РУКОВОДСТВО ПО БЕЗОПАСНОСТИ

"Методика моделирования распространения аварийных выбросов опасных веществ"

УТВЕРЖДЕНО приказом Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору от 20 апреля 2015 г. N 158

Руководство по безопасности "Методика моделирования распространения аварийных выбросов опасных веществ" разработано в целях содействия соблюдению требований федеральных норм и правил в области промышленной безопасности "Общие правила взрывобезопасности для взрывопожароопасных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств", "Общие требования к обоснованию безопасности опасного производственного объекта" и "Правила безопасности химически опасных производственных объектов".

В разработке Руководства принимали участие Б.А.Красных, Г.М.Селезнев, И.С.Ясинский (Ростехнадзор), А.С.Печеркин, М.В.Лисанов, Д.В.Дегтярев, А.А.Агапов, А.С.Софьин (ЗАО "Научно-технический центр исследований проблем промышленной безопасности"), С.И.Сумской (Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ").

Руководство содержит рекомендации к расчетам зон аварийного распространения опасных веществ в атмосфере при оценке риска аварий для обеспечения требований промышленной безопасности при проектировании, строительстве, капитальном ремонте, техническом перевооружении, реконструкции, эксплуатации, консервации и ликвидации опасных производственных объектов, на которых возможны случаи выброса опасных веществ в атмосферу.

I. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1. Руководство по безопасности "Методика моделирования распространения аварийных выбросов опасных веществ" (далее - Руководство) разработано в целях содействия соблюдению требований Федеральных норм и правил в области промышленной безопасности "Общие правила взрывобезопасности для взрывопожароопасных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств", утвержденных приказом Ростехнадзора от 11 марта 2013 г. N 96 (зарегистрирован Минюстом России 16 апреля 2013 г., регистрационный N 28138), требований Федеральных норм и правил в области промышленной безопасности "Общие требования к обоснованию безопасности опасного производственного объекта", утвержденных приказом Ростехнадзора от 15 июля 2013 г. N 306 (зарегистрирован Минюстом России 20 августа 2013 г., регистрационный N 29581), требований Федеральных норм и правил в области промышленной безопасности "Правила безопасности химически опасных производственных объектов", утвержденных приказом Ростехнадзора от 21 ноября 2013 г. N 559 (зарегистрирован Минюстом России 31 декабря 2013 г., регистрационный N 30995).

2. Настоящее Руководство содержит рекомендации к расчетам зон аварийного распространения опасных веществ в атмосфере при оценке риска аварий для обеспечения требований промышленной безопасности при проектировании, строительстве, капитальном ремонте, техническом перевооружении, реконструкции, эксплуатации, консервации и ликвидации опасных производственных объектов, на которых возможны случаи выброса ОВ в атмосферу, и не является нормативным правовым актом.

3. Организации, выполняющие расчеты зон распространения ОВ в атмосфере при авариях, могут использовать иные обоснованные способы и методы, чем те, которые указаны в настоящем Руководстве.

4. В настоящем Руководстве используются обозначения и сокращения, а также термины и определения, приведенные в приложениях N 1 и N 2 к настоящему Руководству.

5. Руководство распространяется на опасные производственные объекты, на которых возможны случаи выброса газообразных или жидких ОВ в однофазном или двухфазном состоянии с плотностью большей, чем плотность воздуха при соответствующих условиях.

II. РЕКОМЕНДУЕМЫЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ, ДОПУЩЕНИЯ И УСЛОВИЯ ВЫБРОСА ОПАСНЫХ ВЕЩЕСТВ

6. Расчеты распространения ОВ в атмосфере, приведенные в настоящем Руководстве, основаны на модели рассеяния "тяжелого" газа. Основными особенностями образования "тяжелого" газа являются: соотношение плотности газообразного ОВ и плотности воздуха более 1, низкая температура, наличие аэрозолей.

7. Модель "тяжелого" газа учитывает следующие процессы:

а) движение облака с учетом изменения скорости ветра по высоте;

б) гравитационное растекание облака;

в) рассеяние облака в вертикальном направлении за счет атмосферной турбулентности (подмешивание воздуха в облако);

г) рассеяние облака в горизонтальном направлении за счет подмешивания воздуха в облако, происходящего, как за счет атмосферной турбулентности, так и за счет гравитационного растекания;

д) нагрев или охлаждение облака за счет подмешивания воздуха;

е) фазовые переходы ОВ в облаке ("газ-жидкость" и "жидкость-газ");

ж) теплообмен облака с подстилающей поверхностью.

