Аналізуються найбільш ймовірні сценарії розвитку аварійної ситуації на нафтовому резервуарі РВСПК-50000. Розроблено модель дерева подій, що дозволяє оцінити ймовірність результатів різних шляхів розвитку аварійної ситуації. Розглядається можливий найгірший варіант розвитку подій і наслідки, до яких це може призвести. Дається характеристика рівня небезпеки об'єкта. Розглянуто питання практичного застосування методики аналізу.

Анотація наукової статті за медичними технологіями, автор наукової роботи - Чорний А. Н., Лупачев А. Г.


The analysis of degree of risk difficult technological sistems created by methods of welding

The most probable scripts of development an emergency on oil tank RVSPK-50000 are analyzed. The possible worst variant of succession events and a consequence in which it can result is considered. The characteristic a level of danger object is given. Questions of practical application of a technique of the analysis are considered.


Область наук:

  • Медичні технології

  • Рік видавництва: 2007


    Журнал: Вісник Білорусько-Російського університету


    Наукова стаття на тему 'Аналіз ступеня ризику складних технологічних систем, створених методами зварювання'

    Текст наукової роботи на тему «Аналіз ступеня ризику складних технологічних систем, створених методами зварювання»

    ?УДК 621.791

    А. Н. Чорний, А. Г. Лупачев

    АНАЛІЗ СТУПЕНЯ РИЗИКУ СКЛАДНИХ ТЕХНОЛОГІЧНИХ СИСТЕМ, СТВОРЕНИХ МЕТОДАМИ ЗВАРЮВАННЯ

    Аналізуються найбільш ймовірні сценарії розвитку аварійної ситуації на нафтовому резервуарі РВСПК-50000. Розроблено модель дерева подій, що дозволяє оцінити ймовірність результатів різних шляхів розвитку аварійної ситуації. Розглядається можливий найгірший варіант розвитку подій і наслідки, до яких це може призвести. Дається характеристика рівня небезпеки об'єкта. Розглянуто питання практичного застосування методики аналізу.

    Аналіз ступеня ризику - систематичне використання наявної інформації для ідентифікації небезпек і оцінки величини ризику для людини, суспільства, майна або навколишнього середовища. До аналізу ризику також іноді відносять імовірнісний аналіз безпеки, імовірнісний аналіз ризику, кількісний аналіз безпеки, кількісний аналіз ризику.

    Основна небезпека резервуара РВСПК-50000, яка може привести до катастрофічних наслідків з великими матеріальними збитками і загибеллю людей, пов'язана з можливістю повного руйнування наземного резервуара з нафтою з подальшим поширенням хмари нафтових парів, займанням, вибухом, пожежею протоки.

    Найбільш слабкою ланкою в резервуарах є вертикальні і уторний шви. Наприклад, шви з завищеними розмірами мають грубозернисту литу дендритну структуру металу. Якщо в звареному шві з великим зерном є підвищений посилення і в цій зоні є підріз або наплив, то в результаті різкого збільшення коефіцієнта концентрації напружень ризик виникнення крихкого або малоциклового руйнування конструкції в таких зонах високий. Слід також зазначити, що для резервуарів характерні пошкодження внаслідок місцевої корозії внутрішньої поверхні кутового шва таврового з'єднання з днищем. Таким чином, доцільно розглядати зварене з'єднання як най-

    більш слабке і схильне до великої кількості небезпечних факторів ланка РВСПК-50000, вихід з ладу якого може привести до катастрофічних наслідків із значним матеріальним збитком.

    Процес руйнування резервуара надзвичайно швидкий, а ударна сила утворилася хвилі прориву досить велика. Навіть нормативне обвалування, розраховане на гідростатичний утримання вилилася рідини, під впливом гідродинамічного потоку в 49% випадках руйнувалося або промивалося, а в 29% - потік перехоплює через обвалування. Як наслідок, рідина розтікалася по прилеглій території на площі від кількох десятків до сотень тисяч квадратних метрів.

