Diplomsko delo - COnnecting REpositorieszaradi eksplozije metana. Ljudje, ki živijo v okolici, niso življensko ogroženi, možne bi bile Ljudje, ki živijo v okolici, niso življensko

Robert Travnikar

Varnost procesov za proizvodnjo bioplina

Diplomsko delo

Maribor, september 2013


Diplomsko delo visokošolskega strokovnega študijskega programa I. stopnje

Študent: Robert Travnikar

Študijski program: visokošolski strokovni študijski program I. stopnje

Kemijska tehnologija

Predvideni strokovni naslov: diplomirani inženir kemijske tehnologije (VS)

Mentor: izr. prof. dr. Zorka Novak Pintarič

Komentor: red. prof. dr. Zdravko Kravanja



I

IZJAVA

Izjavljam, da sem diplomsko delo izdelal/a sam/a, prispevki drugih so posebej označeni. Pregledal/a sem literaturo s področja diplomskega dela po naslednjih geslih:

Vir: Web of Knowledge (apps.isiknowledge.com)

Gesla: Število referenc

biogas IN safety 55

biogas IN fire 53

biogas IN explosion 48

biogas IN accident 4

biogas IN explosion IN fire 1

biogas IN hazard analysis 1

Vir: DKUM (http://dkum.uni-mb.si/Iskanje.php)

Gesla: Število referenc

bioplinarna 25

bioplinarna IN varnost 15

bioplin IN eksplozija 8

bioplin IN nesreče 3

bioplin IN požar 1

Skupno število pregledanih člankov: 10

Skupno število pregledanih knjig: 4

Maribor, september 2013 Robert Travnikar


II

Zahvala

Za pomoč pri izdelavi diplomskega dela, za strokovno usmerjanje, nasvete in spodbudo se zahvaljujem mentorici, izr. prof. dr. Zorki Novak Pintarič. Prav tako se zahvaljujem somentorju, red. prof. dr. Zdravku Kravanji. Zahvala gre tudi gospodu Robertu Šijancu, lastniku Bioplinarne Šijanec, ki mi je omogočil izvedbo diplomskega dela.


III


Povzetek

Diplomsko delo obsega predstavitev Bioplinarne Šijanec in osnovno analizo varnosti pri proizvodnji bioplina. Kjub strogim varnostnim ukrepom in zanesljivim varnostnim sistemom je poudarek namenjen potencialnim možnostim za nastanek nevarnih dogodkov. Ob proučevanju proizvodnje bioplina smo ugotavljali možne nevarne lokacije in situacije.

V diplomskem delu prikazujemo študijo simulacij potencialnih nesreč pri proizvodnji bioplina. S programom ALOHA smo simulirali pet možnih scenarijev pri določenih pogojih. Rezultati kažejo, da največja nevarnost preti objektom in zaposlenim v bioplinarni zaradi eksplozije metana. Ljudje, ki živijo v okolici, niso življensko ogroženi, možne bi bile le prehodne zdravstvene težave.

Ključne besede: bioplinarna, bioplin, varnost, požar, eksplozija

UDK: 620.92/.98(043.2)


IV

Process safety in biogas production plants

Abstract

This thesis presents the biogas plant Šijanec, and the preliminary safety analysis within the biogas production process. Despite the strict security measures and reliable safety systems the emphasis is given to the potential risks of hazardous events. The potential hazardous locations and situations have been identified while examining the biogas production process.

This thesis presents the simulation study of the potential accidents within the biogas plant. Five possible scenarios were simulated under specific conditions by using the program ALOHA. The results indicated that the greatest threat could be presented to the safety of the workers and buildings within the biogas plant due to the explosion of methane. Lives of the people living in the neighbourhood would not be endangered, however, some mild transitional health problems could occur.

Key words: biogas plant, biogas, safety, explosion, fire

UDK: 620.92/.98(043.2)


V

Kazalo

1 Uvod ................................................................................................................................... 1 2 Teoretični del ...................................................................................................................... 2

2.1 Bioplin v Evropi in po svetu .................................................................................... 2 2.2 Stanje glede bioplina v Sloveniji ............................................................................. 2 2.3 Prednosti bioplina v Sloveniji .................................................................................. 3 2.4 Proizvodnja bioplina (anaerobna digestija) .............................................................. 3 2.5 Varnost v bioplinarnah ............................................................................................. 5

2.5.1 Nevarnost eksplozije ......................................................................................... 5 2.5.2 Nevarnost požara .............................................................................................. 6 2.5.3 Zdravju škodljivi plini ...................................................................................... 7 2.5.4 Zaščita pred hrupom ......................................................................................... 7 2.5.5 Nevarnost razlitja onesnažene vode .................................................................. 8

2.6 Nesreče pri proizvodnji bioplina .............................................................................. 8 3 Metode dela ........................................................................................................................ 9

3.1 Identifikacija nevarnosti z metodo »Kaj če« ............................................................ 9 3.2 Ocenjevanje posledic nesreč z modeli vpliva .......................................................... 9

3.2.1 Toplotno sevanje ............................................................................................... 9 3.2.2 Nadtlak ............................................................................................................ 10 3.2.3 Strupene in zdravju škodljive snovi ................................................................ 10

3.3 Računalniški program ALOHA ............................................................................. 11 4 Eksperimentalni del .......................................................................................................... 12

4.1 Opis bioplinarne in pregled stanja ......................................................................... 12 4.2 Definiranje nevarnosti ............................................................................................ 14

4.2.1 Skladišče silaže ............................................................................................... 14 4.2.2 Vhod surovin in mešanje ................................................................................ 14 4.2.3 Fermentor 1 ..................................................................................................... 15 4.2.4 Fermentorja 2 in 4 ........................................................................................... 15 4.2.5 Transport plina ................................................................................................ 16 4.2.6 Plinski motor z elektroagregatom ................................................................... 17 4.2.7 Bakla ............................................................................................................... 17 4.2.8 Zalogovnika 1 in 2 .......................................................................................... 18 4.2.9 Strojnica .......................................................................................................... 18

4.3 Modeliranje in rezultati .......................................................................................... 19 4.3.1 Scenarij 1 ........................................................................................................ 19 4.3.2 Scenarij 2 ........................................................................................................ 22 4.3.3 Scenarij 3 ........................................................................................................ 24 4.3.4 Scenarij 4 ........................................................................................................ 26 4.3.5 Scenarij 5 ........................................................................................................ 29

4.4 Diskusija rezultatov................................................................................................ 30 5 Zaključek .......................................................................................................................... 32 6 Literatura .......................................................................................................................... 33


VI

Seznam tabel

Tabela 2-1: Primerjava sestave naravnega plina in bioplina 5

.............................................. 4

Tabela 2-2: Lastnosti komponent bioplina 1

. ........................................................................ 7

Tabela 2-3: Toksični učinki vodikovega sulfida 1

................................................................. 7

Tabela 3-1: Referenčne vrednosti toplotnega sevanja 11

....................................................... 9

Tabela 3-2: Referenčne vrednosti nadtlaka 11

..................................................................... 10

Tabela 4-1: Vplivna območja za scenarij 1 ........................................................................... 19





VII

Seznam slik

Slika 2-1: Glavni koraki v procesu anaerobne digestije 1

..................................................... 4

Slika 2-2: Meje eksplozivnosti metana 6

............................................................................... 6

Slika 4-1: Shema bioplinarne................................................................................................ 12

Slika 4-2: Območje škodljivih koncentracij v scenariju 1 .................................................... 20

Slika 4-3: Območje vnetljivosti v scenariju 1 ....................................................................... 21

Slika 4-4: Vplivno območje nadtlaka eksplozije v scenariju 1 ............................................. 21






Slika 4-10: Vplivno območje nadtlaka eksplozije v scenariju 4 ........................................... 28

Slika 4-11: Območje toplotnega sevanja gorečega curka v scenariju 4 ............................... 28


VIII

Uporabljeni simboli in kratice

n množina snovi (mol)

p tlak (Pa)

R plinska konstanta (8,314 J/(molK))

T temperatura (K)

V volumen (m3)

x množinski oz. volumski delež

Kratice

AEBIOM Evropsko združenje za biomaso (angl. European Biomass Association)

AEGL Orientacijske mejne ravni pri akutni (kratkotrajni) izpostavljenosti (angl. Acute Exposure Guideline Levels)

AIChE Ameriški inštitut kemijskih inženirjev (angl. American Institute of Chemical Engineers)

AIHA Ameriška zveza za industrijsko higieno (angl. American Industrial Hygiene Association)

ALOHA Prostorske lokacije nevarnih atmosfer (angl. Areal Locations of Hazardous Atmospheres)

CAMEO Računalniško vodenje situacij v sili (angl. Computer-Aided Management of Emergency Operations)

EPA Agencija za zaščito okolja (angl. Environmental Protection Agency)

ERPG Smernice za načrtovanje zaščite in reševanja (angl. Emergency Response Planning Guidelines)

EU27 Evropska unija s 27 državami članicami

LOC Nivoji posledic (angl. Level of Concern)

Mtoe Milijon ton naftnega ekvivalenta (angl. Million Tons of Oil Equivalent)

PAC Vrednosti za zaščitne ukrepe (angl. Protective Action Criteria)

SCAPA Pododbor za presojo posledic in zaščitnih ukrepov (angl. Subcommittee on Consequence Assessment and Protective Actions)

SKD Slovensko kemijsko društvo

TEEL Začasna mejna vrednost izpostavljenosti (angl. Temporary Emergency Exposure Limit)

TLV Mejna vrednost za poklicno izpostavljenost (angl. Treshold Limit Value)

UNFCCC Okvirna konvencija Združenih narodov o podnebnih spremembah (angl. United Nations Framework Convention on Climate Change)


1

1 Uvod

Svetovne zaloge fosilnih goriv v zadnjem času hitro upadajo. S tem narašča težnja po širši uporabi obnovljivih virov energije. Enega izmed slednjih nedvomno predstavlja bioplin. To je mešanica metana, ogljikovega dioksida in ostalih plinov, ki nastanejo pri anaerobnem vrenju organskih snovi. Metan, ki je glavna sestavina bioplina, se lahko uporablja za proizvodnjo toplote in elektrike, lahko tudi kot pogonsko gorivo. Stranski produkt v bioplinarnah je organsko blato, ki se lahko uporabi kot odlično gnojilo za kmetijske površine. Kjub svoji zeleni naravnanosti predstavlja bioplinarna določeno tveganje za bližnjo okolico. Prav zato je za varnost poskrbljeno že od same gradnje objekta, pa vse do posameznih faz delovanja. Vendar še vedno prihaja do nesreč, saj gre za postopke, kjer so prisotni plini, ki lahko pripeljejo do zastrupitev, požarov in eksplozij

1, 2, 3.

Namen diplomskega dela je proučiti procese pri pridobivanju bioplina, kjer lahko pride do nesreč in ugotoviti vzroke, zakaj se lahko zgodijo. Na osnovi napovedanih scenarijev je namen ugotoviti, kakšne posledice lahko ima posamezni nevarni dogodek za ljudi in objekte v bioplinarni ter bližnji okolici. Nadalje nas omenjeni scenariji vodijo do učinkovitejšega ukrepanja v primeru nesreč in s tem do izboljšane varnosti.

Diplomsko delo zajema predstavitev bioplinarne, indentifikacijo mest in situacij, kjer bi lahko prišlo do nesreč in s tem povezane scenarije ter oceno njihovih posledic.