8. В настоящем Руководстве приняты следующие допущения:

а) газообразное ОВ считается идеальным газом, свойства которого не зависят от температуры;

б) жидкое ОВ считается несжимаемой жидкостью, свойства которой не зависят от температуры;

в) гравитационное растекание облака ОВ учитывается с помощью эмпирической зависимости;

г) ОВ находится в аварийном оборудовании при давлении равном или превышающем атмосферное;

д) истечение и испарение ОВ происходят с постоянной скоростью, соответствующей максимальной скорости истечения (испарения);

е) разлив жидкой фазы происходит на поверхности без впитывания;

ж) для случаев отсутствия обвалования толщина слоя разлившегося жидкого ОВ принимается равной 0,05 м;

________________

При наличии достаточных обоснований допускается задание слоя разлития с глубиной отличной от 0,05 м, в частности в соответствии с нормами пожарной безопасности "Определение категорий помещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности", утвержденными приказом Министерства Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий от 18.06.2003 г. N 314 (НПБ 105-03).

з) осаждение (конденсация) на подстилающую поверхность выброса газообразного ОВ и его химические превращения при рассеянии не учитываются;

и) рассматриваются только случаи аварийного истекания ОВ из оборудования, когда отверстия разгерметизации или места расположения аварийных трубопроводов всем сечением находятся выше или ниже уровня налива жидкого ОВ в оборудовании, соответственно, рассматривается истечение только газовой, либо только жидкой фазы.

9. В настоящем Руководстве используются стандартные характеристики атмосферы и профили ветра, а также известные скорости подмешивания воздуха в выброс. Для описания устойчивости атмосферы используется 6 классов устойчивости - A, B, C, D, E и F (по Паскуилу). Первые три класса соответствуют неустойчивой стратификации атмосферы, последние два - устойчивой. Класс D - соответствует нейтральной стратификации атмосферы. Предполагается, что в течение времени распространения облака, характеристики атмосферы не меняются.

10. В настоящем Руководстве рассматриваются следующие условия изменения состояния ОВ:

а) проливы жидкой фазы имеют, как правило, форму квадрата, вдоль одной из сторон которого направлен ветер; в случае если фактические поперечные размеры пролива существенно отличаются от продольных, допускается принимать поперечный размер пролива отличным от принятого в Руководстве;

б) выброс происходит на уровне земли или площадки (этажерки), где расположено технологическое оборудование, рассеяние выброса проходит от уровня поверхности земли;

в) в начальный момент времени (на месте выброса) первичное облако ОВ имеет форму цилиндра (рис.3-1 приложения N 3 к настоящему Руководству), а вертикальное сечение вторичного облака ОВ вдоль направления ветра во всех сценариях представляет собой прямоугольник (рис.3-2 приложения N 3 к настоящему Руководству);

г) капли в облаках и пролив жидкости на подстилающую поверхность не "захолаживаются", то есть их температура не снижается ниже температуры кипения ОВ;

д) распространение выброса происходит над твердой ровной поверхностью, с которой нет обмена массой, а есть только обмен теплом;

е) учет подмешивания воздуха в облака на начальном этапе выброса осуществляется в соответствии с приложением N 13 к настоящему Руководству. При отсутствии данных допускается принимать, что в начальный момент времени в облаках (первичном и вторичных) опасное вещество воздухом не разбавлено;

ж) в облаке существует фазовое равновесие газ-жидкость, это равновесие устанавливается мгновенно;

з) фазовые переходы ОВ приводят только к изменению высоты облака;

и) при определении размеров зон, где возможно горение (или детонация) топливно-воздушной смеси, предполагается, что горение (или детонация) могут быть инициированы в областях со средней концентрацией от 0,5 нижнего концентрационного предела распространения пламени до верхнего концентрационного предела распространения пламени.

11. Руководство не рекомендуется применять, либо рекомендуется применять с ограничениями в следующих случаях:

а) расчет рассеяния ОВ в штилевых условиях (отсутствие ветра);

б) расчет распространения выброса внутри помещений;

в) распространение выброса за пределами более 10 км от места выброса;

г) распространение выброса с массой ОВ в первичном облаке более 500 т;

д) распространение облаков от пролива ОВ со стороной квадрата пролива более 500 м;

е) наличие на пути движения облака препятствий, размеры которых превышают размеры облака;

ж) рассеяния твердых ОВ;

з) выпадения конденсированной фазы на подстилающую поверхность и ее повторного поступления в атмосферу.

