Оценка показателей риска

Используя дерево событий (рис. 1) и учитывая количество резервуаров, определим вероятности сценариев аварий.
Рисунок 1 – «Дерево событий» при полной разгерметизации резервуара с ЛВЖ
Вероятность сгорания паровоздушной смеси в открытом пространстве с образованием волны избыточного давления:
Рв=6∙1∙10-6∙0,115=6,9∙10-7год-1
Вероятность пожара-вспышки:
Рп.в=6∙1∙10-6∙0,077=4,62∙10-7год-1
Вероятность пожара пролива:
Рп.п=6∙1∙10-6∙0,2=1,2∙10-6год-1
Расчет количества опасного вещества, участвующего в аварии
Бензин при температуре окружающей среды является стабильной жидкостью, поэтому при расчете количества вещества, участвующего в образовании взрывоопасной паровоздушной смеси, принимали, что Gмгн=0 и G=0.
Площадь пролива жидкости на неограниченной поверхности (материал подстилающей поверхности – грунт) при полной разгерметизации резервуара будет равна:
Fж=fp∙Vж=20∙0,85∙1600=27200 м2
где fр – коэффициент разлития, м-1 (при отсутствии данных допускается принимать равным 20 м-1 при проливе на грунтовое покрытие, 150 м-1 при проливе на бетонное или асфальтовое покрытие); Vж – объем жидкости, поступившей в окружающее пространство при разгерметизации резервуара, м3.
Так как площадь пролива, определенная для случая розлива на неограниченной поверхности, Fж = 27200 м2, больше площади, ограниченной обвалованием Fж = 2400 м2, то окончательно принимаем Fж = 2400 м2.
При расчете массы газа в свободном объеме резервуара, давление P в формуле (23) принимаем равным давлению насыщенных паров бензина Pн. По ГОСТ Р 51105-97 «Топлива для двигателей внутреннего сгорания. Неэтилированный бензин» давление насыщенных паров бензина летнего класса не должно быть более 70 кПа, поэтому принимаем Pн=70 кПа. Молекулярную массу паров бензина в свободном объеме резервуара и при расчете интенсивности испарения с поверхности пролива принимаем равной молекулярной массе наиболее легколетучего компонента н-бутана (М = 58,12 г/моль).
Количество пара в свободном объеме резервуара равно:
Gсв=1-α∙MR∙P∙V273,15+t=1-0,85∙0,0588,31∙70000∙1600273,15+34=382 кг
где М – молекулярная масса газа, кг/кмоль; R – универсальная газовая постоянная, равна 8310 Дж/(кгкмоль); P – давление в оборудовании, Па; t – температура в оборудовании, С; V – объем оборудования.
Интенсивность испарения из пролива, обусловленного диффузионными процессами:
W=10-6∙η∙М∙Рн=10-6∙1∙58∙70=0,000533 кг/м2∙с
где η – коэффициент, принимаемый в зависимости от скорости и температуры воздушного потока над поверхностью испарения. При проливе жидкости вне помещения допускается принимать = 1; Pн – давление насыщенного пара при расчетной температуре жидкости, кПа; M – молярная масса паров жидкости, кг/кмоль.
Общее количество испарившейся жидкости, кг:
G/=W∙Fж∙τи=0,000533∙2400∙3600=4605 кг
где W – интенсивность испарения с поверхности аварийного разлития;
Fж – площадь поверхности зеркала испарения жидкости, м2;
τи – время испарения жидкости, с.
Суммарное количество пара, участвующего в образовании паровоздушного облака, равно:
m=Gсв+G/=382+4605=4987 кг
Расчет параметров поражающих факторов
Вычисляем интенсивность теплового излучения пожара пролива qп.п., а также избыточное давление P и импульс i при взрыве паровоздушной смеси на различных расстояниях от резервуара по формулам, приведенным в разделе 11.5, и рекомендациям Приложения 1. Для полученных значений поражающих факторов по формулам (8) и (9) рассчитываем пробит-функции. С помощью таблицы Приложения 2 определяем условные вероятности поражения человека ударной волной PLв и тепловым излучением от пожара пролива PLп.п..
