Phương pháp nghiên cứu

2.2.1 Phương pháp tổng quan tài liệu và hồi cứu số liệu

Để xây dựng phương pháp đánh giá SCMT trong sử dụng LPG cần xác định các nguy cơ gây SCMT trong sử dụng LPG trên cơ sở tổng quan tài liệu, hồi cứu số liệu một số sự cố đã xảy ra trên thế giới cũng như ở Việt Nam và phân tích nguyên nhân gây sự cố và đánh giá tác động tới con người và môi trường do sự cố gây ra để xây dựng phương pháp đánh giá sự cố trên cơ sở khoa học phù hợp với điều kiện Việt Nam; đồng thời đề xuất một số giải pháp bảo đảm an toàn và phòng ngừa sự cố môi trường trong sản xuất và sử dụng LPG ở Việt Nam. Phát hiện dấu hiệu, nhận dạng rủi ro là bước đầu của đánh giá sự cố, nhằm phát hiện dấu hiệu rủi ro có thể gây sự cố, từ đó dự báo ảnh hưởng. Để nhận diện SCMT, luận án sử dụng các phương pháp và công cụ sau đây:

• Phương pháp lập bảng danh mục kiểm tra (check list): Liệt kê các mối nguy hại trong sử dụng LPG hiện diện trong khu vực nghiên cứu dựa trên các nguồn thông tin thu thập được.

• Phương pháp phân tích nguy hại sơ bộ (PHA-Preliminary hazard identification): Liệt kê các mối nguy hại trong sử dụng LPG nhưng không đánh giá mức độ ảnh hưởng và rủi ro liên quan. Một số phương pháp phân tích nguy hại sơ bộ được áp dụng trong luận án gồm:

- Phương pháp phân tích cây sự kiện (ETA-Event tree analysis): liệt kê các sự cố có thể xảy ra trong sử dụng LPG;

- Phương pháp phân tích cây sai lầm (Faul tree analysis-FTA): phân tích nguyên nhân các sự cố đã xảy ra trong sử dụng LPG trên thế giới và ở Việt Nam;

- Phương pháp nhận diện mối nguy (HAZID-Hazad indentification): nhận diện các mối nguy hại trong sử dụng LPG;

- Phương pháp đánh giá nhanh (RRR-Rapid risk ranking): đánh giá nhanh ảnh hưởng của sự cố nổ thiết bị chứa LPG bằng các công thức tính công sinh ra khi nổ, công thức tính lượng khói sinh ra, công thức tính nồng độ phát tán của đám mây hơi hoặc chất ô nhiễm trong quả cầu lửa . . .

được xây dựng trong luận án;

- Phương pháp phân tích tác động của các kiểu hỏng hóc (FMEA-Failure Modes and Effect Anal- ysis): xác định ảnh hưởng của sự cố do một thành phần của hệ thống thiết bị chứa LPG có thể hỏng;

- Phương pháp phân tích khẩn cấp và các tác động của các kiểu hỏng hóc (FMECA-Failure Modes and Effect Criticality Analysis): đánh giá tác động của các kiểu hỏng hóc trong sử dụng LPG và biện pháp đáp ứng trong trường hợp khẩn cấp.

- Phương pháp phân tích vận hành và các mối nguy hại (HAZOP-Hazard and operability analysis): thiết lập các kiểu hỏng hóc và tác động của chúng trong sử dụng LPG bằng cách khảo sát hệ thống thiết bị chứa LPG và các thành phần của nó.

- Phương pháp SWIFT (Structure What If): đặt ra tình huống điều gì sẽ xảy ra trong sử dụng LPG và biện pháp giải quyết trong sử dụng LPG như: giả định sự cố nổ bồn chứa LPG rồi cháy đám mây hơi LPG, tạo quả cầu lửa. . .

• Phương pháp thu thập cơ sở dữ liệu và các sự cố đã xảy ra (Experience data – databases): thu thập thông tin có liên quan, đặc biệt là các báo cáo ĐTM, ĐRM, ĐSM các dự án trong chế biến và sử dụng LPG. Các dữ liệu về các sự cố đã xảy ra cũng là các thông tin quan trọng cho công tác xác định các mối nguy hại. Luận án sẽ tổng hợp tính chất lý, hóa của LPG để nêu và phân tích một số đặc tính nguy hại của LPG; từ đó đánh giá nguy cơ và khảo sát thiệt hại của một số sự cố đã xảy ra; dự báo thiệt hại nếu xảy ra sự cố trong sử dụng LPG .

• Tổng quan về SCMT và đánh giá SCMT: Hệ thống hóa các thông tin về LPG và nguy cơ gây sự cố trong sử dụng LPG; tổng hợp và phân tích các đặc tính nguy hại của LPG; hồi cứu số liệu thống kê: số liệu về tình hình chế biến và sử dụng LPG ở Việt Nam; sự cố đã xảy ra trong sử dụng LPG trên thế giới và ở Việt Nam.