III. НЕКОТОРЫЕ ВОЗМОЖНЫЕ СЦЕНАРИИ ВЫБРОСА ОПАСНЫХ ВЕЩЕСТВ

12. Руководство рекомендует проводить расчеты для следующих сценариев выброса ОВ в зависимости от характера разрушения оборудования и агрегатного состояния ОВ.

Сценарий 1. Полное разрушение оборудования, содержащего газообразное ОВ.

Сценарий 2. Нарушение герметичности (частичное разрушение) оборудования, содержащего газообразное ОВ.

Сценарий 3. Полное разрушение оборудования, содержащего жидкое ОВ.

Сценарий 4. Нарушение герметичности (частичное разрушение) оборудования, содержащего жидкое ОВ.

По сценариям 1 и 3 ОВ поступает в окружающую среду мгновенно; по сценариям 2 и 4 ОВ поступает в окружающую среду через отверстие площадью S в течение продолжительного времени.

Сценарии 1 и 3 применимы только к емкостному оборудованию, сценарии 2 и 4 - как к емкостному оборудованию, так и к трубопроводам.

Возможные конфигурации оборудования и схемы его разрушения приведены в приложении N 4 к настоящему Руководству, возможные стадии развития аварийных ситуаций приведены в приложении N 5 к настоящему Руководству.

Приведенный перечень сценариев выброса не охватывает всего разнообразия возможных ситуаций, поэтому при выборе сценария для случаев, не перечисленных выше, рекомендуется руководствоваться соображениями физического подобия процессов.

При прогнозировании наибольших масштабов химического заражения и размеров зон, ограниченных концентрационными пределами распространения пламени ОВ, в качестве исходных данных рекомендуется принимать:

а) сценарий с полным разрушением емкости (технологической, складской, транспортной и др.), содержащей ОВ в максимальном количестве;

б) сценарий "гильотинного" разрыва трубопровода с максимальным расходом при максимальной длительности выброса;

в) метеорологические условия - класс устойчивости атмосферы - F, скорость ветра на высоте 10 м - 1 м/с.

IV. РЕКОМЕНДУЕМЫЕ ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ И ПОРЯДОК РАСЧЕТА ХАРАКТЕРИСТИК ВЫБРОСА ОПАСНЫХ ВЕЩЕСТВ

13. Исходными данными для расчета характеристик выбросов ОВ являются свойства ОВ, технологические данные с учетом параметров оборудования, в котором обращается ОВ, сценарии выброса ОВ в атмосферу, характеристики территории вблизи аварийного объекта, метеоусловия на момент аварии. Полный Перечень данных, необходимых для проведения расчета по оценке последствий аварийных выбросов опасных веществ, а также полей концентрации и токсодоз, приведен в приложении N 6 к настоящему Руководству.

14. Основными величинами, расчет которых проводится в соответствии с настоящим Руководством, являются:

а) пространственно-временное распределение концентраций ОВ с учетом максимально достигаемой концентрации в данной точке на поверхности земли;

б) пространственные размеры зон достижения пороговой и смертельной токсодоз при ингаляционном воздействии на организм человека, размеры зон токсического поражения заданной вероятности по пробит-функциям, приведенным в табл.7-1, 7-2 приложения N 7 к настоящему Руководству;

в) размеры зон, ограниченных концентрационными пределами распространения пламени;

г) количество ОВ в облаке, способное участвовать во взрывных превращениях (горении и детонации);

д) количество ОВ, поступающее в окружающую среду в газовой и жидкой фазах;

е) количество ОВ, распространяющееся в атмосфере и выпадающее на подстилающую поверхность (при наличии жидкой фазы);

ж) площадь пролива и скорость испарения ОВ из пролива (при наличии жидкой фазы);

з) при продолжительном выбросе определяется скорость и длительность поступления ОВ в окружающую среду, масса капельных включений в облаках (первичном и вторичных), эффективные температура и плотность в облаках, геометрические характеристики облаков (эффективные высота и радиус (полуширина), скорости распространения облаков, времена подхода и поражающего действия облаков.

15. В общем случае для выбранного i-го сценария рекомендуется рассчитывать следующие характеристики выброса:

, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , .