ANALIZA SCENARIJA UDESA I NJIHOVIH POSLEDICA Dr Antony Thanos in

1
ANALIZA SCENARIJA UDESA I NJIHOVIH POSLEDICADr
Antony Thanosinženjer tehnologijeantony.thanos_at_g
mail.com
This project is funded by the European
Union Projekat finansira Evropska Unija

Project implemented by Human Dynamics
Consortium Projekat realizuje Human Dynamics
Konzorcijum
2

• Okvir analize rizika

Identifikacija opasnosti
Analiza posledica
Scenarija udesa
Verovatnoca udesa
Mere smanjenja rizika
NE
DA
Prihvacen rizik
Procena rizika
KRAJ
3

• Identifikacija opasnosti obicno odreduje
  ocekivano oslobadanje, ne i krajnji efekat udesa
  (top event)
• Tipicna scenarija oslobadanja prema tipu opreme
  koja je otkazala
• Cevi
• Težak kvar (Pucanje cevi u punom precnikuFBR-
  ili potpuno odvajanje)
• Delimicni kvar (precnik otvora jednak precniku
  jednog dela cevi npr. 20)

4

• Tipicna scenarija oslobadanja prema tipu opreme
  koja je otkazala (nast.)
• Oprema pod pritiskom (procesni sudovi, rezervoar,
  cisterna)
• Težak kvar momentalno pucanje (potpuno
  oslobadanje sadržine za kratko vreme npr. 3-5
  min)
• Mehanicki kvar ekvivalentni otvor do npr. 50 mm
• Neznatno curenje (npr. korozija), manji otvor sa
  ekvivalentnim precnikom od npr. 20 mm)

5

• Tipicna scenarija oslobadanja prema tipu opreme
  koja je otkazala (nast.)
• Oprema pod pritiskom i prateca oprema
• Oslobadanje iz PSVa
• Oštecenje cevi za povezivanje (kao za navedene
  cevi)
• Pumpe/ kompresori
• Oslobadanje iz PSVa
• Curenje iz zaptivke (ekvivalentni mali otvor
  precnika, na pr. 20 mm)

6

• Tipicna scenarija oslobadanja prema tipu opreme
  koja je otkazala (nast.)
• Atmosferski rezervoari za tecno gorivo
• Paljenje u rezervoaru sa pokretnim krovom (požar
  u rezervoaru)
• Paljenje u rezervoaru sa fiksnim krovom (požar u
  rezervoaru)
• Kvar na rezervoaru uz ispuštanjeu tankvanu i
  požar u tankvani kao posledica (požar u
  tankvani)

7

• Scenarija najgoreg moguceg slucaja
• Mada je verovatnoca mala, od kljucnog su znacaja
  za planiranje upotrebe zemljišta i planiranje
  zaštite od udesa
• Potrebno je izraditi najgori moguci scenario za
  razlicite delove postrojenja (prema tipu
  aktivnosti)
• Svaka proizvodna jedinica
• Rezervoar-farma
• Pokretne jedinice (ranžirne stanice-drumske/železn
  icke, luke)

8

• Najgori moguci scenario (nastavak)
• Najgori moguci scenario u razlicitim delovima
  postrojenja
• Težak kvar na opremi (procesni sudovi, rezervoar,
  cisterna) sa zalihama u maksimalnom kapacitetu
• Težak kvar na cevi Potpuno pucanje cevi
  (FBR)/Potpuno odvajanje), narocito za postrojenja
  za manipulaciju (ulazne/izlazne cevovode, creva /
  grane za pretakanje)

9

• Najgori moguci scenario (nast.)
• Najgori moguci scenario u razlicitim delovima
  postrojenja
• Za rezervoare za tecno gorivo, požar u
• Rezervoarima najveceg precnika
• Tankvanama sa najvecim ekvivalentnim precnikom

10

• Najgori moguci scenario (nast.)
• Prilikom razvoja scenarija/oslobadanja najgoreg
  moguceg slucaja, uzimaju se u obzir sledeci
  faktori
• Razliciti uslovi rada postrojenja (P/T/faza) npr.
  