2

2 Teoretični del

V sodobnem času se večina energije proizvaja iz fosilnih goriv; relativno nizek odstotek prispevajo nuklearke, medtem ko je delež, ki ga prispevajo obnovljivi viri, praktično zanemarljiv. Vendar prihodnost na tem področju prinaša spremembe prav zaradi hitre rasti cen nafte. V bodoče bodo države posegale po različnih energetskih tehnologijah glede na svoje podnebne in geografske značilnosti

2.

2.1 Bioplin v Evropi in po svetu

Bioplin nedvomno predstavlja pomemben vir za proizvodnjo energije v prihodnosti, saj je njegov razvojni potencial izjemno visok. Globalna oskrba z energijo je v veliki meri odvisna od fosilnih virov energije, ki predstavljajo neobnovljivi vir energije. Z ozirom na to, je samo vprašanje časa, kdaj bomo dosegli t. i. »vrhunec porabe«. Obnovljiva energija iz biomase je do danes izkoriščena v relativno majhnem deležu, ki se ga da znatno povečati. Danes so po izkušnjah vodilne evropske države na področju bioplina Avstrija, Nemčija, Danska in Švedska. Gotovo pa bi bilo napredek težko doseči brez vladne denarne pomoči in javne podpore.

Sodobni čas prinaša veliko raziskav o tehnologijah za pretvorbo surovin v bioplin, kar zajema stalni razvoj suhih in mokrih postopkov anaerobne digestije, raziskave stabilnosti delovanja procesa, seveda pa tudi povečevanja zmogljivosti in nove kombinacije substratov.

Danes kot gorivo za transport uporabljajo bioplin v Švici, Nemčiji in na Švedskem. V Nemčiji in Avstriji so pričeli z relativno novo obliko dovajanja bioplina v plinovode, kjer se biometan dovaja v plinovod z zemeljskim plinom. Na nemškem tržišču srečamo tudi že bioplin v gorivnih celicah. Gotovo pa pomembnejše raziskovalno področje predstavlja tudi t. i. integrirana proizvodnja biogoriv (bioplin, bioetanol in biodizel), hrane in industrijskih surovin kot del biorafinerijskega koncepta

1.

Z vidika AEBIOM (Evropsko združenje za biomaso) je možnost zvišanja proizvodnje energije iz biomase v Evropi z 72 milijonov ton naftnega ekvivalenta (Mtoe) v letu 2004 na 220 Mtoe v letu 2020. Glavni vir povišanja predstavlja poljedelstvo. Ocenjuje se, da se lahko v EU27 za energijsko proizvodnjo uporabi 20 do 40 milijonov ha površin in se s tem ne prizadene evropske oskrbe s hrano

1.

2.2 Stanje glede bioplina v Sloveniji

Sprejetje Uredbe o odkupu električne energije od kvalificiranih proizvajalcev električne energije v letu 2002 je v Sloveniji izrazito pospešilo zanimanje za postavitev bioplinskih naprav, saj je omogočilo proizvajalcem višjo odkupno ceno oziroma premijo.

Začetki proizvodnje bioplina v Sloveniji segajo v konec 80. let 20. stoletja, ko sta začeli delovati prvi bioplinski napravi na komunalnih napravah za čiščenje odpadnih vod in velika prašičja farma v Ihanu.

Podatki iz leta 2007 prikazujejo skupno instalirano električno moč 3,6 MW naslednjih kmetijskih bioplinskih naprav

1:

bioplinarna Farma Ihan, Ihan (0,5 MW), bioplinarna na kmetiji Frele, Letuš (120 kW), bioplinarna Nemščak, Skupina Panvita družba KG Rakičan (1,5 MW), bioplinarna na kmetiji Kolar, Logarovci (0,8 MW), bioplinarna Motvarjevci, Panvita (0,5 MW).


3

Pridobivanje bioplina iz drugih odpadkov, kot so kuhinjski odpadki in odpadki iz restavracij ter ločena izraba zbranih organskih odpadkov iz gospodinjstev, poteka po podatkih iz leta 2007 na 4 bioplinskih napravah s skupno instalirano električno močjo 4 MW

1:

bioplinarna Koto, Ljubljana (0,5 MW), bioplinarna Biotera, Črnomelj (1,5 MW), bioplinarna Bioferm, Pivka-Neverke (1,5 MW), bioplinarna Papirnica Količevo, Količevo (0,5 MW), bioplinarna Matevž Čokl s.p., Ljubljana (180 kW).

2.3 Prednosti bioplina v Sloveniji

Leta 2002 je Slovenija ratificirala Kjotski protokol k Okvirni konvenciji združenih narodov o podnebnih spremembah (UNFCCC), kar je za cilj postavilo 8 % znižanje emisij toplogrednih plinov v primerjavi z izhodiščnim letom 1986. Ob upoštevanju ukrepov Nacionalnega akcijskega plana za obnovljivo energijo, je po Direktivi 2009/28/EC cilj do leta 2020 zvišati delež obnovljive energije v skupni bruto porabi električne energije na 25 %.

Z izkoriščanjem bioplina na območju Slovenije v pomurski, savinjski, gorenjski in spodnjeposavski regiji bi privarčevali približno 579 kt CO2 ali 2,72 % nacionalnih emisij toplogrednih plinov v letu 2008, pri čemer bi ves razpoložljivi gnoj izkoristili za proizvodnjo bioplina. Pri tem bi bil doprinos od leta 2008 do 2020 1,3 % k nacionalnemu obnovljivemu energetskemu cilju in 5,2 % k doseganju nacionalnega cilja za bioplin. Nastalo bi približno 70 novih manjših bioplinarn (110 do 666 novih delovnih mest), privarčevalo bi se približno 11800 t/a umetnih gnojil in 60300 gospodinjstev bi lahko oskrbeli z električno energijo iz kogeneracije na plin

4.

2.4 Proizvodnja bioplina (anaerobna digestija)

Anaerobna digestija je biokemijski proces, ki ga najdemo tudi v naravi. Gre za razgradnjo organskih snovi s pomočjo različnih mikroorganizmov, ki živijo samo v temnem in anaerobnem okolju. Zato so bioplinski fermentorji nepredušno zaprti pred kisikom in svetlobo.

Glavni del anaerobne digestije so različni substrati, kot so organski odpadki, živalsko blato, trava, koruza, ječmen, sirotka ... Boljši so tisti, ki imajo velik potencialni donos metana, npr. koruza. V samem procesu so prisotni mikroorganizmi, ki v različnih fazah proizvajajo plin (slika 2-1). Prva faza je hidroliza, v kateri se kompleksne snovi razkrojijo v manjše enote. Nato v fazi kislinske geneze pridobimo metanogene substrate. V fazi acetogeneze, ki poteka vzporedno z metanogenezo, se proizvodi kislinske geneze pretvorijo v metanogene substrate. V metanogenezi nastajata plina metan in ogljikov dioksid. Ta faza je najpomembnejša, saj je zelo počasna in zelo občutljiva na različne dejavnike, kot so temperatura, pH, vrsta substrata

1.


4

Slika 2-1: Glavni koraki v procesu anaerobne digestije 1

Bioplin ima različno sestavo in lastnosti, kar je odvisno od sestave in vrste substrata, naprave, temperature, zadrževalnega časa in drugih dejavnikov. Komponenta, ki je bogata z energijo, je metan. V povprečju je kurilnost bioplina okoli 21 MJ/Nm

3, povprečna gostota

1,22 kg/Nm3 1

.

Ostali fizikalno-kemijski podatki o bioplinu, ki so predstavljeni v tabeli 2-1, se z dovoljeno točnostjo določijo z relativnima mešanicama CH4 in CO2. Za ponazoritev navajamo primer mešanice 60 % CH4 in 40 % CO2:

molska masa bioplina je 27,2 kg/mol; gostota bioplina: 1,2 kg/m

3 (pri 0 °C in 101,3 kPa), 1,07 kg/m

3 (pri 35 °C in 101,3 kPa);

specfična toplota bioplina: 1,35 kJ/(kgK) pri 35 °C.

Bioplin ima visoko vrednost metanskega števila, kar je značilno za uporabo pri motorjih z notranjim izgorevanjem

5.

Tabela 2-1: Primerjava sestave naravnega plina in bioplina 5

Lasnost naravni plin bioplin (60 % CH4 +

38 % CO2 + ostanek)

kalorična vrednost, MJ/m3 36,14 21,48

gostota, kg/m3 0,82 1,21

temperatura vžiga, °C 620 700

hitrost plamena v zraku, m/s 0,39 0,25

teoretična količina zraka pri izgorevanju, m3/m

3 9,53 5,71

največji delež CO2 v dimu plina, % 11,9 17,8

rosišče dimnih plinov, °C 59 60 – 160


5

2.5 Varnost v bioplinarnah

Kot pri vsaki drugi elektrarni so tudi v bioplinarni pri gradnji in obratovanju v ospredju vprašanja o varnosti, potencialnih tveganjih in nevarnostih za živa bitja in okolje. Zato so izjemnega pomena ustrezni varnostni in previdnostni ukrepi, katerih namen je izogibanje možnim tveganjem in nevarnostim ter zagotavljanje varnega delovanja naprave. Za pridobitev gradbenega dovoljenja je potrebno izpolniti sledeče varnostne zahteve:

varnost pred poplavami, preprečevanje eksplozije, izogibanje onesnaževanju med odstranjevanjem odpadkov, preprečevanje požara, preprečevanje odtekanja v površinske in podtalne vode, mehanske nevarnosti, izogibanje onesnaževanju zraka, statično stabilna gradnja, higienska in veterinarska varnost, električna varnost, preprečevanje zadušitev in zastrupitev, zaščita pred strelo, zaščita pred hrupom toplotna varnost

1.

2.5.1 Nevarnost eksplozije

Da bi se izognili nevarnosti eksplozije, je potrebno slediti smernicam za preprečevanje eksplozij, predpisom o električnih sistemih v prostorih, kjer obstaja velika nevarnost eksplozije, tehničnim predpisom v zvezi z vnetljivimi tekočinami, kakor tudi predpisom o odgovornosti delodajalcev.

Predpisani preizkusi pred zagonom in nadaljnjih rutinskih testih so pridobljeni z uredbo o električnih sistemih v prostorih, kjer obstaja velika nevarnost eksplozije. Ker so eksplozivne mešanice plin/zrak predvidene v bližini plinskih rezervoarjev in bioreaktorjev, je potrebno določiti tako imenovana eksplozijsko nevarna območja

2.

2.5.1.1 Eksplozijsko nevarna območja

Meje eksplozivnosti metana pri sobni temperaturi so prikazane na sliki 2-2 in so znatno odvisne od temperature. Na sliki 2-2 lahko razberemo, da ima metan spodnjo mejo vnetljivosti/explozivnosti pri 5 mol. % in zgornjo mejo pri 17 mol. %.


6

Slika 2-2: Meje eksplozivnosti metana 6

Prostori, kjer obstaja nevarnost eksplozije, so razvrščeni na območja, glede na verjetnost pojava požarno-eksplozijskih koncentracij.

Območje 0 zajema prostore s stalnim, dolgoročnim ali pogostim nevarno eksplozivnim ozračjem, ki ga sestavljajo mešanice zraka in plinov, hlapov ali meglic.

Plinohram, dovod zraka do motorja z notranjim izgorevanjem, zgorevalna komora in pod določenimi pogoji tudi sam bioreaktor pripadajo območju 0. Poseben pogoj pri delovanju predstavlja zrak, ki vdira v notranjost bioreaktorja, kar pri normalnih pogojih delovanja preprečuje nizek nadtlak.