    Статистика аварій це підтверджує: аварійний розлив на Камською нафтобазі Ростовської обл. (1960) при руйнуванні резервуара V = 700 м3, площа пожежі 10 тис. М2, загинуло понад 40 осіб; аварійний розлив на нафтобазі м Діденка (1983 р) при руйнуванні резервуара РВС-5000, площа пожежі 18 тис. м2, загинуло 2 особи; аварійний розлив на НГВУ Кама-Ізмагіл «Татнефть» (1987 р) при руйнуванні резервуара РВС-5000, площа пожежі 9 тис. м2 [2, 3].

    У нашому випадку максимальна можлива площа розтікання нафти становить 1 тис. М2. Можливість людини покинути небезпечну зону до приходу в розглянуту точку хвилі

    прориву буде залежати від часу добе-ганія до даної точки нафти, адекватності дій людини в ситуації, що склалася і швидкості його пересування.

    Швидкість гравітаційного розтікання нафти при руйнуванні резервуара пов'язана з поточною товщиною шару рідини до (b) таким співвідношенням [3]:

    ^ = 42? | [До (Ь) - до], (1)

    Ш

    де g - сила тяжіння, g = 9,81 І-кг; до - мінімальна товщина шару рідини.

    Поточна товщина шару до (b) для даного обсягу розтікається нафти залежить від маси речовини, що бере участь в аварії, його щільності при заданій температурі, поточного значення площі розлиття і визначається виразом [3]

    до (Ь), (2)

    рп | ь

    де Q - маса речовини, що бере участь в аварії, Q = 34500 т; р - щільність речовини, р = 0,69 г / см3; Ь - поточне значення радіуса дзеркала розлиття.

    У загальному вигляді час добігання рідини t (L) до будь-якої точки, розташованої на відстані ь від аварійного резервуару, має вигляд [3]:

    ь 1

    t (Ь) = 1 </ ь,

    г < Ь < Ьр, (3)

    де г - радіус аварійного резервуару, г = 30350 мм; Ьр - максимальний радіус розлиття при повному растекании нафти по підстильної поверхні з мінімальною глибиною забруднення, прийнятої кщщ = 10 см, Ьр = 564,33 м.

    Характер зміни часу t (L) добігання гідродинамічної хвилі прориву нафти до розглянутої точки території для ідеально рівній поверхні показаний на рис. 1.

    Характер зміни швидкості до-бігання гідродинамічної хвилі прориву нафти до розглянутої точки території для ідеально рівній поверхні показаний на рис. 2.

    Ь ------>

    Мал. 1. Характер зміни часу добігання гідродинамічної хвилі прориву нафти до розглянутої точки території при розвитку аварії на резервуарі РВСПК-50000

    ь-

    Мал. 2. Характер зміни швидкості добігання гідродинамічної хвилі прориву нафти до розглянутої точки території при розвитку аварії на резервуарі РВСПК-50000

    В результаті можна зробити висновок, що за 1 хв обслуговуючий персонал, який опинився в цій зоні, практично не встигне покинути свої робочі місця і в разі пожежі отримає сильні опіки.

    Форма зони відкритого полум'я при

    растекании палаючої нафти залежить від виду рельєфу прилеглої до об'єкта території. Для даного випадку зона відкритого полум'я визначається площею кола з центром в точці розташування резервуара (рис. 3).

    Мал. 3. Зони можливого теплового ураження персоналу при розвитку аварії на резервуарі РВСПК-50000

    Оцінка вражає теплового впливу на тварин, матеріали і рослинність проводиться відповідно до табл. 1 [4].

    Для визначення радіусів зон ураження при вибуху ТВС допустимо використовувати наступну формулу:

    Я = до |Ж1 / 3 / (1 + (3180 / Ж) 2) 1/6 =

    = 3,8 | 45471/3 / (1 + (3180/4547) 2) 1/6 =

    = 644,6 м, (4)

    де К - коефіцієнт, що характеризує ступінь пошкоджень, К = 3,8 для смертельного ураження людини; Ж - тротиловий еквівалент вибуху [1].

