Сравнительная оценка программных комплексов "ПВ-безопасность" и "Токси+Risk 5.0" по анализу риска применяемых в России

В последние годы Правительством Российской Федерации и Федеральными законами принят курс на применение риск-ориентированного подхода как в организации всех видов Государственного контроля и надзора, так и при определении критериев безопасной эксплуатации производственных объектов.

Нормативная база России характеризуется тенденцией увеличения количества положений по использованию методологии анализа риска как основы для принятия решений по обеспечению безопасности.

Расчёт риска аварии и её последствий на оборудовании основывается на предпосылке, что существует определенная рассчитываемая вероятность наступления критического события, после которого происходящие деструктивные процессы можно с высокой точностью просчитать с использованием математических моделей происходящих при этом процессов. В Советском Союзе и раннем постсоветском периоде применялся совершенно иной подход, основанный на расчете прочности применяемых для изготовления оборудования материалов. Он не учитывал вероятность брака, ошибок, не позволял оценивать возможные последствия наступления критического события, дальность распространения поражающих факторов и т.п. Это приводило к очень тяжелым последствиям при возникновении аварий.

Для обеспечения проведения качественного анализа риска аварии на объекте следует производить как качественный анализ путем исследования причин произошедших аварий на аналогичном оборудовании, так и количественный анализ путем математического моделирования различных физических и термодинамических процессов, происходящих при реальных авариях.

В настоящее время НТС Ростехнадзора РФ одобрены два программных комплекса по анализу риска. Это ПВ-Безопасность разработчиком, которой является компания «Технософт» и программа ТОКСИ+risk 5.0, разработанная специалистами ЗАО НТЦ ПБ.

Рассмотрим эти два программных продукта более подробно и определим их достоинства и недостатки. Программа ПВ-Безопасность позволяет:

• -    производить расчеты энергопотенциалов и категорий взрывоопасности в соответствии с ОПВБ с изменениями от 2016 г. (бывшее ПБ 09-540-03) [3];

• -    проводить оценку зон поражения не только «по тротиловому эквиваленту», но и с учётом типа взрывного превращения (детонация/дефлаграция.);

• -    получать уточненные расчеты энергии от перегретых жидкостей в рамках ОПВБ_2016 (бывшее ПБ 09-540-03), снижающие энергопотенциалы на 20-50%.

В подсистеме «Расчеты помещений» программа позволяет:

• -    проводить расчёты помещений по взрывопожарной и пожарной опасности в соответствии с СП 12.13130.2009 «Определение категорий помещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности» [4];

• -    получать уточненные расчеты испарения перегретых жидкостей в рамках СП 12.13130.2009, позволяющие более точно рассчитать массу и состав испарённой жидкости.

Программный комплекс ТОКСИ+risk 5.0 в настоящее время успешно используется более чем в 250 крупных российских и зарубежных организациях нефтегазового профиля и организациях, специализирующихся в области анализа риска.

Программный комплекс «ТОКСИ+risk 5.0» служит для автоматизации вычислений и подготовки разделов технической документации при:

• -    проектировании производственных объектов, на которых получаются, используются, перерабатываются, образуются, хранятся, транспортируются, уничтожаются опасные вещества;

• -    разработке деклараций промышленной и пожарной безопасности;

• -    разработке планов локализации и ликвидации аварийных ситуаций;

• -    разработке ИТМ ГО и ЧС;

• -    разработке мероприятий по защите персонала и населения от возможных аварий;

• -    оценке воздействия аварийных выбросов ОВ на окружающую среду;

• -    расчетах пожарного риска;

• -    количественном анализе риска аварий на опасном производственном объекте (ОПО);

• -    разработке специальных технических условий (СТУ);

• -    разработке обоснований безопасности опасных производственных объектов (ОПО);

• -    оценке взрывоустойчивости зданий и сооружений;

• -    обязательном страховании ответственности владельцев ОПО;

• -    проведении иных процедур, связанных с оценкой последствий выбросов ОВ.