• Tổng quan về các phương pháp đánh giá sự cố trong chế biến và sử dụng LPG trên thế giới và ở Việt Nam.

2.2.2 Phương pháp giải tích, tính toán lý thuyết

Những vấn đề chưa được đề cập trong đánh giá tác động của sự cố nổ thiết bị chứa LPG như chương I của luận án đã phân tích sẽ được nghiên cứu bổ sung nhằm xây dựng hoàn thiện cơ sở khoa học đánh giá SCMT trong sử dụng LPG bằng phương pháp giải tích, tính toán lý thuyết như sau:

• Tính toán lượng LPG lỏng hóa hơi, tính toán lượng hơi LPG tạo ra sau vụ nổ,

• Tính toán ảnh hưởng của quá trình nổ thiết bị chứa LPG (công cơ học sinh ra sau vụ nổ, tác động nhiệt của đám cháy, tác động do khói sinh ra và do tiêu thụ oxy).

• Xây dựng quy trình tính toán sức bền bồn chứa LPG công nghiệp.

Các kết quả nghiên cứu này sẽ góp phần tạo cơ sở để thực hiện đánh giá rủi ro định lượng (QRA) là phương pháp được sử dụng nhằm lượng hóa các thiệt hại do SCMT trong sử dụng LPG gây ra mà các nghiên cứu trước đây chưa hoàn thiện.

2.2.3 Phương pháp đánh giá rủi ro dự báo

Phương pháp đánh giá rủi ro dự báolà quá trình xác định các tác động tiềm tàng gây ra bởi các tác nhân gây rủi ro, đang tồn tại và sẽ phát sinh trong tương lai, gồm các bước sau [76]:

• Bước 1: Xác định các đối tượng, lộ diện/tiếp xúc với các tác nhân gây rủi ro

• Bước 2: Xác định mức độ lộ diện/tiếp xúc

• Bước 3: Xác mức độ gây hại của các tác nhân gây rủi ro đến các đối tượng.

SCMT công nghiệp là sự kết hợp giữa khả năng xảy ra sự cố và hậu quả đối với môi trường khi sự cố xảy ra: Mức độ SCMT = khả năng xảy ra sự cố x thiệt hại do sự cố gây ra

Trong phương pháp này có sử dụng phương pháp mô hình hóa môi trường để nghiên cứu và ứng dụng mô hình toán nhằm khảo sát quá trình phát tán trong không khí của quả cầu lửa tạo thành sau vụ nổ thiết bị chứa LPG xuất phát từ đặc điểm trong sử dụng LPG và các điều kiện đơn trị để sử dụng mô hình [116]. Đặc điểm của việc phát tán hơi LPG khi nổ thiết bị chứa nó và quả cầu lửa khi cháy đám mây hơi LPG đậm đặc là: thời gian xảy ra sự cố nhanh, tạo ra áp lực cao, giải phóng năng lượng lớn, thải một lượng lớn chất ô nhiễm và phát tán nhanh trong không khí, tạo ra đám cháy lớn, gây thiệt hại về nguời, tài sản và môi trường. Ứng dụng mô hình toán sẽ giúp cho việc tính phát tán hơi LPG và quả cầu lửa trong không khí được thuận lợi và giải quyết vấn đề này hữu hiệu hơn. Ở Việt Nam, các mô hình toán hiện có thường chỉ tập trung giải quyết bài toán tính phát tán liên tục chất gây ô nhiễm do các lò đốt công nghiệp hoặc trong GTVT phát thải ở dạng nguồn điểm hoặc nguồn vùng trên diện rộng, chưa quan tâm nhiều tới bài toán phát tán chất nguy hại do SCMT gây ra như: rò rỉ, cháy, nổ. . .; đặc biệt là trường hợp sự cố nổ thiết bị chứa LPG. Các mô hình nước ngoài hiện có cũng chưa thể hiện đầy đủ các sự cố và chưa phù hợp với điều kiện Việt Nam.

2.2.4 Phương pháp xác định hệ số rủi ro

Một phương pháp đánh giá rủi ro môi trường dự báo là xác định hệ số rủi ro RQ. Nội dung của phương pháp này đã được trình bày trong phần 1.1.8.4c chương I. Nếu RQ<1: rủi ro thấp và có thể chấp nhận được; nếu RQ≥1: cần triển khai các chương trình quản lý thích hợp để giảm thiểu rủi ro.

Số liệu đo đạc hoặc tính toán về nồng độ một chất gây ô nhiễm và các giá trị ngưỡng liên quan (tiêu chuẩn quốc tế, quốc gia. . .) thường là những tập hợp các đại lượng ngẫu nhiên. Do vậy, hệ số rủi ro RQ tìm được cũng là một tập hợp các đại lượng ngẫu nghiên. Điều này cho thấy kết luận về khả năng một tác nhân có gây rủi ro hay không là kết luận mang tính xác suất.

