Прогнозирование распространения облаков тяжелых газов при авариях на объектах химической промышленности

Прогнозирование распространения облаков тяжелых газов при авариях на объектах химической промышленности Быльев Ю. В.1, Деркачев Н. В.2, Медведева А. Н.3, Афанасьев Р. В.4, Минаев Ю. А.5, Лобарь И. Н.6

'Быльев Юрий Владимирович /Byljev Jurii Vladimirovich - технический директор,

ООО «НПП НОБИГАЗ»;

2Деркачев Никита Владимирович /Derkachev Nikita Vladimirovich - эксперт,

ООО «АТТЭКС»;

3Медведева Алина Николаевна /Medvedeva Alina Nikolaevna - эксперт промышленной

безопасности;

'Афанасьев Руслан Владимирович /Afanasjev Ruslan Vladimirovich - начальник лаборатории; 5Минаев Юрий Анатольевич /Minaev Jurij Anatolievich - эксперт промышленной безопасности;

6Лобарь Игорь Николаевич /Lobar Igor Nikolaevich - эксперт промышленной безопасности, ООО «НПП НОБИГАЗ», г. Ростов-на-Дону

Аннотация: исследован процесс распространения тяжелого газа - хлора на основе математической модели РД 03-26-2007. Произведено моделирование выброса хлора с помощью программного комплекса

Abstract: the process of distribution of heavy gas - chlorine - has been studied on the basis of mathematical model RD 03-26-2007. The modelling of chlorine releases has been made with help of complex software TOXl+RlSK.

Ключевые слова: экспертиза промышленной безопасности, аварийный выброс, моделирование распространения газа.

Keywords: industrial safety expertise, accidental release, modeling of gas distribution.

Выброс опасных веществ в атмосферу является одной из самых серьезных аварий на опасном производственном объекте. При выбросе опасных веществ в атмосферу может возникать целый спектр поражающих факторов: токсическое поражение, образование в воздухе топливно-воздушных смесей (ТВС), снижение концентрации кислорода, генерация ударных волн (УВ), термическое поражение, химический ожег [1]. Размеры зон поражения могут достигать нескольких десятков до нескольких сотен, а в отдельных случаях и тысяч метров.

Сравнительно быстрое распространение поражающих факторов на большие площади, является особенностью при прогнозировании опасности для человека, природной среды и различного рода антропогенных объектов.

Таким образом, исследования распространения опасных веществ в атмосфере и прогнозирование последствий опасных выбросов для выработки адекватных мер защиты является актуальной задачей.

Расчет модели выброса опасных веществ имеет достаточно сложный алгоритм и осуществляется, как правило, путем применения программных средств, таких как PHAST, FLUENT, ТОКСИ+иж .

ТОКСИ+иж является отечественным программным комплексом и реализует алгоритмы расчета рассеяния выбросов опасных веществ в соответствии с документом РД-03-26-2007 [2]. Примененная унифицированная модель, описывающая развитие аварии при различных конфигурациях технологического оборудования и сценариях с учетом характера инициирующего события и параметров опасного вещества в оборудовании. Модель отличатся тем, что в ней рассматривается несколько стадий аварии, которые выделяются в зависимости от уровня жидкости в оборудовании, величины давления в оборудовании и времени срабатывания отсекающей арматуры. Модель позволяет определить интенсивность и характеристики выброса опасного вещества на последовательных стадиях, а также их длительность.

Методика РД-03-26-2007 позволяет определить:

- длительность выброса и количество поступившего в атмосферу опасного вещества при различных сценариях аварии;

- пространственно временное поле концентрации опасного вещества в атмосфере;

- размеры зон химического заражения, соответствующие различной степени поражения людей, определяемой по ингаляционной токсодозе.

