This project is funded by the European Union Projekat finansira Evropska Unija

This Project is funded by the European Union

Project implemented by Human Dynamics Consortium

This project is funded by the European Union

Projekat finansira Evropska Unija


Projekat realizuje Human Dynamics Konzorcijum

ANALIZA SCENARIJA UDESA I NJIHOVIH POSLEDICA

Dr Antony Thanosinženjer [email protected]



• Okvir analize rizika

Identifikacija opasnostiIdentifikacija opasnosti Analiza posledicaAnaliza posledica

Prihvaćen rizik

NE

Mere smanjenja rizika

KRAJ

Scenarija udesaScenarija udesa

Verovatnoća udesaVerovatnoća udesa

Procena rizikaProcena rizikaDA



• Identifikacija opasnosti obično određuje očekivano oslobađanje, ne i krajnji efekat udesa (“top event”)

• Tipična scenarija oslobađanja prema tipu opreme koja je otkazala: Cevi

oTežak kvar (Pucanje cevi u punom prečniku–FBR- ili potpuno odvajanje)

oDelimični kvar (prečnik otvora jednak prečniku jednog dela cevi npr. 20%)



• Tipična scenarija oslobađanja prema tipu opreme koja je otkazala (nast.) : Oprema pod pritiskom (procesni

sudovi, rezervoar, cisterna)

oTežak kvar: “momentalno” pucanje (potpuno oslobađanje sadržine za kratko vreme npr. 3-5 min)

oMehanički kvar: ekvivalentni otvor do npr. 50 mm

oNeznatno curenje (npr. korozija), manji otvor sa ekvivalentnim prečnikom od npr. 20 mm)



• Tipična scenarija oslobađanja prema tipu opreme koja je otkazala (nast.) : Oprema pod pritiskom i prateća

oprema

oOslobađanje iz PSVa

oOštećenje cevi za povezivanje (kao za navedene cevi)

Pumpe/ kompresori

oOslobađanje iz PSVa

oCurenje iz zaptivke (ekvivalentni mali otvor prečnika, na pr. 20 mm)



• Tipična scenarija oslobađanja prema tipu opreme koja je otkazala (nast.): Atmosferski rezervoari za tečno

gorivo

oPaljenje u rezervoaru sa pokretnim krovom (požar u rezervoaru)

oPaljenje u rezervoaru sa fiksnim krovom (požar u rezervoaru)

oKvar na rezervoaru uz ispuštanjeu tankvanu i požar u tankvani kao posledica (požar u tankvani)



• Scenarija najgoreg mogućeg slučaja Mada je verovatnoća mala, od

ključnog su značaja za planiranje upotrebe zemljišta i planiranje zaštite od udesa

Potrebno je izraditi najgori mogući scenario za različite delove postrojenja (prema tipu aktivnosti):

oSvaka proizvodna jedinica

oRezervoar-farma

oPokretne jedinice (ranžirne stanice-drumske/železničke, luke)



• Najgori mogući scenario (nastavak) Najgori mogući scenario u

različitim delovima postrojenja:

oTežak kvar na opremi (procesni sudovi, rezervoar, cisterna) sa zalihama u maksimalnom kapacitetu

oTežak kvar na cevi: Potpuno pucanje cevi (FBR)/Potpuno odvajanje), naročito za postrojenja za manipulaciju (ulazne/izlazne cevovode, creva / grane za pretakanje)



• Najgori mogući scenario (nast.) Najgori mogući scenario u

različitim delovima postrojenja :

oZa rezervoare za tečno gorivo, požar u:

Rezervoarima najvećeg prečnika

Tankvanama sa najvećim ekvivalentnim prečnikom



• Najgori mogući scenario (nast.) Prilikom razvoja

scenarija/oslobađanja najgoreg mogućeg slučaja, uzimaju se u obzir sledeći faktori:

oRazličiti uslovi rada postrojenja (P/T/faza) npr. :

Za cevovod tečnog gasa, najgori slučaj se obično očekuje usled kvara na cevi u tečnoj fazi