    Ж = 0,4 | Мг-ЦГ =

    0,9 | 4,5 | 106 = 0,4 | 10230 | 4,5 =

    = 0,9 | 4,5 | 106 =

    = 4547 кг, (5)

    де ЦГ - теплота згоряння газу, ЦГ = 4,5 мДж / кг; Мг - маса горючого газу, що міститься в ТВС, мг = 10230 кг.

    Аналогічно проводимо розрахунок для К = 5,6 (важкі ушкодження), К = 9,6 (середні ушкодження), К = 28 (руйнування віконних прорізів, легкосбраси ваемих конструкцій). Результати зводимо в табл. 2.

    Табл. 1. Оцінка вражаючої дії теплового впливу на тварин, матеріали і рослинність

    Вплив ит, кДж / м2

    тварини

    Опік легкої тяжкості 80-100

    Опік середньої тяжкості 100-400

    Тяжкі опіки 400-600

    Смертельні опіки Понад 600

    рослинний комплекс

    Займання сухого дерева 500-670

    Займання крони дерев 500-750

    техногенний комплекс

    Займання дощок, гуми 230-400

    Займання покрівлі (руберойд) 580-710

    Табл. 2. Залежність ступеня ураження при вибуху ТВС від відстані до епіцентру вибуху

    Коефіцієнт К Радіус зони ураження, м Надлишковий тиск АР, кПа Характеристика пошкоджень

    3,8 644,6 100 і більше Повне руйнування будівель. Смертельне ураження людини

    5,6 949,98 70 Важкі ушкодження людини. Будинки підлягають знесенню

    9,6 1 628,54 28 Середні пошкодження

    28 4 749,9 14 Руйнування скління віконних прорізів, легко скидаються конструкцій

    Дана оцінка дає можливість уявити наслідки аварії, але для визначення ступеня небезпеки об'єкта необхідно знати величину індивідуального ризику і очікуваний збиток, які розглядаються нижче.

    Аварії на резервуарі РВСПК-50000 можуть розвиватися по шляху поширення пожежі розлиття з нанесенням соціального, матеріального та екологічного збитків. У зв'язку з цим, в якості запобіжного небезпеки буде розглядається інтегрований ризик [4] Я (У%) - комплексний показник безпеки, який об'єднує в собі ризики соціального Я (УС), матеріального Я (УМ) і екологічного Я (УЕ) збитків:

    ЯУ) = Я (Ус) + Я (Розум) + Я (Уе). (6)

    Для оцінки ризиків таких подій необхідно знати частоту виникнення ХА і умовні ймовірності РА розвитку аварії на об'єкті, а також ймовірності наслідків вражаючого впливу на людину, технологічне обладнання, будівлі та споруди.

    Більш докладно розглянемо оцінку колективного ризику. В основу моделі колективного ризику покладена формула, що зв'язує частоту реалізації несприятливого події і збиток (нанесений даними несприятливим подією), яка може бути записана в наступному вигляді:

    Я (УС) = ЦСЖ| ^ Я, Р, Умі;

    г,] (7)

    г = 1,2, ..., п; ] = 1,2, ..., т,

    де Яг - розподіл сумарного потенційного ризику по зонам теплового ураження індивідуума; - распреде-

    ня персоналу об'єкта на прилеглій до аварійного обладнання території; Рг,] - ймовірність перебування людини в даній точці; ЦСР - ціна порятунку життя людини; п - число зон теплового ураження; т - до-

    личество наявних на об'єкті місць знаходження персоналу в межах 1-ї зони теплового ураження.

    Соціальний збиток визначається кількістю очікуваних смертей в межах кола ймовірного ураження і вимірюється у вартісному еквіваленті.

    Потенційний ризик в нашому випадку розглядається як просторове розподіл в межах кола ймовірного ураження (КВП), частоти реалізації вражаючого впливу. КВП - це площа всередині кола з центром в точці реалізації небезпеки, за межами якої ймовірність ураження мала. Радіус кола, що обмежує дану територію, визначається встановленим для даного ризику порогом впливу основного вражаючого фактора.

