможно попадание нефтепродуктов в водные объекты, впитывание в почву и просачивание в грунтовые воды в зависимости от объема и времени истечения нефтепродуктов, температуры окружающей среды, а также типов подстилающих грунтов.

Выше уровня налива с послед. BLEVE соседних цистерн

загрязнением атмосферы 0,01 BLEVE цистерны

Частичное разрушение цистерны с бензином 0,15 Мгновенное воспламенение

1,00 с образ. пожара пролива 0,01 Воздействие на людей, объекты и сооружения

Ниже уровня налива с 0,04

образованием пролива 0,02

0,85 Загрязнение окруж. среды

Без мгновенного воспламенения 0,46

0,81 Образ-е пожара пролива при послед. восплам.

0,35

Рис. 1. Пример дерева событий при локальной разгерметизации цистерны

с бензином

С одной стороны, анализ сценариев развития ЧС может быть проведен на основе методик [1...5]: расчет объема пролива, его площади и последствий ЧС (пожар пролива, «огненный шар», эффект BLEVE), а также на основе ряда методик для определения экологических последствий. Одним из основных элементов расчета во всех существующих методиках является площадь пролива, определяемая по объему вылившихся нефтепродуктов. При этом следует учитывать, что часть нефтепродуктов впитывается в грунт, а при наличии рядом с проливом водного объекта - частично попадает в воду.

Для повышения точности прогноза ЧС и моделирования процессов истечения нефтепродуктов необходимо: определить время истечения, объем вылившихся нефтепродуктов и площадь пролива с учетом впитывания в грунт, испарения и загрязнения водного объекта.

В этой связи необходим интегрированный подход к моделированию процессов пролива нефтепродуктов при перевозке железнодорожным транспортом с применением современных IT-технологий. Наибольшая эффективность может быть достигнута сочетанием геоинформационных систем (GIS-технологии) при учете особенностей территории и программных продуктов для 3D моделирования при расчете аварийного пролива.

На основе анализа существующих методов расчета последствий пролива нефтепродуктов [1.5], а также особенностей моделирования процессов истечения с использованием современных программных продуктов, таких как Autodesk Inventor, ArcGIS, Surfer, предложены методические основы для прогнозирования последствий ЧС на объектах железнодорожного транспорта, представленная на рисунке 2.

Наглядное представление определения количества нефтепродукта, истекающего в течение времени из железнодорожной цистерны изображено на рисунке 2.

Расчет пожароопасных и экологических последствий ЧС при разливе нефтепродуктов основывается на определении площади пролива. Для определения площади пролива существует целый ряд методик [1.. .5].

Рис. 2. Зависимость массы нефтепродукта, истекающей через отверстие,

от времени

По методикам была рассчитана площадь пролива бензина (м ), при

-5

разгерметизации цистерны модели 15-1672 объемом 85,6 м . Результаты приведены в таблице.

Таблица

Площади пролива бензина по различным методикам_

Методика [2] [3] [4] [5]

Площадь, кв.м. 1459 437 1455 364 364

Одним из важных параметров для определения интенсивности теплового излучения, оказываемого на здания и сооружения при пожаре пролива, является форма пятна разлива бензина. В связи с этим, показана возможность на основании трехмерной модели рельефа местности в зоне ЧС, с использованием программ ГИС-моделирования, определить форму

I - площадь разлива бензина

в начальный момент; ] - площадь разлива бензина

до начала горения: ] - конечная площадь разлива

бензина (горение нефтепродукта).

Рис. 3. Форма пятна разлива бензина с учетом рельефа местности

Список использованной литературы

1. ГОСТ 54145-2010 Менеджмент рисков. Руководство по применению организационных мер безопасности и оценки рисков. Общая методология.

2. Руководство по определению зон воздействия опасных факторов аварий с сжиженными газами, горючими жидкостями и аварийно химически опасными веществами на объектах железнодорожного транспорта.

3. Руководство по тушению нефти и нефтепродуктов в резервуарах и резервуарных парках / И.Ф. Безродный, В.А. Меркулов, А.В. Мариков. - М., 1999. - 40 с.

4. ГОСТ Р 12.3.047-98. Пожарная безопасность технологических процессов. Общие требования

5. Приказ МЧС РФ от 10 июля 2009 г. № 404 «Об утверждении методики определения расчетных величин пожарного риска на производственных объектах».

КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ АТОМНОЙ СТРУКТУРЫ НЕКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ СПЛАВОВ СИСТЕМЫ HF-W

Ю.В. Бармин, доцент, к.ф.-м.н.

А.В. Бондарев, доцент, к.ф.-м.н.

Воронежский государственный технический университет, г.Воронеж

А.И. Бочаров, начальник отдела А.В. Кочегаров, профессор, д.т.н.

Воронежский институт ГПС МЧС России, г.Воронеж

Исследование атомной структуры аморфных металлических сплавов (АС) имеет важное значение для понимания физико-химических свойств этих сплавов [1]. В частности, необходимо изучение зависимости параметров ближнего порядка АС от концентрации составляющих его элементов. Для решения такой задачи часто применяют методы атомистического компьютерного моделирования (молекулярная-динамика, метод Монте-Карло), которые позволяют получить гораздо больше информации об особенностях атомной структуры неупорядоченных систем по сравнению с экспериментальными методами [1].

Известно, что важную роль в структурной организации двухкомпонентных аморфных сплавов типа металл-металл играют плотноупакованные икосаэдрические атомные конфигурации [2], содержащие оси пятого порядка, запрещенные для кристаллов. Характер локального упорядочения атомов в неупорядоченных средах обычно