Vjesnik

struka i praksa
Modeli širenja opasnih plinova pri
istjecanju u nesrećama
Sažetak
Industrijske nesreće pri proizvodnji, preradi i
skladištenju opasnih tvari te prometne nesreće pri
prijevozu, često rezultiraju istjecanjem opasnih plinova
u atmosferu. Javnost i mediji redovito pridaju
takvim događajima veliku pozornost, i to s razlogom
– riječ je o nekontroliranim događajima koji
predstavljaju značajnu opasnost za život i zdravlje,
u prvom redu za ljude koji se zateknu u području
širenja plina. U takvim prilikama interveniraju
službe koje pokušavaju zaustaviti istjecanje plina,
odrediti područje opasnosti, evakuirati stanovništvo
i smanjiti posljedice nesreće. Za ključne odluke
u ovakvim intervencijama potrebna je procjena
područja opasnosti. Potrebno je procijeniti koncentraciju plina
na pojedinom mjestu u području širenja plina. Za to se koriste
modeli širenja opasnih plinova u atmosferi. Na tržištu su razni
modeli i programski paketi. Za pravilan odabir modela, korištenje
modela i interpretaciju rezultata potrebno je poznavati problematiku
vezanu uz svojstva opasnih plinova i prijenos tvari.
Svrha je ovog rada prikazati osnove modeliranja širenja opasnih
plinova, područja primjene modela i problematike vezane uz njihovo
korištenje. Između ostalog, na ovaj se način želi potaknuti
primjena ovih modela u službama koje interveniraju u nesrećama
s opasnim tvarima ili rade na preventivnim mjerama zaštite u
Republici Hrvatskoj.
Ključne riječi: istjecanje plina, širenje plina, model, područje
opasnosti
1. Uvod
Širenje ili disperzija plina nakon istjecanja obuhvaća kretanje
plina u atmosferi i miješanje sa zrakom pod utjecajem različitih
mehanizama prijenosa tvari: advekcije, atmosferske turbulencije
i difuzije. Advekcija se odvija pod utjecajem vjetra, koji u najvećoj
mjeri utječe na smjer i brzinu širenja plina. Atmosferska
turbulencija odvija se zbog vertikalnog strujanja zraka i utjecaja
tla na advekciju. Difuzija se odvija u smjeru koji je okomit od
smjera širenja vjetra, pod utjecajem koncentracijskog gradijenta
(razlike u koncentraciji). Plin se difuzijom širi bočno i po visini.
Plinovi teži od zraka mogu se u manjoj mjeri širiti i u smjeru
suprotnom od smjera vjetra, posebno u uvjetima male brzine vjetra.
Na proces širenja plina utječu i druga fi zikalna i kemijska
svojstva plina, visina izvora istjecanja u odnosu na tlo, obilježje
terena po kojemu se plin širi itd. Neki plinovi nakon istjecanja
reagiraju, što se u modelu treba posebno obraditi.
Širenje plina opisuje se modelom. Postoji više vrsta statističkih
i determinističkih modela širenja plinova u atmosferskom
graničnom sloju (AGS). Statistički se modeli temelje na statističkim
podacima o širenju plinova u nesrećama i teoriji vjerojatnosti.
Deterministički se modeli temelje na nizu jednadžbi o
očuvanju mase i energije u procesu širenja plina. Složeniji numerički
modeli zahtijevaju veliki broj podataka i moćna računala.
Tu se ističu modeli kompjuterizirane dinamike fl uida (tzv. CFD
24 Vatrogasni vjesnik travanj 2010.
Piše:
Damir Knežević
modeli). Jednostavniji analitički modeli koji zahtijevaju
manji broj ulaznih podataka, lako se mogu
riješiti.
Modele koji opisuju širenje plina pri istjecanju u
nesrećama, zbog različitih uvjeta i okolnosti istjecanja,
treba razlikovati od modela koji opisuju širenja
plina iz industrijskih ili drugih izvora emisije
(dimnjaka i sl.). Koji će se model odabrati ovisi o
vrsti i veličini problema, dostupnosti ulaznih podataka
koji se zahtijevaju u modelu, osposobljenosti
osobe koja koristi model i vremenu u kojem je potrebno
doći do rezultata. Za rješavanje složenijih
modela i postizanje većeg stupnja točnosti, računalu
treba više vremena. Za očekivati je da složeniji
modeli daju bolje rezultate. Budući da to nije uvijek slučaj, važno
je istaknuti da se kod odabira modela vodi računa o kompromisu.
Za dobivanje optimalnih rezultata modela potrebno je odrediti
izvore istjecanja, meteorološke uvjete, obilježja krajobraza i
koncentracije do kojih smiju biti izloženi ljudi ili kod kojih može
doći do zapaljenja smjese.
2. Istjecanje opasnih plinova
Modeliranje istjecanja vjerojatno ima najveći utjecaj na točnost
rezultata modela. Zbog toga je potrebno što bolje opisati
izvor istjecanja. Opisivanje izvora istjecanja može biti vrlo
složeno, zbog velikog broja mogućnosti. Istjecati može plin ili
kapljevina, trenutno ili dugotrajno, iz spremnika ili cjevovoda;
plin može biti pod tlakom ili pothlađen; istjecanje može biti na
tlo ili na vodu; u ograđeni prostor oko spremnika ili nekontrolirano
na otvoreni neograđeni prostor itd. Istjecanje može biti
kratkotrajno, dugotrajno uz promjenu brzine istjecanja i dugotrajno
ustaljeno istjecanje. Na kraju, svaki događaj može biti
kombinacija navedenih mogućnosti. Do istjecanja obično dolazi
zbog korozije, zagrijavanja, puknuća cijevi ili kvara ventila.
Proučavanjem nesreća u kojima dolazi do istjecanja opasnih
plinova u atmosferu uočavaju se dvije vrste nesreća:
1. naglo puknuće ili veće oštećenje procesne posude, spremnika
ili cjevovoda, pri čemu dolazi do naglog istjecanja
veće količine plina tijekom samo nekoliko sekunda (kratkotrajno
istjecanje)
2. propuštanje/curenje plina na spojevima, brtvama, ventilima
i drugim oštećenjima (dugotrajno istjecanje).
Mjesto istjecanja
Smjer vjetra
Spremnik
Širenje oblaka plina i miješanje sa zrakom
Slika 1: Dugotrajno istjecanje plina