Интенсивность теплового излучения q (кВт/м2) рассчитывают по формуле:
q=Ef∙Fq∙τ
где Еf – среднеповерхностная плотность теплового излучения пламени, кВт/м2;
Fq – угловой коэффициент облученности;
τ – коэффициент пропускания атмосферы.
При отсутствии данных для нефти и нефтепродуктов допускается величину Ef (кВт/м2) определять по формуле:
Ef=140∙e-0,12∙d+20∙(1-e-0,12∙d)
где d – эффективный диаметр пролива, м.
Эффективный диаметр пролива d (м) рассчитывается по формуле:
d=4∙Fπ=4∙24003,14=55,3 м
где F – площадь пролива, м2.
Среднеповерхностная плотность теплового излучения пламени:
Ef=140∙e-0,12∙55,3+20∙1-e-0,12∙55,3=20,16 кВт/м2
Длина пламени L (м) определяется по формулам:
- при u ≥ 1
L=55∙d∙mρa∙g∙d0,67∙u0,21
- при u < 1
L=42∙d∙mρa∙g∙d0,61
где
u=w03m∙g∙dρП
где d – эффективный диаметр пролива, м; m – удельная массовая скорость выгорания топлива, кг/(м2·с) (принимаем m = 0,06 кг/(м2·с); а – плотность окружающего воздуха, кг/м3 (принимаем ρа = 1,2 кг/м3); П – плотность насыщенных паров топлива при температуре кипения, кг/м3; w0 –скорость ветра, м/с; g – ускорение свободного падения (9,81 м/с2).
Примем, что ветер отсутствует, u < 1, тогда находим высоту пламени (L) по формуле:
L=42∙d∙mρa∙g∙d0,61=42∙55,3∙0,061,2∙9,81∙55,30,61=54,7 м
Находим угловой коэффициент облученности Fq по формуле:
Fq=FV2+FH2
где FV, FH – факторы облученности для вертикальной и горизонтальной площадок соответственно, определяемые для площадок, расположенных в 90° секторе в направлении наклона пламени, по следующим формулам:
FV=1π∙-E∙arctg D+E∙a2+b+12-2∙b∙(1+a∙sinθ)A∙B∙arctg A∙DB+cosθC∙arctg a∙b-F2∙sinθF∙C+arctg F2∙sinθF∙C
FH=1π∙arctg 1D+sinθC∙arctg a∙b-F2∙sinθF∙C+arctg F2∙sinθF∙C-a2+b+12-2∙(b+1+a∙b∙sinθ)A∙B∙arctg A∙DB
a=2∙Ld
b=2∙Xd
A=a2+b+12-2∙a∙b+1∙sinθ
B=a2+b-12-2∙a∙b-1∙sinθ
C=1+b2-1∙cos2θ
D=b-1b+1
E=a∙cosθb-a∙sinθ
F=b2-1
где Х – расстояние от геометрического центра пролива до облучаемого объекта, м;
d – эффективный диаметр пролива, м;
L – длина пламени, м;
θ – угол отклонения пламени от вертикали под действием ветра .
Для площадок, расположенных вне указанного сектора, а также в случаях отсутствия ветра факторы облученности для вертикальной и горизонтальной площадок рассчитываются по формулам, принимая θ = 0.