• Za cevovod tecnog gasa, najgori slucaj se obicno
  ocekuje usled kvara na cevi u tecnoj fazi
• Za tecni naftni gas, najgori slucaj se obicno
  ocekuje od cistog propana u odnosu na butan
  (usled višeg pritiska)

11

• Najgori moguci scenario (nast.)
• Kriterijumi odabira scenarija najgoreg moguceg
  slucaja (nast.)
• Razliciti uslovi rada postrojenja (P/T/faza) npr.
  (nast.)
• Manji rezervoar amonijaka pod pritiskom može da
  izazove dalekosežnije posledice nego veci
  rezervoar rashladenog amonijaka

12

• Najgori moguci scenario (nast.)
• Prilikom razvoja scenarija/oslobadanja najgoreg
  moguceg slucaja, uzimaju se u obzir sledeci
  faktori
• Razlicite materije, npr. manji rezervoar vrlo
  toksicne materije može da izazove dalekosežnije
  posledice nego veci rezervoar toksicne materije
• Blizina granica lokacije, posebno ako su ugroženi
  objekti blizu

13

• Najgori moguci scenario (nast.)
• Scenarija najgoreg moguceg slucaja Samo jedan
  kvar se može desiti u odredeno vreme
• Nema istovremene pojave efekata udesa, npr. BLEVE
  zahvati samo jedan rezervoar na farmi rezervoara
  za TNG u odredenom trenutku
• Nema duplog ispuštanja sadržaja, npr. u
  rezervoarima sa rashladnim fluidom i sa
  sekundarnom tankvanom, racuna se samo ispuštanje
  iz primarne tankvane, ako nema nekih posebnih
  razloga

14

• Modeli stopa ispuštanja tecnosti i gasova iz
  posuda
• Ispuštanje tecnosti (Bernulijeva jednacina)
• Oslobadanje gasova (adijabatska ekspanzija u
  otvoru)
• Oslobadanje tecnih gasova
• Faza oslobadanja gasa, kao za uobicajene gasove
• Faza oslobadanja tecnosti, specijalni dvofazni
  modeli oslobadanja materija koji treba da se
  koriste, uzimajuci u obzir ravnotežu (ili ne) u
  trenutku oslobadanja
• Isparavanje iz bara složeni modeli, uzimajuci u
  obzir tip podloge, svojstva supstance,
  atmosferske uslove itd.

F?t?? ??µ??? LNG
15

• Identifikacija opasnosti obicno odreduje
  ocekivano oslobadanje a ne top event (krajnji
  udes)
• Primer Ispuštanje TNG-a (gasna faza) iz
  rezervoara identifikovanog u HAZOP analizi. Mogu
  da se razviju razliciti tipovi top event
  dogadaja (plamen u mlazu, intenzivni plamen,
  eksplozija oblaka pare)
• Analiza posledice zahteva preciziranje top
  event dogadaja
• Nedostatak se nadomešcuje tehnikama kao što je
  Razvoj dogadaja (dijagram toka dogadaja)

16

• Razvoj dogadaj (dijagram toka dogadaja)
• Identifikovan logicki razvoj pocetnog
  oslobadanja, kao i njegov ishod (top event)
• Top event dogadaji identifikovani po pocetnom
  oslobadanju (npr. mlazni plamen posle otkazivanja
  cevi usled korozije).
• Tehnika u granicnom delu identifikacije
  opasnosti, analiza posledica

17

• Razvoj dogadaj (dijgram toka dogadaja) (nast.)
• Primer Faza oslobadanja gasa iz rezervoara za
  TNG

FAZA PALJENJE OGRANICENJE TOP EVENT

DIREKTAN PLAMEN U MLAZU

GAS ODLOŽEN BEZ OGRANICENJA INTENZIVNI PLAMEN

OGRANICENJE EKSPLOZIJA OBLAKA PARE

BEZ PALJENJA BEZBEDNO PROSTIRANJE

18

• Analiza posledica

Tip udesa
Scenarija oslobadanja
Opasnost Identifikacija
Dogadaj razvoj (stablo)
Modeli oslobadanja
Modeli prostiranja
Rezultati posledice
Kvantifikacija oslobadanja
Požar, Modeli eksplozije
Domino efekat
Ogranicenja analize posledice
19

