книги / Разработка специальных разделов проектной документации, основанных на методологии анализа риска

4.7.2.1. Определение массы опасного вещества,

участвующей в аварии и создании поражающих факторов

Для оценки последствий аварийных ситуаций отправной точкой является определение массы опасного вещества, участвующего в ава­ рии, а также массы вещества, участвующего в создании поражающих

факторов.

Масса вещества, участвующего в аварии, - все количество опасного вещества, поступившее в окружающее пространство при полном разрушении или частичной разгерметизации технологическо­ го оборудования.

Масса вещества, участвующего в создании поражающих фак­ торов, для различных вариантов развития аварийной ситуации может быть различной:

♦для пожара пролива - вся масса жидкой фазы, участвующей

ваварии;

пространство за счет вскипания перегретой жидкости и образования из нее охлажденных до температуры кипения газовой фазы и аэрозольных капель (так называемое «первичное облако»);

♦для токсоволны - вся масса газовой фазы, поступившая в ок­ ружающее пространство при аварийной ситуации (вся масса газообраз­ ного вещества, содержащегося в технологическом оборудовании, а также поступившая за счет перетоков из соседнего оборудования и испарения вещества с поверхности аварийного пролива);

♦для взрыва облака ТВС - масса парогазовой фазы, поступившей

вокружающее пространство при аварийной ситуации, находящаяся меж­ ду нижним и верхним концентрационными пределами воспламенения (для расчета этой величины достаточно определить функцию распределе­ ния концентрации вещества при рассеянии во времени и пространстве).

При полном разрушении оборудования в окружающее простран­ ство поступит все содержимое технологического аппарата. Если рас­ сматриваемая единица оборудования участвует в каком-либо непрерыв­ ном технологическом процессе, то целесообразно учитывать количество

вещества, поступившего в окружающее пространство за счет перетоков из соседних единиц оборудования. Время истечения в этом случае будет лимитироваться быстродействием запорной арматуры (при ее наличии). При отсутствии запорной арматуры процесс истечения из соседних еди­ ниц оборудования может продолжаться достаточно долго, вплоть до полного истечения опасного вещества.

В случае частичной разгерметизации технологического оборудова­ ния моделируется истечение опасного вещества через отверстие заданно­ го диаметра (например, 25 мм). Расчетные зависимости для истечения газообразных или жидких опасных веществ через отверстие представлены в приложении 1 к ПБ 09-540-03 [29], а также в методике «Токси» [21]. Аналогичные зависимости применяются и при оценке количества опасно­ го вещества, поступившего из соседних аппаратов при полной разгерме­ тизации технологического оборудования.

Масса газообразного опасного вещества, поступившего в окру­ жающее пространство через отверстие разгерметизации, определяется следующим образом [29]:

со - скорость истечения ПГФ в окружающее пространство через отверстие разгерметизации, м/с;

S - площадь отверстия разгерметизации, м2; т - время истечения опасного вещества, с.

Скорость истечения определяется в зависимости от величины из­ быточного давления в аппарате. Так, при давлении > 0,07 МПа

(0 = 2-k-P-v к + 1

где к - показатель адиабаты вещества;

Р- абсолютное давление в аппарате, МПа;

v- удельный объем ПГФ в реальных условиях, м3/кг.

При давлении < 0,07 МПа

со =

где Ро - атмосферное давление, МПа.

Следует отметить, что в случае истечения ПГФ из трубопровода, на входе в который стоит компрессор, и площадь разгерметизации пре­ вышает 0,2 от площади поперечного сечения трубопровода, скорость поступления ПГФ в окружающее пространство будет равной расходу компрессора.

Для случаев истечения жидкости целесообразно применять сле­ дующую зависимость [21]:

где Gj - масса жидкой фазы (ЖФ), поступившей в окружающее прос-

транство через отверстие разгерметизации, кг; S - площадь отверстия разгерметизации, м2;

рж - плотность ЖФ, кг/м3; Н - высота столба жидкости над уровнем отверстия, м;

g- ускорение свободного падения, g = 9,81 м/с2;

Р- абсолютное давление в аппарате, МПа;

Ро - атмосферное давление, МПа.

Следует отметить, что если истечение происходит из трубопрово­ да, на входе которого стоит насос, а площадь отверстия разгерметизации превышает 0,2 от площади поперечного сечения трубопровода, то ско­ рость поступления ЖФ в окружающее пространство будет равной рас­ ходу насоса.

4.7.2.2. Определение массы испарившегося

опасного вещества

При оценке возможных последствий аварийных ситуаций важную роль играют модели испарения опасных веществ со свободной поверх­ ности проливов. Данные модели позволяют оценить интенсивность по­ ступления в окружающую среду паров легковоспламеняющейся или токсичной жидкости, обусловливающую силу взрывного или токсиче­ ского воздействия.

В приложении И ГОСТ Р 12.3.047-98 [20] для оценки интенсивно­ сти испарения ЛВЖ при температуре, не превышающей температуру окружающей среды, предлагается использовать следующую полуэмпирическую зависимость:

где W- интенсивность испарения, кг/(с-м2);

т| - коэффициент, принимаемый по табл. 10 в зависимости от скорости

итемпературы воздушного потока над поверхностью испарения;

М- молярная масса, кг/кмоль;

/н-давление насыщенного пара при расчетной температуре жид­ кости, кПа.