Для сравнения описываемых программных комплексов, встатье произведен расчет сценария разгерметизации емкости газораспределительной станции (ГРС) с выбросом пропана и последующим воспламенением от внешнего источника пламени в каждом из этих программ. Следует отметить, что проектирование и изготовление данной емкости для хранения сжиженного пропана, производилось ещё в Советском Союзе только исходя из методик сопротивления материалов без учета вероятности разгерметизации и развития поражающих факторов, следовательно, проектирование размещения помещений управления (операторными) на территории ГРС было произведено без учета обеспечения безопасности персонала при возможном развитии аварии.

Сценарий аварии: Разгерметизация 100 м³ емкости содержащей пропановую фракцию под давлением 17 атм. (абс.) в количестве 74 м³ при Т=38 ° С (окружающая среда).

Разрушение емкости: в результате сброса давления образуется взрывоопасное облако за счет вскипания пропановой фракции, потенциал взрыва данного облака рассчитан в энергии Е1-ПГФ (табл. 1).

Оставшаяся пропановая фракция (измененный состав, как результат испарения) проливается на бетонную обвалованную поверхность, площадь обвалования 150 м2. За время 3600 сек. образуется взрывоопасное облако, потенциал взрыва которого рассчитан в энергии Е4-ЖФ (табл. 2).

Таблица 1

Результаты расчета энергопотенциалов

Название блока	Коэф. уч. во взрыве	В-тва I, класса опасности:	Категория взрывоопасности:	Полный потенциал [ кДж ]	Привед. масса [ кг ]:	Относительный потенциал ( Q b ):	Радиус R o [ м ]:	Оценка зон поражения
Хранилище газового конденсата Емкости Е-1 (пропановая фракция)	0,1	Нет	1	9,44Е+08	2,05 Е+04	59,33	21	Да

Таблица 2

Расчет испарения пролитой жидкости с учетом остывания

Наименование	Значение
Значение энергии Е4» [ кДж ]	1,88Е+08
Давление окружающей среды [ атм .]	1,00
Температура окружающей среды [ °C ]	38,00
Время испарения пролитой ЖФ [ сек .]	3600,00
Площадь испарения пролитой ЖФ [ м2 ]	150,00
Температура пролитой жидкости [ °C ]	-41,8477
Коэффициент скорости испарения [ б/р ]	1,00

Как видно из приведенных расчетов, программный комплекс не позволяет объединить энергию дефлаграционного горения испаряющейся пролитой жидкости и энергию, полученную от детонационного взрыва испарившегося пропана, так как рассчитываются отдельные энергии взрыва паров Е₁ и энергии горения пролитой жидкости Е 4 . На самом деле эти процессы происходят параллельно, более того, при описанных условиях отдельный детонационный взрыв невозможен, в любом случае скорость распространения пламени не превысит 500 м/с. Более того, действующие нормативные документы [1, 2] требуют применения методики «тротилового эквивалента)

только для взрывов твердых и жидких веществ. Кроме того, учитываются факторы, не оказывающие существенного влияния на характер формирования и взрыва облака ТВС, такие как теплопроводность и плотность подстилающей поверхности, в то время как остаются неучтенными действительно важные факторы – параметры формирования, скорость рассеивания, время испарения до взрыва и распространения облака ТВС до воспламенения, его расположение относительно уровня земли и т.п.

В результате программе не удалось определить степень разрушения локальной операторной находящейся на удалении 80 м от емкости Е-1 (табл. 3), отсутствуют альтернативные варианты, учитывающие место формирования облака ТВС, отсутствует графическое изображение границ поражающих факторов на схеме установки.

Масса во взрывоопасных пределах, кг

Рис. 1. Диаграмма рассеивания облака пропана.

В отличие от ПВ-Безопасность, программный комплекс «TOXI+Risk 5.0» позволяет визуализировать результаты расчетов на планах местности, выполненных в векторном и растровом форматах, проводить оценку числа людей, попавших в зоны действия опасных факторов, погибших, максимально возможного количества пострадавших (МВКП), строить поля потенциального риска, а также поля частот превышения выше заданного уровня избы- ников опасности для различных сценариев аварии, рассчитывать коллективный, индивидуальный и социальный риски.