Za tečni naftni gas, najgori slučaj se obično očekuje od čistog propana u odnosu na butan (usled višeg pritiska)



• Najgori mogući scenario (nast.) Kriterijumi odabira scenarija

najgoreg mogućeg slučaja (nast.):

oRazličiti uslovi rada postrojenja (P/T/faza) npr. (nast.) :

Manji rezervoar amonijaka pod pritiskom može da izazove dalekosežnije posledice nego veći rezervoar rashlađenog amonijaka



• Najgori mogući scenario (nast.) Prilikom razvoja

scenarija/oslobađanja najgoreg mogućeg slučaja, uzimaju se u obzir sledeći faktori :

oRazličite materije, npr. manji rezervoar vrlo toksične materije može da izazove dalekosežnije posledice nego veći rezervoar toksične materije

oBlizina granica lokacije, posebno ako su ugroženi objekti blizu



• Najgori mogući scenario (nast.) Scenarija najgoreg mogućeg slučaja:

Samo jedan kvar se može desiti u određeno vreme

oNema istovremene pojave efekata udesa, npr. BLEVE zahvati samo jedan rezervoar na farmi rezervoara za TNG u određenom trenutku

oNema duplog ispuštanja sadržaja, npr. u rezervoarima sa rashladnim fluidom i sa sekundarnom tankvanom, računa se samo ispuštanje iz primarne tankvane, ako nema nekih posebnih razloga



• Modeli stopa ispuštanja tečnosti i gasova iz posuda Ispuštanje tečnosti (Bernulijeva jednačina) Oslobađanje gasova (adijabatska ekspanzija u

otvoru) Oslobađanje tečnih gasova:

oFaza oslobađanja gasa, kao za uobičajene gasove

oFaza oslobađanja tečnosti, specijalni dvofazni modeli oslobađanja materija koji treba da se koriste, uzimajući u obzir ravnotežu (ili ne) u trenutku oslobađanja

Isparavanje iz bara: složeni modeli, uzimajući u obzir: tip podloge, svojstva supstance, atmosferske uslove itd.

Φωτιά λίμνης LNG



• Identifikacija opasnosti obično određuje očekivano oslobađanje a ne “top event” (krajnji udes) Primer: Ispuštanje TNG-a (gasna

faza) iz rezervoara identifikovanog u HAZOP analizi. Mogu da se razviju različiti tipovi “top event” događaja (plamen u mlazu, intenzivni plamen, eksplozija oblaka pare)

• Analiza posledice zahteva preciziranje “top event” događaja

• Nedostatak se nadomešćuje tehnikama kao što je “Razvoj događaja” (dijagram toka događaja)



• Razvoj događaj (“dijagram toka događaja”) Identifikovan logički razvoj

početnog oslobađanja, kao i njegov ishod (“top event”)

“Top event” događaji identifikovani po početnom oslobađanju (npr. mlazni plamen posle otkazivanja cevi usled korozije).

Tehnika u graničnom delu identifikacije opasnosti, analiza posledica



• Razvoj događaj (“dijgram toka događaja”) (nast.) Primer: Faza oslobađanja gasa iz

rezervoara za TNGFAZA PALJENJE OGRANIČENJE “TOP EVENT”

DIREKTANPLAMEN U MLAZU

GAS ODLOŽEN BEZ OGRANIČENJA

INTENZIVNI PLAMEN

OGRANIČENJE EKSPLOZIJA OBLAKA PARE

BEZ PALJENJA

BEZBEDNO PROSTIRANJE



• Analiza posledica

Scenarija oslobađanjaScenarija oslobađanja Tip udesaTip udesaDogađajrazvoj (stablo)

Kvantifikacija oslobađanja

Kvantifikacija oslobađanja

Opasnost

Identifikacija

Modeli oslobađanja

Rezultati poslediceRezultati posledice

Domino efekatDomino efekatOgraničenja analize posledice

Modeli prostiranja

Požar, Modeli eksplozije



• Glavne kategorije “top event” događaja

Toxicdispersion

Toxicdispersion

EksplozijaEksplozija

FireFire

Oslobađanje opasne materije

Početni događaj “Top event”