V odprtini za dovod zraka motorja z notranjim izgorevanjem ali v zgorevalni komori je nenehno prisotna eksplozivna mešanica, zato ju je treba z varnostno napravo, kot je lovilec plamena, ločiti od preostalega plinskega sistema.

Območje 1 zajema prostore, kjer občasno pride do eksplozijskega območja, saj eksplozivna zmes ni vedno prisotna. Pri dobrem prezračevanju naj bi bilo območje 1 za meter oddaljeno od opreme, nadzornih okenc, priključkov, zank in servisnih odprtin plinohrama in bioreaktorja, vendar samo v primeru, ko je puščanje bioplina tehnično možno. V zaprtih prostorih se pas ogroženosti razširi na 4,5 m.

Območje 2 zajema prostore, kjer ni mogoče predvidevati pojava nevarnosti zaradi plinskih mešanic. Če do tega že pride, je redko in le za kratek čas. Cona 2 je v območju 1 m 3 m od sestavnih delov bioplinarne in je namenjena prezračevanju. V to območje se uvršča odprte jame (jame za črpalke substrata), bazene, vse zaprte prostore, kjer so nameščene cevi za plinovode, ki nimajo prezračevanja

2.

2.5.2 Nevarnost požara

Da bi zmanjšali nevarnost požara, ki bi lahko nastal zaradi prisotnosti bioplina, se mora bioplinarno razdeliti v sektorje protipožarne zaščite, npr. bioreaktor, plinohram, plinski kompresor ipd. Potrebno je redno vzdrževanje prostorov med ustvarjenimi protipožarnimi sektorji. Od širine medprostora je odvisno, kakšni materiali bodo uporabljeni pri gradnji zunanjih zidov bioplinarne

2. Lastnosti bioplina prikazuje tabela 2-2.


7

Tabela 2-2: Lastnosti komponent bioplina 1

.

CH4 CO2 H2S CO H2

Gostota (kg/m3) 0,72 1,85 1,44 1,57 0,084

Razmerje gostote

plina poti zraku

0,55 1,53 1,19 0,97 0,07

Temperatura vžiga

(°C)

600 - 270 605 585

Eksplozije območje

(vol. %)

4,4 – 16,5 - 4,3 – 45,5 10,9 – 75,6 4 - 77

Vrednost TLV

(ppm)

Brez vrednosti 5000 10 30 Brez vrednosti

2.5.3 Zdravju škodljivi plini

Iz bioplinarne lahko uhajajo plini, ki so škodljivi za ljudi, kot npr. amoniak, metan, vodikov sulfid, dušikov oksid, formaldehid in drugi. Količina uhajanja je odvisna od uporabljene tehnologije in substrata. Vonj intenzivnih materialov v bioplinarni vključuje zlasti amoniak, organske kisline, fenol in vodikov sulfid. Vonjave so pogosto vzrok za motnje oz. pritožbe v zvezi z delovanjem bioplinarne. Vodikov sulfid je neizogibna sestavina bioplina, ki nima samo neprijetnega vonja, temveč ima v višjih koncentracijah toksičen učinek, kot prikazuje tabela 2-3. Smernice za načrtovanje zaščite in reševanja (ERPG) za vodikov sulfid ob 60 min izpostavljenosti so naslednje: ERPG-3 100 ppm, ERPG-2 30 ppm in ERPG-1 0,1 ppm.

Tabela 2-3: Toksični učinki vodikovega sulfida 1

Koncentracija (v zraku) Učinek

0,03 – 0,15 ppm Prag zaznavanja (vonj po gnilih jajcih)

15 – 75 ppm Draženje oči in dihal, slabost, bruhanje, glavoboli, raztresenost

150 – 300 ppm Paraliza vohalnega živca

> 375 ppm Smrt z zastrupitvijo (po več urah)

> 750 ppm Smrt zaradi odpovedi dihal po 30 do 60 minutah

od 1000 ppm Hitra smrt zaradi odpovedi dihal po nekaj mintah

Amoniak ima močan vonj in lahko posredno vpliva na vremenske razmere, saj se delno pretvori v dušikov oksid v tleh. Dušikov oksid (smejalni plin) diši rahlo sladko. Povzroči lahko krčevit smeh, halucinacije in zastrupitev.

Metan predstavlja nevarnost predvsem pri visokih koncentracijah, saj povzroči zadušitev zaradi pomanjkanja kisika. Simptomi se kažejo kot glavobol, slabost, utrujenost, omotičnost, v hujših primerih izguba zavesti. Nevarnost se pojavi, ko se vrednost kisika v zraku zmanjša pod 19,5 %

2.

Vrednosti za zaščitne ukrepe (PAC) za 60 min izpostavljenost metanu znašajo: PAC-3 17 000 ppm, PAC-2 in PAC-1 2900 ppm

7.

2.5.4 Zaščita pred hrupom

Hrup je opredeljen kot moteč zvok. Območje bioplinarne, kjer je hrup najmočnejši, je blizu plinskega motorja. V bižini generatorja je mejna vrednost 80 dB (A) za delovna mesta praviloma presežena. Hrup uhaja skozi izpušno cev in prezračevalne odprtine na območju elektrarne.


8

2.5.5 Nevarnost razlitja onesnažene vode

Velika nevarnost za okolje nastane, ko voda, npr. od stisnjenih rastlin ali onesnažene padavinske vode, prodrejo v zemljo ali še huje, dosežejo podtalnico. Glavni vzroki so lahko:

- premalo utrjena tla znotraj bioplinarniškega kompleksa, - razpoke v rezervoarjih in/ali v ohišju mešala, - korozija cevovodov

2.

2.6 Nesreče pri proizvodnji bioplina

Informacij o nesrečah v bioplinarnah ni veliko. Tiste, ki so na voljo, kažejo da je največkrat vzrok za nesreče človeški faktor.

Ena od nesreč se je pripetila v Nemčiji leta 2005, kjer so se 3 ljudje zastrupili z vodikovim sulfidom. Do nesreče je prišlo v mešalni jami ob stiku s substratom. K hitrejšem širjenju sta doprinesla mešalo in temperatura.

V Franciji je bila leta 1999 ob tovarno papirja postavljena bioplinarna, ki je zaradi eksplozije povzročila veliko materialno škodo. Žrtev ni bilo. Kot vzrok navajajo možnost sabotaže.

V italijanski čistilni napravi je leta 1997 med popravilom betonskega silosa prišlo do eksplozije. Mrtva sta bila 2 človeka, eden pa huje poškodovan. Vzrok naj bi bil ostanek plina in varjenje.

V Ameriki je leta 2012 v kraju Aumsville prišlo do eksplozije zaradi poškodbe na membrani, ki je zadrževala plin. Žrtev ni bilo.

Nesreča v Veliki Britaniji leta 2010 se je zgodila zaradi penjenja v digestoriju 8, 9

.


9

3 Metode dela

3.1 Identifikacija nevarnosti z metodo »Kaj če«

Namen metode »Kaj če« je identifikacija nevarnosti v procesu. Omeniti velja, da v modernih procesnih postrojenjih pogosto vlada prepričanje, da večje nezgode sploh niso možne. Metoda »Kaj če« vzpodbuja h kreativnemu razmišljanju in prepoznavanju nevarnosti tudi tam, kjer jih sicer ne bi pričakovali.

»Kaj če« kontrolni seznam temelji na tehniki ocene nevarnosti, ki združuje kreativno razmišljanje izbrane skupine strokovnjakov z metodičnim osredotočenjem na pripravljen kontrolni seznam. Rezultat je celovita analiza nevarnosti, kar je zelo koristno pri usposabljanju osebja za določeno operacijo, vključno s seznanjanjem o nevarnosti.

Skupina za pregled zajema strokovnjake širokega spektra disciplin, npr. proizvodne tehnologe, vzdrževalce, strojnike, kemijske, elektro in varnostne inženirje. Ekipa se seznani z osnovnimi informacijami o nevarnih snoveh, procesni opremi, procesnih postopkih, nadzoru instrumentov, izsledkih prejšnjih pregledov nevarnosti itn.

Skupina za pregled metodično raziskuje proces od prejema surovin do dostave končnega izdelka. Pri vsakem koraku skupina skupaj ustvari seznam vprašanj glede nevarnosti pri obratovanju v smislu »kaj če se zgodi to ali ono«; npr. Kaj če se razlije tekočina? Nato skupina išče možne vzroke in predlaga ukrepe ter odgovorne osebe za preprečevanje nevarnih okoliščin. Ko ekipa konča seznam spontanih vprašanj, gre ta sistematično skozi pripravljen kontrolni seznam za spodbujanje dodatnih vprašanj.

Pripravijo se odgovori na vsa vprašanja, poiščejo se vzroki in posledice. Iz teh se oblikuje seznam priporočil za posamezno dejavnost. Priporočila skupaj z naborom vprašanj postanejo ključni element poročila o oceni tveganja

10.

3.2 Ocenjevanje posledic nesreč z modeli vpliva

Učinki požarov, eksplozij in zdravju škodljivih snovi se ocenjujejo glede na doseženo toplotno sevanje, nadtlak in koncentracijo škodljive snovi na določeni lokaciji. Za oceno posledic na premoženju in ljudeh izračunamo razdaljo, na kateri je dosežena določena raven sevanja, nadtlaka oz. koncentracije.

11.

3.2.1 Toplotno sevanje

Čas izpostavljenosti in gostota toplotnega toka (v kW/m2) vplivata na to, kakšen bo učinek

toplotnega sevanja. Jakost 4 kW/m2 pri 20 s izpostavljenosti človeku povzroči bolečino

(tabela 3-1). Če je sevanje višje, se ta čas hitro zmanjšuje. Razdalje za določene ravni toplotnega sevanja s specifičnim učinkom izračunamo z uporabo računalniških programov.

Tabela 3-1: Referenčne vrednosti toplotnega sevanja 11

Toplotno sevanje (kW/m2) Opis učinkov

1,6 Neugodje pri dolgi izpostavljenosti

4 Bolečina po 20 s, opekline 3. stopnje niso pogoste, smrtnost 0 %

9,5 Prag bolečine dosežen v 8 s, opekline 2. stopnje po 20 s

12,5 Vžig lesa z inicialnim plamenom, taljenje plastičnih materialov

25 Vžig lesa brez inicialnega plamena

37,5 Poškodbe procesnih naprav


10

Običajno pri simulaciji izračunavamo razdalje za tri ravni toplotnega sevanja: 37 kW/m2,

12,5 kW/m2 in 4 kW/m

2. Najnižja vrednost določa varno razdaljo.

3.2.2 Nadtlak

Najznačilnejši učinek eksplozije je nadtlak, ki povzroči rušenje zgradb, poškodbe opreme in ljudi. Ljudje utrpijo veliko poškodb pri sekundarnih učinkih eksplozij, kot so npr. podirajoče se zgradbe, leteči predmeti ipd. Za poškodbe stavb so potrebni občutno višji nadtlaki (tabela 3-2), zato se računajo razdalje za določene referenčne vrednosti. Vrednosti nadtlakov, ki se običajno uporabljajo pri simulaciji, so: 20 mbar, 140 mbar in 200 mbar.