Т а б л и ц а 10

Значение коэффициента т|

В [21] приводится следующая зависимость для определения рас­ хода ОХВ из аварийного пролива:

где q - расход OXB из аварийного пролива, кг/с; F - площадь поверхности пролива, м2;

U - скорость ветра в приземном слое, м/с.

Площадь поверхности пролива принимается равной площади об­ валования, а при его отсутствии допускается определять по формуле

где QM- масса жидкого опасного вещества, поступившего в окружа­ ющую среду при аварийной разгерметизации технологического оборудования, кг;

рж - плотность жидкости, кг/м3

Давление насыщенных паров опасного вещества Рн, мм рт. ст., можно определить на основании справочных данных или следующим об­ разом [21]:

При аварийных ситуациях на оборудовании, содержащем сжижен­ ные углеводородные газы (СУГ), удельную массу паров испарившегося вещества Жисп, кг/м2, можно определить по формуле [20]

где L - мольная теплота испарения СУГ при начальной температуре жидкости Гж, Дж/моль;

Г0 - начальная температура материала поверхности, на которую разливается СУГ, °С;

Гж - начальная температура СУГ, °С; Ятв - коэффициент теплопроводности материала поверхности, на

которую разливается СУГ, Вт/(м-К);

а- эффективный коэффициент температуропроводности материала

поверхности, на которую разливается СУГ, равный 8,4*10“8 м2/с; t -текущее время, с; принимаемое равным времени полного исп­

арения СУГ, но не более 3600 с; -коэффициент теплопроводности воздуха при расчетной тем­

пературе, Вт/(м-К); ^экв - эквивалентный диаметр пролива, м;

Re - число Рейнольдса, которое определяется следующим образом:

где w - скорость воздушного потока, м/с;

vBкинематическая вязкость воздуха при расчетной температуре, м2/с.

Кроме вышеприведенных зависимостей для оценки количества опасного вещества, испарившегося с поверхности аварийного пролива, существуют и другие подходы. Например, в работе [30] удельная интен­ сивность испарения определяется следующим образом:

где к - коэффициент массоотдачи испаряемого вещества в воздух, м/с; Pw - давление насыщенных паров жидкости, Па;

Гкип - температура кипения жидкости при атмосферных условиях, К. Коэффициент массоотдачи рассчитывается по формуле

где U - скорость ветра, м/с;

d - характерный размер пролива, м;

Sc - критерий Шмидта, определяемый по следующей зависимости:

где Nu - критерий Нуссельта.

Для определения критерия Нуссельта используются следующие зависимости:

Для верхней оценки интенсивности испарения при cs =cv и с - 0

получаем:

tfv=P-‘v. (22)

где cv - концентрация насыщенного пара, кг/м3

Следует отметить, что рассмотренные в данном разделе модели испарения ориентированы на описание стационарных процессов испа­ рения опасных веществ из проливов и не учитывают изменение темпе­ ратуры слоя горячего пролива в испарительном эпизоде, что снижает достоверность прогнозных оценок риска. Подход, позволяющий учесть

нестационарность процесса испарения опасного вещества с поверхности горячего пролива, приведен в приложении 2.

4.7.2.3. Оценка условной вероятности гибели человека

от поражающихфакторов

Предварительную оценку вероятности причинения ущерба, обу­ словленного поглощением людскими, материальными и природными ре­ сурсами конкретных доз рассматриваемых поражающих факторов- Д удобно проводить с помощью так называемых пробит-функций. Общее их выражение в аналитической форме имеет следующий вид [17]:

где Ьо, Ь\ - постоянные коэффициенты, характеризующие степень опасности вредного вещества или другого поражающего фактора.

Следует отметить, что по своей сущности значение Рг является верхним пределом интегрирования функции ошибок Гаусса, иногда назы­ ваемой эрфик-функцией и используемой для оценки вероятности причи­ нения конкретного ущерба - Qc.

(24)

На практике применяются два подхода к расчету Q = erflPr) и опре­ делению коэффициентов пробит-функции: Q = erf\(Pr = 0) и Q = erf2(Pr- 5) [17, 24]. Последнее обстоятельство иногда приводит к сложностям, свя­ занным с несовпадением значений их коэффициентов, приведенных в раз­ личной литературе.

В ходе прогнозирования исхода воздействия поражающего факто­ ра (априорной оценки вероятности Qt) с помощью пробит-функции вхо­ дящие в нее коэффициенты предварительно следует проверить на досто­ верность. Для этого параметры Ьо и Ь\ необходимо подставить в выра­ жение (23). В первом случае величина пробит-функции должна принять нулевое значение, а во втором - оказаться равной 5.

Значения вероятностей причинения ущерба, найденные с помо­ щью пробит- и эрфик-функций, приведены в табл. И [17, 20, 24] (левый столбец - десятые; верхняя строка - сотые доли единицы).

Примеры пробит-функций для различных вариантов развития аварийных ситуаций приведены ниже в соответствующих разделах

(п. 4.7.2.4, 4.7.2.8).

4.7.2.4. Взрывы облаков ТВС на открытой площадке

Количественную оценку параметров воздушных ударных волн, определение вероятных степеней поражения людей и повреждения зда­ ний при авариях со взрывами ТВС на открытом пространстве пред­ почтительно осуществлять по методике [8, 19] (алгоритм расчета по данной методике приведен на рис. 4).