Для определения потенциальных источников разливов нефти и нефтепродуктов в соответствии с требованиями Постановления Правительства РФ № 2451 от 31.12.2020 г., особое внимание уделено максимально возможным разливам нефтепродуктов. Установленные возможные потенциальные источники разливов нефти и нефтепродуктов, являются объектами основной технологической цепи [9, 10].
Особую опасность для персонала нефтебазы могут представлять участки слива нефте¬продуктов из железнодорожных ци¬стерн и их налива в автомобильные цистерны, при этом наибольшие потери в случае аварии (ЧС) могут произойти именно на железнодорожной эстакаде.
Сливной фронт светлых нефтепродуктов (железнодорожная эстакада) как потенциальный источник разлива нефтепродуктов, имеет намного большие размеры, включая индивидуально взятые железнодорожные цистерны, чем автоцистерны, находящиеся на соответствующей площадке налива.
Прогнозирование объемов и площадей разливов нефтепродуктов
В соответствии с утвержденными критериями [9] максимально возможный объем разлившихся нефтепродуктов при эксплуатации железнодорожных цистерн определяется как 50 процентов общего объема цистерны в железнодорожном составе. Эксплуатируемый на нефтебазах сливной фронт в среднем предназначен на 4 вагон – цистерны емкостью по 60 тн. На основании вышеизложенного, максимальная возможность разлива принимается равной 50% состава, т.е. 120 тн. На нефтебазах в основном производственная площадка эстакады слива исполнена из монолитного железобетона и оборудована отбортовкой для предотвращения разлива топлива при аварийной ситуации с отводом топлива в аварийные подземные резервуары высотой 0,2 м: 1 резервуар объемом 80 м3 и 2 резервуара объемом – 60 м3(на примере ПАО «Нефтемаркет»). В связи с вышеизложенным, при аварии с железнодорожными цистернами весь объем разлившихся нефтепродуктов (120 м3) самотеком поступит в резервуары аварийного слива, вследствие чего площадь разлива будет соответствовать огражденной территории эстакады и составляет, как было показано ранее, 180 м2.
Границы зон чрезвычайных ситуаций с учетом результатов оценки риска разливов нефтепродуктов
Для определения вероятности (частоты) возникновения аварий на сливо-наливной ж/д эстакаде используются среднестатистические данные частот отказов (разгерметизации) технологического оборудования (таблица 1).
Таблица 1 – Статистические данные по оценке частоты отказов оборудования на объектах транспортировки нефтепродуктов
Тип отказа оборудования Вероятность откaзa (инцидента) Масштaбы сброса опасных веществ
Разгерметизация (частичное разрушение) ж/д цистерны (в т.ч. разрыв сварных швов и фланцев трубопроводов обвязки) 10-4 в год Объем, вытекший через отверстие диаметром 25 мм за время перекрытия потока
Полное разрушение ж/д цистерны 10-5 в год Содержимое ж/д цистерны
Разрыв соединительных рукавов при сливе/наливе железнодорожных цистерн 10-2 на 1 шланг (рукав) в год Объем сброса, вытекший через сливное отверстие за время перекрытия потока
Таким образом, степень риска возникновения аварий на сливо-наливной ж/д эстакаде составит:
- разгерметизация шланга при сливе нефтепродукта с ж/д цистерны — 15∙10-2 аварий в год;
- полное разрушение ж/д цистерны — 10-5 аварий в год;
- разгерметизация ж/д цистерны — 10-4 аварий в год.
Аварии, связанные с выходом нефтепродукта в окружающую среду, могут развиваться следующим образом:
- если в момент аварийного выброса имеется источник зажигания, происходит мгновенное воспламенение паров продукта и возникновение «огненного шара» или горение факела струи выброса;
- если в момент аварийного выброса отсутствует источник зажигания, происходит образование взрывоопасного облака (в 20% образующееся облако рассеивается), дрейф облака, попадание облака в зону нахождения источника зажигания, взрыв облака.
Вероятность реализации различных сценариев аварии рассчитывают по формуле [13]:
(1)
где Пав – вероятность аварийного выброса (разгерметизация резервуара, трубопровода); Q(Ai)CT – статистическая вероятность развития аварии, определяется по таблице 2.
Результаты расчета вероятностей аварий на ж/д эстакаде нефтебазы представлены в таблице 3.
Таблица 2 – Статистическая вероятность развития аварии
Сценарий аварии Вероятность Сценарий аварии Вероятность
Факел 0,0574 Сгорание с развитием 0,0119
Огненный шар 0,7039 избыточного давления
Горение пролива 0,0287 Без горения 0,0292
Сгорание облака 0,1689 Итого 1
Таблица 3 – Вероятность аварий на ж/д эстакаде нефтебазы
Авария Вероятность возникновения аварии Сценарий развития аварии Вероятность сценария Вероятность
сценария аварии год-1
Полное разрушение цистерны 10-5 С1 - Без горения 0,0292 2,92∙10-7
С2 - Факел 0,0574 5,74∙10-7
СЗ - Огненный шар 0,7039 7,039∙10-6
С4 - Сгорание с развитием избыточного давления 0,0119 1,19 ∙10-7
С5 - Горение пролива 0,0287 2,87 ∙10-7
Разгерметизация цистерны
10-4
С1 - Без горения 0,0292 2,92 ∙10-6
С2 - Факел 0,0574 5,74 ∙10-6
СЗ - Огненный шар 0,7039 7,039 ∙10-5
С4 - Сгорание с развитием избыточного давления 0,0119 1,19 ∙10-6
С5 - Горение пролива 0,0287 2,87 ∙10-6
Разгерметизация шланга при сливе нефтепродукта с ж/д цистерны
15∙10-2
С1 - Без горения 0,0292 4,38 ∙10-3
С2 - Факел 0,0574 8,61 ∙10-3
СЗ - Огненный шар 0,7039 1,056 ∙10-1
С4 - Сгорание с развитием избыточного давления 0,0119 1,785 ∙10-3
С5 - Горение пролива 0,0287 4,31 ∙10-3
Значения параметров опасного фактора пожара, при которых наблюдается тот или иной уровень поражения людей (детерминированные критерия).
В случае использования детерминированных критериев условная вероятность поражения принимается равной 1, если значение критерия превышает предельно-допустимый уровень, и равной 0, если значение критерия не превышает предельно допустимый уровень поражения людей.
Возможные критерии показывают, какова условная вероятность поражения людей при заданном значении ОФП.
Для необходимости определения условной вероятности поражения человека при быстром сгорании паровоздушной смеси в открытом пространстве, находящегося вне здания, волной давления используем пробит - функцию определенного вида. Формулы для пробит - функции для воздействия волны давления на человека, находящегося вне здания, имеют вид [13]:
(2)
(3)
(4)
(5)
где m - масса тела человека, кг;
P - избыточное давление волны давления, Па;
I+ - импульс волны давления, Па·с;
P0 - атмосферное давление, Па.
Для того чтобы определить значение условной вероятности поражения человека, находящегося вне здания, при быстром сгорании паровоздушной смеси в открытом пространстве определяем по таблице П4.2 [13]:
Qв.д. = 0.
Для определения величины эффективного времени экспозиции (t) используем формулу [13]:
, (6)
где t0 – характерное время, за которое человек обнаруживает пожар и принимает решение;
x – расстояние от места расположения человека до безопасной зоны;
u – средняя скорость движения человека к безопасной зоне.
Для того чтобы оценить поражение человека тепловым излучением пожара пролива используем пробит-функцию вида [13]:
, (7)
где t - эффективное время экспозиции, с;
q - интенсивность теплового излучения, кВт/м2.
В данном случае значение условной вероятности поражения человека тепловым излучением пожара пролива будет определяться по следующей таблице П4.2 [13]:
Qп.п. = 1.
Для определения величины эффективного времени экспозиции (t) применяемо формулу:
; (8)
где m - масса горючего вещества, участвующего в образовании огненного шара, кг;
Для того чтобы оценить поражение человека тепловым излучением огненного шара используем пробит-функцию вида [13], подобную записанной выше:
(9)
Также значение условной вероятности поражения человека тепловым излучением огненного шара определяем по таблице П4.2 [13]:
Qо.ш. = 1.
Индивидуальный пожарный риск для работника объекта – частота поражения отдельного человека в результате воздействия исследуемых факторов опасности аварий.
Величину потенциального пожарного риска P(r) в определенной точке (r) на территории объекта при эксплуатации резервуара с нефтью определим по формуле [13]:
, (10)
где Qi – частота реализации в течение года i-го сценария развития пожароопасной ситуации (год-1)
Qdj (r) – условная вероятность поражения человека в определенной точке территории (r) в результате реализации i-го сценария развития пожароопасных ситуаций, отвечающему определенному инициирующему аварию событию.
Р (r) = Q1Qп. п + Q2Qв .д .п .п+ Q3Qо.ш., гoд-1. (11)
Для того чтобы определить вероятность нахождения работника на расстоянии r от центра резервуара (то есть на рабочем месте) применим формулу [13]:
, (12)
где τi– время нахождения работающего в пределах зон поражающих факторов в одну смену, ч;
Т– количество часов в году;
ni – количество рабочих смен в году. Примечание- = 0,5-7 ч, Т = 8760ч и n = 226 смен (1 смена в сутки):
Из следующего выражения можем определить величину индивидуального пожарного риска (Rm) для работника:
Rm = Р(r) , год-1. (13)
В соответствии со ст. 93 [14] нормативные значения индивидуального пожарного риска регламентируются для работника объекта защиты.
Параметры расчетов условной вероятности поражения человека избыточным давлением представлены в таблице 4. Параметры расчетов условной вероятности поражения человека тепловым излучением представлены в таблице 5.
При расчете индивидуального риска учитываем вероятности сгорания с развитием избыточного давления и образованием «огненного шара», вероятности развития аварии в остальных случаях принимаем равным 0.
Индивидуальный риск R, год-1, составит:
Авария: разгерметизация ж/д цистерны
Q10 = 1,19∙10-6∙0,97 + 7,039∙10-5∙1 = 7,154∙10-5
Q50 = 1,19∙10-6∙0,02 + 7,039∙10-5∙0,99 = 7,207∙10-5
Авария: разгерметизация шланга при сливе нефтепродукта
Q20 = 1,785∙10-3∙0,998 + 7,039∙10-5∙1 = 1,851∙10-3
Q50 = 1,785∙10-3∙0,74 + 7,039∙10-5∙0,99 = 1,391∙10-3
При взрыве ТВС возможное число погибших людей N составит:
Разгерметизация шланга для слива нефтепродукта с ж/д цистерны
N = 0,998∙8 = 8.
Разгерметизация ж/д цистерны с перегретым нефтепродуктом
N = 0,495∙8 = 4.
Возможное число погибших людей N при образовании «огненного шара» составит:
Разгерметизация ж/д цистерны
N = 0,99∙8 = 8.
Возможное число погибших людей N при горении разлившихся нефтепродукта составит (разгерметизация шланга для слива нефтепродукта с ж/д цистерны):
N = 0,99∙8 = 8.
Для работников нефтебазы социальный риск для всех сценариев аварий принимаем равным 0. Исключением является сценарий разгерметизации ж/д цистерны, для которого социальный риск составит:
S = 1,19∙10-7 + 7,039∙10-6 = 7,158∙10-6.
Таким образом, социальный риск для работников нефтебазы составит 7,158∙10-6.
Ситуационные модели наиболее опасных чрезвычайных ситуаций и их социально-экономических последствий для персонала, населения и окружающей среды прилегающей территории
На объектах нефтяных баз наиболее вероятными и опасными аварийными ситуациями, связанными с разливами нефтепродуктов, являются:
- разрушение (разгерметизация) резервуара с нефтепродуктом;
- разрушение (разгерметизация) железнодорожного состава на маневровых путях;
- разгерметизация пожарной автоцистерны;
-разгерметизация технологического трубопровода.
Возможными последствиями разлива нефтепродукта на объектах нефтебазы являются:
- при испарении нефтепродукта - выброс в атмосферу загрязняющих веществ с поверхности разлива;
-возгорание разлива нефтепродукта;
- при возгорании разлива ожидается выброс в окружающую среду токсичных продуктов горения нефтепродукта;
-загрязнение территории промышленной площадки нефтяных баз;
-гибель и травмирование персонала нефтебазы, находящегося в зоне поражения при возникновении пожара разлива нефтепродукта;
-повреждение технологического оборудования, зданий и сооружений нефтебазы, находящихся в зоне действия при возникновении пожара разлива нефтепродукта;
-экономические потери, обусловленные нарушением нормальной работы нефтебазы.
В таблице 6 представлены сценарии развития наиболее опасных аварийных ситуаций, разработанные с учетом требований к разработке планов ликвидации аварийных разливов нефтепродуктов – разлив нефтепродукта без возгорания, разлив нефтепродукта с последующим возгоранием.
Таблица 6 – Прогноз развития наиболее опасных аварийных ситуаций
№ п/п Аварийные положения Прогноз развития аварийной ситуации
1 2 3
1 Разрушение резервуара вертикального стального разрушение резервуара разлив нефтепродукта с выходом за пределы обвалования резервуарного парка распространение разлива нефтепродукта по территории промышленной площадки нефтебазы загрязнение территории промышленной площадки нефтебазы, прилегающей территории, а также загрязнение атмосферного воздуха;
разрушение резервуара хранения разлив нефтепродукта с выходом за пределы обвалования резервуарного парка распространение разлива нефтепродукта по территории промышленной площадки нефтебазы возгорание разлива нефтепродукта при наличии источника воспламенения тепловое влияние пожара на персонал, технологическое оборудование, здания и сооружения нефтяных баз, а также загрязнение окружающей среды продуктами горения нефтепродукта.
