25.07.2013 Views

Przykład analizy ryzyka instalacji rozładunku chloru - MANHAZ

Przykład analizy ryzyka instalacji rozładunku chloru - MANHAZ

Przykład analizy ryzyka instalacji rozładunku chloru - MANHAZ

SHOW MORE
SHOW LESS

Create successful ePaper yourself

Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.

<strong>Przykład</strong> <strong>analizy</strong> <strong>ryzyka</strong> <strong>instalacji</strong> <strong>rozładunku</strong> <strong>chloru</strong> 353<br />

Rozdział X<br />

PRZYKŁAD ANALIZY RYZYKA INSTALACJI ROZŁADUNKU<br />

CHLORU<br />

Spis treści<br />

1. WSTĘP....................................................................................................................................................... 354<br />

2. OPIS INSTALACJI .................................................................................................................................. 354<br />

3. IDENTYFIKACJA ŹRÓDEŁ ZAGROŻEŃ.......................................................................................... 355<br />

4. OPIS POTENCJALNYCH SCENARIUSZY AWARYJNYCH........................................................... 355<br />

5. OBLICZANIE CZĘSTOTLIWOŚCI SCENARIUSZY AWARYJNYCH......................................... 356<br />

6. OBLICZANIE SKUTKÓW ..................................................................................................................... 356<br />

6.1 OBLICZENIA WIELKOŚCI UWOLNIEŃ..................................................................................................... 356<br />

6.2 OBLICZENIA DYSPERSJI........................................................................................................................ 358<br />

6.3 OBLICZENIA SKUTKÓW DLA CZŁOWIEKA ............................................................................................. 359<br />

7. OBLICZANIE RYZYKA......................................................................................................................... 359<br />

7.1. OBLICZANIE RYZYKA INDYWIDUALNEGO ............................................................................................ 360<br />

7.2. OBLICZANIE RYZYKA GRUPOWEGO (SPOŁECZNEGO)............................................................................ 361<br />

7.3. ŚREDNI WSKAŹNIK ŚMIERTELNOŚCI ROD............................................................................................ 361<br />

7.4. ZASTĘPCZY INDEKS KOSZTÓW SPOŁECZNYCH...................................................................................... 362<br />

7.5. ŚREDNIE RYZYKO INDYWIDUALNE IRAV .............................................................................................. 362<br />

7.6. WSPÓŁCZYNNIK WYPADKÓW ŚMIERTELNYCH (FAR) .......................................................................... 362<br />

Poradnik metod ocen <strong>ryzyka</strong> związanego z niebezpiecznymi instalacjami procesowymi


354 <strong>Przykład</strong> <strong>analizy</strong> <strong>ryzyka</strong> <strong>instalacji</strong> <strong>rozładunku</strong> <strong>chloru</strong><br />

1. Wstęp<br />

Poniższy rozdział daje przykład opisu prostej <strong>instalacji</strong> przeładunkowej <strong>chloru</strong> i <strong>analizy</strong> <strong>ryzyka</strong> tej <strong>instalacji</strong> na<br />

potrzeby raportu bezpieczeństwa tej <strong>instalacji</strong>. Pominięto przy tym omówienie wyboru i charakterystyk<br />

poszczególnych etapów takiej <strong>analizy</strong> ze względu na obszerność tematu z tym związane. Szczegóły<br />

zastosowanych metodyk analiz można znaleźć we wcześniejszych rozdziałach niniejszego poradnika.<br />

2. Opis <strong>instalacji</strong><br />

Instalacja składa się z następujących elementów:<br />

• Zbiorniki zasilające ciekłego <strong>chloru</strong> są umiejscowione na wadzę;<br />

• Przetaczanie ciekłego <strong>chloru</strong> odbywa się z wykorzystaniem ciśnienia gazowego azotu;<br />

• Rurociągi ciekłego <strong>chloru</strong> i par są połączone z użyciem stalowych przewodów giętkich łączonych<br />

złączem gwintowym;<br />

• Zbiorniki magazynowe posiadają zawory nadmiarowe;<br />

• Załadunek cysterny jest poprzedzony ważeniem cysterny i jej uziemieniem;<br />

• Jedna cysterna może zostać załadowana 50 tonami ciekłego <strong>chloru</strong>;<br />

• Cysterna przewozi chlor w warunkach podwyższonego ciśnienia w temperaturze otoczenia;<br />

• Zawory załadowcze mogą być zamykane zdalnie;<br />

• Chlor jest przechowywany w warunkach:<br />

o T = 18 ° C<br />

o P = 6,3 bar<br />

Rys 1. Schemat <strong>instalacji</strong> załadowczej <strong>chloru</strong><br />

• Na liniach ciekłego <strong>chloru</strong> znajdują się zawory odcinające;<br />