Произведем расчеты для расстояния 50 м:
a=2∙54,755,3=1,98
b=2∙5055,3=1,81
A=1,982+1,81+12-2∙1,98∙1,81+1∙0=3,44
B=1,982+1,81-12-2∙1,98∙1,81-1∙0=2,14
C=1+1,812-1∙1=1,81
D=1,81-11,81+1=0,54
E=1,98∙11,81-1,98∙0=1,09
F=1,812-1=1,51
FV=13,14∙-1,09∙arctg 0,54+1,09∙1,982+1,81+12-2∙1,81∙1+1,98∙03,44∙2,14∙arctg 3,44∙0,542,14+11,81∙arctg 1,98∙1,81-1,512∙01,51∙1,81+arctg 1,512∙01,51∙1,81=13,14∙-1,09∙0,50+1,09∙3,92+7,90-3,627,36∙0,71+11,81∙0,92+0=13,14∙-0,55+0,86+0,51=0,26
FH=13,14∙arctg 10,54+01,81∙arctg 1,98∙1,81-1,512∙01,51∙1,81+arctg 1,512∙01,51∙1,81-1,982+1,81+12-2∙1,81+1+1,98∙1,81∙03,44∙2,14∙arctg 3,44∙0,542,14=13,14∙1,08+0∙0,92+0-0,84∙0,71=0,15
Находим угловой коэффициент облученности Fq:
Fq=0,262+0,152=0,3
Определяем коэффициент пропускания атмосферы τ по формуле:
τ=exp-7,0∙10-4∙X-0,5∙d=exp-7,0∙10-4∙50-0,5∙55,3=exp-0,015645=0,98
Интенсивность теплового излучения:
q=20,16∙0,3∙0,98=5,930 кВт/м2
Произведем расчеты для расстояния 100 м:
a=2∙54,755,3=1,98
b=2∙10055,3=3,62
A=1,982+3,62+12=5,03
B=1,982+3,62-12=3,28
C=1+3,622-1∙1=3,62
D=3,62-13,62+1=0,75
E=1,98∙13,62-1,98∙0=0,55
F=3,622-1=3,48
FV=13,14∙-0,55∙arctg 0,75+0,55∙1,982+3,62+12-2∙3,62∙1+1,98∙05,03∙3,28∙arctg 5,03∙0,753,28+13,62∙arctg 1,98∙3,62-3,482∙03,48∙3,62+arctg 3,482∙03,48∙3,62=13,14∙-0,55∙0,64+0,55∙3,9204+21,3444-7,2416,4984∙0,86+13,62∙0,52+0=13,14∙-0,352+0,473+0,144=0,084
FH=13,14∙arctg 10,75+0∙arctg 1,98∙3,62-3,482∙03,48∙3,62+0-1,982+3,62+12-2∙3,62+1+1,98∙3,62∙05,03∙3,28∙arctg 5,03∙0,753,28=13,14∙0,93+0-0,97∙0,86=0,03
Находим угловой коэффициент облученности Fq:
Fq=0,0842+0,032=0,09
Определяем коэффициент пропускания атмосферы τ по формуле:
τ=exp-7,0∙10-4∙X-0,5∙d=exp-7,0∙10-4∙100-0,5∙55,3=exp-0,050645=0,95
Интенсивность теплового излучения:
q=20,16∙0,09∙0,95=1,724 кВт/м2
Произведем расчеты для расстояния 200 м:
a=2∙54,755,3=1,98
b=2∙20055,3=7,23
A=1,982+7,23+12=8,46
B=1,982+7,23-12=6,54
C=1+7,232-1∙1=7,23
D=7,23-17,23+1=0,87
E=1,98∙17,23-1,98∙0=0,27
F=7,232-1=7,16
FV=13,14∙-0,27∙arctg 0,87+0,27∙3,9204+67,7329-14,46∙1+1,98∙055,3284∙arctg 8,46∙0,876,54+17,23∙arctg 1,98∙7,23-7,162∙07,16∙7,23+arctg 7,162∙07,16∙7,23=13,14∙-0,27∙0,72+0,27∙1,03∙0,84+0,14∙0,27+0=13,14∙-0,1944+0,2336+0,0378=0,025
FH=13,14∙arctg 10,87+07,23∙arctg 1,98∙7,23-7,162∙07,16∙7,23+arctg 7,162∙07,16∙7,23-1,982+7,23+12-2∙7,23+1+1,98∙7,23∙08,46∙6,54∙arctg 8,46∙0,876,54=13,14∙0,85+0∙0,27+0-3,9204+67,7329-16,4655,3284∙0,84=13,14∙0,85+0-0,78∙0,84=0,06
Находим угловой коэффициент облученности Fq:
Fq=0,0252+0,062=0,065
Определяем коэффициент пропускания атмосферы τ по формуле:
τ=exp-7,0∙10-4∙X-0,5∙d=exp-7,0∙10-4∙200-0,5∙55,3=exp-0,120645=0,89
Интенсивность теплового излучения:
q=20,16∙0,065∙0,89=1,166 кВт/м2
Произведем расчеты для расстояния 300 м:
a=2∙54,755,3=1,98