На основе результатов расчетов моделирования рассеяния опасных веществ в атмосфере в программе«TOXI+Risk 5.0» график взрывоопасной массы пропана в облаке ТВС во времени представлен на рис. 1. Из графика (рис. 1) видно, что при достижении времени 500 с масса пропана в облаке топливно-воздушной смеси(ТВС) снижается практически до нуля.

Для определения времени достижения максимальной массы пропана во взрывоопасных пределах в облаке ТВС, необходимо изменить диапазон времени (рис. 2).

Рис. 2. Диаграмма наиболее опасного времени до взрыва.

Также программа позволяет определить учет смещения центра взрыва облака ТВС с учетом дрейфа под давлением ветра при заданных условиях, а также моделирование взрывов облаков ТВС.

В результате расчетов в программе «TOXI+Risk 5.0» установлено, что вероятность разрушения зданий, которые подлежат сносу от взрывной волны на расстоянии 27 м (полевая операторная) и 80 м (локальная операторная) составляют соответственно 86% и 80%.

точного давления и импульса от нескольких источ-

Таблица 3

Определение степеней разрушения зданий и вероятностей поражения людей в них

Наименование объекта	Тип здания	Расстояние, м	Степень разрушения	Избыточное давление, кПа	Импульс волны давления, [ Па/с ]	Вероятности поражения людей, доли
						Смертельные	Тяжелые травмы	Легкие травмы
Операторная 1 (полевая)	бетонные и железобетонные здания и антисейсмические конструкции	27	Среднее	83,17	3856,8	0,09	0,10	0,20
Операторная 2 (локальная)	бетонные и железобетонные здания и антисейсмические конструкции	80	Не определено	63,93	1759,9	-	-	-

Рис. 3. Графическое изображение поражающего действия разлета осколков и высоты траектории их полета в зависимости от расстояния до взрыва.

Вероятность воздействия ударной волны давления на людей, находящихся в разрушенных зданиях (полевая и локальная операторная) составляет 100% в обоих случаях.

Вероятность воздействия ударной волны давления на людей, находящихся вне здания на расстоянии 27 м и 80 м составляет 0% в обоих случаях. Т.е. люди, находящиеся на открытой площадке на данных расстояниях, не пострадают от взрыва ТВС. Кроме того, из графического изображения поражающего действия разлета осколков и высоты траектории их полета на рисунке 3 видно, что воздействия на другое емкостное оборудование ГРС, находящееся от неё на расстоянии более 12 м не превышает величин, способных привести к их разрушению, таким образом при реализации данного сценария «эффект домино» можно исключить. Программный комплекс «TOXI+Risk 5.0» так же позволяет учесть в расчетах поражающих факторов аварий (пожар, взрыв, огненный шар, пожар-вспышка) метеоданные за различные периоды времени.

Расчет зон возможного поражения осколками при аварийном разрушении емкостного оборудования по программе«TOXI+Risk 5.0» позволяет производить расчетбаллистической траектории разлета осколков при разрушении надземного и подземного оборудования (резервуаров, трубопроводов), а также расчет зон вероятностного поражения человека осколками.

Сравнение рассмотренных программных комплексов позволяет сделать вывод о приоритете использования программного комплекса «ТОК-СИ+risk 5.0», позволяющего производить более точные и исчерпывающие расчеты (включая метеоданные, дрейф облака и разлет осколков), в то же время, для предварительной оценки радиусов действия поражающих факторов при взрывном превращении индивидуальных веществ может быть использован и программный комплекс «ПВ-безопасность», позволяющий получать предварительные радиусы распространения поражающих факторов взрыва, в остальном его возможности сильно ограничены учитывая слабую техническую базу и более редкое обновление контента, учитывающего включение в расчеты методик соответствующих требованиям обновленных НТД.

Исходя из описательной части комплексов, можно сделать вывод, что «TOXI+Risk 5.0» имеет больший функционал по сравнению с комплексом «ПВ-Безопасность», так как в него включено большее количество модулей, позволяющих производить расчеты поражающих факторов, в том числе с учетом метеорологических характеристик.