• Linie gazowe są zabezpieczone poprzez zawory zwrotne.<br />

Rys. 2.1. Schemat <strong>instalacji</strong> <strong>rozładunku</strong> <strong>chloru</strong><br />

Funkcje <strong>instalacji</strong><br />

Instalacja służy do dystrybucji ciekłego <strong>chloru</strong> z wykorzystaniem cystern kolejowych.<br />

Stany eksploatacyjne <strong>instalacji</strong><br />

Wyróżnione są dwa stany eksploatacyjne <strong>instalacji</strong>:<br />

• załadunek cystern z chlorem,<br />

• postój <strong>instalacji</strong>.<br />

Opis najbliższego otoczenia <strong>instalacji</strong><br />

W odległości 100 m od <strong>instalacji</strong> w kierunku wschodnim znajduje się teren zamieszkały o wymiarach 400 na<br />

400 m zamieszkały przez 400 osób rozmieszczonych równomiernie na całym obszarze.<br />

Poradnik metod ocen <strong>ryzyka</strong> związanego z niebezpiecznymi instalacjami procesowymi


Warunki pogodowe przyjęte dla potrzeb <strong>analizy</strong><br />

Przyjęto średnie warunki pogodowe:<br />

Klasa stabilności atmosfery “D”<br />

Szybkość wiatru 4 m/s<br />

Procedura załadunku ciekłym chlorem cysterny kolejowej<br />

<strong>Przykład</strong> <strong>analizy</strong> <strong>ryzyka</strong> <strong>instalacji</strong> <strong>rozładunku</strong> <strong>chloru</strong> 355<br />

Cysterna kolejowa Ciśnieniowy zbiornik <strong>chloru</strong><br />

Pusta cysterna przybywa do <strong>instalacji</strong><br />

Postój na bocznicy<br />

Przesunięta do odpowiedniego miejsca dla wentylacji i<br />

sprawdzenia<br />

Ważenie cysterny<br />

Przesunięta na miejsce załadunku Ciekły chlor przesyłany do zbiornika zasilającego<br />

Załadunek ciekłego <strong>chloru</strong> do cysterny Użycie poduszki azotowej do przetoczenia <strong>chloru</strong> do<br />

cysterny<br />

Ważenie cysterny Wentylacja zbiornika zasilającego<br />

Przetoczenie na bocznice<br />

Wysyłka pełnej cysterny<br />

3. Identyfikacja źródeł zagrożeń<br />

Potencjalne zagrożenia dla <strong>instalacji</strong> załadunkowej <strong>chloru</strong> były identyfikowane z wykorzystaniem następujących<br />

narzędzi i danych:<br />

1. oceny inżynierskiej,<br />

2. danych historycznych,<br />

3. sformalizowane techniki identyfikacji źródeł zagrożenia HAZOP, FMEA,<br />

4. danych katalogowych dotyczących niezawodności poszczególnych urządzeń.<br />

Przeprowadzona analiza HAZOP pozwoliła na wyodrębnienie trzech reprezentacyjnych potencjalnych zdarzeń<br />

wypadkowych:<br />

1. mały wypływ ciekłego <strong>chloru</strong><br />

2. mały wypływ gazowego <strong>chloru</strong><br />

3. duży wypływ gazowego <strong>chloru</strong><br />

4. Opis potencjalnych scenariuszy awaryjnych<br />

Scenariusz 1.<br />

- Mały wypływ ciekłego <strong>chloru</strong> przez otwór o średnicy zastępczej 12 mm.<br />

- Czas trwania wypływu – 10 min.<br />

- Przyczyny:<br />

- nieszczelności zaworu,<br />

- uderzeniowe przerwanie rurociągu z ciekłym chlorem,<br />

- nieszczelności przewodów giętkich.<br />

Scenariusz 2<br />

- Mały wyciek gazowego <strong>chloru</strong> przez otwór o średnicy zastępczej 12 mm.<br />

- Czas trwania wycieku 10 min.<br />

- Przyczyny:<br />

- uderzeniowa nieszczelność rurociągu gazowego <strong>chloru</strong>,<br />

- nieszczelność zaworu,<br />

- nieszczelność zaworu nadmiarowego,<br />

- nieszczelność przewodów giętkich.<br />

Scenariusz 3<br />

- Duży wyciek gazowego <strong>chloru</strong><br />

- Czas trwania wycieku oszacowano na 60 min (czas potrzebny do przybycia służb ratowniczych w celu<br />

zatrzymania wycieku)<br />

- Przyczyny:<br />

- pożar zewnętrzny powodujący otwarcie zaworu nadmiarowy.<br />

Poradnik metod ocen <strong>ryzyka</strong> związanego z niebezpiecznymi instalacjami procesowymi


356 <strong>Przykład</strong> <strong>analizy</strong> <strong>ryzyka</strong> <strong>instalacji</strong> <strong>rozładunku</strong> <strong>chloru</strong><br />