b=2∙30055,3=10,85
A=1,982+10,85+12=12,01
B=1,982+10,85-12=10,05
C=1+10,852-1∙1=10,85
D=10,85-110,85+1=0,91
E=1,98∙110,85-1,98∙0=0,18
F=10,852-1=10,8
FV=13,14∙-0,18∙arctg 0,91+0,18∙1,982+10,85+12-2∙10,85∙1+1,98∙012,01∙10,05∙arctg 12,01∙0,9110,05+110,85∙arctg 1,98∙10,85-10,82∙010,8∙10,85+arctg 10,82∙010,8∙10,85=13,14∙-0,18∙0,74+0,18∙1,02∙0,83+0,09∙0,18+0=13,14∙-0,1332+0,1524+0,0162=0,012
FH=13,14∙arctg 10,91+010,85∙arctg 1,98∙10,85-10,82∙010,8∙10,85+arctg 10,82∙010,8∙10,85-1,982+10,85+12-2∙10,85+1+1,98∙10,85∙012,01∙10,05∙arctg 12,01∙0,9110,05=13,14∙0,83+0∙0,18+0-3,9204+140,4225-23,7120,7005∙0,83=13,14∙0,83+0-0,83=0
Находим угловой коэффициент облученности Fq:
Fq=0,0122+02=0,012
Определяем коэффициент пропускания атмосферы τ по формуле:
τ=exp-7,0∙10-4∙X-0,5∙d=exp-7,0∙10-4∙300-0,5∙55,3=exp-0,0190645=0,98
Интенсивность теплового излучения:
q=20,16∙0,012∙0,98=0,237 кВт/м2
Произведем расчеты для расстояния 400 м:
τ=exp-7,0∙10-4∙X-0,5∙d=exp-7,0∙10-4∙400-0,5∙55,3=exp-0,260645=0,77
Интенсивность теплового излучения:
q=20,16∙0,009∙0,77=0,140 кВт/м2
Произведем расчеты для расстояния 500 м:
τ=exp-7,0∙10-4∙X-0,5∙d=exp-7,0∙10-4∙500-0,5∙55,3=exp-0,330645=0,72
Интенсивность теплового излучения:
q=20,16∙0,006∙0,72=0,087 кВт/м2
Произведем расчеты для расстояния 600 м:
τ=exp-7,0∙10-4∙X-0,5∙d=exp-7,0∙10-4∙600-0,5∙55,3=exp-0,400645=0,67
Интенсивность теплового излучения:
q=20,16∙0,004∙0,67=0,054 кВт/м2
Произведем расчеты для расстояния 700 м:
τ=exp-7,0∙10-4∙X-0,5∙d=exp-7,0∙10-4∙700-0,5∙55,3=exp-0,470645=0,62
Интенсивность теплового излучения:
q=20,16∙0,003∙0,62=0,037 кВт/м2
Произведем расчеты для расстояния 800 м:
τ=exp-7,0∙10-4∙X-0,5∙d=exp-7,0∙10-4∙800-0,5∙55,3=exp-0,540645=0,58
Интенсивность теплового излучения:
q=20,16∙0,002∙0,58=0,023 кВт/м2
Произведем расчеты для расстояния 900 м:
τ=exp-7,0∙10-4∙X-0,5∙d=exp-7,0∙10-4∙900-0,5∙55,3=exp-0,610645=0,54
Интенсивность теплового излучения:
q=20,16∙0,0018∙0,54=0,020 кВт/м2
Произведем расчеты для расстояния 1000 м:
τ=exp-7,0∙10-4∙X-0,5∙d=exp-7,0∙10-4∙1000-0,5∙55,3=exp-0,680645=0,51
Интенсивность теплового излучения:
q=20,16∙0,0014∙0,51=0,014 кВт/м2
Произведем расчеты для расстояния 1200 м:
τ=exp-7,0∙10-4∙X-0,5∙d=exp-7,0∙10-4∙1200-0,5∙55,3=exp-0,820645=0,44
Интенсивность теплового излучения:
q=20,16∙0,0010∙0,44=0,009 кВт/м2
Произведем расчеты для расстояния 1400 м:
τ=exp-7,0∙10-4∙X-0,5∙d=exp-7,0∙10-4∙1400-0,5∙55,3=exp-0,960645=0,38
Интенсивность теплового излучения:
q=20,16∙0,00078∙0,38=0,006 кВт/м2
Произведем расчеты для расстояния 1600 м:
τ=exp-7,0∙10-4∙X-0,5∙d=exp-7,0∙10-4∙1600-0,5∙55,3=exp-1,100645=0,33
Интенсивность теплового излучения:
q=20,16∙0,00060∙0,33=0,004 кВт/м2
Произведем расчеты для расстояния 1800 м:
τ=exp-7,0∙10-4∙X-0,5∙d=exp-7,0∙10-4∙1800-0,5∙55,3=exp-1,240645=0,29
Интенсивность теплового излучения:
q=20,16∙0,00051∙0,29=0,003 кВт/м2
Произведем расчеты для расстояния 2000 м:
τ=exp-7,0∙10-4∙X-0,5∙d=exp-7,0∙10-4∙2000-0,5∙55,3=exp-1,380645=0,25
Интенсивность теплового излучения:
q=20,16∙0,00039∙0,25=0,002 кВт/м2
Избыточное давление P и импульс I+ в волне давления, образующиеся при взрыве резервуара с перегретой ЛВЖ, ГЖ или сжиженным углеводородным газом в очаге пожара, определяются по формулам:
∆P=P0∙0,8∙mпр0,33r+3∙mпр0,66r2+5∙mпрr3
I+=123∙mпр0,66r
mпр=Eeff4,52∙10-6
где P0 – атмосферное давление, кПа (допускается принимать равным 101 кПа); r – расстояние от центра резервуара, м; Eeff – эффективная энергия взрыва, рассчитываемая по формуле:
Eeff=k∙Cp∙m∙T-Tк=0,5∙2000∙952000∙307-377=66640∙106
где k – доля энергии волны давления (допускается принимать равной 0,5); CP – удельная теплоемкость жидкости (допускается принимать равной 2000 Дж/(кг К); m – масса ЛВЖ, ГЖ или СУГ, содержащаяся в резервуаре, кг; Т – температура жидкой фазы, К; Тк – нормальная температура кипения, К.
mпр=66640∙1064,52∙10-6=14743
I+=123∙147430,6650=1387,4
I+=123∙147430,66100=693,7
I+=123∙147430,66200=346,9
I+=123∙147430,66300=231,2
I+=123∙147430,66400=173,4
I+=123∙147430,66500=138,7
I+=123∙147430,66600=115,6
I+=123∙147430,66700=99,1
I+=123∙147430,66800=86,7
I+=123∙147430,66900=77,1
I+=123∙147430,661000=69,4
I+=123∙147430,661200=57,8
I+=123∙147430,661400=49,6
I+=123∙147430,661600=43,4
I+=123∙147430,661800=38,5
I+=123∙147430,662000=34,7
∆P=101,3∙0,8∙147430,3350+3∙147430,66502+5∙14743503=167,1
∆P=101,3∙0,8∙147430,33100+3∙147430,661002+5∙147431003=43,6
∆P=101,3∙0,8∙147430,33200+3∙147430,662002+5∙147432003=17,1
∆P=101,3∙0,8∙147430,33300+3∙147430,663002+5∙147433003=7,5
∆P=101,3∙0,8∙147430,33400+3∙147430,664002+5∙147434003=7,2
∆P=101,3∙0,8∙147430,33500+3∙147430,665002+5∙147435003=4,8
∆P=101,3∙0,8∙147430,33600+3∙147430,666002+5∙147436003=3,6
∆P=101,3∙0,8∙147430,33700+3∙147430,667002+5∙147437003=3,4
∆P=101,3∙0,8∙147430,33800+3∙147430,668002+5∙147438003=2,7
∆P=101,3∙0,8∙147430,33900+3∙147430,669002+5∙147439003=2,4
∆P=101,3∙0,8∙147430,331000+3∙147430,6610002+5∙1474310003=2,1
∆P=101,3∙0,8∙147430,331200+3∙147430,6612002+5∙1474312003=1,7
∆P=101,3∙0,8∙147430,331400+3∙147430,6614002+5∙1474314003=1,6
∆P=101,3∙0,8∙147430,331600+3∙147430,6616002+5∙1474316003=1,2
∆P=101,3∙0,8∙147430,331800+3∙147430,6618002+5∙1474318003=1,1
∆P=101,3∙0,8∙147430,332000+3∙147430,6620002+5∙1474320003=0,9
Величина пробит-функции при поражении человека тепловым излучением описывается выражением:
Pr=-12,8+2,56∙ln(t∙q43)
где t – эффективное время экспозиции, с; q – интенсивность теплового излучения, кВт/м2, определяемая в соответствии с методом расчета интенсивности теплового излучения.