    Розглянемо послідовність оцінки сумарного потенційного ризику Яг в межах 1-ї зони кола ймовірного ураження для певного типу аварій. У вищенаведених дослідженнях показано, що є потенційний ризик ураження людей. Цей потенційний ризик можна представити інтегральної формулою повної ймовірності:

    ттах

    Яг = | / (М) | Я (Г / М) йМ, (8)

    тт1п

    де / (М) - щільність розподілу частот аварійних викидів; [Ттгп; ттах] -діапазон зміни маси аварійних викидів в даній групі сценаріїв; '. (Г / М) - умовна ймовірність теплового ураження людини в даній точці простору (визначається координатним законом теплового ураження людини); Г-відстань від аварійного резервуару до місця знаходження персоналу.

    Функція / (М) визначається методами регресійного аналізу. при по-

    будову регресійній моделі враховується весь спектр можливих аварійних викидів від ттгп до ттах в розглянутій групі сценаріїв і частоти їх появи, зважені за умовними можливостям виникнення і розвитку аварій.

    Нас цікавить оцінка наслідків конкретного набору сценаріїв, тому досить використовувати дискретний аналог формули (8)

    Я, =? Р (М]) | Р (Г / М]), (9)

    де] - номер сценарію (гіпотези); Р (М]) -ймовірність гіпотези]; Р (Г / М) - умовна ймовірність координатного ураження при гіпотезі] [6].

    Розглянемо внесок в (9) одного, але найбільш важкого за своїми наслідками сценарію - руйнування резервуара з формуванням палаючої гідродіна-

    мической хвилі прориву, який інтерпретується нами як максимально можлива аварія на резервуарі РВСПК-50000.

    Для оцінки відповідної йому ймовірності Р (Мтса) представимо цю гіпотезу як складне подія, що є твором таких елементарних подій, як руйнування резервуара, протоку нафти, утворення пари ^ розвиток пожежі протоки ^ вибух, тепловий вплив на об'єкти. Ці елементарні події описуються ймовірностями Рк, тому:

    Р (Мтах) = ЛА ПРК, (I0)

    де ХА - частота аварій в нафтосховище.

    Значення Pk в рівнянні (10) визначаємо з використанням дерева подій [5] (рис. 4).

    Р1.1 Розвиток пожежі протоки

    Р1.1.1 Ліквідація пожежі

    Р1 Група сценаріїв А

    I

    Руйнування резервуара, протоку нафти, утворення пари

    Р1.2 Відсутність пожежі

    Р1.1.2 Вибух, тепловий вплив на об'єкти

    Р2 Група сценаріїв Б

    Часткове руйнування резервуара, обладнання, локальні витоку

    Р2.2 Відсутність пожежі

    Р2.1 Розвиток пожежі

    Р2.1.1 Ліквідація пожежі

    Р2.1.2 Вибух, повне руйнування резервуара

    Мал. 4. Дерево подій для аварій на резервуарі РВСПК-50000

    З (9) і (10) випливає вираз для потенційного ризику теплового ураження людини при аварії на резервуарі з нафтою РВСПК-50000 з руйнуванням, протокою і утворенням вибухонебезпечних парів (сценарій «А-1»).

    Я * = ЯЛ-Р * (Г) • П Р к, (11)

    де Р * (Г) - відповідний максимальної гіпотетичної аварії координатний закон теплового ураження людини; ? число розглянутих елементарних подій, спільне виконання яких зумовлює розвиток аварії на резервуарі з нафтою РВСПК-50000.

    Величина ХА визначається на основі статистичних даних про аварії резервуарів на об'єктах зберігання нафтопродуктів. Аналіз руйнувань резервуарів можна уявити як приватну вибірку з генерального статистичного масиву зареєстрованих випадків пожеж і аварій на резервуарах по країні за сорокап'ятирічний період з 1960 по 2006 рр.

    На основі цих даних середньостатистична частота аварій в резервуарних

    парках складає 5,73-10 "4 рік-1 на резервуар.