Trong sử dụng LPG cần xác định hệ số rủi ro RQ của các tác động cơ học, nhiệt học, độc học. . .rồi so sánh với ngưỡng chịu đựng của sinh vật, giới hạn an toàn, môi trường hoặc so sánh với tiêu chuẩn ATMT. Các tác động cơ học, nhiệt học, độc học trong trường hợp xảy ra sự cố nổ bồn chứa LPG chưa được đề cập trong các nghiên cứu trong và ngoài nước sẽ được luận án nghiên cứu giải quyết thông qua việc xây dựng

các công thức tính công sinh ra khi nổ thiết bị, công thức xác định hệ số phát thải khói và hệ số tiệu thụ ô xy, công thức tính lượng nhiệt sinh ra khi cháy đám mây hơi LPG tạo thành sau sự cố. . .

2.2.5 Phương pháp xác suất, thống kê

Sử dụng lý thuyết xác suất (nguyên lý cộng xác xuất và quy tắc tính xác suất theo quy luật Poisson) trên cơ sở số liệu thống kê được thu thập.

2.3 Phương pháp nghiên cứu bán thực nghiệm

2.3.1 Phương pháp đánh giá rủi ro hồi cố

Phương pháp đánh giá rủi ro hồi cốlà quá trình xác định các nguyên nhân gây rủi ro trên cơ sở các tác động đã xảy ra. Nội dung của phương pháp đánh giá rủi ro hồi cốđược thể hiện qua các bước chính sau [74]:

• Bước 1: Xác định các nguồn gây rủi ro;

• Bước 2: Xác định đường truyền rủi ro;

• Bước 3: Xác định mức độ lộ diện/tiếp xúc của đối tượng đối với tác nhân;

• Bước 4: Xác định ngưỡng chấp nhận của đối tượng;

• Bước 5: Xác định các tác động vượt ngưỡng đối với đối tượng.

Tiến hành khảo sát hồi cố một số sự cố đã xảy ra trong chế biến và sử dụng LPG trên thế giới và tại Việt Nam.

2.3.2 Phương pháp quan sát, so sánh

Quan sát quá trình hình thành và di chuyển của quả cầu lửa do cháy đám mây hơi LPG sau vụ nổ thiết bị chứa LPG thông qua các sự cố đã xảy ra được ghi lại bằng hình ảnh và video.

2.3.3 Phương pháp chuyên gia

Đánh giá tình hình sử dụng, dự báo sự cố có thể xảy ra trong sử dụng LPG ở Việt Nam, đánh giá tác động của sự cố tới môi trường và con người bằng cách tham gia các hội thảo, hội nghị khoa học trong nước và quốc tế, tham khảo ý kiến, trao đổi thông tin về vấn đề nghiên cứu với các chuyên gia trong và ngoài nước về ATMT trong sử dụng LPG, về quản lý công nghiệp, phòng chống cháy nổ. . .

2.3.4 Phương pháp xây dựng quy trình

Xây dựng quy trình đánh giá SCMT theo trình tự sau:

• Nhận diện mối nguy hại (nguồn, đặc tính nguy hiểm, nguy cơ gây sự cố);

• Đánh giá xác suất gây sự cố trong sử dụng thiết bị

• Đánh giá thiệt hại về người, tài sản, môi trường khi xảy ra sự cố.

• Xác định đặc tính rủi ro.

2.4 Phương pháp khảo sát thực tế

2.4.1 Phương pháp điều tra xã hội học

• Khảo sát sự cố trong sử dụng LPG ở Việt Nam;

• Thu thập thông tin, số liệu về tình hình sử dụng, mức độ hiểu biết các đặc tính nguy hại của LPG từ người sử dụng;

• Khảo sát tình hình quản lý an toàn trong sử dụng LPG ở Việt Nam từ người sử dụng và các cơ quan chức năng;

Tiến hành điều tra xã hội học về các vấn đề này tại Thành phố Hồ Chí Minh và phân tích kết quả điều tra thu được.

2.4.2 Phương pháp nghiên cứu trường hợp điển hình

• Đánh giá sự cố nếu nổ bồn chứa 20 tấn LPG trong vụ tai nạn giao thông lật xe bồn tại Hà Nội, năm 2007. Công việc gồm có: mô tả sự cố; đánh giá xác suất xảy ra sự cố; đánh giá thiệt hại nếu nổ bồn chứa LPG xảy ra; đánh giá tổng hợp sự cố.