5. Obliczanie częstotliwości scenariuszy awaryjnych<br />

Opierając się na danych historycznych dotyczących podobnych urządzeń pracujących w zbliżonych warunkach<br />

(ciśnienia, temperatury, korozji, wibracji itp.) uzyskano następujące wartości częstotliwości występowania<br />

uszkodzeń.<br />

Opis uszkodzenia Uśredniona częstotliwość występowania<br />

Nieszczelność zaworu<br />

uszkodzeń (uszkodzenia / rok)<br />

1 * 10<br />

Nieszczelność przewodu giętkiego<br />

Uszkodzenie udarowe rurociągu<br />

Nieszczelność zaworu nadmiarowego w czasie pracy<br />

przy ciśnieniu pracy<br />

–5<br />

5 * 10 –4<br />

1 * 10 –5<br />

1 * 10 –4<br />

Korzystają z podanych danych można oszacować częstotliwość występowania pierwszych dwóch zdarzeń<br />

wypadkowych jako sumę częstotliwości występowania uszkodzeń poszczególnych elementów (urządzeń)<br />

korzystając ze wzoru:<br />

gdzie:<br />

F jest częstotliwością scenariusza awaryjnego<br />

n<br />

F ∑ =<br />

=<br />

i 1<br />

ni jest ilością urządzeń i<br />

fi jest częstotliwością występowania uszkodzenia urządzenia i<br />

Obliczając częstotliwość dla scenariusza 1 uzyskujemy:<br />

ilość zaworów - 7<br />

ilość przewodów giętkich 1<br />

ilość rurociągów 1<br />

Częstotliwość występowania scenariusza awaryjnego 1 wynosi 5,8 * 10 –4 / rok<br />

Obliczając częstotliwość dla scenariusza 2 uzyskujemy:<br />

ilość zaworów – 5<br />

ilość przewodów giętkich – 1<br />

ilość rurociągów – 1<br />

Częstotliwość występowania scenariusza awaryjnego 2 wynosi 6,6 * 10 –3 / rok<br />

Oszacowanie częstotliwości występowania scenariusza awaryjnego 3 musi być wykonane z wykorzystaniem<br />

<strong>analizy</strong> Drzewa Błędów.<br />

Analiza Drzewa Błędów dla scenariusza 3 pozwoliła na oszacowanie częstotliwości na poziomie 3 * 10 –6 /rok.<br />

6. Obliczanie skutków<br />

Przeprowadzona analiza zagrożeń pozwoliła na wyodrębnienie trzech zdarzeń wypadkowych<br />

- scenariusz 1 – uwolnienie cieczy z otworu o średnicy zastępczej 12 mm<br />

- scenariusz 2 – uwolnienie par z otworu o średnicy zastępczej 12 mm<br />

- scenariusz 3 – uwolnienie par na skutek pożaru zewnętrznego poprzez zawór nadmiarowy<br />

Dla poszczególnych zdarzeń, korzystając z odpowiednich modeli fizycznych wykonano obliczenia maksymalnej<br />

odległości występowania stężenia niebezpiecznego <strong>chloru</strong>.<br />

6.1 Obliczenia wielkości uwolnień<br />

Każde z omówionych powyżej zdarzeń wypadkowych wymaga przeprowadzenia obliczeń wielkości wypływu z<br />

wykorzystaniem innych modeli fizycznych wypływu.<br />

Scenariusz 1<br />

Wypływ ciekłego <strong>chloru</strong> jest spowodowany przez ciśnienie gazowego azotu wynoszące 1 bar.<br />

Korzystając z równania Bernuliego możemy oszacować szybkość uwolnienia w kg / s<br />

Q<br />

l<br />

ni<br />

f<br />

i<br />

1<br />

2<br />

( P − P ) ⎞<br />

⎛ 2 a<br />

= Cd<br />

Aρ⎜<br />

+ 2gh⎟<br />

⎝ ρ ⎠<br />

Poradnik metod ocen <strong>ryzyka</strong> związanego z niebezpiecznymi instalacjami procesowymi<br />

,<br />

,<br />

(5.1)<br />

(6.1)


gdzie:<br />

QL - wielkość wypływu w kg / s<br />

Cd – współczynnik wypływu dla cieczy wynosi 0,61<br />

A – pole powierzchni otworu o średnicy 12 mm ( 1,13 * 10 –4 m 2<br />

ρ - gęstość <strong>chloru</strong> 1420 kg / m 3<br />

P – ciśnienie wyższe = 6,3 * 10 5 N / m 2<br />

Pa – ciśnienie atmosferyczne 1,0 * 10 5 N / m 2<br />

h – wysokość słupa cieczy = 0 m<br />

g – przyspieszenie ziemskie 9,8 m / s 2<br />

<strong>Przykład</strong> <strong>analizy</strong> <strong>ryzyka</strong> <strong>instalacji</strong> <strong>rozładunku</strong> <strong>chloru</strong> 357<br />

Wykonując obliczenia uzyskujemy wartość wielkości wypływu = 2,67 kg/s<br />

Ciekły chlor wypływający przez otwór ulega gwałtownemu odparowaniu. Należy obliczyć używając poniższego<br />

wzoru wielkość frakcji gwałtownego parowania.<br />

gdzie:<br />

Fv - wielkość frakcji gwałtownego parowania<br />

F<br />

v<br />

= C<br />

⎛<br />

⎜<br />

T − T<br />

⎜<br />

⎝ H fg<br />

Cp - współczynnik przenikania ciepła (T + Tb)/2 = 0.950 kj/kg°C<br />

T - temperatura otoczenia = 18 °C<br />

Tb – temperatura końcowa = temperaturze parowania = -34 °C<br />

Hfg – ciepło parowania w temperaturze Tb = 285 kJ/kg<br />

Wykonując podstawienie do wzoru otrzymujemy wartość 0,17<br />

Dla scenariusza awaryjnego 1 obserwujemy następujące zjawiska fizyczne:<br />

- tworzenie się aerozolu<br />

- praktycznie część aerozolu = frakcji gwałtownego parowania<br />

- 34 % uwolnienia jest w postaci chmury<br />

- 66 % uwolnienia opada jako opad wtórny<br />

- szybkie parowanie powierzchniowe<br />

- krótkie trwanie wypływu, 10 min daje uwolnienie 1500 kg <strong>chloru</strong><br />

- przyjmuje się, że nastąpi całkowite odparowanie ciekłego <strong>chloru</strong>.<br />

Poradnik metod ocen <strong>ryzyka</strong> związanego z niebezpiecznymi instalacjami procesowymi<br />

p<br />

b<br />

⎞<br />

⎟<br />

⎠<br />

, (6.2)<br />

Scenariusz 2<br />

Uwolnienie gazowe różni się znacznie od uwolnienia cieczy. Aby stwierdzić czy wypływ gazu jest pod<br />

dźwiękowy czy odbywa się z szybkością dźwięku należy poznać wartość ciśnienia krytycznego dla danego gazu.<br />

Jeżeli iloraz ciśnienia <strong>instalacji</strong> gazowej a ciśnienia atmosferycznego jest większy od ciśnienia krytycznego<br />

wypływ gazu będzie limitowany przez szybkość dźwięku<br />

Obliczenie ciśnienia krytycznego można wykonać posługując się wzorem:<br />

gdzie:<br />

Pkryt – wielkość ciśnienia krytycznego<br />

γ - pojemność cieplna (=1,32 dla <strong>chloru</strong>)<br />

γ /( γ −1)<br />

⎛ γ + 1⎞<br />

P = ⎜ ⎟ , (6.3)<br />

kryt<br />

⎝ 2 ⎠<br />

Podstawiając do wzoru uzyskujemy wartości:<br />

- ciśnienie krytyczne = 1,84<br />

- iloraz ciśnienia <strong>instalacji</strong> przez ciśnienie atmosferyczne = 6,3<br />

- wypływ jest limitowany szybkością dźwięku.<br />

Dla wypływu limitowanego prędkością dźwięku szybkość wypływu można obliczyć korzystając z wzoru:<br />

gdzie:<br />

Qv – wielkość szybkości uwolnienia gazu<br />

Cd – współczynnik wypływu dla gazu = 1<br />

⎡⎛<br />

γm<br />

⎞⎛<br />

2 ⎞<br />

Qv = Cd<br />

AP⎢⎜<br />

⎟⎜<br />

⎟<br />

⎢ 1<br />

⎣⎝<br />

RT ⎠⎝<br />

γ + ⎠<br />

( γ + 1)<br />

/( γ −1)<br />

⎤<br />

⎥<br />

⎥⎦<br />

1/<br />

2<br />

, (6.4)


358 <strong>Przykład</strong> <strong>analizy</strong> <strong>ryzyka</strong> <strong>instalacji</strong> <strong>rozładunku</strong> <strong>chloru</strong><br />

A pole powierzchni otworu o średnicy 12 mm = 1,13 * 10 -4 m 2<br />

P – ciśnienie wewnątrz <strong>instalacji</strong> gazowej = 6,3 N/m 3<br />

γ - pojemność cieplna (=1,32 dla <strong>chloru</strong>)<br />

m – masa molowa <strong>chloru</strong> 71 kg/kmol<br />

R – stała gazowa = 8310 J/kg mol K<br />

T – temperatura zewnętrzna = 291 K<br />

Podstawiając powyższe wartości otrzymujemy wielkość wypływu gazowego <strong>chloru</strong> w wysokości 0,26 kg/s<br />

Scenariusz 3<br />

Dla scenariusza 3 wywołanego przez pożar zewnętrzny należy w pierwszej kolejności określić całkowitą ilość<br />

ciepła otrzymaną przez zbiornik. Można to wykonać korzystając z wzoru:<br />

gdzie:<br />

q in =<br />

34, 5FA<br />

0,<br />

82<br />

qin – całkowita ilość ciepła zaabsorbowana przez zbiornik<br />

F – współczynnik izolacji cieplnej = 0,3 dla tego typu zbiorników<br />

A – pole powierzchni zbiornika = 650 ft 2<br />

Korzystając z wzoru:<br />

Q = q / h<br />

gdzie:<br />

Qrv – szybkość wypływu gazu w kg/s<br />

qin – całkowita ilość ciepła zaabsorbowana przez zbiornik<br />

hfg – ciepło parowania dla ciśnienia otwarcia zaworu nadmiarowego = 257 kJ/kg<br />

rv<br />

, (6.5)<br />

, (6.6)<br />

Podstawiając powyższe dane do wzoru uzyskujemy wartość szybkości uwolnienia gazowego <strong>chloru</strong> równą 2,4<br />

kg/s.<br />

6.2 Obliczenia dyspersji<br />

Dyspersja chmury gazowego <strong>chloru</strong><br />

Dyspersja gazowego <strong>chloru</strong> w atmosferze będzie powolna i jest zależna od wiatru. Dla potrzeb tej <strong>analizy</strong><br />

wykorzystano model rozprzestrzeniania się chmury gazu neutralnego Pasquilla Gifforda Gaussiana. Model ten<br />

jest poprawny dla odległości od 100m do 10 km.<br />

Do obliczeń można wykorzystać wzór dla stałego podłoża o właściwościach nie absorbujących:<br />

gdzie:<br />

C – stężenie <strong>chloru</strong> (kg/m 3 )<br />

Q – szybkość uwolnienia,<br />

u – szybkość wiatru m/s,<br />

δ - współczynnik dyfuzji prostopadły i boczny,<br />

H – wysokość źródła,<br />

⎛ 2 ⎞⎡<br />

2<br />

2<br />

Q<br />

⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎤<br />

⎜<br />

− y<br />

⎟<br />

− ( z − H ) − ( z + H ) , (6.6)<br />

C = ⎢ ⎜<br />

⎟ +<br />

⎜<br />

⎟<br />

xyz<br />

exp exp<br />

exp<br />

⎜ 2 ⎟<br />

2<br />

2 ⎥<br />

2πσ yσ<br />

zu<br />

⎝ 2σ<br />

y ⎠⎢⎣<br />

⎝ 2σ<br />

z ⎠ ⎝ 2σ<br />

z ⎠⎥⎦<br />

x – długość chmury (m),<br />

y – szerokość chmury (m),<br />

z – wysokość chmury (m).<br />

Po przekształceniu wzoru przy założeniach że: h=0; z=0; y=0 i konwersji stężenia na wartości ppm otrzymujemy<br />

następujący wzór pozwalający na wyznaczenia stężenia <strong>chloru</strong>:<br />

gdzie:<br />

C<br />

xyz<br />

Q<br />

=<br />

πσ σ u<br />

y<br />

Poradnik metod ocen <strong>ryzyka</strong> związanego z niebezpiecznymi instalacjami procesowymi<br />

z<br />

in<br />

RT<br />

MP<br />

fg<br />

6<br />

× 10<br />

,<br />

(6.7)


C – stężenie <strong>chloru</strong> w ppm.<br />

Korzystając z następujących danych:<br />

Q1 =2,7 kg/s (scenariusz 1)<br />

Q2 =0,26 kg/s (scenariusz 2)<br />

Q3 =2,4 kg/s (scenariusz 3)<br />

T= 18 °C = 291 K<br />

u= 4 m/s<br />

M=71 kg/kmol<br />

P=1*10 5 N/m 2 (1 atmosfera)<br />

Otrzymujemy następujące wartości stężenia w funkcji odległości od źródła:<br />

Scenariusz 1<br />

Wypływ cieczy<br />

(2,7 kg/s)<br />

<strong>Przykład</strong> <strong>analizy</strong> <strong>ryzyka</strong> <strong>instalacji</strong> <strong>rozładunku</strong> <strong>chloru</strong> 359<br />

Scenariusz 2<br />

Wypływ gazu<br />

(0,26 kg/s)<br />

Scenariusz 3<br />

Wypływ z zaworu nadmiarowego<br />

(2,4 kg/s)<br />

X (m) C (ppm) X (m) C (ppm) X (m) C (ppm)<br />

100<br />

200<br />

230<br />

250<br />

300<br />

2000<br />

550<br />

430<br />

370<br />

270<br />

50<br />

64<br />

100<br />

Odległość od źródła w kierunku wiatru nie charakteryzuje całkowicie chmury par.<br />

Dla potrzeb tego przykładu przyjęto założenie że chmura gazowa rozprzestrzenia się w kształcie klina o kącie<br />

rozwarcia 15 °.<br />

6.3 Obliczenia skutków dla człowieka<br />

Przed wykonaniem <strong>analizy</strong> dyspersji chmury gazowej należy określić interesujące nas stężenia niebezpieczne<br />

<strong>chloru</strong>. Korzystając z wzoru na funkcję probit, określającą prawdopodobieństwo śmierci w funkcji stężenia i<br />

czasu narażenia, określaną empirycznie, można wyznaczyć stężenia dla którego 50 % populacji narażonej w<br />

czasie t ulegnie zatruciu śmiertelnemu (LC50).<br />

690<br />

430<br />

190<br />

100<br />

150<br />

200<br />

250<br />

300<br />

360<br />

400<br />

1700<br />

830<br />

490<br />

330<br />

240<br />

175<br />

145<br />

Pr = -8,29 + 0,92 ln(C 2 t), (6.8)<br />

gdzie:<br />

Pr - wartość funkcji probit,<br />

C – stężenie <strong>chloru</strong> w ppm,<br />

t – czas ekspozycji w min.<br />

Dla wartości Pr=5 otrzymujemy: dla scenariusza 1 i 2 (czas narażenia 10 min) – 430 ppm,<br />

dla scenariusza 3 (czas narażenia 60 min) – 175 ppm.<br />

7. Obliczanie <strong>ryzyka</strong><br />

Oszacowanie <strong>ryzyka</strong> wypadku śmiertelnego dla <strong>instalacji</strong> załadunkowej <strong>chloru</strong> jest oparte na następujących<br />

założeniach:<br />

Określono trzy prawdopodobne scenariusze awaryjne:<br />

Scenariusz 1<br />

Wypływ cieczy przez otwór o średnicy zastępczej 12 mm<br />

Szybkość wypływu 2,7 kg/s<br />

Czas trwania wypływu 10 min<br />

Wartość stężenia LC50 = 430 ppm<br />

Odległość dla której to stężenie zostanie osiągnięte = 230 m<br />

Kąt rozchodzenia się chmury w kierunku wiatru 15°<br />

Częstotliwość wystąpienia scenariusza 5,8 * 10 -4 /rok<br />

Poradnik metod ocen <strong>ryzyka</strong> związanego z niebezpiecznymi instalacjami procesowymi


360 <strong>Przykład</strong> <strong>analizy</strong> <strong>ryzyka</strong> <strong>instalacji</strong> <strong>rozładunku</strong> <strong>chloru</strong><br />

Scenariusz 2<br />

Wypływ pary przez otwór o średnicy zastępczej 12 mm<br />

Szybkość wypływu 0,26 kg/s<br />

Czas trwania wypływu 10 min<br />

Wartość stężenia LC50 = 430 ppm<br />

Odległość dla której to stężenie zostanie osiągnięte = 64 m<br />

Kąt rozchodzenia się chmury w kierunku wiatru 15°<br />

Częstotliwość wystąpienia scenariusza 6,6 * 10 -4 /rok<br />

Scenariusz 3<br />

Wypływ z zaworu nadmiarowego wywołany przez pożar zewnętrzny<br />

Szybkość wypływu 2,4 kg/s<br />

Czas trwania wypływu 60 min<br />

Wartość stężenia LC50 = 175 ppm<br />

Odległość dla której to stężenie zostanie osiągnięte = 360 m<br />

Kąt rozchodzenia się chmury w kierunku wiatru 15°<br />

Częstotliwość wystąpienia scenariusza 3,0 * 10 -6 /rok<br />

7.1.Obliczanie <strong>ryzyka</strong> indywidualnego<br />

Ryzyko indywidualne jest obliczane z wykorzystaniem poniższego wzoru:<br />

gdzie:<br />

IR<br />

( x,<br />

y)<br />

=<br />

n<br />

∑<br />

io=<br />

0<br />

( x,<br />

y)<br />

io<br />

IR(x,y) - całkowite ryzyko indywidualne w punkcie o współrzędnych (x,y)<br />

(x,y) - współrzędne punktu rozważanego<br />

n - ilość zdarzeń<br />

io - numer scenariusza<br />

IR(x,y)io - ryzyko indywidualne dla scenariusza io.<br />

Ryzyka scenariusza io można wyznaczyć za pomocą równania:<br />

gdzie:<br />

Poradnik metod ocen <strong>ryzyka</strong> związanego z niebezpiecznymi instalacjami procesowymi<br />

IR<br />

, (6.9)<br />

IR(x,y)io=fio P(x,y)io, (6.10)<br />

fio - częstotliwość występowania scenariusza io w kierunku /rok<br />

P(x,y)io - prawdopodobieństwo że skutkiem scenariusza io będzie wypadek śmiertelny.<br />

Dla potrzeb tej <strong>analizy</strong> prawdopodobieństwa scenariusza io można obliczyć z wzoru:<br />

gdzie:<br />

f<br />

io<br />

⎛ θ ⎞<br />

= f i ⎜ ⎟<br />

⎝ 360 ⎠ ,<br />

fio - częstotliwość występowania scenariusza io w kierunku /rok<br />

fi - częstotliwość występowania scenariusza i /rok<br />

θ - kΉt rozprzestrzeniania się chmury.<br />

(6.11)<br />

Prawdopodobieństwo wypadku śmiertelnego można przyjąć za równe 1 jeżeli stężenie <strong>chloru</strong> w chmurze jest<br />

wyższe niż wartość LC50.<br />

Najwyższy zasięg <strong>ryzyka</strong> będzie dla scenariusza 3 z powodu największego zasięgu chmury o stężeniu<br />

przekraczającym wartość LC50.<br />

Dla odległości 360 m od źródła, prawdopodobieństwo scenariusza 1 i 2 jest równe 0.<br />

Dlatego też wartość IR(360) = 1,2 * 10 -7 / rok;<br />

Dla odległości 230 m od źródła, prawdopodobieństwo scenariusza 2 jest równe 0.<br />

Dlatego też wartość IR(230) = 2,4 * 10 -5 / rok;<br />

Dla odległości od źródła = 64 mogą wystąpić wszystkie potencjalne scenariusze awaryjne.


<strong>Przykład</strong> <strong>analizy</strong> <strong>ryzyka</strong> <strong>instalacji</strong> <strong>rozładunku</strong> <strong>chloru</strong> 361<br />

Dlatego też wartość IR(64) = 5,2 * 10 -5 / rok;<br />

Uzyskując powyższe wartości możemy określić kontury <strong>ryzyka</strong> indywidualnego jako łuki o promieniu<br />

odpowiednio 360, 230 i 64 m od źródła uwolnienia.<br />

7.2.Obliczanie <strong>ryzyka</strong> grupowego (społecznego)<br />

Ryzyko grupowe jest obliczane inaczej niż ryzyko indywidualne. Punktem wyjściowym dla tych obliczeń jest<br />

liczba osób które poniosły śmierć w każdym poszczególnym wypadku, a nie prawdopodobieństwo poniesienia<br />

śmierci w danym konkretnym miejscu.<br />

W analizie tej wykorzystuje się dane dotyczące gęstości zaludnienia na danym terenie. I tak dla scenariusza 2<br />

wyciek <strong>chloru</strong> nie zagroziłby strefie zaludnionej. Dlatego też zdarzenie to może zostać pominięte w analizie<br />

<strong>ryzyka</strong> społecznego. Dla oceny liczby osób które mogą ulec działaniu wypadku należy poddać analizie pozostałe<br />

dwa scenariusza. Analiza skutków jest liczona dla każdego obszaru otoczonego obwiednią działania<br />

toksycznego. W przykładzie zastosowano metodę uproszczoną dla której kształt obwiedni jest klinem o kącie<br />

rozwarcia 15°. W rzeczywistości, model zastosowany do obliczeń Pasquila-Gifforda niemal zawsze uzyskuje<br />

kształt o obwiedni w przybliżeniu eliptycznej. Jednym z użytecznych sposobów określenia liczby ludzi którzy<br />

znajdą się w strefie oddziaływania scenariusza jest wykreślenie obwiedni dla poziomu śmiertelności 50%, którą<br />

nanosi się na mapę zaludnienia. Przyjmuje się że poziom śmiertelności 50% odpowiada średniemu poziomowi<br />

śmiertelności. Całkowita liczba osób które znajdą się w obszarze objętym obwiednią stanowi szacunkową liczbę<br />

przypadków śmiertelnych wynikającą ze skutków tego scenariusza działającego w połączeniu z niekorzystnym<br />

kierunkiem wiatru.<br />

Dla większości przypadków wystarczy użycie róży wiatrów opartej na 8 lub 12 punktach kompasu. Przyjmując<br />

że rozkład wiatrów jest równomierny, częstotliwość wystąpienia każdego kierunku wiatru w przypadku użycia 8<br />

punktowej róży wiatrów ma prawdopodobieństwa równe 0,125.<br />

Dla opracowania tablicy <strong>ryzyka</strong> społecznego należy w pierwszym rzędzie ustalić liczbę kierunków wiatru. Dla<br />

potrzeb tego opracowania przyjęto 8 kierunków wiatru.<br />

Każde ewentualne uwolnienie może mieć osiem możliwych skutków w zależności od konkretnego kierunku<br />

wiatru. W każdym przypadku należy wyrysować obwiednię obszaru objętego działaniem toksycznymi i<br />

oszacować liczbę przypadków śmiertelnych po naniesieniu obwiedni na mapę gęstości zaludnienia na tym<br />

obszarze. Liczbę tę otrzymujemy mnożąc powierzchnię objętą wspomnianą obwiednią przez gęstość zaludnienia<br />