    При розрахунку величини Р (Г) в рівнянні (11) виходимо з таких припущень:

    - в зоні дії відкритого полум'я умовна ймовірність летального результату дорівнює одиниці Р (Г) = 1;

    - в зоні дії теплового випромінювання з поверхні фронту полум'я палаючого розлиття поразки людини, при отриманні ним певної дози теплового випромінювання, носить випадковий характер і описується параметричної залежністю «доза-ефект» Р (Ф).

    В якості опції «доза-ефект» Р (ф) використовуємо параметричний закон розподілу Гаусса-Лапласа (також відомий як функція помилок). Верхньою межею інтеграла функції помилок є так звана пробитий-функція (Рг) [1], яка відображає зв'язок дози теплового випромінювання і пробита відносної частоти ураження. Значення параметрів пробитий-функції залежать від розглянутої ступеня ураження людини. Зв'язок ймовірності ураження людини з пробитий-функцією відображена в табл. 3.

    Табл. 3. Зв'язок ймовірності ураження людини з пробитий-функцією

    Р,% 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

    0 2,67 2,95 3,12 3,25 3,38 3,45 3,52 3,59 3,66

    10 3,72 3,77 3,82 3.86 3,92 3,96 4,01 4,05 4,08 4,12

    20 4,16 4,19 4,23 4.26 4,29 4,33 4,36 4,39 4,42 4,45

    30 4,48 4,50 4,53 4,56 4,59 4,61 4,64 4,67 4,69 4,72

    40 4,75 4,77 4,80 4,82 4,85 4,87 4,90 4,92 4,95 4,97

    50 5,00 5,03 5,05 5,08 5,10 5,13 5,15 5,18 5,20 5,23

    60 5,25 5,28 5,31 5,33 5,36 5,39 5,41 5,44 5,47 5,50

    70 5,52 5,55 5,58 5,61 5,64 5,67 5,71 5,74 5,77 5,81

    80 5,84 5,88 5,92 5,95 5,99 6,04 6,08 6,13 6,18 6,23

    90 6,28 6,34 6,41 6,48 6,55 6,64 6,75 6,88 7,05 7,33

    99 7,33 7,37 7,41 7,46 7,51 7,58 7,65 7,75 7,88 3,09

    Однак, знаючи параметричний закон ураження людини Р (Ф), не можна судити про характер розподілу потенційного ризику на прилеглій території. Для вирішення даного завдання необхідно знати, як змінюється ймовірність ураження людини в міру віддалення від джерела небезпеки, т. Е. Від параметричного закону необхідно перейти до координатного закону теплового ураження людини.

    Для переходу від параметричного закону поразки Р (Ф) до координатного Р (Г), використовуємо функціональну зв'язок зміни теплового потоку від відстані Я = Я (Г).

    З урахуванням зроблених вище припущень, визначається характер розподілу умовної ймовірності теплового ураження Р (Г) в зоні дії небезпечних факторів пожежі - відкритого вогню і теплового випромінювання з поверхні фронту полум'я гідродинамічної хвилі прориву, представленої таким виразом:

    Р * (Г) =

    1 при Г < LP

    Pr (Г) -5 Z 2

    ,- J exp (------------) dZghbr > LP, (12)

    V 2п -| »2

    1

    Pr (Г) = А + В-ln [(Г) - j4 / 3]; t =

    const

    де I - ефективний час експозиції; Я (Г) - інтенсивність теплового випромінювання в залежності від відстані; ] - нижній поріг теплового ураження людини; РГ (Г) - пробитий-функція; 2 - змінна інтегрування; А, В - параметри пробитий-функції.

    Для летальних випадків параметри пробитий-функції відповідно рівні: А = -14,9; В = 2,56.

    Розглянемо величини, що входять в рівняння (12).

    Час перебування в зоні теплового опромінення ^ при пожежі залежить від адекватності дій людини в ситуації, що склалася (не менше 5 с на оцінювання обстановки і прийняття рішення) і швидкості його пересування до безпечній зоні

    (Не більше 4-5 м / с). Також необхідно враховувати і той факт, що фронт полум'я рухається зі швидкістю, яка визначається швидкістю розтікання палаючої нафти (рис. 2).