Pr=-12,8+2,56∙ln3600∙5,9343=14,24
Pr=-12,8+2,56∙ln3600∙1,72443=10,02
Pr=-12,8+2,56∙ln3600∙1,16643=8,69
Pr=-12,8+2,56∙ln3600∙0,23743=3,25
Pr=-12,8+2,56∙ln3600∙0,14043=1,5
Pr=-12,8+2,56∙ln3600∙0,08743=-0,2
Pr=-12,8+2,56∙ln3600∙0,05443=-1,8
Pr=-12,8+2,56∙ln3600∙0,03743=-3,1
Pr=-12,8+2,56∙ln3600∙0,02343=-4,7
Pr=-12,8+2,56∙ln3600∙0,02043=-5,2
Pr=-12,8+2,56∙ln3600∙0,01443=-6,4
Pr=-12,8+2,56∙ln3600∙0,00943=-7,9
Pr=-12,8+2,56∙ln3600∙0,00643=-9,3
Pr=-12,8+2,56∙ln3600∙0,00443=-10,7
Pr=-12,8+2,56∙ln3600∙0,00343=-11,7
Pr=-12,8+2,56∙ln3600∙0,00243=-13,0
Для определения пробит-функции при взрыве используют выражение:
Pr=5-0,26∙lnV
V=17500∆P8,4+290i9,3
где P – избыточное давление, Па; i – импульс волны давления, Пас.
Pr=5-0,26∙ln17500167,18,4+2901387,49,3=8,78
Pr=5-0,26∙ln1750043,68,4+290693,79,3=-8,09
Pr=5-0,26∙ln1750017,18,4+290346,99,3=-10,14
Pr=5-0,26∙ln175007,58,4+290231,29,3=-11,94
Pr=5-0,26∙ln175007,28,4+290173,49,3=-12,03
Pr=5-0,26∙ln175004,88,4+290138,79,3=-12,91
Pr=5-0,26∙ln175003,68,4+290115,69,3=-13,54
Pr=5-0,26∙ln175003,48,4+29099,19,3=-13,66
Pr=5-0,26∙ln175002,78,4+29086,79,3=-14,17
Pr=5-0,26∙ln175002,48,4+29077,19,3=-14,43
Pr=5-0,26∙ln175002,18,4+29069,49,3=-14,72
Pr=5-0,26∙ln175001,78,4+29057,89,3=-15,18
Pr=5-0,26∙ln175001,68,4+29049,69,3=-15,31
Pr=5-0,26∙ln175001,28,4+29043,49,3=-15,94
Pr=5-0,26∙ln175001,18,4+29038,59,3=-16,13
Pr=5-0,26∙ln175000,98,4+29034,79,3=-16,57
В случае образования паровоздушной смеси в незагроможденном технологическим оборудованием пространстве и ее зажигании относительно слабым источником (например, искрой) сгорание этой смеси происходит, как правило, с небольшими видимыми скоростями пламени