Toxic effectsToxic effects

NadpritisakNadpritisak

ThermalRadiationThermal

Radiation

Posledice

FireFire ThermalRadiationThermal

Radiation

Prostiranje toksičnih materija

Prostiranje toksičnih materija

Toksični efektiToksični efekti

PožarPožar ToplotnaradijacijaToplotnaradijacija



• Požar Faza paljenja zapaljivih tečnosti

Požar na rezervoaru sa tečnim gorivom

Glavna posledicaToplotna radijacijaGlavna posledica

Toplotna radijacija



• Karakteristike požara u zapaljenoj lokvi Ograničen (rezervoar za tečno

gorivo/požar u tankvani) / Neograničen (Otkaz rezervoara za tečni naftni gas –bez tankvane)

Dimenzije požara u zapaljenoj lokvi (prečnik, dubina)

Visina požara, nagib na jednu stranu

Srednja do niske emisione snage (termički izlaz, do 60 kW/m2)

Dugotrajan (od sati do dana) Stopa sagorevanjaΦωτιά λίμνης LNG



• Modeli požara Stopa sagorevanja po površini lokve

zasniva se na empirijskim proračunima (Burges, Mudan itd.)

Dimenzija plamena iz empirijskih proračuna (Thomas, Pritchard itd.)

Modeli radijacije:

oTačka izvoraOblik plamena se ne uzima u obzirSmatra se da se deo energije iz

sagorevanja prenosi u „središte lokve“




• Modeli požara Postojan plamen, radijacija koja se

emituje preko plamena, površina, proračun zasnovan na: obliku plamena, daljini (Faktoru pregleda), emisionim kapacitetima


Prečniklokve

Visina plamena

Dubina lokve



• Vatrena lopta, BLEVE (Eksplozija pare nastale usled ključanja tečnosti)

Brzo oslobađanje i paljenje zapaljivih materija pod pritiskom na temperaturi višoj od normalne tačke ključanja


TNG BLEVE (Crescent City)

Glavna posledicaTermička radijacijaGlavna posledica

Termička radijacija

Sekundarne posledice: oFragmenti (krhotine)oNadpritisak



• Karakteristike i modeli BLEVE Radijus vatrene lopte Trajanje (do otprilike 30 sekundi,

čak za veoma velike rezervoare) Veoma visoka emisiona snaga

(reda veličine 200-350 kW/m2 Radijus i trajanje su u vezi sa

sadržajem rezervoara




• Karakteristike i modeli BLEVE (nast.) Model radijacije u postojanom

plamenu, radijacija emitovana preko površine vatrene lopte, proračun zasnovan na: obliku lopte u dodiru sa zemljištem, daljini (vidite faktor), emisionoj moći vatrene lopte


Razvoj BLEVE



• Plameni mlaz Paljenje gasa ili dvofazno

ispuštanje materija iz opreme pod pritiskom


Testiranje propanskog plamenog mlaza

Glavna posledicaToplotna radijacijaGlavna posledica

Toplotna radijacija



• Plameni mlaz, karakteristike i modeli Oblik membrane, dimenzije iz

empirijskih proračuna Dugotrajan (minuti do sati, zavisi od

izolacije izvora) Veoma visoka emisiona snaga (reda

veličine od 200 kW/m2) Stopu sagorevanja određuje brzina

oslobađanja Model postojanog plamena, zračenje

koje se emituje na površini plamena, proračun zasnovan na: obliku (cilindar), daljini (faktor vidljivosti), emisionoj snaziΦωτιά λίμνης LNG



• Rasejavanje parnog oblaka (gas) Neutralno prostiranje (kao iz

dimnjaka) Disperzija teškog gasa, npr.

ispuštanje gasa koji je pod pritiskom doveden u tečno stanje, kao što je lučaj TNG-a. Parni oblak se dugo zadržava iznad zemlje


