RỦI RO môi TRƯỜNG TRONG sử DỤNG XE BUÝT CNG

Hội thảo khoa học Quốc gia Khí tượng Thủy văn, Môi trường Biến đổi khí hậu lần thứ XVI RỦI RO MÔI TRƯỜNG TRONG SỬ DỤNG XE BUÝT CNG Huỳnh Huy Việt1, Nguyễn Thị Thùy Dương Chi cục bảo vệ môi trường tỉnh Phú Yên, 2Ban QLDA xây dựng trụ sở CA TP.HCM Nhu cầu sử dụng CNG (Compressed natural gas) làm nhiên liệu cho phương tiện giao thông vận tải có xu hướng phát triển giới, thực tế có nhiều vụ tai nạn cháy, nổ xảy ra. Tại Việt Nam, TP. Hồ Chí Minh địa phương sử dụng loại xe buýt CNG với số lượng 50 xe chạy tuyến nội thành khoảng 24 xe phục vụ tuyến xe liên tỉnh từ Bến xe miền Tây Khu du lịch Đại Nam (Bình Dương). Hiện nghiên cứu chủ yếu tập trung vào ưu điểm xe buýt CNG mang lại giảm phát thải ô nhiễm, tiết kiệm chi phí…, thiệt hại rủi ro môi trường sử dụng xe buýt CNG đề cập đến. Bài báo đưa kịch tai nạn, xây dựng sơ đánh giá định lượng thiệt hại người, tài sản môi trường gây yếu tố: nổ đám mây hơi, nổ chai CNG, cầu lửa. 1. Đặt vấn đề: CNG khí thiên nhiên nén, chứa 85% - 95% CH4, khoảng 10% C2H6, lượng nhỏ C3H8, C4H10, C5H12, alkan khác. Từ 2008 CNG sản xuất sử dụng công nghiệp Việt Nam. Hiện nay, Chính phủ có hổ trợ trợ giá miễn thuế nhập loại xe buýt chạy CNG nhằm khuyến khích sử dụng. Bên cạnh lợi ích đem lại, thực tế xảy nhiều cố giới, như: 2010 Hàn Quốc nổ xe buýt làm bị thương 17 người, 2011 Pakistan khoảng 2.000 người chết cháy nổ xe CNG, số vụ nổ xe buýt nước Iran, Thailand, Malaysia… Bài báo nhằm đưa cảnh báo rủi ro môi trường tác động cố việc sử dụng xe buýt CNG. 2. Kết thảo luận Bài báo đưa kịch tai nạn sở xác định thiệt hại sau cố cháy, nổ xe buýt sử dụng CNG, với thông số: chai khí kim loại thép với P (250C) = 200bar, V = 50 lít; có chai khí đặt gầm xe. Hình 1: Cấu tạo xe buýt chai chứa khí CNG 388 Tập 2: Thủy văn - Tài nguyên nước, Biển, Môi trường Hội thảo khoa học Quốc gia Khí tượng Thủy văn, Môi trường Biến đổi khí hậu lần thứ XVI 2.1. Các kịch cháy, nổ xe buýt sử dụng CNG Qua hồi cứu từ vụ cháy nổ xe chạy CNG nước, tác giả nhận xét đa số vụ cháy nổ xe buýt xuất phát từ việc rò rỉ khí, nổ chai khí. Các kịch sau xây dựng cho xe dừng đỗ cố xảy từ nguyên nhân rò rì khí nổ chai.  Kịch 1: Chai khí tự nổ (do lỗi sản xuất; chai cũ, hư hỏng, có vết nứt .) tạo đám mây hơi. Tùy thuộc vào điều kiện bắt lửa mà dẫn đến: Nếu khí bắt lửa tức tạo cầu lửa thứ kích nổ chai khí lại tạo cầu lửa thứ 2, khí bắt lửa chậm dẫn đến nổ đám mây kích nổ toàn chai khí lại tạo cầu lửa Hình 2: Kịch cháy nổ xe buýt CNG (Hình 2).  Kịch 2: CNG rò rỉ từ chai khí gặp nguồn kích cháy tức dẫn đến cháy. Nhiệt từ vụ cháy nung nóng chai chứa khí dẫn đến nổ chai tạo đám mây hơi. Khi mà bên đám mây chưa hòa trộn với không khi, khí rìa đám mây hòa trộn với không khí đạt đến giới hạn cháy bắt lửa tạo cầu lửa (Hình 3). Hình 3: Kịch cháy nổ xe buýt CNG  Kịch 3: CNG sau rò rỉ từ chai khí, không gặp tác nhân gây cháy ngay, tích tụ tạo thành đám mây hơi. Khi đám mây bị kích cháy tạo vụ nổ đám mây hơi, nhiệt sinh từ vụ nổ làm nung nóng gây nổ chai chứa khí lại. Khí thoát từ chai khí bắt cháy tạo cầu lửa (Hình 4). Hình 4: Kịch cháy nổ xe buýt CNG 2.2. Những thiệt hại cố cháy, nổ 2.2.1. Nổ chai khí (nổ vật lý) Bài báo đưa mức tác động sóng xung kích theo lý thuyết vật cản xung quanh, từ ta dự đoán mức thiệt hại có công trình, người nằm phạm vi đánh giá. Tập 2: Thủy văn - Tài nguyên nước, Biển, Môi trường 389 Hội thảo khoa học Quốc gia Khí tượng Thủy văn, Môi trường Biến đổi khí hậu lần thứ XVI Khi chai khí bị tác động nhiệt cháy/nổ đám mây/quả cầu lửa nổ chai một lúc nổ nhiều chai. Đối với việc nổ chai, công nổ tác động lên đối tượng nhận công nổ chai khí riêng lẻ. Đối với việc nổ lúc nhiều chai, công nổ tác động lên đối tượng nhận tổng công sinh chai khí bị nổ. Giả thuyết toàn lượng nổ tạo sóng xung kích. Bảng 1: Cách xác định mức tác động vị trí cách tâm vụ nổ R [2] Các bước Nội dung Bước Tính đương lượng nổ TNT: WTNT k 1   k   P  V P 6 1  = 2,110      (kg ) k    P1     P1 áp suất tuyệt đối ban đầu chai (kG/m2); P2 áp suất môi trường xung quanh (kG/m2); V1 thể tích chai (m3); K số đoạn nhiệt, với KCNG = 1,31. Bước Tính khoảng cách tỷ lệ Z (scaled distance): Z = R / WTNT Xác định áp suất đỉnh áp (∆P) theo Z: sử dụng bảng Hình 7, Bước P 12 = + + với P0 áp suất khí 1,013 bar. P0 z z z Bước So sánh với mức áp suất áp Bảng để đánh giá tác động người công trình Khoảng cách gây chết người từ tâm vụ nổ (R) tính sau: ∆P = 0,2bar áp đủ gây chết người, tra Hình ta có Z = 8,5, R = Z. WTNT (m) Bảng 2: Khoảng cách từ xe buýt đến vị trí gây chết người nổ chai khí CNG Nổ chai WTNT =0,67 (kg) Nổ lúc chai R = 7,4 (m) WTNT =0,67x6 = 4,02 (kg) R = 13,5 (m) 2.2.2. Quả cầu lửa Nhiều tài liệu đưa giả thuyết cách tính kích thước, thời gian tồn xạ nhiệt cầu lửa. Tuy nhiên nay, giả thuyết đơn giản hóa cách giả định đường kính, vị trí xạ nhiệt không thay đổi suốt trình tồn cầu lửa [4]. Sau cách xác định tác động xạ nhiệt [5]. Hình 5: Minh họa cầu lửa Bước 1: xác định cường độ xạ tới vị trí nhận: I =  .F.E (kW.m-2) Trong đó: 390 Tập 2: Thủy văn - Tài nguyên nước, Biển, Môi trường Hội thảo khoa học Quốc gia Khí tượng Thủy văn, Môi trường Biến đổi khí hậu lần thứ XVI  Năng lượng giải phóng ra: E= .M .H c kW.m-2  .D t Với: là hệ số lượng xạ vào môi trường nằm khoảng 0,2 – 0,24 phụ thuộc vào kích thước cầu [6], ∆Hc nhiệt lượng sinh cháy CNG 50020 (kJ/kg), M khối lượng chất cháy cầu lửa (kg), D đường kính cầu lửa, Dmax = 5,8.M1/3 (m), t = 0,9.M0,25 (s)  Tỷ số lượng xạ phát lửa với lượng xạ nhận đối tượng tiếp xúc (F). Tỷ số F cực đại tương ứng với vị trí nhận xạ nằm vector hướng từ tâm cầu đến mục tiêu nhận: Fmax = D2 D  4 + d 2  Đối với vị trí khác (chiều thẳng đứng chiều nằm ngang) bề mặt đối tượng nhận xạ, giá trị F tính dựa góc α Hình 6: Fthẳng đứng = Fmax.cosα ; Fnằm ngang = Fmax.sinα Chiều cao nâng lên cầu: H=0,75.D (m) Hình 6: Vị trí cầu lửa đối tượng nhận xạ  Hệ số truyền nhiệt không khí (  ): Hệ số truyền nhiệt tính sau:  = 1,53.(Pw.d)-0,06 Pw.d < 104 N.m-1;  = 2,02.(Pw.d)-0,09 104 ≤ Pw.d ≤ 105 N.m-1;  = 2,85.(Pw.d)-0,12 Pw.d > 105 N.m-1 Trong PW áp suất riêng phần nước áp suất khí quyển: Pw = Pwaf/100 (N.m-2) với f độ ẩm không khí (%); Pwa áp suất nước bão hòa xác định bởi: lnPwa = 23,18986  3816, 42 (N.m-2) với T nhiệt độ không khí (K) T  46,13  Bước 2: vào Bảng để xác định mức thiệt hại cho người. Bảng 3: Mức độ ảnh hưởng cường độ xạ nhiệt người [2] Cường độ xạ Ảnh hưởng tới nguời nhiệt (kW/m2) 37,5 Gây tử vong cho nguời 20 Con nguời khả thoát ngoài, dẫn tới tử vong Gây bỏng nặng cho nguời vòng 20 giây. Nguời di 12,5 chuyển đến khu vực an toàn theo Con nguời chịu đựng vòng 15-20 giây, gây thiệt hại 4,7 sau 30 giây tiếp xúc 2,1 Con nguời chịu đựng khoảng phút Gây ảnh hưởng tới nguời tương tự xạ nhiệt ánh 1,2 nắng mặt trời lúc trưa hè Tập 2: Thủy văn - Tài nguyên nước, Biển, Môi trường 391 Hội thảo khoa học Quốc gia Khí tượng Thủy văn, Môi trường Biến đổi khí hậu lần thứ XVI Các thông số cần xác định cường độ xạ cầu lửa chai CNG tạo ra: (i) thể tích sinh sau nổ chai CNG V2 = PV = 10m3, M=10x0,68 = 6,8(kg); (ii) P2 Dmax = 11(m); (iii) H = 8,25(m); t = 1,45(s) (iv); vị trí cách tâm xe buýt x = m, d= 8, 252 + 52 - D/2 = 4,12 (m); (v) f = 85%, T = 303K, Pwa = 4146,42 (N.m-2), Pw = 3524,46 (N.m-2); (vi) ta có Pw.d = 1,45x104,  = 2,02.(Pw.d)-0,09 = 0,85; (vii) E=140,18 kW.m-2; (viii) người đứng nên bề mặt nhận xạ phải theo hướng thẳng đứng, Fthẳng đứng = 0,17. Kết mức cường độ xạ tác động lên người:  Cường độ xạ từ cầu lửa chai tạo tới vị trí nhận cách tâm xe buýt m 20,26 kW.m-2 có khả tử vong.  Tương tự, cường độ xạ từ cầu lửa chai tạo tới vị trí nhận cách tâm xe buýt m 17,88 kW.m-2 có khả bị bỏng nặng. 2.2.3. Tác động nổ đám mây Nổ đám mây có dạng: nổ đám mây hở có hiệu suất nổ thấp, nổ đám mây kín có hiệu suất nổ cao [1]. Thông thường khối lượng chất cháy tối thiểu đám mây đủ để tạo vụ nổ đề xuất mức kg, không tạo tượng cháy bùng (flashfire). Các bước để xác định mức tác động vị trí cách tâm vụ nổ R tương tự nổ chai khí. Tuy nhiên việc quy sức nổ tương đương với TNT tính theo công thức sau: WTNT =  M H c HTNT đó:  hiệu số nổ, CNG 0,03 - 0,2, ∆Hc lượng nổ chất cháy (kJ/kg), M khối lượng chất cháy có đám mây (kg), ∆HTNT lượng giải phóng kg chất nổ TNT, ∆HTNT = 4680 (kJ/kg) [5] [6].  Nổ đám mây rò rỉ xe: xe buýt có hộc đựng chai khí có kích thước sau: dài m, rộng 2,5 m, cao 0,8 m, Vhộc xe = m3. Giới hạn cháy CNG 5,3 %, VCNG = (5,3x6)/100 = 0,32 m3, MCNG = 0,32 x 0,68 = 0,22 kg. Do MCNG < kg nên cố không đủ tạo mức áp suất dư gây chết người.  Nổ đám mây hở: Hơi thoát từ chai với M = 6,8 kg, = 0,03, WTNT = 2,18 kg, người đứng cách tâm vụ nổ 11 m có khả bị chết. Hơi thoát từ chai với WTNT = 13,08 kg, người đứng cách tâm vụ nổ 20 m có khả bị chết. Hình 7: Mức áp theo khoảng cách tỷ lệ [2] 392 Tập 2: Thủy văn - Tài nguyên nước, Biển, Môi trường Hội thảo khoa học Quốc gia Khí tượng Thủy văn, Môi trường Biến đổi khí hậu lần thứ XVI 3. Kết luận Khi cố cháy, nổ xe buýt xảy gây hậu lớn, đặc biệt thành phố Hồ Chí Minh nơi mật độ phương tiện giao thông đông hay kẹt xe. Do người chủ phương tiện cần phải quan tâm đến công tác an toàn tuân thủ yêu cầu nhà sản xuất, định công tác kiểm định, bảo dưỡng, công tác huấn luyện tuyên truyền. Nhà nước phải quản lý chặt chẽ công tác nhập xe, chuyển đổi xe, lập diễn tập phương án ứng phó cố, cần phải thành lập Ban quản lý việc sử dụng CNG giao thông vận tải thành phố Hồ Chí Minh. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Đinh Vi Lan (2005), Nghiên cứu đánh giá rủi ro trình vận hành tuyến ống dẫn khí MP3 – Cà Mau để đề giải pháp an toàn giảm thiểu thiệt hại môi trường. Luận văn thạc sĩ, Viện môi trường tài nguyên – ĐHQG TP.HCM. 2. Huỳnh Huy Việt (2011), Đánh giá cố môi trường sử dụng khí công nghiệp đề xuất biện pháp phòng ngừa cố cho ngành khí, nghiên cứu trường hợp điển hình CTCP điện Thủ Đức, Luận văn thạc sỹ, Viện MT-TN – ĐHQG TP.HCM. 3. Huỳnh Huy Việt, Nguyễn Thị Thùy Dương, Lê Quang Thùy Oanh (2012), Xác định sở đánh giá thiệt hại nổ thiết bị chứa khí công nghiệp đánh giá rủi ro môi trường, Tuyển tập báo cáo hội thảo khoa học thường niên Phân viện khí tượng thủy văn môi trường phía Nam. 4. Jan Stawczyk (2003), Experimental evaluation of LPG tank explosion, Tạp chí Hazardous Materials, Volume 96, Issues 2–3, 31 January 2003, Pages 189–200. 5. Joaquim Casal (2008), Evaluation of the effects and consequences of major accidents in industrial plants, Universitat Politècnica de Catalunya, Barcelona, Spain. 6. Samuel Seamore Chamberlain (2004), Development of a physics of failure model quantitative assessment of the fire fatality risks of compressed natural gas bus cylinders, Luận án tiến sĩ, Đại học Maryland. ENVIRONMENTAL RISKS FOR USE OF CNG BUS Huynh Huy Viet1, Nguyen Thi Thuy Duong2 Phu Yen environmental protection Agency, Project Management Unite of HCM city police office Demanding use of Compressed Natural Gas (CNG) for Natural gas vehicles is increasing in the world in spite of the occurred accidents of CNG bus explosion in fact. In Vietnam, HCM city is only place using CNG bus with amount of 50 buses for route inside city and about 24 buses for the route from Sourthen coach station to Dai Nam Park (Binh Duong). Presently, we are focusing on the strong points of CNG bus such as low pollution emission, saving cost…, but the consequency of environmental risk by CNG bus is rarely been mentioned. This paper proposes the scenarios of accident, and develops the scientific bases to assess the consequency to human, property, and environment caused by vapor cloud explosion, fireball, CNG cylinder explosion in environmental risk assessment. Keywords: CNG bus explosion, CNG cylinder explosion, Fire ball. Tập 2: Thủy văn - Tài nguyên nước, Biển, Môi trường 393 . về Khí tượng Thủy văn, Môi trường và Biến đổi khí hậu lần thứ XVI 388 Tập 2: Thủy văn - Tài nguyên nước, Biển, Môi trường RỦI RO MÔI TRƯỜNG TRONG SỬ DỤNG XE BUÝT CNG Huỳnh Huy Việt 1 ,. trung vào những ưu điểm của xe buýt CNG mang lại như giảm phát thải ô nhiễm, tiết kiệm chi phí…, còn những thiệt hại do rủi ro môi trường trong sử dụng xe buýt CNG rất ít đề cập đến. Bài báo. xe CNG, và một số vụ nổ xe buýt ở các nước như Iran, Thailand, Malaysia… Bài báo này nhằm đưa ra các cảnh báo về những rủi ro môi trường và các tác động của sự cố trong việc sử dụng xe buýt CNG.