Tabela 3-2: Referenčne vrednosti nadtlaka 11

Nadtlak (mbar) Opis učinkov

20 Varna razdalja; manjše poškodbe stropov; 10 % zlomljenih oken

70 Delno uničenje stavb – niso primerne za bivanje

140 Delna porušitev zidov in streh

207 Jeklene konstrukcije uničene, izpuljene iz temeljev; težke naprave (1,5 t)

malo poškodovane

340-480 Skoraj popolno uničenje stabv, pri ljudeh poškodbe bobničev

690 Popolno porušenje stavb in opreme, razen naprav težjih od 6 t; pri ljudeh

poškodbe pljuč

3.2.3 Strupene in zdravju škodljive snovi

Kako nevarna je strupena snov, je odvisno od njenih lastnosti in pogojev izpostavljenosti. Dolgotrajna izpostavljenost nizki koncentraciji in kratkotrajna izpostavljenost visoki koncentraciji predstavljata mejna primera, ki sta oba nevarna. Kakšne bodo posledice, je odvisno od učinkovitosti evakuacije, vremenskih razmer, gostote populacije na prizadetem območju itd.

Vrednosti ERPG

Ameriško združenje za industrijsko higieno (AIHA) objavlja vrednosti ERPG, ki predstavljajo smernice za reševanje v izrednih razmerah in načrtovanje zaščite (angl. Emergency Response Planning Guidelines). Za preko sto snovi so podane tri vrednosti ERPG-1, ERPG-2, ERPG-3. Te vrednosti podajajo koncentracijo določene snovi v zraku, ki škoduje zdravju. Posamezniki ob izpostavljenosti do ene ure pri tem nimajo določenih posledic:

ERPG-1 – najvišja emisijska koncentracija določene snovi v zraku, pod katero naj ne bi bilo drugih posledic na zdravje, kot prehodne zdravstvene težave ali občutek jasno zaznavnega vonja.

ERPG-2 – najvišja emisijska koncentracija določene snovi v zraku, pod katero za izpostavljene posameznike v času do ene ure ne bi prišlo do nepopravljivih posledic za zdravje. Sposobnost lastne zaščite in reševanja naj ne bi bila motena.

ERPG-3 – najvišja emisijska koncentracija določene snovi v zraku, pod katero posamezniki ob enourni izpostavljenosti ne bi bili življensko ogroženi

11.

Vrednosti PAC

Vrednosti za zaščitne ukrepe (PAC, angl. Protective Action Criteria) so pomembne za načrtovanje oz. odzivanje na nenadzorovane izpuste nevarnih kemikalij. Ta merila, skupaj z


11

oceno izpostavljenosti, zagotovijo informacije, potrebne za oceno sproščanja kemikalij in za načrtovanje ustreznih zaščitnih ukrepov. Med ukrepanjem v kriznih razmerah se lahko ta merila uporabijo za oceno resnosti dogodka, za opredelitev možnih scenarijev in pri odločitvah o zaščitnih ukrepih. Kriteriji se lahko uporabijo tudi za oceno resnosti posledic nenadzorovanega izpusta in načrtovanja učinkovitega odziva v sili.

Vrednosti PAC za načrtovanje ukrepov ob izrednih izpustih kemikalij temeljijo na naslednjih mejnih vrednostih izpostavljenosti:

smernice pri akutni izpostavljenosti (AEGL), ki jih objavlja Ameriška agencija za varovanje okolja (EPA),

smernice za načrtovanje ukrepanja ob nesreči (ERPG), ki jih podaja ameriško združenje za industrijsko higieno (AIHA),

mejne vrednosti začasne izpostavljenosti (TEEL), ki jih je razvil pododbor za presojo posledic in zaščitnih ukrepov (SCAPA).

Ker vrednosti AEGL, ERPG in TEEL niso podane za vse kemikalije, se pri določanju vrednosti PAC uporabi naslednji postopek:

Uporabimo AEGL vrednosti, če so na voljo. Če AEGL vrednosti niso podane, uporabimo ERPG vrednosti. Če niso podane ne AEGL ne ERPG vrednosti, uporabimo vrednosti TEEL.

Vsaka zaporedna vrednost je povezana z naraščajočo nevarnostjo učinka, ki vključuje višjo stopnjo izpostavljenosti. Tri vrednosti PAC predstavljajo:

blage prehodne učinke na zdravje (PAC-1), nepopravljive ali druge resne učinke na zdravje, ki bi lahko onemogočili zaščitne ukrepe

(PAC-2), smrtno nevarne učinke na zdravje (PAC-3)

12.

3.3 Računalniški program ALOHA

ALOHA (angl. Areal Locations of Hazardous Atmospheres) je računalniški program, ki se uporablja za modeliranje in ocenjevanje posledic izpustov nevarnih kemičnih snovi na osnovi atmosferskega disperzijskega modela. Nastal je v okviru programa CAMEO pri ameriški okoljski agenciji EPA (http://www.epa.gov/oem/content/cameo/) in je na voljo brezplačno. ALOHA omogoča uporabniku, da oceni razpršitev oblaka hlapov, kar temelji na fizikalno-kemijskih lastnostih sproščene kemikalije, atmosferskih pogojih in posebnih okoliščinah izpusta. ALOHA omogoča oceno ogroženosti območja, povezano z različnimi vrstami nevarnih kemijskih izpustov, ki imajo za posledice nastanek vnetljivega, eksplozivnega ali strupenega plinskega oblaka oz. požar in eksplozijo. Ogroženost območja je mogoče izrisati na zemljevidih, prikazati lokacije drugih objektov in ranljive lokacije, kot so bolnišnice in šole.

Program omogoča, da uporabimo podatke o lastnostih kemikalij, ki so vključene v bazo podatkov. Uporablja se tako, da navedemo okoliščine izpusta (kraj, čas, vrsta kemikalije), vremenske pogoje, vrsto izpusta (direktni, luža, izpust iz rezervoarja ali cevovoda), podatke o geometriji in dimenzijah posod, velikosti odprtin itd. Ko vstavimo vse vhodne podatke, ki jih zahteva program, dobimo izračunane razdalje, ki jih lahko vidimo tudi na grafih.

Program izračunava razdalje do treh nivojev posledic (LOC, angl. Level of Concern), ki so izražene z vrednostmi toplotnega sevanja, nadtlaka ali škodljivih koncentracij. Pri tem je z rdečo barvo označena najvišja vrednost LOC, ki predstavlja največjo nevarnost, z oranžno barvo srednja vrednost in z rumeno najnižja vrednost, ki po navadi predstavlja mejo varnega območja. Za razdalje, ki so nižje od 10 m, program ne izriše grafov, ker so rezultati manj zanesljivi

13.


12

4 Eksperimentalni del

V eksperimentalnem delu smo izvedli analizo možnih nevarnih dogodkov in oceno njihovih posledic v bioplinarni Šijanec, Ormož.

4.1 Opis bioplinarne in pregled stanja

Bioplinarna Šijanec (slika 4-1) leži v SV Sloveniji, v kraju Ormož. Postavljena je v obrtno cono. Stanovanjski objekti so od nje oddaljeni vsaj 300 m. Gradbena dela so se začela avgusta 2010 in končala marca 2011. Investicija je bila vredna 5 milijonov evrov, bioplinarno je projektiralo podjetje Inpra Energetika d. o. o. Moč bioplinarne, ki je oddana v električno omrežje, znaša 1 MW.

Slika 4-1: Shema bioplinarne

Glavna surovina je silaža, ki je sestavljena iz 80 % koruze in 20 % ječmena in tritikala. V času žetve ječmena in tritikala, t. j. v mesecu maju in juniju, se v skladišče pripelje skupno 2600 t obeh poljščin. V mesecu avgustu, v času žetve koruze, se te pripelje v skladišče skupno 10 000 do 12 000 t. Vso silažo odkupujejo v svoji bližini, največ v radiju 60 km. Skladišče, v katerem je silaža, je zgrajeno iz betona in ima kapaciteto 20 000 m

3. Druga

pomembna surovina je gnojevka. Za gnojevko in ostale organske odpadke ni posebnega prostora za skladiščenje. Ko se pripelje na lokacijo, jo vso dajo v mešalno jamo. V mesecih od januarja do aprila je dobijo skupno približno 2000 m

3, od maja do oktobra 1200 m

3 in od

novembra do decembra 800 m3. Gnojevko dobijo od kmetov v radiju 30 km.

Mešalna jama, ki se nahaja pod zemljo, ima prostornino 235 m3, narejena je iz

vodoneprepustnega betona in ima zaščito iz poliestra. V njej se nahajata dve mešali in potopna centrifugalna črpalka. Vnos surovin poteka skozi zgornjo ploščo s pomočjo nakladnika (40 m

3). Ko ni dovolj gnojevke, se tekoči del substrata prečrpava iz

fermentorjev 2 in 4. Po potrebi se iz jame za vodo, kjer se zbira deževnica, doda voda v


13

maso, da je ta dovolj tekoča. To nato homogeniziramo in segrejemo na 40 °C ter jo prečrpamo v fermentor 1. Ta proces se ponovi do 2 krat na dan.

Fermentor 1 je zgrajen iz armiranega betona, ki je z notranje strani zaščiten s poliestrsko zaščito pred pronicanjem plina in tekočine ter obložen z zunanjo izolacijo (trapezasto pločevino). Prostornina fermentorja znaša 3843 m

3, vgrajeni sta dve počasni mešali in eno

hitro vrteče se horizontalno mešalo. V samem fermentorju so vgrajeni detektorji za zaznavanje prisotnosti tekočine in regulatorji tlaka. Za avtomatsko pretakanje prevrelega substrata iz fermentorja 1 v fermentorja 2 in 4 je izveden preliv. Fermentor ima na stranski steni montirane ogrevalne cevi, ki so ogrevane z odpadno vodo iz kogeneracije.

Ko iz mešalne jame prečrpamo substrat, se s pomočjo anaerobne razgradnje pri temperaturi od 35 °C do 55 °C, tvori bioplin. Masa se pretaka v fermentorja 2 in 4, v kolikor je to potrebno, in se zadržuje v digestorju od 10 do 30 dni.

Fermentorja 2 in 4 sta zgrajena enako kot fermentor 1, s to razliko, da imata nad seboj prostor za skladiščenje bioplina, t. j. plinohram. Ta ima prostornino 1490 m

3 in je narejen iz

membrane (meh). Ta je neprepustna za plin, odporna na tlak, temperaturo, staranje ter odporna na vplive plinov in UV žarkov. V plinohramu je plin, ki je neočiščen. Zato se v plinohram vbrizgava kisik, da lahko s pomočjo mikroorganizmov odstranimo vodikov sulfid.

Plin se nato transportira po plinski trasi z nadtlakom 3 mbar do 5 mbar. Ker je vlažen, se s kondenzacijo odstrani vlaga. To se izvaja v kondenzacijskem jašku 1, kjer je najnižja točka na trasi. V jašku je zelo pomemben nivo tekočine proti zmzovanju, da nam le-ta ne zamrzne. Plin potuje pod zemljo do glavne plinske zapore in plinskega števca, ki sta nad zemljo. Tukaj je napeljava razdeljena na dvoje, na baklo in elektromotor. Pred njima sta nameščena magnetna ventila in puhali. Ventili služijo za odpiranje oz. zapiranje v primeru izpada elektrike in uhajanja plina v prostoru z elektroagregatom. Puhali dvigneta nadtlak plina na 100 mbar.

Bakla, ki se nahaja na strehi elektroagregata, pride v poštev, če pride do izpada elektroagregata ali pri preveliki proizvodnji plina. Vklopi se avtomatsko, če v plinohramu nivo plina naraste na 98 % in se izklopi pri 95 % nivoju. Bakla je namenjena za uporabo v sili in ne sme biti uporabljena več kot 50 obratovalnih ur v letu.