    Ефективне час опромінення людини приймаємо при розрахунках Р (Г), рівним to = 30 з.

    У якості нижнього порогу теплового впливу для виробничого персоналу нами прийнята величина] < 3,5 кВт / м2. Дана величина обґрунтовується тим, що мінімальна доза теплового потоку БШ; п =] ^ 0, яку може отримати людина, не повинна перевищити дозу, відповідну опіку першого ступеня ураження.

    Результати розрахунків розподілу ймовірностей летальних випадків внаслідок теплового ураження людини на прилеглій до об'єкту території (координатні закони поразки) при реалізації максимальної гіпотетичної аварії на резервуарі з нафтою РВСПК-50000 за сценарієм А-1 показані на рис. 4.

    З порівняльного аналізу координатних законів, представлених на рис. 4, можна бачити, що функція ймовірностей смертей Р (Г), що враховує параметр порогового впливу 7, прагне до нуля, при наближенні до зовнішньої кордоні КВП. В іншому випадку, при] = 0, ймовірність летальних випадків в результаті впливу теплового випромінювання залишається значущою і за межами КВП, що може призводити до необґрунтованого завищення рівня небезпеки об'єкта.

    Виконаний аналіз небезпек на резервуарі з нафтою РВСПК-50000 дозволяє побачити можливі наслідки при виникненні і розвитку максимальної можливої ​​аварії, а також ймовірність настання кожного наступного кроку за сценарієм «А-1».

    Is

    И Сі

    а? §

    I ш

    ?1

    Н || ^ I

    1

    01

    0001-

    0.000000001

    0,00000000001

    --

    "Зона; зона х.

    - відкритого I теплового х.

    _ Полум'я: випромінювання N.

    || j \

    межа кола Ймовірного поразки

    300 W0 500 600

    Відстань від центру разлітін м

    700

    Мал. 4. Координатні закони розподілу ймовірностей летальних випадків при тепловому ураженні людини на прилеглій до аварійного резервуару території для аварії на резервуарі з нафтою РВСПК-50000

    СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

    1. РД 03-409-01. Методика оцінки наслідків аварійних вибухів паливно-повітряних сумішей (зі змінами та доповненнями). Затверджено постановою Держтехнагляду Росії від 26.06.01. - № 25.

    2. Швирков, С. А. Аналіз статистичних даних руйнувань резервуарів / С. А. Швирков, В. Л. Семіков, А. Н. Швирков // Проблеми безпеки при надзвичайних ситуаціях. - 1996. -№ 5. - С. 39-50.

    3. Сучков, В. П. Актуальні проблеми забезпечення стійкості до виникнення і розвитку пожежі технологій зберігання нафти і

    нафтопродуктів / В. П. Сучков. - М.:

    ЦНІІТЕнефтехім, 1995.

    4. РД 03-418-01. Методичні вказівки щодо проведення аналізу ризику небезпечних виробничих об'єктів. Затверджено Держнаглядохоронпраці України Постановою від 10.07.2001. -№ 30.

    5. СТБ МЕК 60300-3-9-2005. Управління надійністю. Аналіз ризику технологічних систем. Затверджено і введено в дію постановою Держстандарту Республіки Білорусь від 30.05.2005. - № 24.

    6. Вентцель, Е. С. Теорія ймовірностей і її інженерні додатки / Е. С. Вентцель, Л. А. Овчаров. - М.: Вища. шк., 2000. - 480 с.

    Білорусько-Російський університет Матеріал надійшов 23.02.2007

    А. N. Chernyi, A. G. Lypachev The analysis of degree of risk difficult technological sistems created by methods of welding

    Belarusian-Russian University

    The most probable scripts of development an emergency on oil tank RVSPK-50000 are analyzed. The possible worst variant of succession events and a consequence in which it can result is considered. The characteristic a level of danger object is given. Questions of practical application of a technique of the analysis are considered.


    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити