Prevence havárií

Modelování následku nehody automobilové cisterny s LPG pomocí numerického programu ALOHA

16.01.2008 | ZDROJ: CHEMagazín císlo 6, 2007 | AUTOR: Ríman Radovan, Skrehot Petr, Bortl Radomír

Existuje rada nástroju, kterými lze modelovat následky nezádoucích mimorádných událostí, ale ne kazdý nabízí tak sirokou paletu modulu jako program ALOHA.

KLÍCOVÁ SLOVA: mimorádné situace, nehody, aloha, výbuchy

Predpokládaný scénár havárie

Cisterna prijízdí ze smeru od Fulneku (viz obr. 6 – sipka) a ve zminované pravotocivé zatácce dojde následkem nezvládnutí situace ridicem k prevrácení cisterny na bok (viz obr. – krízek). Na vine muze být napr. neprizpusobení rychlosti vozidla stavu a povaze vozovky, nepríznivé povetrnostní podmínky, oslnení ridice, vbehnutí chodce do vozovky atd.

Pri prevrácení cisterny dojde k porusení jejího pláste a z díry o uvazovaném profilu cca 10 x 4 cm nacházející se v 1/3 výsky pláste cisterny zacne ihned unikat kapalný LPG. Protoze má LPG bod varu pri atmosférickém tlaku mezi –42 az –0,5 °C (podle pomeru jednotlivých slozek smesi propan-butanu), bude se kapalná fáze pri námi uvazované okolní teplote 15 °C ihned odparovat a vytváret oblak.

ALOHA pro tento prípad nabízí tyto relevantní scénáre [2]:

1. Zkapalnený plyn bude z poskozené cisterny unikat, aniz by doslo k jeho iniciaci. Pro tuto látku a tento typ scénáre nabízí ALOHA výpocet trí mozných následku:
   1. vymezení oblasti zasazené toxickými úcinky dané látky,
   2. vymezení oblasti s nebezpecnými koncentracemi LPG z hlediska moznosti výbuchu vzniklého oblaku (v tomto modelu se vychází z horní a dolní meze výbusnosti dané látky) a
   3. vymezení oblasti mozného pusobení pretlakové vlny vzniklé pri opozdené iniciaci a explozi oblaku par (tzv. jev VCE).
2. Zkapalnený plyn bude z poskozené cisterny unikat, ihned bude iniciován a zacne horet – vznikne tzv. Jet Fire. Unikající plyn muze být iniciován ruznými zpusoby [4]:
   1. od horkých cástí havarovaného vozidla (motor, plochy zahráté trením pri nehode),
   2. od ostatních projízdejících vozidel,
   3. od osob nalézajících se v blízkém okolí (napr. od nedopalku cigarety apod.)
3. Dojde k totálnímu roztrzení cisterny a vzniku ohnivé koule (Fire Ball) vlivem jevu BLEVE (Boiling Liquid Expanding Vapour Explosion). Toto muze nastat tehdy, kdyz se pod cisternou vytvorí kaluz kapaliny, která zacne horet. Pro tento prípad ALOHA modeluje úcinky tlakové vlny a tepelné radiace.

Z praxe je známo, ze pro havárie cisteren prevázejících LPG je nejpravdepodobnejsí scénár, kdy je unikající plyn v krátkém case (tj. do 1 minuty) iniciován a zacne horet v podobe tryskového plamene.

Ackoli jsme si nyní vysvetlili mozné varianty uvazované havárie a vybrali tu nejpravdepodobnejsí, presto je pro samotné modelování nutné nejprve zadat typ zdroje. Jelikoz se jedná o autocisternu, je vybrána varianta „Tank“. K tomu, aby mohl být proveden výpocet, je dále treba zadat základní technické údaje, tj. rozmery ci objem nádrze. V námi uvazovaném prípade se jedná o lezatý válcový zásobník o prumeru 2 460 mm a délce 10 510 mm. Program si pomocí techto hodnot sám dopocte objem zásobníku (viz obr. 1).

