Cơ sở lý thuyết đánh giá tác động do nổ thiết bị chịu áp lực (đã đăng)

TDMU, số (28) 2016 Tạp chí Khoa h c–TDMU ISSN: 1859 - 4433 Cơ sở lý thuyết đánh giá –thiệt hạiTháng nổ 6thiết bị Số 3(28) 2016, – 2016 CƠ SỞ T U T ĐÁN GIÁ THIỆT HẠI DO NỔ THI T BỊ CHỨA KHÍ CƠNG NGHIỆP TRONG ĐÁN GIÁ RỦI RO MÔI TRƢỜNG Huỳnh Huy Việt(1), N u (1) Chi cục Bảo vệ môi trường Phú Yên T V (2) rường đại h c h u t T MT T Đánh giá thiệt hại vụ nổ thiết bị chứa khí cơng nghiệp gây phụ thu c vào kịch và yếu tố gây thiệt hại ài bào này tr nh bày kịch c th ảy sau vụ nổ thiết bị chứa khí cơng nghiệp phân tích yếu tố gây thiệt hại nổ thiết bị chịu áp lực (nổ vật lý), nổ đám mây c u lửa phát tán môi chất àm sở đ đánh giá thiệt hại vụ nổ thiết bị chứa khí cơng nghiệp gây đánh giá r i ro môi trường Từ khóa: Đánh giá thiệt hại nổ thiết bị áp ực kịch yếu tố thiệt hại Đ tv Thiết bị chứa khí cơng nghiệp CNG (compressed natural gas), LPG (liquefied petroleum gas), axetylen… khí khơng cháy khác Tuy nhiên việc sử dụng khí cơng nghiệp ln tiềm ẩn n uy gây tai nạn công nghiệp lớn Thực tế xảy nhiều tai nạn làm thiệt hại n ười, tài sản ôi trường giới Việt n uy n n n c c c t i nạn c yếu xuất t t ôi trườn đ n n y c t iết ị côn n ệ c n n ười… c t n n ứn với c c c t i nạn t iết ị chịu áp lực y r t việc nhận diện yếu t gây thiệt hại đ n i định tính mức đ t c đ ng gây thiệt hại sau vụ nổ thiết bị chứa khí cơng nghiệ c n t iết N i dung c n i n cứu ch yếu ntc c c ịc ản c t xảy r s u vụ nổ c t iết ị c ứ côn n iệ Dự tr n c c ịc ản x c địn s đ n i t iệt ại c c vụ nổ c ứ côn n iệ tr n đ n i r ir ôi trườn Những thiệt hại tai nạn công nghiệp gây Trong hoạt đ ng sản xuất công nghiệp cũn n vận chuy n hóa chất nguy hại, tai nạn cơng nghiệp t ườn i n qu n đến m t nhiều tượng nguy hi m n cháy, nổ rò rỉ hóa chất Tai nạn cơng nghiệp gây thiệt hại đến c n n ười, tài sản ôi trường[3] C c t c đ ng lên n ười bao g t c đ ng th chất (chấn t ươn c ết n ười) t c đ ng tâm lý Nhữn t c đ ng có th t c đ ng lên n ười đ n n ười n u vực xung quanh; c c t c đ ng lên tài sản bao g m phá h y thiết bị công trình, nhà xư ng… C c t c đ n ôi trường có th lâu dài bao g m phát tán chất nguy hại vào trườn đất, nước, khơng khí c c t c đ ng n c c lợi ích khác… Khí cơng nghiệ ưu trữ bình chứa chịu áp lực ưới dạng: dạng khí nén (n C G – compressed natural gas), dạng khí hòa tan (n xety en), dạng 27 TDMU, số (28) – 2016 Huỳnh Huy Việt, Nguyễn Thị Vinh khí hóa lỏng (n LPG – liquefied petroleum gas) [7] Sau vụ nổ, mơi chất vào khí quy n ưới dạn đ y kịch bản: Đối v i thiết bị chứa khí nén, khí hòa tan Kịch sau vụ nổ phụ thu c điều kiện xuất t c n n y c y đ ổn định khí quy n, tình hu ng có th xảy n sau vụ nổ ượng mơi chất n ài tăn th t c n tr n đ y c ịp hòa tr n với khơng khí, n ưn n n ài c đ y tr n với ôn đạt giới hạn cháy, lúc có diện c a ngu n gây cháy, c u lửa hình thành[3] Cũn c i sau vụ nổ đ y tr n với khơng khí tạo thành hỗn hợp cháy nổ tr n đ y t t n tr n ơn khí gặp tác nhân gây cháy kịch vụ nổ đ y cháy bùng phụ thu c đ ổn định c a khí quy n, kh i ượng riêng c a môi chất so với kh i ượng riêng c a khơng khí [3][6] Sau vụ nổ n ôn c diện c a tác nhân gây c y đ y phát tán vào khơng khí gây nhiễm Hình 1: Kịch sau vụ nổ c a thiết bị chứa khí cơng nghiệp Đối v i thiết bị chứa khí hóa lỏng ưới dạng lỏng có hai cách: làm lạn ưới m sôi tăn suất lên cao (thông t ường n ười ta ưu trữ khí ưới dạng áp suất cao) Khi thiết bị chịu áp lực chứa môi chất lỏng tiếp xúc với ngu n nhiệt, áp suất bên thiết bị tăn t c đ n ọc làm thiết bị bị c (nứt, vỡ) mơi chất ngồi, tồn b ph n chất lỏng sôi bùng n nh gây vụ nổ vật lý, đ y iện tượng nổ BLEVE (boiling lipuid expanding vapor explosion - nổ chất lỏn sôi ơi) i đ n i ịch sau vụ nổ, c n xe xét điều kiện xuất tác nhân gây cháy đ ổn định c a khí quy n n s u: − iđ y gặp tác nhân gây cháy tức tạo c u lửa Việc bắt cháy hay khơng phụ thu c vào trạng thái c a thiết bị [5] Nếu xảy c t trạng thái nóng (bị gia nhiệt t bên ngồi) xuất c u lửa Nếu c xảy t trạng thái lạnh (khơng bị gia nhiệt t bên ngồi), việc bắt cháy ăn ơn s u vụ nổ môi trường xung quanh lạnh, chẳng hạn với LPG có 5% bắt cháy tạo c u lửa 28 TDMU, số (28) – 2016 Cơ sở lý thuyết đánh giá thiệt hại nổ thiết bị phân b tạo sóng xung kích khoảng 40-50% [3] Mảnh vỡ t vụ nổ có phạ vi t c đ ng lớn, lớn ơn ạm vi tác đ ng c a sóng xung kích t c đ ng nhiệt c a c u lửa Những mảnh vỡ có th gây hiệu ứn “domino” tác đ ng lên thiết bị chịu áp lực khác i với thiết bị dạng hình c u, khoảng 70% mảnh vỡ x ưới 200m, có trườn ợ khoản c c đạt tới 600m chí 700 i với thiết bị dạng hình trụ, phạm vi văn ắn x ơn ảnh vỡ x tới 1.100m [3] S ượng mảnh vỡ dự đ n bảng [3] gặp tác nhân gây cháy tức thì[4] Khi đ y khơng bắt c y phát tán vào khơng khí Trong q trình phát tán khơng khí có th bắt cháy (bị gây cháy mu n) không bắt cháy − iđ y ị gây cháy mu n kịch lửa, nổ đ y cháy bùng phụ thu c đ ổn định c a khí quy n kh i ượng riêng c a môi chất so với kh i ượng riêng c a khơng khí, trườn ợ c n nghiên cứu thêm Sau c BLEVE đ y không bắt cháy phát tán vào khơng khí gây nhiễm Cơ sở t u t á t ệt hại tro á rủi ro mơ trƣờng Qua phân tích kịch sau vụ nổ thiết bị chứa khí cơng nghiệp, yếu t có th gây tác hại c n c c n n ười, tài sản ôi trường là: nổ thiết bị chịu áp lực (nổ vật lý), nổ đ y c u lửa phát tán môi chất rường hợp 1: nổ thiết bị chịu áp lực (nổ vật lý) Nổ vật lý tượng phá vỡ toàn vẹn c a thiết bị đ giải n năn ượng nhằm cân áp suất thiết bị ăn ượng ngồi phân b vào việc tạo sóng xung kích/q áp, cung cấ đ n năn c c c mảnh vỡ phá vỡ hoàn toàn thiết bị (chỉ m t ượng nhỏ năn ượn ùn đ phá vỡ thiết bị thành nhiều mảnh)[3] Nhữn t c đ ng gây thiệt hại nổ thiết bị chịu áp lực sóng xung kích vật văn ắn Ngồi phải k đến tiếng n gây hại cho n ười vụ nổ tạo nên H u hết thiết bị có cấu tạo t vật liệu mà điều kiện áp suất làm việc trạng thái dẻo Khi nổ, thiết bị bị vỡ thành mảnh lớn năn ượng Bảng 1: Số ượng mảnh vỡ từ nổ bình chịu áp lực Hình dạng thiết bị Số lượng mảnh vỡ Dạng hình trụ 2–3 Dạng hình cầu – 15 (thường 5) e c c s iệu t n tr đ n TP C c t c vụ nổ bình chịu áp lực xảy TP.HCM Vụ thứ xảy s gia công ghế sắt (Quận 10) vào lúc iờ 30 t ngày 5/9/1996, tai nạn nổ c i xy c n đ y loại 40 lít Thiệt hại tai nạn 176.940.000 đ ng, làm chết n ười 15 n ười bị t ươn Vụ thứ hai: xảy côn ty AS chuyên sản xuất sản phẩm nhựa van n nước, vòi sen nhựa lúc iờ 15 t ngày 12/9/2006 Tai nạn nổ bình khí nén (làm thiết bị trợ lực cho hệ th ng ép th y lực gắn máy ép nhựa), sau vụ nổ cháy lan khu vực xung quanh Bình khí nén có Plàm việc = 210 kG/cm2, V = 6,3 lít Vụ nổ t i u y 1/3 xư ng ph n lớn máy ép nhựa công ty, thiệt hại tài sản khoảng 2,5 tỷ đ ng, n ười bị t ươn tr n đ c n ười bị t ươn nặng [ngu n: Thanh tr đ ng TP.HCM] 29 TDMU, số (28) – 2016 Huỳnh Huy Việt, Nguyễn Thị Vinh Hình 2: Hiện trường vụ nổ chai oxy ph n chai bị xé khoảng 1/3 thân Hình 3: Máy ép nhựa sau vụ nổ toàn cảnh nhà ưởng sau vụ nổ Hình 4: Tác đ ng c a nổ thiết bị chứa khí thâm nhập vào bên c u iđ y ị kích cháy tức vị trí mặt đất tạo c u lử s u đ t àn kh i tăn n th tích, b c lên cao, phát tán không gian suy tàn [5] Qua khảo sát thực tế, c u lửa t ườn é ài t ơn t t ôn t ường vài giây [3] Quả c u lửa (fireball): y s u vụ nổ thiết bị chịu áp lực t ường có dạng g n gi ng c u y bị c c y n ưn v ơn có oxy bên cháy xảy bên c u gọi c u lửa [3], trình xáo tr n mạnh c a khơng khí xung quanh lửa cho phép khơng khí 30 TDMU, số (28) – 2016 Cơ sở lý thuyết đánh giá thiệt hại nổ thiết bị điều kiện b lửa (150 kW/m2) 30 phút tr n điều kiện nhiệt ượng 37,5 kW/m2 r n điều kiện đ khơng khí, cháy đ y tạo khói hỗn hợp CO2, nước NOx gây ô nhiễ ôi trường tác hại đến c n n ười ng thời, cháy tiêu thụ oxy khơng khí dẫn đến giả ượn xy ượng khói sinh làm hạn chế t m nhìn, khói chiếm 15% th tích khơng khí y ăn c việc hi m c c n n ười M t c u lử t ường kèm theo tỏa nhiệt mạnh gây hậu nghiêm trọng tr n i t c đ ng áp suất hạn chế phạm vi so với t c đ ng nhiệt [5][6] i với n ười, mức xạ nhiệt < kW/ m không gây ản ng có biện pháp phòng tránh; mức xạ nhiệt > 37,5 kW/m2 giới hạn gây chết n ười Thời i n ỏn đ i với d m thép ôn bảo vệ t tr n điều kiện tia lửa (250 kW/m ), 10 phút Hình 5: Đám mây LPG h nh thành sau vụ nổ [2] Hình 6: Quá trình hình thành kết thúc c a c u lửa [5] Hình 7: Tác đ ng c a c u lửa Nổ đám mây vapor e p osion : Nổ diễn r i tăn đ t ng t th tích phản ứn c y n n đ y ỗn hợp c a chất cháy khơng khí M t vụ nổ đ y t ườn è t e c y ùn (flashfire) áp/sóng xung kích (overpressure/shockwave) [3], ngồi sinh tiếng n gây hại c c n n ười 31 TDMU, số (28) – 2016 Huỳnh Huy Việt, Nguyễn Thị Vinh i / t t r n t àn đ y m t điều kiện tượng định đ y khuếch tán làm cho hỗn hợp cháy khơng khí hòa tr n đạt đến giới hạn cháy, đ c t ước đ y tăn n Khi gặp tác nhân gây cháy đ y cháy nhanh, t c đ cháy c a hỗn hợp cháy LPG ghi nhận – 10 /s tăn lên theo t c đ gió Khoảng thời gian xảy r c yđ y ngắn, khoảng vài chục giây đ y iện tượng cháy bùng Khu vực bao ph b i đ y bị t c đ ng nhiệt mạnh, i đ n n ài u vực t c đ ng nhiệt bị giảm mạnh có th bỏ qua Nếu kh i ượng chất cháy hỗn hợp cháy nổ đ lớn gây sóng xung kích, giá trị tùy thu c vào tính chất mơi trường đ y t giá trị gợi ý kg [3] Chỉ m t ph n nhỏ năn ượng phản ứng cháy tỏa ùn đ tạo sóng xung kíc S n xun c x c định b i kh i ượng chất cháy tham gia tính chất trường đ y Dựa vào trường xảy nổ, ta có: nổ kín (confined explosion) nổ nơi c ơn i n n n n tr n đường ng, c ng rãnh, b chứa, phòng kín ; nổ h (unconfined explosion) nổ nơi c không gian m , nổ m t ph n kín (partly confined explosion) nổ nơi c không gian m ph n [3] Cũn i n n c u lửa, cháy đ y tạo khói gây nhiễm ôi trường tác hại đến c n n ười Hình 8: ác đ ng c a nổ đám mây Phát tán môi chất Trong hoạt đ ng sản xuất công nghiệp, thiết bị chịu áp lực t ườn c xu ướng mơi chất bên đ y ngu n thải thấp Việc phát thải t ngu n có th phát thải tức thời hay phát thải liên tục (tùy trường hợp) ảnh n đến c n n ười ôi trường [6][3] i với c nổ thiết bị chứa môi chất, xem ngu n thải tức thời [6][3] Sau c nổ, hình thành m t đ yv a di chuy n theo gió v a xảy q trình khuyếch tán vào khơng khí Th tích c a kh i có n ng ban đậ đặc ban đ u giảm d n theo thời i n n ưn th tích c đ mây (bao g m c a kh i đậ đặc n ng đ thấp phía ngồi) tăn n lên di chuy n theo gió [3] i với môi chất cháy nổ, việc x c địn đường viền giới hạn cháy nổ c đ y quan trọng cơng tác dự c t ước, hình dạng c a đ y c y nổ 32 TDMU, số (28) – 2016 Cơ sở lý thuyết đánh giá thiệt hại nổ thiết bị Hình 9: Sự cố nổ thiết bị tạo đám mây và diễn tiến c a khối đậm đặc theo gió c c yếu t t iệt ại n nổ vật nổ đ y c u lửa phát tán môi chất Với ỗi t yếu t t iệt ại c n u ẫn đến ậu c n u D thực đ n i ậu c a vụ nổ thiết bị chứa khí cơng nghiệp c n phải n i n cứu cụ t t n yếu t địn t n địn ượn c c t iệt ại đ có biện pháp phòng ng a ứn với c c c phù hợp v đảm bảo hiệu tính kinh tế K t luận uy xảy r c c c ôi trườn tr n sử ụn c c t iết ị c ịu ực điều c t xảy r c n t ôn c iện n n ữu iệu u n i t ực iện côn t c đ n i r i r ôi trườn c c vụ nổ thiết bị chứa khí công nghiệ y r c n ải xe xét c c ịc ản đ c t ự c c n uy t c đ n C c ịc ản xảy r nổ t iết ị c ịu ực ụ t u c DETERMINING SCIENTIFIC BASE TO ASSESS CONSEQUENCY CAUSED BY THE INDUSTRIAL GAS PRESSURE VESSEL EXPLOSION IN ENVIRONMENT RISK ASSESSMENT Huynh Huy Viet, Nguyen Thi Vinh ABSTRACT Assessing the exploision risk of industrial gases depends on scenarios and hazard factors This paper presents scenarios, determines factors and causing the consequency of inductrial gas pressure vessel explosion to human, property, and environment (CNG, LPG acety ene… other non-flammable gases) Analysing factors as vapor cloud explosion, fireball, pressure vessel explosion, and dispersing vapor cloud are the scientific base to assess the consequency caused by the inductrial gas pressure vessel explosion in environmental risk assessment TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] B Lao đ n ươn in Xã i, hông tư số 32/2011/TT- LĐ XH ngày 14 tháng 11 năm 2011 việc hư ng dẫn thực ki m định kỹ thuật an toàn ao đ ng loại máy, thiết bị, vật tư c yêu c u nghiêm ngặt an toàn ao đ ng, Hà N i, 2011 [2] Jan Stawczyk, Experimental evaluation of LPG tank explosion hazards, Tạp chí Hazardous Materials Volume 96, Issues 2–3, 31 January 2003 Pages 189–200 33 TDMU, số (28) – 2016 Huỳnh Huy Việt, Nguyễn Thị Vinh [3] Joaquim Casal, Evaluation of the effects and consequences of major accidents in industrial plants Universitat Politècnica de Catalunya, Barcelona, Spain, 2008 [4] Lý Ngọc Minh, Nghiên cứu xây dựng phương pháp đánh giá cố mơi trường sử dụng khí hóa lỏng (LPG) Việt Nam Luận án tiến sĩ Viện Mơi trường Tài ngun thành ph H Chí Minh, 2009 [5] Lý Ngọc Minh, Khảo sát ứng dụng mơ hìn t n đ đ n i c ôi trường công nghiệp d u khí, Tạp chí Công nghiệp, s tháng 12/2011 [6] Samuel Seamore Chamberlain, Development of a physics of failure model quantitative assessment of the fire fatality risks of compressed natural gas bus cylinders, Luận án tiến sĩ ại học Maryland, 2004 [7] Huỳnh Huy Việt, Đánh giá cố sử dụng khí cơng nghiệp và đề xuất biện pháp phòng ngừa cố cho ngành khí nghiên cứu trường hợp n hình Cơng ty cổ ph n điện Th Đức, Luận văn c ọc, Viện Môi trường Tài nguyên thành ph H Chí Minh, 2011   Ngày nhận bài: 20/01/2016 Chấp nhận đăng: 28/04/2016 Liên hệ: Nguy n Th Vinh P n tạo rườn ại học Th D u M t S Tr n Văn Ơn P – Th D u M t – B n Dươn Email: vinhnt@tdmu.edu.vn 34 ... lực (nổ vật lý) , nổ đ y c u lửa phát tán môi chất rường hợp 1: nổ thiết bị chịu áp lực (nổ vật lý) Nổ vật lý tượng phá vỡ toàn vẹn c a thiết bị đ giải n năn ượng nhằm cân áp suất thiết bị ăn... nhiễm Cơ sở t u t á t ệt hại tro á rủi ro mô trƣờng Qua phân tích kịch sau vụ nổ thiết bị chứa khí cơng nghiệp, yếu t có th gây tác hại c n c c n n ười, tài sản ôi trường là: nổ thiết bị chịu áp lực. .. chất cháy nổ, việc x c địn đường viền giới hạn cháy nổ c đ y quan trọng công tác dự c t ước, hình dạng c a đ y c y nổ 32 TDMU, số (28) – 2016 Cơ sở lý thuyết đánh giá thiệt hại nổ thiết bị Hình