Методика позволяет рассмотреть широкий спектр возможных аварийных ситуаций (частичное и полное разрушение оборудования, истечение газовой, жидкой или двухфазной сред) с учетом конструктивных особенностей конкретной установки, на которой произошла авария (наличие трубопроводов и емкостей, срабатывание отсекающей арматуры, остановка компрессоров и насосов).

Проведем расчета выброса хлора [3] из железнодорожной цистерны на пути не общего пользования.

Шаг1. Общие исяоаные д»мыв Опасное еешестоо

¡Хлор

I- 8 выбросе только гжмеая <мгз

ИОГОм* выйроса опасного кчМСпи Ремрв^ар

Сценарии аварни Полное разрушение

-Точность 0#СЧ(ТИО(1 (СТЮ1

шаг расчетной сетки 1: * [н *

I? Авто Концентрационные пределы

г» концентрационным пределам воспламенения

I? поПДК

Критерии пораже»)я-

I- Расчитывать зоны токсического воздействия

Г" по 1Й и РО

р по вероятностям поражении Перечень вероятностей... Время летошт Г _

Рис. 1. Диалоговое окно № 1 модуля «Токси»

Сценарий развития аварии: резервуар - полное разрушение. Опасное вещество -хлор. Точность расчетной сетки - авто. Это означает, что шаг будет определяться программой как 1% от протяженности зоны поражения по ветру.

Если необходимо рассчитать пороговые и смертельные зоны поражения, необходимо отметить эти критерии поражения.

Согласно технологическому режиму хлор будет перевозиться под давлением 400 000 Па, температура задана 20 °С.

Параметры

ом«»!«»

а«- 3

Параметры

поевромости пролива

Шаг 4

Параметры расчете

Рис. 2. Диалоговое окно № 2 модуля «Токси»

Количество вещества может быть заданно как через геометрические размеры емкости, так и через массу или объем резервуара.

Температура поверхности пролива будет равна температуре окружающего воздуха.

Подстилающая поверхность - песок. Так как цистерна находится на пути -обвалование не предусмотрено, разлив свободный.

Класс устойчивости атмосферы - инверсия F (наиболее худший по последствиям условия распространения выброса).

Параметры поверхности - равнина.

Рис. 3. Диалоговое окно № 3 модуля «Токси»

Рис. 4. Диалоговое окно № 4 модуля «Токси»

Рис. 5. Зоны поражения при выбросе хлора

На рисунке 5 показаны зоны поражения, при этом белым отмечена граница предельно допустимой концентрации, синим - зона порогового поражения, красным -зона смертельного поражения.

Кроме указанных зависимостей также могут быть получены зависимости риска смертельного поражения от расстояния, концентрации в различных точках выброса, а также при необходимости другие параметры, характеризующие отравляющие свойства хлора в конкретной точке, находящейся внутри зоны поражения.

Литература

1. Федеральный закон от 21.07.1997 N 116-ФЗ «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» [Электронный ресурс] Режим доступа http://base.consultant.ru/cons/cgi/online.cgi?req=doc;base=LAW;n=183010;dst=0;ts=20 ADD5195B1E8123F1901940687D6927;md=0.3409292306751013 (Дата обращения 29.11.2015).

2. РД-03-26-2007 Методические указания по оценке последствий аварийных выбросов опасных веществ (утв. Приказом Ростехнадзора от 14.12.2007 N 859) [Электронный ресурс] Режим доступа http://base.consultant.ru/cons/cgi/online.cgi?req=doc;base=EXP;n=417797;fld=134;fro m=625175-6;md=180312.7299840075429529;;ts=01803126026035263203084 (Дата обращения 29.11.2015).

3. Правила безопасности производств хлора и хлорсодержащих сред (утв. Приказом Ростехнадзора от 20.11.2013 N 554) [Электронный ресурс] Режим доступа http://base.consultant.ru/cons/cgi/online.cgi?req=doc;base=LAW;n=158368;fld=134;dst =100007;гМ=180312.7674488942138851;^=018031207435584790073335 (Дата обращения 29.11.2015).