Oblak od propanaPonašanje teškog gasa



• Rasejavanje parnog oblaka (gas) (nast.) Stepen: dimenzije, niz vetar/bočni

vetar do određenih krajnih tačaka (koncentracija)

Krajnje tačke:

oZapaljive materije: LFL, ½ LFL

Smrtni slučajevi očekivani unutar ograničenja oblaka gde je paljenje moguće (Flash fire) zbog toplotnog zračenja i paljenja tkanine

oToksične materije: nekoliko krajnjih tačaka toksičnosti (na pr. IDLH, LC50)Φωτιά λίμνης LNG



• Rasejavanje parnog oblaka (gas) (nast.) Važni parametri:

oUslovi oslobađanja: svojstva materija, protok, prečnik otvora, pritisak, temperatura, visina tačke oslobađanja, pravac oslobađanja (naviše –PSV, horizontalni)

oMeteorološki uslovi: atmosferska klasa stabilnosti (A-F), brzina vetra, temperatura, vlažnost

oTip područja: ruralni/industrijski/urbani




• 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




• Eksplozija parnog oblaka (VCE) Odloženo paljenje zapaljivog

parnog oblaka pod delimičnim ograničenjem (prepreke unutar oblaka) stvarajući nadpritisak u frontalnom prostirnju plamena


Glavna posledicaNadpritisak

Glavna posledicaNadpritisak

VCE rezultati (Flixborough)Sekundarne posledice: oFragmenti (na pr. slomljeno staklo)



• Eksplozija parnog oblaka (VCE) Vrlo kratko trajanje (sekunde) Modeli (nekoliko pretpostavki koje se

koriste u svakom modelu)

oTNT ekvivalentnosti : Jednostavan, zasnovan na

eksplozivnim efektimaDeo energije dobien sagorevanjem

pripisuje se razvoju nadpritiskaVisok stepen nesigurnosti u pogledu

vrednosti frakcije i u smislu količine zapajlivih materija koje treba koristiti




• Eksplozija parnog oblaka (VCE) (nast.) Modeli (nast.)

oTNO Multi-energija : Samo deo površine oblaka se

uzima u obzirSložena empirijska pravila za

definisanje dela površine i jačine eksplozije

Nadpritisak se uzima iz Bergovog grafikona koji koristi Sachovo rastojanje




• Eksplozija parnog oblaka (VCE) (nast.) Modeli (nast.)

oBaker-Strehlow-Tang Slični modelu TNO Multi-

energijaTip reaktivnosti gasa se

takođe uzima u obzir zajedno sa gustinom prepreke

Nadpritisak se uzima iz grafikona koji koristi Sachovo rastojanje




• Uticaji Probit funkcije

oOdnos verovatnoće za određeni nivo štete (npr. opekotina 2. stepena, smrt) i vrednost uzroka (npr. toplotna vrednost doze)

P = (Pr), Pr = A + B ln(D), P : verovatnoća

Pr : probit vrednost

: standardna funkcija verovatnoće sa probit vrednosti

A, B : probit konstante za specifičnu štetu

D : vrednost uzroka




• Uticaji (nast.) Toplotno zračenje

oUticaji zavise od fluksa toplotnog zračenja i trajanja izloženosti, na pr.

oTermički izlaz radijacije 37,5 kW/m2 :Oštećenje na opremi posle 20

minuta100% smrtnost za 1 minut1% smrtnost za 10 sekundi




• Uticaj (nast.) Termička radijacija (nast.)

oNajbolja praksa je korišćenje termičke doze:

TDU = Q4/3 t

Q (W/m2), emisiona snaga (termički izlaz radijacije) u plamenu/površina vatrene lopte

t (sek), vreme izlaganja: BLEVE događaj: trajanje BLEVE

Drugi događaji: vreme izbegavanja, obično 0,5-1 minuta




• Uticaj (nast.) Termička radijacija (nast.)