• Khảo sát, đánh giá, đề xuất giải pháp bảo đảm an toàn, phòng ngừa SCMT trong sử dụng LPG tại NM sữa Sài Gòn – Vinamilk tại khu công nghiệp (KCN) Tân Thới Hiệp, Quận 12, TP.HCM do công ty Sàigòn Gas chế tạo, lắp đặt. Các hạng mục khảo sát gồm: hồ sơ thiết kế, phương án lắp đặt thiết bị, giải pháp kiểm sóat rủi ro và phòng ngừa sự cố SCMT trong sử dụng LPG.

Chương 3

Cơ sở lý thuyết

3.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG CƠ HỌC KHI

NỔ THIẾT BỊ CHỨA LPG

3.1.1 Cơ sở nhiệt động lực học

Do vụ nổ thiết bị chỉ xảy ra trong thời gian rất ngắn nên nhiệt lượng không kịp trao đổi với môi trường bên ngoài (q = 0), do vậy có thể coi đây là quá trình đoạn nhiệt. Dựa vào cơ sở lý thuyết của quá trình đoạn nhiệt để tính toán lượng LPG lỏng hóa hơi rồi tính toán lượng hơi LPG tạo ra trong vụ nổ, từ đó tính toán ảnh hưởng của quá trình nổ thiết bị chứa LPG, quá trình phát tán trong không khí của đám mây hơi LPG đậm đặc được tạo thành khi nổ thiết bị chứa LPG. Công thức tính công dãn nở của môi chất bất kỳ được giới thiệu trong kỹ thuật nhiệt. Đối với quá trình đoạn nhiệt ta có các đồ thị và công thức cơ bản biểu diễn quá trình dãn nở đoạn nhiệt lý thuyết sau đây [21], [79], [144], [155]:

1Phiên bản trực tuyện của nội dung này có ở <http://voer.edu.vn/content/m12479/1.7/>.

Hình 3.2:Đồ thị T-s của quá trình dãn nở đoạn nhiệt

• Phương trình tổng quát của quá trình dãn nở đoạn nhiệt: pv^k=const (3.1)

• Quan hệ giữa các thông số đầu và thông số cuối quá trình đoạn nhiệt:

p1/p2= (v1/v2)^k= (T1/T2)^k/⁽^k⁻¹⁾ (3.2)

• Công thay đổi thể tích:

l12=−∆u =Cv×(T1−T2)(3.3)

• Công kỹ thuật:

12=−∆h =Cp×(T1−T2) =k×l12(3.4) Với propane: k = 1,131; butane: k = 1,094.

3.1.2 Cơ sở kỹ thuật an toàn

Từ công thức 3.3, phương pháp tính công sinh ra khi xảy ra quá trình nổ thiết bị chứa môi chất bất kỳ được tính theo công thức 3.5:

Trong công thức này, áp suất P2 được xác định trên cơ sở giả thiết toàn bộ lượng chất lỏng trong thiết bị hóa hơi hoàn toàn tạo ra áp suất tác động tức thời lên thiết bị [23]. Luận án tiếp tục hoàn thiện công thức này trên cơ sở xây dựng công thức tính lượng hơi LPG tạo thành từ lượng môi chất lỏng thoát ra sau vụ nổ.

3.2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG CỦA QUẢ

CẦU LỬA HÌNH THÀNH SAU VỤ NỔ THIẾT BỊ CHỨA LPG

3.2.1 Cơ sở lý thuyết cháy

Trường hợp tổng quát, phản ứng cháy hợp chất hữu cơ được trình bày ở phương trình 3.6 [126]:

(3.6)

Năng lượng tỏa ra của phản ứng cháy được xác định bằng định luật Hess và định luật Gibbs trong nhiệt động hóa học.

3.2.2 Cơ sở truyền nhiệt

Lượng nhiệt truyền từ vùng cháy ra vùng nhiệt tác động thông qua 3 quá trình: dẫn nhiệt, đối lưu nhiệt và bức xạ nhiệt. Do khói có hệ số dẫn nhiệt nhỏ, nên phương thức truyền nhiêt từ vùng cháy ra môi trường không khí chỉ gồm 2 quá trình: đối lưu và bức xạ nhiệt [91].

• Nhiệt lượng trao đổi do đối lưu: lượng nhiệt do đối lưu tỏa ra từ nơi có nhiệt độ cao tới môi trường xung quanh xác định theo công thức 3.7:

Q_đl=α_đl×(T_vc−T_mt)×F[W] (3.7)

• Lượng nhiệt trao đổi do bức xạ: lượng nhiệt do bức xạ của ngọn lửa truyền ra môi trường xung quanh theo mọi phía trong phạm vi không gian hình bán cầu (Q_bx) được tính theo công thức 3.8:

Qbx=σo××T4

vc×F[W] (3.8)

• Tổng lượng nhiệt truyền từ đám cháy ra môi trường:

Q=Qdl+Qbx (3.9)

Một phần của tài liệu COL10512 (Trang 46 -54 )