(liczba osób na 100 m kw.)<br />

Dla scenariusza 3, wiatr zachodni spowoduje że chmura rozprzestrzeni się w kierunku wschodnim i klin<br />

mający szerokość 15° obejmie swym zasięgiem obszar zaludniony o powierzchni ok. 15 000 m 2 Przyjmując że<br />

gęstość zaludnienia na tym terenie wynosi 25 osób na wycinek siatki o rozmiarach 100m na 100m, otrzymamy<br />

wynik 38 wypadków śmiertelnych. Podobnie w przypadku wiatru południowo – zachodniego (SW) chmura<br />

rozejdzie się w kierunku północno – wschodnim i po wyrysowaniu obwiedni oszacowana liczba przypadków<br />

śmiertelnych wyniesie 20 osób. W przeliczeniu na jeden rok, częstotliwość każdego z wymienionych wypadków<br />

wyniesie 1/8 częstotliwości uwolnień czyli:<br />

0,125 3*10 -6 = 3,8 * 10 -7 /rok<br />

W tabeli poniższej przedstawiono ilość wypadków śmiertelnych dla poszczególnych scenariuszy (1 i 3) w<br />

zależności od kierunku wiatru.<br />

Numer scenariusza i kierunek wiatru Częstotliwość występowania zdarzeń<br />

wypadkowych<br />

1SW<br />

7,3* 10<br />

1W<br />

1NW<br />

3SW<br />

3W<br />

3NW<br />

inne<br />

-5<br />

7,3* 10 -5<br />

7,3* 10 -5<br />

3,8* 10 -7<br />

3,8* 10 -7<br />

3,8* 10 -7<br />

7.3.Średni wskaźnik śmiertelności ROD<br />

Oszacowana ilość wypadków<br />

śmiertelnych<br />

13<br />

14<br />

13<br />

20<br />

38<br />

20<br />

0<br />

Średni wskaźnik śmiertelności jest obliczany jako suma iloczynu ilości wypadków śmiertelnych danego<br />

scenariusza i częstotliwości występowania tego scenariusza, zgodnie z wzorem:<br />

gdzie:<br />

ROD - wskaźnik śmiertelności dla wszystkich zdarzeń wypadkowych<br />

RODio - wskaźnik śmiertelności dla scenariusza io<br />

Poradnik metod ocen <strong>ryzyka</strong> związanego z niebezpiecznymi instalacjami procesowymi


362 <strong>Przykład</strong> <strong>analizy</strong> <strong>ryzyka</strong> <strong>instalacji</strong> <strong>rozładunku</strong> <strong>chloru</strong><br />

fio – częstotliwość występowania scenariusza io<br />

Nio – ilość wypadków śmiertelnych dla scenariusza io<br />

7.4.Zastępczy indeks kosztów społecznych<br />

n<br />

ROD = ∑ ROD = ∑ f io × N<br />

io<br />

io=<br />

1<br />

io=<br />

1<br />

Indeks ten pozwala na określenie społecznego oddźwięku wypadków śmiertelnych.<br />

Można go obliczyć stosując równanie:<br />

gdzie:<br />

P - współczynnik niechęci do wypadków (>1)<br />

P =2 dla rządu Holandii.<br />

7.5.Średnie ryzyko indywidualne IRAV<br />

= IKS<br />

Poradnik metod ocen <strong>ryzyka</strong> związanego z niebezpiecznymi instalacjami procesowymi<br />

n<br />

∑<br />

io=<br />

1<br />

n<br />

P<br />

io io N f<br />

Średnie ryzyko indywidualne jest obliczane z wartości ROD według równania:<br />

Gdzie: PR – całkowita ilość osób zagrożonych wypadkiem ze skutkami śmiertelnymi.<br />

IR = ROD / P<br />

7.6.Współczynnik wypadków śmiertelnych (FAR)<br />

Współczynnik wypadków śmiertelnych FAR jest obliczany według wzoru:<br />

AV<br />

R<br />

8<br />

FAR = IRAV<br />

/ 10<br />

io<br />

(7.1)<br />

, (7.2)<br />

gdzie:<br />

wartość 10 8 jest całkowitym czasem narażenia (godziny) dla jednej osoby.<br />

Współczynnik ten jest często używany jako miara <strong>ryzyka</strong> dla osób zatrudnionych w danej <strong>instalacji</strong>.<br />

(7.3)<br />

(7.4)

Hooray! Your file is uploaded and ready to be published.

Saved successfully!

Ooh no, something went wrong!