Elektroagregat ima od 8 kW do 999 kW električno zmogljivosti ter približno 1070 kW termične zmogljivosti, izkoristek je 85 %. Nameščen je v prostor, ki je zvočno izoliran, opremljen z detektorjem za uhajanje plina, z deflagracijsko zaporo in odprtino za prezračevanje.

Praznjenje fermentorjev 2 in 4 poteka sočasno s fermentacijo. Ko v procesu začne upadati proizvodnja plina in je substrat prevrel, začnemo črpati maso v zalogovnik 1 in 2. Ta sta ločena in narejena iz betona. Zalogovnik 1 ima prostornino 6005 m

3 in vgrajeni dve potopni

mešali. Zalogovnik 2 ima samo eno potopno mešalo in prostornino 1501 m3. Zraven

zalogovnika je konstrukcija s separatorjem za dehidracijo substrata, da dosežemo manjši volumen. Odvoz tekočega substrata znaša 6000 m

3 na pol leta, trdnega subtrata pa le

1000 m3 na pol leta. Oba substrata se odvažata na njive.

Strojnica je postavljena med fermentor 1 in fermentorja 2 ter 4. Sama konstrukcija je jeklena. V njej je inštalirana vsa potrebna tehnika, črpalka, ventili, kompresor, sistem za razžvepljanje, sistem za analizo plina in pH meter.

Pri pregledu stanja bioplinarne je bilo opaziti manjše razpoke na betonu skladišča, ki jih povzroča silaža. Pokvarila sem jim je tudi črpalka v strojnici in zbirni jami. Odpovedal je kondenzator in posledično zalil plinsko cev z vodo. Sam motor je imel okvaro, saj mu je počil jermen. V času pregleda so zamenjevali mešalo v fermentorju 2.


14

4.2 Definiranje nevarnosti

Za iskanje možnih nevarnih dogotkov in situacij smo uporabili metodo »kaj če« v posameznih fazah procesa.

4.2.1 Skladišče silaže

Skladišče je narejeno iz armiranega betona, ki ima premaz proti pronicanju ter jaške za odtok vode. Prostornina znaša 20 000 m

3 in je namenjena skladiščenju silaže. Silaža je

zaščitena pred vremenskimi vplivi s plastično folijo.

Metoda » Kaj če«:

pride do razlitja nevarnih snovi, npr. olja ali pogonskega goriva? V primeru razlitja se vsa snov zbira v jašku, ki ima možnost ločevanja oljnih snovi.

pride do potresa? Posledice bi bile odvisne od jakosti potresa. V najhujšem primeru bi se betonska stena sesula, vendar ni pričakovati nevarnosti požara ali eksplozije in okoljskih problemov.

V skladišču ni virov večjih nevarnosti. Problemi, ki se pojavljajo, so razjede na betonu. Te nastajajo zaradi kislin, ki se tvorijo v silaži. Tak problem se pojavlja in ga rešujejo s popravili.

4.2.2 Vhod surovin in mešanje

V podzemno mešalno jamo se skozi odprtino, ki se odpira s pomočjo elektromotorja, dodajajo surovine (silaža, gnojevka, organski odpadki). Če ni dovolj substrata, se ta prečrpava iz fermentorja 2 in 4. Po potrebi se dodaja voda iz zbirne vodne jame, da je substrat dovolj tekoč. Substrat se s pomočjo mešal homogenizira in istočasno segreva (gretje z vodo iz kogeneracije) ter nato prečrpava v fermentor 1.


odpove mešalo? Ob okvari mešala ni hujših posledic. Ustavil bi se proces in možen je izpad prihodka.

odpove sistem za zapiranje mešalne jame? Ob okvari se lahko zapira ročno. se razlije gnojevka oz. ostali odpadki? Ob razlitju se vse snovi zbirajo v zbirni jami. pride do potresa? Posledice bi bile odvisne od jakosti potresa. V najhujšem primeru bi

substrat stekel v podtalnico, prišlo bi do onesnaženja okolja. pride do eksplozije plina v mešalni jami? Do eksplozije bi lahko prišlo npr. zaradi tvorbe

statičnega naboja v mešalni jami. Ob zadostni koncentracije metana bi se plin vnel in posledično lahko pride do eksplozije, ki bi imela hujše posledice, saj bi substrat iztekel v podtalnico.

pride do malomarnosti ali sabotaže? Ob sabotaži lahko pride do manjše škode, npr. zaradi okvare delovnih naprav, in tudi do večje, kot sta eksplozija in iztekanje substrata v podtalnico.

odpovesta detektorja za temperaturo in nivo? Ob odpovedi detektorja za temperaturo bi prišlo do motenj v procesu. Ob odpovedi detektorja za nivo lahko pride do razlitja substrata, ki se nato zbira v zbirni jami.

pride do udara strele? Verjetnost je majhna, saj je objekt zaščiten s strelovodi. Če ti ne delujejo, lahko pride do okvare naprav (črpalka, mešalo, detektor, dvigalo) in do eksplozije plina v mešalni jami.

Mešalna jama predstavlja različne možnosti za nevarnost. Izpostavimo lahko tvorbo statičnega naboja in s tem možnost eksplozije plina. Ob jami lahko zaznavamo neprijetne vonjave, ki bi lahko imele škodljive posledice za ljudi. Ob vdihovanju dovolj velikih količin lahko pride do zastrupitve in posledično tudi do smrti.


15

4.2.3 Fermentor 1

Fermentor 1 je narejen iz armiranega betona, ki je z notranje strani zaščiten s poliestrsko zaščito pred pronicanjem plina in tekočine ter obložen z zunanjo izolacijo. V njem sta vgrajeni dve počasni mešali in hitro vrteče se horizontalno mešalo. Vgrajene ima detektorje za zaznavanje tekočine, regulatorje tlaka in grelne cevi. Narejen je tako, da ima preliv substrata v fermentorja 2 in 4 ter povezan s plinohramom in opremljen z izpustom plina. V fermentorju se vrši fermentacija, kjer je substrat v spodnjem delu, v zgornjem se nahaja plin, ki je pomešan s substratom.


odpove mešalo? Ob odpovedi mešala se ustavi proces, varnostni problemi niso pričakovani.

odpove ventil? Ob odpovedi ventila za preliv ni nevarnosti. Ob odpovedi ventila za nadtlak in podtlak bi začel bioplin uhajati v zrak, kjer se lahko ob prisotnosti vira vžiga vname in zagori. Ob odpovedi ventila za izpust, ki ima narejen varnostni sistem z vodo, bi prišlo do uhajanja bioplina v ozračje in s tem se pojavi možnost vžiga.

odpove detektor za nivo tekočine? Ob odpovedi detektorja za nivo tekočine bi prišlo do vdora substrata v plinski cevovod in s tem do zaustavitve procesa.

odpove detektor temperature? Ob odpovedi detektorja temperature bi imeli težave z obratovanjem zaradi uničenja mikroorganizmov, varnostnih problemov ne pričakujemo.

pride do izpada električnega toka? Ustavil bi se proces, saj mešala ne bi delovala. se tvori statični naboj? Ob tvorbi statičnega naboja je velika možnost, da pride do

eksplozije bioplina pride do udara strele? Verjetnost je majhna, saj je fermentor zaščiten s strelovodom. Ob

nedelovanju strelovoda obstaja možnost poškodb na napravah in eksplozije. pride do potresa? Ob potresu (odvisno od jakosti) lahko pride do manjših razpok in s tem

do možnosti iztekanja substrata v podtalnico, do poškodb na cevovodu za plin in s tem uhajanja bioplina v ozračje in tudi do najhujših posledic, kot je eksplozija.

pride do eksplozije? Katastrofa. Odpove hladilni sistem fermentorja? Ustavil bi se proces, varnostnih problemov ne

pričakujemo. pride do neobičajnih vremenskih vplivov? Ob zelo visokih temperaturah se fermentor

hladi z vodo. pride do sabotaže? Sabotaža lahko povzroči od manjše do zelo velike škode.

V fermentorju 1 se pojavljajo nevarnosti z možnimi resnimi posledicami. Te so predvsem požar oz. eksplozija. Seveda ima fermentor različna varnostna sredstva, kot je strelovod, možnost ročnega zapiranja ventilov, kovinsko izolacijo. Možni vzroki za nevarne dogodke so poškodbe na fermentorju in sabotaža, ki lahko povzroči veliko škodo.

4.2.4 Fermentorja 2 in 4

Fermentorja 2 in 4 sta narejena iz armiranega betona, ki je z notranje strani zaščiten s poliestrsko zaščito ter obložen z zunanjo izolacijo (trapezasta kovina). V vsakem sta nameščeni po dve počasni mešali in eno hitro horizontalno mešalo. Vgrajene imata detektorje nivoja in temperature, regulatorje tlaka, grelne cevi in nad seboj membrano, ki služi kot skladišče plina. V fermentorju poteka fermentacija substrata, pri kateri je substrat v spodnjem delu, plin, ki nastaja v zgornjem, pa je zaščiten z membrano.


odpove mešalo? Ob odpovedi mešala se ustavi proces, varnostnih problemov ni pričakovati.


16

odpove ventil? Ob odpovedi ventila za plin bi plin nadaljeval pot po cevovodu do glavne zapore. Če bi prišlo do težav v cevovodu, bi plin začel uhajati in s tem bi prišlo do možnosti zadušitve, vžiga, gorenja in/ali eksplozije.

odpovejo detektorji? Ob odpovedi detektorja za nivo tekočine bi prišlo do vdora substrata v cev za plin in s tem do zaustavitve procesa. Ob odpovedi detektorja temperature bi nastale težave s procesom, npr. uničenje mikroorganizmov.

pride do izpada električnega toka? Ustavil se bi proces, saj mešala ne bi delovala. se tvori statični naboj? Ob tvorbi statičnega naboja je velika možnost, da pride do

eksplozije bioplina. pride do udara strele? Ob udaru strele obstaja možnost poškod na napravah in eksplozije. pride do potresa? Ob potresu (odvisno od jakosti) lahko pride do manjših razpok in s tem

do možnosti iztekanja substrata v podtalnico, do poškodb na cevovodu za plin in s tem uhajanja plina v ozračje. Pripeti se lahko tudi eksplozija.

pride do eksplozije? Katastrofa. pride do ekstremnih vremenskih vplivov? Ob manjših vplivih je za varnost dovolj

poskrbljeno. Če bi se pojavilo močnejše vremensko dogajanje, bi lahko prišlo do poškodb membrane in s tem uhajanja plina ter možnost eksplozije.

pride do sabotaže? Od manjše do zelo velike škode, odvisno od vrste sabotaže. pride do poškodbe membrane? Ob poškodbi membrane lahko pride do uhajanja plina v

ozračje in s tem možnosti vžiga, gorenja in/ali eksplozije. odpove kompresor? Ob odpovedi kompresorja se plin počasneje transportira po

cevovodu. Ob tem lahko pride do poškodb na membrani, ker napetost membrane upade.

Fermentorji predstavljajo velik potecial za nevarnost, saj se v njih nahaja bioplin, ki je vnetljiv. Da nevarnosti preprečujemo, so fermentorji opremljeni z varnostno zaščito, kot je strelovod, kovinska izolacija, možnost ročnega zapiranja ventilov. Kljub temu pa nevarnosti požara in eksplozije ni mogoče popolnoma izključiti.

4.2.5 Transport plina

Plin potuje iz plinohrama po ceveh do kondenzatorja, kjer se izloči voda. Nato potuje pod zemljo do plinske zapore in plinskega števca, ki sta nad zemljo. Tukaj se napeljava razdeli na dvoje, kjer en vod vodi do plinskega motorja, drugi pa do bakle.


pride do potresa? Ob potresu (odvisno od jakosti) bi lahko prišlo do poškodb na cevovodu in s tem do uhajanja plina ter posledično do možnosti požara ali eksplozije.

odpove ventil? Ob odpovedi ventila bi plin nadaljeval pot po cevovodu do motorja, kjer je naslednji ventil.

pride do poškodbe cevovoda (mehanska sila, korozija)? Ob raznih poškodbah bi plin začel uhajati v ozračje, kjer obstaja možnost, da se vname.

pride do sabotaže? Možnost nevarnosti se pojavi v obliki uhajanja plina v ozračje in s tem potencialne vnetljivosti in gorenja ter eksplozije.

odpove kondenzator? Ob odpovedi kondenzatorja lahko pride do zalitja cevovoda, lahko pa plin nadaljuje pot po cevovodu in nato v motorju povzroča težave.

pride do udara strele? Ob udaru strele je možno, da pride do poškodb in s tem do možnosti uhajanja plina v ozračje.

Pri transportu plina, ki večinoma poteka pod zemljo, ni velikih nevarnosti. Največji potencial predstavlja cevovod nad zemljo, saj je v bližini prometna cesta. Ta možnost je zelo majhna, ampak v tem primeru bi lahko prišlo do nevarnosti gorečega curka.


17

4.2.6 Plinski motor z elektroagregatom

Postavljen je v zgradbo, narejeno iz betonske konstrukcije z zatesnjenimi okni. Prostor je zvočno izoliran. V notranjosti ima detektorje za plin in sistem prezračevanja. Cevovod, v katerem je plin, ima magnetni ventil in puhalo.


pride do potresa? Ob potresu so posledice odvisne od njegove jakosti. Ob manjši jakosti so možni izpadi in poškodbe motorja, pri večji jakosti lahko pride do uhajanja plina in s tem možnega gorenja in eksplozije.

pride do udara strele? Ob udaru strele bi prišlo do izpada motorja, možne so okvare naprav, kot so detektor plina, prezračevanje in motor. Obstaja nevarnost uhajanja plina.

odpove ventil? Ob odpovedi ventila bi prišlo do ustavitve motorja, možno je uhajanje plina v prostor in s tem nevarnost zadušitve, požara, eksplozije.

odpove kompresor? Ob odpovedi kompresorja bi prišlo do motenega delovanja motorja in s tem tudi do možnih okvar na motorju. Posledično bi se proces ustavil.

odpove detektor? Ob odpovedi detektorja plina je možnost, da ob uhajanju plina pride do zadušitve, požara, eksplozije.

ne deluje prezračevanje? Ob nedelovanju prezračevanja pride do izpada motorja, saj se pregreva.

pride do vdora substrata v motor? Ob vdoru substrata v motor bi na njem nastale poškodbe in posledično večja materialna škoda.

pride do izpada električnega toka? Ob izpadu električnega toka bi prišlo do izpada motorja in možnih poškodb naprav, npr. kompresorja, detektorja plina, prezračevanja ipd.

Pri delovanju motorja se pojavlja največja nevarnost, da bi plin uhajal v zaprt prostor ob nedelovanju detektorja plina ter prezračevanja. Ker je prostor velik in zaprt, lahko v njem nastane mešanica plina s takšno sestavo, da bi obstajala možnost zadušitve, požara in/ali eksplozije. Ob udaru strele so možne nevarnosti majhne zaradi namestitve strelovoda.

4.2.7 Bakla

Namen bakle je, da ob nastanku prevelike količine plina oz. ob odpovedi plinskega motorja začne porabljati plin. Cevovod, po katerem plin potuje, ima nameščene magnetne ventile in puhalo. Bakla se nahaja na strehi objekta, v katerem je elektroagregat.


pride do potresa? Ob potresu je nevarnost odvisna od njegove jakosti. Ob manjši jakosti se posledice ne bi poznale, pri večji jakosti pa pride do uničenja, saj bakla pade s strehe, možen je izpust plina in posledično vžig.

pride do udara strele? Ob udaru strele bi prišlo do poškodb na kompresorju, ventilu in bakli, če strelovod zataji. Posledica bi bila nedelovanje bakle in s tem nevarnost ob preveliki količini plina.

odpove ventil? Ob odpovedi ventila je nevarnost, da bi plin uhajal v ozračje. odpove kompresor? Ob odpovedi kompresorja bi bakla delovala z napakami in možno,

da bi uhajal plin. pride do izpada električnega toka? Sam električni tok nima vpliva na baklo, razen na

možnost nadziranja.

Bakla ne predstavlja velike nevarnosti, saj naj bi delovala le nekaj ur v letu. Služi le kot varovalo ob prisotnosti prevelikih količin plina. Problem, ki se bi lahko pojavil, bi bil v času njenega delovanja, če bi odpovedal ventil ali kompresor oz. v primeru porušitve bakle. Druge možnosti za nevarnost so zanemarljive.


18

4.2.8 Zalogovnika 1 in 2

Zalogovnika sta narejena iz armiranega betona, v katerem sta dve mešali in črpalka. V notranjosti se nahaja substrat, ki je prevrel in se skladišči do prevzema. Substrat se polni v cisterne za odvoz s črpalkami. Odvažajo ga na polja. Nad zalogovnikom je tudi separator, kjer je možnost ločevanja za pridobivanje zgoščenega substrata.


pride do potresa? Ob potresu (odvisno od jakosti) lahko pride do manjših razpok in s tem do možnosti iztekanja substrata v podtalnico.

pride do udara strele? Ob udaru strele lahko pride do poškodb na mešalu, črpalki, separatorju.

odpove ventil? Ob odpovedi ventila bi prišlo do razlitja substrata v podtalnico. odpove detektor? Ob odpovedi detektorja za nivo tekočin bi prišlo do izteka substrata v

podtalnico. pride do izpada električnega toka? Ob izpadu električnega toka bi prišlo do zaustavitve

procesa. pride do razlitja substrata? Ob razlitju substrata zaradi različnih razlogov bi bila velika

nevarnost za podtalnico. odpove črpalka? Ob odpovedi črpalke bi bilo moteno obratovanje. odpove mešalo? Ob odpovedi mešala bi bilo moteno obratovanje. so prisotni patogeni mikroorganizmi? Ob prisotnosti patogenih mikroorganizmov bi se

proces ustavil. Če se substrat odvaja na obdelovalne površine, morajo biti pridelki s teh pred uporabo dobro oprani.

Zalogovnik ne predstavlja velike nevarnosti eksplozije, saj ni prisotnega plina. Velik potencial za nevarnost predstavlja substrat, ki bi v primeru težjih poškodb v velikih količinah iztekal v podtalnico, kar bi predstavljalo ekološki problem.

4.2.9 Strojnica

Strojnica se nahaja med fermentorji in je narejena iz kovinske konstrukcije. V njej se nahajajo ventili, črpalka, kompresor, pH meter, sistem za analizo plina in sistem za razžvepljanje.


pride do potresa? Ob potresu (odvisno od jakosti) lahko pride do poškodb na ceveh in s tem do možnosti iztekanja substrata v prostor in nato v podtalnico. Možnost poškodb je tudi na ceveh, v katerih je grelna voda. Grelna voda bi se stekala v podtalnico.

pride do udara strele? Ob udaru strele bi prišlo do poškodb na napravah (ventili, kompresor, črpalka, pH meter, naprava za analizo plina, naprava za razžvepljanje) in s tem do motenega obratovanja.

odpove ventil? Ob odpovedi ventilov je možno te zapirati ročno. Če se ročno zapiranje pokvari, so možnosti napak v procesu.

pride do izpada električnega toka? Ob izpadu električnega toka bi prišlo do zaustavitve procesa.

odpove črpalka? Ob odpovedi črpalke bi bil proces moten, ker bi potekal počasneje. odpove sistem za analizo plina? Ob odpovedi sistema za analizo plina bi prišlo do večje

porabe plina v motorju in do poškodb v cevovodu zaradi prisotnosti vodikovega sulfida in posledične povečane korozije. Ob daljšem trajanju bi prišlo do uhajanja plina v cevovodu in s tem do nevarnosti poškodb na motorju.

odpove sistem za razžveplanje? Ob odpovedi sistema za razžveplanje bi se pojavile poškodbe na cevovodu, ker bi bil prisoten vodikov sulfid, ki je koroziven. Dlje ko sistem ne deluje, večje so možnosti za poškodbe (tudi na motorju) in s tem povezano uhajanje plina.


19

Strojnica predstavlja srce bioplinarne, saj se v njej nahaja glavna črpalka in večina ventilov. Nevarnost predstavljajo poškodbe na cevovodu, ker lahko substrat izteka v podtalnico. Možno nevarnost lahko povzroča nepravilno delovanje naprav in ob tem posledično nastane škoda.

4.3 Modeliranje in rezultati

Glede na indetificirane nevarnosti v poglavju 4.2 smo izbrali nekaj scenarijev za nadaljnjo analizo z metodo modeliranja in ocenjevanja posledic s programom ALOHA. Ker program ne omogoča modeliranja za zmesi plinov, smo za izpuste bioplina predpostavili čisti metan. To predpostavko lahko interpretiramo kot pesimistično varianto modeliranja, saj bi bile v primeru izpusta bioplina posledice predvidoma manjše kot v primeru izpusta čistega metana.

4.3.1 Scenarij 1

V fermentorju 2, kjer se skladišči bioplin, bi zaradi vremenskih vplivov ali obrabe prišlo do poškodbe membrane (raztrganje) in posledično do direktnega izpusta metana. Ta primer je malo verjeten, ampak je v tujini do njega že prišlo.

V programu najprej določimo osnovne podatke:

lokacija Ormož (redko poseljeno), kemikalija metan, vremenski pogoji (hitrost vetra 1 m/s, smer vetra jug, jasno nebo, temperatura ozračja

20 °C, vlažnost 60 %, razred stabilnosti B), definiramo izpust – direktni (volumen 800 m

3, višina izpusta 10 m, premer rezervoarja

24 m, temperatura plina 40 °C, atmosferski tlak). podatki o viru vžiga in terenu (neznan čas vžiga, vir vžiga iskra ali plamen, lahko

prehoden teren).

Rezulatati modeliranja

V eni minuti bi ušlo v ozračje 487 kg metana. Maksimalni masni pretok bi znašal 8,12 kg/s. Možni izidi izpusta so nastanek vnetljivega/eksplozijskega območja, eksplozija parnega oblaka in prisotnost zdravju škodljivih koncentracij. Vplivna območja so zbrana v tabeli 4-1.

Tabela 4-1: Vplivna območja za scenarij 1

Območje Razdalja (m)

Razdalja do koncentracije 17 000 ppm 119

Razdalja do koncentracije 2900 ppm 264

Razdalja do zgornje meje vnetljivosti; 16,5 vol. % 53

Razdalja do spodnje meje vnetljivosti; 4,5 vol. % 102

Razdalja do polovične spodnje meje vnetljivosti; 2,2 vol. % 146

Eksplozija parnega oblaka, nadtlak 0,2 atm 101




20

Slika 4-2 prikazuje območja koncentracij plinskega oblaka, kjer rdeča barva prikazuje območje s koncentracijo nad 17 000 ppm, razdalja znaša 119 m. Oranžna in rumena barva predstavljata območje koncentracij nad 2900 ppm, razdalja znaša 264 m.