oProbit konstante dostupne u literaturi za više nivoa oštećenja usled termičke radijacije

oKrajnje tačke za termičku radijaciju obično definisane za uticaj (npr. smrtni efekti, trajno oštećenje) na ljude

oUticaji na objekte obično korisni samo za Domino efekte




• Uticaji (nast.) Toksični efekti

oKoncept doze: Doza= Cn t

C, koncentracija

t, vreme izlaganja (od 30-60 minuta)

n, eksponent koji zavisi od materije (dostupan u literaturi, za nekoliko toksičnih materija, obično 1-2)




• Uticaji (nast.) Toksični efekti (nast.)

oProbit konstante dostupne u literaturi za više toksičnih materija

oDefinicije krajnjih tačaka toksičnih materija moraju da uključe vreme izlaganja, npr. LC50 (30 min)

oPodaci o toksičnosti 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




• Uticaji (nast.) Nadpritisak

oUobičajene krajnje tačke definisane na osnovu konstantnih vrednosti za očekivane uticaje na objekte (manja oštećenja, teža oštećenja, itd.)

oUticaji na ljude su prisutniji pri sličnom ili višem nadpritsku nego kada je reč o objektima




• Uticaji (nast.) Životna sredina

oNema široko korišćenih kvantitativnih modela za procenu uticaja na životnu sredinu

oPonekad se primenjuju kvalitativni modeli

oNema jedinstvenog pristupa članica EU u vezi sa ovim pitanjem




• Rizik: Verovatnoća nanošenja štete usled udesa Verovatnoća smrtnosti od groma je

10-7 godišnje (1 osoba na 10.000.000 osoba smrtno strada od udara groma na godišnjem nivou)

• Pojedinačan rizik: Rizik od nastajanja štete usled udesa, na određenoj lokaciji, nezavisno od ugroženih objekata Primer: Rizik od smrtnih posledica

usled termičke radijacije na udaljenosti od 100 m od rezervoara za benzin zahvaćenog požarom je 10-6 godišnje



• Rizik za zajednicu: Odnos između učestalosti i broja

ljudi koji pretrpe štetu usled udesa Procena zabrinutosti od

mogućnosti da više od jednog pojedinca istovremeno pretrpi štetu od udesa



• Posledica/Prihvatanje rizika u EU Pristup koji uzima u obzir

verovatnoću

oGranice se obično postavljaju za pojedinačan rizik

oVelika zavisnost od kvaliteta podataka

oRazlike u podacima iz različitih izvora (na pr. “failure rates” in UK i Holandiji, ili za probit funkciju toksičnih materija)

oObično zahteva veliki broj scenarija

oZa efikasnu implementaciju potreban poseban softver



• Posledica/Prihvatanje rizika u EU (nast.) Deterministički pristup

o Jednostavnije za implementaciju

oBez verovatnoće udesa

oTraži se manji broj scenarija

oKonzervativniji

oUključena scenarija najgoreg mogućeg slučaja

oZone bezbednosti obično postavljene u skladu sa Zonama za planiranje zaštite od udesa



• Posledica/ Prihvatanje rizika u EU (nast.) Hibridni pristup

oPrimena opsega verovatnoće

oRezultati nisu u jakoj vezi sa kvalitetom vrednosti verovatnoće

oKriterijumi prihvatljivosti definisani Matricom rizika

oBliži pristupu korišćenja priručnika



• Posledica/ Prihvatanje rizika u EU (nast.) Nema jedinstvene metodologije u

određivanju vrednosti rizika Nema jedinstvenog pristupa kod

percepcije rizika (samo ugroženi objekti su uzeti u obzir u Holandiji)

Raznovrsnost u graničnim vrednostima za isti pristup

Nema uvek jedinstvenih pristupa za izdavanje integrisanih dozvola, planiranje upotrebe zemljišta i planiranje zaštite od udesa



• Korišćena 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



• Korišćena 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



• Korišćena literatura za scenarije udesa i analizu posledica (nast.)

Taylor J., Risk Analysis for Process Plant, Pipelines and Transport, E&FN 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

Documents

This project is funded by the European Union Projekat finansira Evropska Unija