Následuje urcení skupenství, ve kterém se látka v zásobníku nachází. Na výber máme ze trí mozností: (1) zásobník obsahuje pouze kapalinu, (2) zásobník obsahuje pouze plyn, anebo (3) skupenství není známo.

V nasem prípade víme, ze prepravovaná látka je tlakem zkapalnený plyn mající stejnou teplotu, jako je teplota okolního vzduchu (cisterna není vybavena chladicím zarízením) o celkovém mnozství 22 tun. Po zadání této hodnoty do príslusného dialogového okna, program sám dopocte celkový objem kapalné fáze prítomné v cisterne a kolik procent objemu nádrze zaujímá. Zbytek objemu nádrze pak zaujímají páry.

Teprve nyní je uzivatel vyzván k výberu uvazovaného havarijního scénáre. Pro úcely této studie byla zadána okamzitá iniciace s následným tryskovým pozárem (Jet Fire). Pri oznacení této volby program nabídne výpis potencionálních rizik spojených s tímto scénárem (viz obr. 2 – spodní rámecek) a také prípadná výpoctová omezení.

V dalsím kroku je nutno specifikovat porusení cisterny. Jiz v úvodu jsme predpokládali, ze prevrácením cisterny vznikne ruptura priblizne obdélníkového tvaru o rozmerech 10 x 4 cm a tento otvor se bude nacházet v 1/3 výsky pláste cisterny.

Poté uzivatel zvolí v hlavním menu zálozku „Display“ a dále „Threat zone“. Software nabídne modelování trí úrovní zón ohrození tepelnou radiací (viz obr. 3). Zde muze uzivatel nastavit ruzné prahové hodnoty tepelného zárení v odpovídajících jednotkách. Pokud nemodelujeme speciální prípady vznikající napr. pri slozitých prumyslových haváriích, je vhodné vyuzít navrhovaných prahových hodnot, protoze tyto hodnoty jsou kritické ve vztahu
k poskození lidského zdraví a jsou vseobecne uznávány.

Výsledkem modelování je grafický a textový výstup. V grafickém výstupu jsou zobrazeny jednotlivé zóny ohranicené príslusnou hodnotou tepelného zárení (viz obr. 4). Cervená zóna znázornuje oblast, kde tepelné zárení dosahuje hodnot 10 kW/m2 a více, coz pri pusobení po dobu 60 sekund muze privodit smrt cloveka. V oblasti ohranicené oranzovou barvou dosahuje tepelná radiace 5 az 10 kW/m2, coz pri pusobení po dobu 60 sekund zpusobí na nechránených cástech lidského tela popáleniny 2. stupne. V zóne vybarvené zlutou barvou dosahuje tepelná radiace hodnot 2 az 5 kW/m2, coz pri pusobení po dobu delsí nez 60 sekund muze zpusobovat silnou bolest [2].

Obr. 3 – Kritické hodnoty tepelné radiace

Velikost techto zón je samozrejme závislá také na okolí, resp. na prítomnosti a rozmístení napríklad budov, hustého porostu apod., které mohou tepelný tok výrazne snizovat. Proto je potreba si uvedomit, ze zmínené zobrazení je platné pouze pro volný prostor. Modelujeme-li ve meste, jako v nasem prípade, je proto nezbytné vypoctené údaje nálezite interpretovat a nikoli jen mechanicky prebírat.

Dulezitou informací o mozné délce havárie je znalost doby úniku nebezpecné látky z poskozené cisterny. ALOHA dokáze pocítat rychlost výtoku a výsledek vynést do grafu (viz obrázek 5). V nasem modelovém prípade v prvních cca 4 minutách vytéká LPG rychlostí pres 3 500 kg/min. Jakmile poklesne hladina kapalné fáze na úroven výsky otvoru, dojde ke zpomalení výtoku. Dále pak jiz látka z cisterny uniká pouze ve forme plynu.

 

TISKNOUT | POSLAT MAILEM

 

SEZNAM KAPITOL

• Úvod
• Popis místa havárie
• Zpusob aplikace programu ALOHA
• Predpokládaný scénár havárie
• Textový výstup
• Interpretace získaných výsledku
• Záver
• Literatura