Slika 4-2: Območje škodljivih koncentracij v scenariju 1

Na sliki 4-3, ki prikazuje območje vnetljivosti, rdeča barva prikazuje volumski delež metana v zraku nad 16,5 %, razdalja je 53 m. Oranžna barva predstavlja volumski delež nad 4,5 %, razdalja znaša 102 m. Rumena barva predstavlja območje vnetljivosti nad 2,2 %, razdalja znaša 146 m. To razdaljo lahko smatramo kot mejo med varnim in nevarnim območjem. Slika 4-4 prikazuje eksplozijsko območje, kjer rdeča barva predstavlja območje vrednosti nadtlaka nad 0,2 atm, razdalja znaša 101 m. Oranžna barva predstavlja območje nadtlaka nad 0,14 atm, razdalja znaša 103 m. Rumena barva predstavlja območje nadtlaka nad 0,04 atm, razdalja znaša 141 m, kar lahko privzamemo kot mejo za varno območje.


21

Slika 4-3: Območje vnetljivosti v scenariju 1

Slika 4-4: Vplivno območje nadtlaka eksplozije v scenariju 1


22

4.3.2 Scenarij 2

V fermentorju 1, kjer se proizvaja plin, bi zaradi vremenskih vplivov prišlo do poškodbe rezervoarja, kjer bi nastala luknja in posledično s tem do izpusta metana.



20 °C, vlažnost 60 %, razred stabilnosti B), definiramo izpust iz rezervoarja (vertikalni rezervoar, premer 24 m, višina 1 m,

temperatura plina 40 °C, tlak 1,11 atm, tip napake izpust v ozračje, premer luknje 20 cm),

podatki o viru vžiga in terenu (neznan čas vžiga, vir vžiga iskra ali plamen, lahko prehoden teren).

Rezultati modeliranja

V eni minuti bi ušlo v ozračje 33,5 kg metana. Maksimalni masni pretok bi znašal 0,558 kg/s. Rezultati modeliranja za vplivna območja so v tabeli 4-2.











Slika 4-5 prikazuje območje škodljivih koncentracij plinskega oblaka, kjer rdeča barva ponazarja radialno razdaljo do 31 m s koncentracijo nad 17 000 ppm, oranžna in rumena barva pa razdaljo 75 m s koncentracijo nad 2900 ppm. Območje med zgornjo mejo vnetljivosti 16 % in spodnjo mejo vnetljivosti 4,5 % je med 17 m in 28 m. Razdalja do polovične vrednosti spodnje meje vnetljivosti 2,2 % znaša 38 m. Slika 4-6 prikazuje vplivno območje eksplozije, kjer rdeča barva ponazarja območje najhujših posledic, ki znaša 26 m. Oranžna barva prikazuje razdaljo 27 m in rumena razdaljo 38 m, ki predstavlja manjše posledice, npr. popokana stekla.


23




24

4.3.3 Scenarij 3

V mešalni jami se ob polnjenju z organskmi surovinami ob stiku s substratom lahko sprošča vodikov sulfid, ki uhaja v ozračje.


lokacija Ormož (redko poseljeno), kemikalija vodikov sulfid, vremenski pogoji (hitrost vetra 1 m/s, smer vetra jug, jasno nebo, temperatura ozračja

20 °C, vlažnost 60 %, razred stabilnosti F), definiramo izpust – direktni (pretok 0,01 m

3/min, neprekinjeno 5 min, višina izpusta

0 m, temperatura plina 20 °C, tlak atmosferski). podatki o viru vžiga in terena (neznan čas vžiga, vir vžiga iskra ali plamen, lahko

prehoden teren).

Rezulatati modeliranja

Rezultati modeliranja so zbrani v tabeli 4-3. V eni minuti bi ušlo v ozračje 69,5 g vodikovega sulfida. Maksimalni masni pretok bi znašal 13,9 g/min.



Razdalja do koncentracije ERPG-3 100 ppm 31

Razdalja do koncentracije ERPG-2 30 ppm 54

Razdalja do koncentracije ERPG-1 0,1 ppm 991

Razdalja do spodnje meje vnetljivosti; 4,3 vol. % < 10


Eksplozija parnega oblaka, nadtlak 0,2 atm < 10

Eksplozija parnega oblaka, nadtlak 0,14 atm < 10


Slika 4-7 prikazuje koncentracije plinskega oblaka, kjer rdeča barva prikazuje območje koncentracij nad 100 ppm, razdalja znaša 31 m. Oranžna barva predstavlja območje koncentracij nad 30 ppm, razdalja znaša 54 m. Rumena barva predstavlja območje koncentracij nad 0,1 ppm, razdalja znaša 991 m.

Območje, kjer bi volumski delež vodikovega sulfida v zraku presegal zgornjo mejo vnetljivosti 45,5 %, ni doseženo. Za območje volumskega deleža vodikovega sulfida nad spodnjo mejo vnetljivosti 4,3 % razdalja znaša manj kot 10 m. Za območje volumskega deleža vodikovega sulfida nad 2,2 % razdalja znaša 11 m. Slika 4-8 prikazuje eksplozijsko območje, kjer rdeča barva ponazarja razdaljo za najbolj ogroženo območje, ki znaša manj kot 10 m. Oranžna barva prikazuje razdaljo manj kot 10 m in rumena razdaljo 13 m.


25




26

4.3.4 Scenarij 4

Transport plina poteka v cevovodu, ki je pod in nad zemljo. Pred vstopom v plinski motor poteka cevovod nad zemljo, kjer lahko pride do mehanskih poškodb zaradi npr. trčenja avtomobila v cev.



20 °C, vlažnost 60 %, razred stabilnosti F), definiramo izpust – cevovod (plin se ne vname in goreči curek, premer cevi 15 cm,

dolžina cevovoda 50 m, temperatura plina 40 °C, tlak 2 atm), podatki o viru vžiga in terenu (neznan čas vžiga, vir vžiga iskra ali plamen, lahko

prehoden teren).

Rezultati modeliranja

Rezultati modeliranja so zbrani v tabeli 4-4. V eni minuti bi ušlo v ozračje 566 g metana. Maksimalni masni pretok bi znašal 9,43 g/s. Ob prisotnosti vira vžiga bi se pojavil goreč curek s hitrostjo gorenja 3,04 kg/s, gorenje bi trajalo 20 s, plamen bi imel dolžino 11 m.











Toplotno sevanje; 37,5 kW/m2 <10

Toplotno sevanje; 12,5 kW/m2 <10

Toplotno sevanje; 4 kW/m2 <10

Območje vnetljivosti, kjer bi bil volumski delež metana v zraku nad 16,5 %, ima polmer 12 m. Območje, kjer bi volumski delež metana znašal nad 4,5 %, je polmera 22 m. Razdalja, kjer volumski delež metana znaša nad 2,2 %, je 32 m.


27

Slika 4-9 prikazuje območja strupenosti plinskega oblaka, kjer rdeča barva ponazarja radialno razdaljo 26 m za območje s koncentracijo nad 17 000 ppm, oranžna in rumena barva pa razdaljo 62 m s koncentracijo nad 2900 ppm.


Slika 4-10 prikazuje eksplozijsko območje, kjer rdeča barva ponazarja razdaljo, ki znaša 20 m. Oranžna barva prikazuje razdaljo 21 m in rumena razdaljo 22 m.

Slika 4-11 prikazuje vplivna območja toplotnega sevanja zaradi gorečega curka, kjer rdeča barva prikazuje območje gostote toplotnega toka nad 37,5 kW/m

2, razdalja znaša 10 m.

Območje, kjer je gostota toplotnega toka nad 12,5 kW/m2 oz. 4 kW/m

2, sega prav tako do

razdalje 10 m.


28


Slika 4-11: Območje toplotnega sevanja gorečega curka v scenariju 4


29

4.3.5 Scenarij 5

Prostor, kjer se nahaja plinski motor z elektromotorjem, je zaprt. Predpostavili smo, da bi iz plinskega motorja uhajalo 10 % plina in da detektor za zaznavanje plina ne deluje. Za čas uhajanja plina smo izbrali 2 h, saj delavci izvajajo obhode na približno 2 h. Temperatura zraka je 20 °C, volumski delež kisika znaša 21 %, dušika 79 %. Plin metan ima temperaturo 40 °C in bi se ga v času dveh ur v prostoru nakopičilo 60 m

3. Izračunali smo koncentracijo

metana in posledično zmanjšano koncentracijo kisika v prostoru, ki ima volumen 500 m3.

Do rezultatov smo prišli z uporabo plinskih zakonov.

Najprej izračunamo parcialni tlak in množino kisika in dušika v prostoru pred izhajanjem metana:

Pa10210Pa10210 55zO2O2 ,,p xp (1)

mol4310K293K)J/(mol3148

m500N/m10210 325O2

O2

,

,

TR

Vpn (2)

Pa1079,0Pa1079,0 55zN2 N2 pxp (3)

mol21516K293K)J/(mol314,8

m500N/m1079,0 325N2

N2

TR

Vpn (4)

kjer je:

p parcialni tlak posameznega plina v zmesi, Pa

pz zunanji (atmosferski) tlak, Pa

x množinski oz. volumski delež plina

n množina, mol

Nato izračunamo množino izteklega metana:

mol2605K313K)J/(mol314,8

m60N/m1013,1 325CH4

CH4

TR

Vpn (5)

Skupna množina plinov v prostoru znaša:

mol13023CH4N2O2 nnnn (6)

Množinske oz. volumske deleže plinov izračunamo ob predpostavki idealnega mešanja:

%6,18186,0mol13023

mol4310O2O2

n

nx (7)

%1,70701,0mol13023

mol21516N2N2

n

nx (8)


30

%3,11113,0mol13023

mol2605CH4CH4

n

nx (9)

Rezultati so pokazali, da bi se v prostoru ob iztekanju metana delež kisika zmanjšal na 18,6 %, delež metana bi znašal 11,3 %.

4.4 Diskusija rezultatov

V Sloveniji je relativno malo bioplinarn in do danes večjih nesreč ni bilo. Pri pregledu tuje literature smo ugotovili, da se nesreče dogajajo, da pa so pri tem pogosto predstavljene samo posledice brez analize vzrokov.

V diplomskem delu smo obravnavali Bioplinarno Šijanec iz Ormoža. Obrat bioplinarne je skoraj nov, saj obratuje le dve leti. V tem času večjih problemov in nezgod ni bilo. Omenimo lahko le manjše razpoke v betonu skladišča in tehnične okvare, kot so okvare črpalk, plinskega motorja, mešala v fermentorju 2 in vdor vode v plinsko cev. Nobena okvara ni imela posledic za okolje in ni predstavljala požarno/eksplozijske nevarnosti.

Cilj diplomske naloge je bil, ugotoviti možne nevarne dogodke v bioplinarni in oceniti njihove posledice. V prvem koraku smo z metodo »kaj če« ugotavljali možne nevarnosti v posameznih fazah procesa:

V skladišču silaže nismo odkrili nevarnosti. Vhod surovin in mešanje substratov poteka v odprti mešalni jami. Predvideli smo, da bi

se pri tem lahko sproščal vodikov sulfid, ki bi lahko povzročil zastrupitev. Potencialno nevarnost predstavljajo tudi zaposleni, ki s kajenjem kršijo varnostna pravila in s tem večajo možnost eksplozije.

Fermentor 1 je izdelan zelo kakovostno in lahko možnost nesreče predvidimo le v primeru večjih naravnih katastrof, ki pa so malo verjetne.