• Glavne kategorije top event dogadaja

Pocetni dogadaj
Top event
Posledice
Fire
Thermal Radiation
Fire
Thermal Radiation
Požar
Toplotna radijacija
Oslobadanje opasne materije
Eksplozija
Nadpritisak
Toxic dispersion
Toxic effects
Prostiranje toksicnih materija
Toksicni efekti
20

• Požar
• Faza paljenja zapaljivih tecnosti

Glavna posledica Toplotna radijacija
Požar na rezervoaru sa tecnim gorivom
21

• Karakteristike požara u zapaljenoj lokvi
• Ogranicen (rezervoar za tecno gorivo/požar u
  tankvani) / Neogranicen (Otkaz rezervoara za
  tecni naftni gas bez tankvane)
• Dimenzije požara u zapaljenoj lokvi (precnik,
  dubina)
• Visina požara, nagib na jednu stranu
• Srednja do niske emisione snage (termicki izlaz,
  do 60 kW/m2)
• Dugotrajan (od sati do dana)
• Stopa sagorevanja

F?t?? ??µ??? LNG
22

• Modeli požara
• Stopa sagorevanja po površini lokve zasniva se na
  empirijskim proracunima (Burges, Mudan itd.)
• Dimenzija plamena iz empirijskih proracuna
  (Thomas, Pritchard itd.)
• Modeli radijacije
• Tacka izvora
• Oblik plamena se ne uzima u obzir
• Smatra se da se deo energije iz sagorevanja
  prenosi u središte lokve

F?t?? ??µ??? LNG
23

• Modeli požara
• Postojan plamen, radijacija koja se emituje preko
  plamena, površina, proracun zasnovan na obliku
  plamena, daljini (Faktoru pregleda), emisionim
  kapacitetima

F?t?? ??µ??? LNG
24

• Vatrena lopta, BLEVE (Eksplozija pare nastale
  usled kljucanja tecnosti)
• Brzo oslobadanje i paljenje zapaljivih materija
  pod pritiskom na temperaturi višoj od normalne
  tacke kljucanja

Glavna posledica Termicka radijacija

• Sekundarne posledice
• Fragmenti (krhotine)
• Nadpritisak

TNG BLEVE (Crescent City)
F?t?? ??µ??? LNG
25

• Karakteristike i modeli BLEVE
• Radijus vatrene lopte
• Trajanje (do otprilike 30 sekundi, cak za veoma
  velike rezervoare)
• Veoma visoka emisiona snaga (reda velicine
  200-350 kW/m2
• Radijus i trajanje su u vezi sa sadržajem
  rezervoara

F?t?? ??µ??? LNG
26

• Karakteristike i modeli BLEVE (nast.)
• Model radijacije u postojanom plamenu, radijacija
  emitovana preko površine vatrene lopte, proracun
  zasnovan na obliku lopte u dodiru sa zemljištem,
  daljini (vidite faktor), emisionoj moci vatrene
  lopte

Razvoj BLEVE
F?t?? ??µ??? LNG
27

• Plameni mlaz
• Paljenje gasa ili dvofazno ispuštanje materija iz
  opreme pod pritiskom

Glavna posledica Toplotna radijacija
Testiranje propanskog plamenog mlaza
F?t?? ??µ??? LNG
28

• Plameni mlaz, karakteristike i modeli
• Oblik membrane, dimenzije iz empirijskih
  proracuna
• Dugotrajan (minuti do sati, zavisi od izolacije
  izvora)
• Veoma visoka emisiona snaga (reda velicine od 200
  kW/m2)
• Stopu sagorevanja odreduje brzina oslobadanja
• Model postojanog plamena, zracenje koje se
  emituje na površini plamena, proracun zasnovan
  na obliku (cilindar), daljini (faktor
  vidljivosti), emisionoj snazi

F?t?? ??µ??? LNG
29

• Rasejavanje parnog oblaka (gas)
• Neutralno prostiranje (kao iz dimnjaka)
• Disperzija teškog gasa, npr. ispuštanje gasa koji
  je pod pritiskom doveden u tecno stanje, kao što
  je lucaj TNG-a. Parni oblak se dugo zadržava
  iznad zemlje

Oblak od propana
Ponašanje teškog gasa
F?t?? ??µ??? LNG
30

• Rasejavanje parnog oblaka (gas) (nast.)
• Stepen dimenzije, niz vetar/bocni vetar do
  odredenih krajnih tacaka (koncentracija)
• Krajnje tacke
• Zapaljive materije LFL, ½ LFL
• Smrtni slucajevi ocekivani unutar ogranicenja
  oblaka gde je paljenje moguce (Flash fire) zbog
  toplotnog zracenja i paljenja tkanine
• Toksicne materije nekoliko krajnjih tacaka
  toksicnosti (na pr. IDLH, LC50)

F?t?? ??µ??? LNG
31

• Rasejavanje parnog oblaka (gas) (nast.)
• Važni parametri
• Uslovi oslobadanja svojstva materija, protok,
  precnik otvora, pritisak, temperatura, visina
  tacke oslobadanja, pravac oslobadanja (naviše
  PSV, horizontalni)
• Meteorološki uslovi atmosferska klasa
  stabilnosti (A-F), brzina vetra, temperatura,
  vlažnost
• Tip podrucja ruralni/industrijski/urbani

F?t?? ??µ??? LNG
32

• Modeli rasejavanja parnog oblaka (gasa)
• Pasivno (neutralno) rasejavanje Gausov model
• Rasejavanje teškog gasa posebni modeli kompleksa
• Dimni gasovi Gausov model izmenjen za efekte
  pojave oblaka

F?t?? ??µ??? LNG
33

• Eksplozija parnog oblaka (VCE)
• Odloženo paljenje zapaljivog parnog oblaka pod
  delimicnim ogranicenjem (prepreke unutar oblaka)
  stvarajuci nadpritisak u frontalnom prostirnju
  plamena

Glavna posledica Nadpritisak

• Sekundarne posledice
• Fragmenti (na pr. slomljeno staklo)

VCE rezultati (Flixborough)
F?t?? ??µ??? LNG
34

• Eksplozija parnog oblaka (VCE)
• Vrlo kratko trajanje (sekunde)
• Modeli (nekoliko pretpostavki koje se koriste u
  svakom modelu)
• TNT ekvivalentnosti
• Jednostavan, zasnovan na eksplozivnim efektima
• Deo energije dobien sagorevanjem pripisuje se
  razvoju nadpritiska
• Visok stepen nesigurnosti u pogledu vrednosti
  frakcije i u smislu kolicine zapajlivih materija
  koje treba koristiti

F?t?? ??µ??? LNG
35

• Eksplozija parnog oblaka (VCE) (nast.)
• Modeli (nast.)
• TNO Multi-energija
• Samo deo površine oblaka se uzima u obzir
• Složena empirijska pravila za definisanje dela
  površine i jacine eksplozije
• Nadpritisak se uzima iz Bergovog grafikona koji
  koristi Sachovo rastojanje

F?t?? ??µ??? LNG
36

• Eksplozija parnog oblaka (VCE) (nast.)
• Modeli (nast.)
• Baker-Strehlow-Tang
• Slicni modelu TNO Multi-energija
• Tip reaktivnosti gasa se takode uzima u obzir
  zajedno sa gustinom prepreke
• Nadpritisak se uzima iz grafikona koji koristi
  Sachovo rastojanje

F?t?? ??µ??? LNG
37

• Uticaji
• Probit funkcije
• Odnos verovatnoce za odredeni nivo štete (npr.
  opekotina 2. stepena, smrt) i vrednost uzroka
  (npr. toplotna vrednost doze)
• P ?(Pr), Pr A B ln(D),
• P verovatnoca
• Pr probit vrednost
• ? standardna funkcija verovatnoce sa probit
  vrednosti
• A, B probit konstante za specificnu štetu
• D vrednost uzroka

F?t?? ??µ??? LNG
38

• Uticaji (nast.)
• Toplotno zracenje
• Uticaji zavise od fluksa toplotnog zracenja i
  trajanja izloženosti, na pr.
• Termicki izlaz radijacije 37,5 kW/m2
• Oštecenje na opremi posle 20 minuta
• 100 smrtnost za 1 minut
• 1 smrtnost za 10 sekundi

F?t?? ??µ??? LNG
39

• Uticaj (nast.)
• Termicka radijacija (nast.)
• Najbolja praksa je korišcenje termicke doze
• TDU Q4/3 t
• Q (W/m2), emisiona snaga (termicki izlaz
  radijacije) u plamenu/površina vatrene lopte
• t (sek), vreme izlaganja
• BLEVE dogadaj trajanje BLEVE
• Drugi dogadaji vreme izbegavanja, obicno 0,5-1
  minuta

F?t?? ??µ??? LNG
40

• Uticaj (nast.)
• Termicka radijacija (nast.)
• Probit konstante dostupne u literaturi za više
  nivoa oštecenja usled termicke radijacije
• Krajnje tacke za termicku radijaciju obicno
  definisane za uticaj (npr. smrtni efekti, trajno
  oštecenje) na ljude
• Uticaji na objekte obicno korisni samo za Domino
  efekte

F?t?? ??µ??? LNG
41

• Uticaji (nast.)
• Toksicni efekti
• Koncept doze Doza Cn t
• C, koncentracija
• t, vreme izlaganja (od 30-60 minuta)
• n, eksponent koji zavisi od materije (dostupan u
  literaturi, za nekoliko toksicnih materija,
  obicno 1-2)

F?t?? ??µ??? LNG
42

• Uticaji (nast.)
• Toksicni efekti (nast.)
• Probit konstante dostupne u literaturi za više
  toksicnih materija
• Definicije krajnjih tacaka toksicnih materija
  moraju da ukljuce vreme izlaganja, npr. LC50 (30
  min)
• Podaci o toksicnosti u literaturi moraju da se
  prilagode za ljude i za konkretno vreme
  izlaganja, npr. podaci u literaturi za LC1 (2
  sata) na pacovima moraju da se podese na LC50 (30
  min) za ljude

F?t?? ??µ??? LNG
43

• Uticaji (nast.)
• Nadpritisak
• Uobicajene krajnje tacke definisane na osnovu
  konstantnih vrednosti za ocekivane uticaje na
  objekte (manja oštecenja, teža oštecenja, itd.)
• Uticaji na ljude su prisutniji pri slicnom ili
  višem nadpritsku nego kada je rec o objektima

F?t?? ??µ??? LNG
44

• Uticaji (nast.)
• Životna sredina
• Nema široko korišcenih kvantitativnih modela za
  procenu uticaja na životnu sredinu
• Ponekad se primenjuju kvalitativni modeli
• Nema jedinstvenog pristupa clanica EU u vezi sa
  ovim pitanjem

F?t?? ??µ??? LNG
45

• Rizik Verovatnoca nanošenja štete usled udesa
• Verovatnoca smrtnosti od groma je 10-7 godišnje
  (1 osoba na 10.000.000 osoba smrtno strada od
  udara groma na godišnjem nivou)
• Pojedinacan rizik Rizik od nastajanja štete
  usled udesa, na odredenoj lokaciji, nezavisno od
  ugroženih objekata
• Primer Rizik od smrtnih posledica usled termicke
  radijacije na udaljenosti od 100 m od rezervoara
  za benzin zahvacenog požarom je 10-6 godišnje

46

• Rizik za zajednicu
• Odnos izmedu ucestalosti i broja ljudi koji
  pretrpe štetu usled udesa
• Procena zabrinutosti od mogucnosti da više od
  jednog pojedinca istovremeno pretrpi štetu od
  udesa

47

• Posledica/Prihvatanje rizika u EU
• Pristup koji uzima u obzir verovatnocu
• Granice se obicno postavljaju za pojedinacan
  rizik
• Velika zavisnost od kvaliteta podataka
• Razlike u podacima iz razlicitih izvora (na pr.
  failure rates in UK i Holandiji, ili za probit
  funkciju toksicnih materija)
• Obicno zahteva veliki broj scenarija
• Za efikasnu implementaciju potreban poseban
  softver

48

• Posledica/Prihvatanje rizika u EU (nast.)
• Deterministicki pristup
• Jednostavnije za implementaciju
• Bez verovatnoce udesa
• Traži se manji broj scenarija
• Konzervativniji
• Ukljucena scenarija najgoreg moguceg slucaja
• Zone bezbednosti obicno postavljene u skladu sa
  Zonama za planiranje zaštite od udesa

49

• Posledica/ Prihvatanje rizika u EU (nast.)
• Hibridni pristup
• Primena opsega verovatnoce
• Rezultati nisu u jakoj vezi sa kvalitetom
  vrednosti verovatnoce
• Kriterijumi prihvatljivosti definisani Matricom
  rizika
• Bliži pristupu korišcenja prirucnika

50

• Posledica/ Prihvatanje rizika u EU (nast.)
• Nema jedinstvene metodologije u odredivanju
  vrednosti rizika
• Nema jedinstvenog pristupa kod percepcije rizika
  (samo ugroženi objekti su uzeti u obzir u
  Holandiji)
• Raznovrsnost u granicnim vrednostima za isti
  pristup
• Nema uvek jedinstvenih pristupa za izdavanje
  integrisanih dozvola, planiranje upotrebe
  zemljišta i planiranje zaštite od udesa

51

• Korišcena literatura za scenarije udesa i analizu
  posledica
• Lees Loss Prevention in the Process Industries,
  Elsevier Butterworth Heinemann, 3nd Edition, 2005
• Methods for the Determination of Possible Damage
  to People and Objects Resulting from Releases of
  Hazardous Materials , Green Book, CPR 16E, TNO,
  1992
• Methods for the Calculation of Physical Effects
  due to Releases of Hazardous Materials (Liquids
  and Gases), Yellow Book, CPR 14E, VROM, 2005
• Guidelines for Quantitative Risk Assessment,
  Purple Book, CPR 18E, VROM, 2005
• Methods for Determining and Processing
  Probabilities, Red Book, CPR12E, VROM, 2005
• RIVM, Reference Manual Bevi Risk Assessments,
  2009

52

• Korišcena literatura za scenarije udesa i analizu
  posledica (nast.)
• Guidelines for Chemical Process Quantitative Risk
  Analysis, CCPS-AICHE, 2000
• Guidelines for Consequence Analysis of Chemical
  Releases, CCPS-AICHE, 1999
• Guidelines for Evaluating the Characteristics of
  Vapour Cloud Explosions, Flash Fires and BLEVEs,
  CCPS-AICHE, 1994
• Guidelines for Process Equipment Reliability Data
  with Data Tables, CCPS-AICHE, 1989
• Assael M., Kakosimos K., Fires, Explosions, and
  Toxic Gas Dispersions, CRC Press, 2010
• Crowl D., Louvar J., Chemical Process Safety
  Fundamentals with Applications, Prentice Hall,
  2nd Edition, 2002

53

• Korišcena literatura za scenarije udesa i analizu
  posledica (nast.)
• Taylor J., Risk Analysis for Process Plant,
  Pipelines and Transport, EFN SPON, 1994
• Drysdale D., Fire Dynamics, J. Wiley and Sons,
  2nd Edition, 1999
• Beychok M., Fundamentals of Stack Gas Dispersion,
  3rd Edition, 1994
• Yaws C., Handbook of Chemical Compound Data for
  Process Safety, Elsevier Science Technology
  Books, 1997