2 Разгерметизация резервуара вертикального стального в следствии разгерметизации pезервуара растекание и pазлив нефтепpодукта внутри обвалования pезеpвуарного пaрка в конечном итоге получим загpязнение нефтепpодуктом обвaлования резервуарного парка, а также загрязнение атмосферного воздуха;
pазгерметизация резервуара разлив нефтепродукта и его растекание внутри обвaлования резервуарнoгo пaркa вoзгоpание разлива нефтепродукта при наличии истoчника зажигания термическoe вoздействие пожaра на персонaл,
технологическое оборудование, здания и сооружения нефтебазы, а также загрязнение атмосферного воздуха продуктами горения нефтепродукта
3 Разгерметизация резервуара горизонтального стального разгерметизация резервуара разлив нефтепродукта и его растекание по территории промышленной площадки нефтебазы загрязнение территории промышленной площадки нефтебазы, а также загрязнение атмосферного воздуха;
в следствии разгерметизация резервуара произойдет разлив нефтeпрoдукта и eгo paстекание по теppитории пpoмышленной площадки нефтяных баз далее возгoрание рaзлива нефтепродукта при наличии источникa зажигaния термическое воздействие пожаpa нa персонал, технологическое оборудoвание, здaния и сooружения нефтяных баз, а также загрязнение атмосферного воздуха продуктами горения нефтепродукта.
4 Разгерметизация ж/д состава на маневровых путях (с выходом 50 % oбщего oбъема цистеpн в железнодoрожном сoставе) разгерметизация железнодорожного состава разлив нефтепродукта и его растекание по территории промышленной площадки нефтебазы загрязнение территории промышленной площадки нефтебазы, а также загрязнение атмосферного воздуха;
разгерметизация железнодорожного состава pазлив нефтeпрoдукта и его растекание по территории пpомышленной площадки нефтяных баз возгорание разлива нeфтепродукта при наличии источника зажигания термическое воздействие пожара на персонал, технологическое оборудование, здания и сооружения нефтебазы, а также загрязнение атмосферного воздуха пpoдуктами горения нефтепродукта.
5 Pазгерметизация автоцистерны – разгерметизация автоцистерны растекание нефтепродуктов по территории нефтебазы загрязнение oкружающей среды;
– paзгерметизация автоцистерны растекание нефтeпродуктов по теpритории нефтебазы возгорание пролива нефтепродуктов при наличии источника зажигания теpмическое воздействие пожара на окружающую среду, оборудование и пeрсонал.
6 Разгерметизация технологического трубопровода pазгерметизация технологического трубопровода pазлив нефтепродукта и его растекание по территории промышленной площадки нефтебазы загpязнение территории промышленной площадки нефтебазы, а также загрязнение атмосфеpного воздуха;
разгерметизация технологического трубопровода разлив нефтепродукта и его растекание по территории промышленной площадки нефтебазы возгорание разлива нефтепродукта при наличии источника зажигания термическое воздействие пожаpа на персонaл, технологическое оборудование, здaния и сооружения нефтяных баз, а также загрязнение атмосферного воздуха продуктами горения нефтепродукта.
С точки зрения воздействия на персонал и окружающую среду наиболее опасной ЧС на объектах нефтяных баз, будет являться перелив нефтепродуктов с последующим загоранием.
Вывод: Исходя из полученных результатов риска аварий на нефтяных базах, приходим к следующим выводам:
1. Наиболее опасным блоком является железнодорожная эстакада (наиболее высокая вероятность возникновения аварии как по величине, так и по вероятности возникновения события).
2. Наиболее вероятным прогнозом (вероятность 4,31∙10-3 аварий в год) в блоке является прогноз С5. При этом пострадавшими будут в основном персонал нефтебазы, максимальное количество пострадавших 8 человек.
Возможная вероятность причинения вреда персоналу нефтяных баз (коллективный риск) составит: 8∙4,31∙10-3 = 3,4∙10-2 чел./год. Средний индивидуальный риск: 1,621∙10-3.
3. При возникновении аварии с наиболее опасными последствиями (сценарий С3 - перегрев ж/д цистерны, взрыв ТВС и образование «огненного шара») вероятность может составить 7,039∙10-6 аварий в год, на которых в первую очередь пострадавшими будет персонал нефтебазы. В таких случаях смертельное поражение получат работники нефтебазы, на которых вероятное число погибших - 4 человека. Средний индивидуальный риск: 7,181∙10-6. Социальный риск: 7,158∙10-6.
Наибольшее количество травмированных выявится со следующими симптомами: с ожогом первой степени - 6, с ожогом второй степени - 4, с ожогом третей степени - 3 человека.
Коллективный риск составит: ожог первой степени - 600∙7,039∙10-6 = 4,2∙10-3 чел./год; ожог второй степени - 400∙7,039∙10-6 = 2,8∙10-3 чел./год ожог третей степени - 350∙7,039∙10-6 = 2,5∙10-3 чел./год.