V fermentorjih 2 in 4 predstavlja potencialno nevarnost membrana za zadrževanje plina, saj je nenehno izpostavljena vremenskim vplivom, kar lahko privede do razpok in s tem uhajanja plina ter posledično do eksplozije.

Pri transportu plina bi lahko prišlo do gorečega curka v primeru mehanske poškodbe cevi.

V prostoru, kjer se nahaja plinski motor z agregatom, lahko pride do uhajanja plina in s tem do zastrupitve zaposlenih in eksplozije plina.

Strojnica sama ne predstavlja nevarnosti, vendar pa okvara na sistemu za analizo plina skozi daljši čas lahko povzroči poškodbe cevovoda in plinskega motorja.

V drugem koraku smo predvideli in definirali pet scenarijev različnih izpustov in jih zmodelirali s programom ALOHA, ki je izračunal območje škodljivih koncentracij plinskega oblaka, območje vnetljivosti in območje nadtlaka pri eksploziji.

Prvi scenarij predstavlja pesimistični scenarij nenadnega izpusta metana iz fermentorja zaradi poškodbe membrane, pri čemer se pojavi nevarnost požara ali eksplozije. Območje koncentracij nad zgornjo mejo vnetljivosti bi segalo do radialne razdalje 53 m, nad spodnjo mejo vnetljivosti do razdalje 102 m in nad polovično vrednostjo spodnje meje do 146 m. V primeru eksplozije bi v območju do 101 m prišlo do učinka rušenja jeklenih konstrukcij. Na razdalji 103 m bi prišlo do delnega rušenja zidov. Razdalja 141 m bi predstavljala varno razdaljo, kjer so pričakovane le manjše poškodbe.

Scenarij 2 predvideva izpust metana v manjšem obsegu kot v prvem scenariju, saj bi metan iztekal skozi luknjo v steni rezervoarja. Območje vnetljivih koncentracij bi segalo do radialne razdalje 38 m. Pri eksploziji bi prišlo do celotne ali delne porušitve objektov na


31

razdalji do 28 m. Razdalja 38 m bi predstavljala varno razdaljo, kjer so možne le manjše poškodbe.

Scenarij 3 predvideva sproščanje vodikovega sulfida iz mešalne jame. V eni minuti bi se v ozračje sprostilo 69,5 g vodikovega sulfida. Osebe, oddaljene 31 m ali več od točke izpusta, ob enourni izpostavljenosti ne bi bile življenjsko ogrožene. Osebe, oddaljene 54 m ali več, ob izpostavljenosti do ene ure ne bi občutile nepopravljivih posledic za zdravje. Osebe, oddaljene 991 m ali več, bi zaznale le vonj ali občutile blage in prehodne zdravstvene težave. Zgornja meja vnetljivosti vodikovega sulfida ne bi bila dosežena. Koncentracije, višje od spodnje meje, bi segale do radialne razdalje manj kot 10 m. Polovična vrednost spodnje meje bi bila na razdalji 11 m. Pri eksploziji bi v območju, manjšem od 10 m, prišlo do rušilnega učinka jeklenih konstrukcij in sten. Razdalja 13 m bi predstavljala varno razdaljo, kjer so možne le manjše poškodbe.

Scenarij 4 predvideva izpust metana iz cevovoda. V eni minuti bi se v ozračje sprostilo 566 g metana. Območje koncentracij nad zgornjo mejo vnetljivosti bi segalo do radialne razdalje 12 m, nad spodnjo mejo vnetljivosti do razdalje 22 m in nad polovično vrednostjo spodnje meje do 32 m. Pojav gorečega curka, ki bi ga povzročila poškodba cevovoda, bi trajal 20 s in dosegel dolžino 11 m. Pri tem bi nevarno toplotno sevanje zajelo območje 10 m, pri čemer bi prišlo do poškodb procesnih naprav, taljenja plastičnih materialov in opeklin prisotnih nezaščitenih oseb.

Scenarij 5 predstavlja uhajanje metana v zaprtem prostoru, kjer je nameščen plinski motor. V primeru dveurnega uhajanja plina bi se v prostoru ustvarila zmes s koncentracijo, ki bi predstavljala nevarnost zadušitve za zaposlene, ki bi nezaščiteni vstopili v prostor, saj bi se delež kisika zmanjšal z 21 vol. % na 18,6 vol. %. Uhajanje metana bi povzročilo nastanek eksplozivnega območja, zato bi ob prisotnem viru vžiga lahko prišlo do požara oz. eksplozije, saj izračunani delež metana znaša 11,3 vol. % in presega spodnjo mejo vnetljivosti.

Izbrani scenariji so bili definirani ob dejanskem spremljanju in opazovanju procesa proizvodnje bioplina v Bioplinarni Šijanec. Ker so nastali na osnovi številnih lastnih predvidevanj in predpostavk, jih je možno interpretirati izključno glede na okoliščine, ki so predstavljene v diplomskem delu. Posledice scenarijev so bile ocenjene s programom ALOHA. Iz njih je možno ugotoviti, da bi ob potencialni nesreči posledice občutili zaposleni in sam objekt bioplinarne, medtem ko bi ljudje, ki živijo v bližnji okolici le-te, nesrečo sicer zaznali, ne bi pa občutili resnejših posledic.


32

5 Zaključek

V diplomskem delu smo predstavili Bioplinarno Šijanec, opisali njeno delovanje in preučili proces proizvodnje bioplina z varnostnega vidika. Na osnovi opazovanja smo predvideli in definirali pet scenarijev, ki smo jih simulirali s programom ALOHA. Dobljeni rezultati veljajo in se nanašajo izključno na simulirane pogoje. Iz njih je moč ugotoviti, da bi bile posledice predvidenih nesreč najhujše za sam objekt bioplinarne in zaposlene. Največje vplivno območje požara ali eksplozije je pričakovati v primeru najtežjega predvidenega dogodka, to je nenadnega izpusta bioplina iz fermentorja. To območje bi segalo do radialne razdalje okoli 150 m od izpusta. Do takšnega scenarija bi prišlo zaradi ekstremnih vzrokov, npr. potresa, sabotaže ali ekstremne vremenske situacije, zato je njegova verjetnost izjemno nizka in tveganje majhno. Ostali scenariji imajo manjša vplivna območja. Prebivalci iz bližnje okolice so dovolj oddaljeni, da večjih posledic ne bi občutili. Zaznali bi le vonj ob morebitnem uhajanju vodikovega sulfida v ozračje, vendar ne bi imeli resnejših zdravstvenih posledic.

Diplomsko delo predstavlja enostavno, preliminarno analizo posledic nesreč v bioplinarni, ki je bila izvedena z računalniškim programom ALOHA. Za zanesljivejše napovedi bi bilo potrebno uporabiti zmogljivejše programe, kot je npr. Phast

14, vendar tovrstni programi

niso prosto dostopni. Prav tako bi bilo potrebno za celovito oceno tveganja oceniti verjetnost predvidenih dogodkov z uporabo modelirnih pristopov, kot so drevo odpovedi, drevo dogodkov ipd.


33

6 Literatura

1. Al Seadi T., Rutz D., Prassl H., Köttner M., Finsterwalder T., Volk S., Janssen R.,

Grmek M., Vertin K., Blaznik I., Jereb J., Domjan S. Priročnik o bioplinu. Ljubljana:

Agencija za prestrukturiranje energetike, d.o.o., 2010.

2. Deublein D., Steinhauser A. Biogas from Waste and Renewable Resources. Weinheim:

WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 2008.

3. Jakob A., Jakob D. Bioplinarna – požarno eksplozijsko nevarna snov – bioplin. Požar.

12 (4), 1318-7651, 2006.

4. WIP Renewable Energies (WIP-Nemčija), Centre for Renewable Energy Sources and

Savings (CRES-Grčija), Ali ste vedeli, da bioplin ...?, Razvojna agencija Sinergija

Slovenija, 2012. http://www.biogasin.org/files/pdf/WP2/D.2.7.8_RAS_SLO.pdf

(dostopno 20.8.2013).

5. Strelec V. Plinarski priručnik. Zagreb: Energetika marketing, 2001.

6. Molnarne M., Schröder V., Chemical Safety Database. 2008.

https://aiche.confex.com/aiche/s08/techprogram/P117628.HTM (dostopno 23.08.2013).

7. Advenced Technologies and Laboratories Internacional, Protective Action Criteria

(PAC). 2012. http://www.atlintl.com/DOE/teels/teel/Table2.pdf (dostopno 01.09.2013).

8. Salvi O., Delsinne S., Biogas – A European Perspective on Safety and Regulation.

2011

http://webcache.googleusercontent.com/search?q=cache:CaBg8wql7W8J:www.atlantis

-press.com/php/download_paper.php%3Fid%3D2342+&cd=2&hl=sl&ct=clnk&gl=si

(dostopno 01.09.2013).

9. Fanelli J., The Oregonian, Methane fueled explosion at Aumsville dairy farm causes

fire. 2012. http://www.oregonlive.com/pacific-northwest-news/index.ssf/ 2012/07/

methane_fueled_explosion_at_au.html (dostopno 02.09.2013).

10. United States Department of Labor, Hazard Analysis Methodologies. 2002.

https://www.osha.gov/SLTC/etools/safetyhealth/mod4_tools_methodologies.html

(dostopno 01.09.2013).

11. Novak Pintarič Z. Varnost kemijskih procesov: zbrano gradivo. Maribor: Univerza v

Mariboru, Fakulteta za kemijo in kemijsko tehnologijo, 2008/09.

12. Emergency Management Issues Special Interest. Chemical PACs/TEELs. 2012.

http://orise.orau.gov/emi/scapa/chem-pacs-teels/ (dostopno 03.09.2013).

13. U. S. Environmental Agency, Emergency Managment – What is the Cameo software

suite. 2013. http://www.epa.gov/osweroe1/content/cameo/what.htm (dostopno

01.09.2013).

14. Det Norske Veritas, DNV, 2006, PHAST, Version 6.5, Computer Program.

http://www.biogasin.org/files/pdf/WP2/D.2.7.8_RAS_SLO.pdf

https://aiche.confex.com/aiche/s08/techprogram/P117628.HTM

http://www.atlintl.com/DOE/teels/teel/Table2.pdf

http://webcache.googleusercontent.com/search?q=cache:CaBg8wql7W8J:www.atlantis-press.com/php/download_paper.php%3Fid%3D2342+&cd=2&hl=sl&ct=clnk&gl=si

http://webcache.googleusercontent.com/search?q=cache:CaBg8wql7W8J:www.atlantis-press.com/php/download_paper.php%3Fid%3D2342+&cd=2&hl=sl&ct=clnk&gl=si

http://www.oregonlive.com/pacific-northwest-news/index.ssf/%202012/07/%20methane_fueled_explosion_at_au.html

http://www.oregonlive.com/pacific-northwest-news/index.ssf/%202012/07/%20methane_fueled_explosion_at_au.html

https://www.osha.gov/SLTC/etools/safetyhealth/mod4_tools_methodologies.html

http://orise.orau.gov/emi/scapa/chem-pacs-teels/

http://www.epa.gov/osweroe1/content/cameo/what.htm


34

Robert Travnikar

Varnost procesov pri proizvodnji bioplina

Diplomsko delo


Documents

Diplomsko delo - COnnecting REpositorieszaradi eksplozije metana. Ljudje, ki živijo v okolici, niso življensko ogroženi, možne bi bile Ljudje, ki živijo v okolici, niso življensko