Nguy cơ xảy ra SCMT nghiêm trọng trong sử dụng LPG là điều có thể xảy ra nếu chúng ta khơng có biện pháp phịng ngừa hữu hiệu. Muốn vậy, cần phải xây dựng các kịch bản sự cố để có thể dự báo nguy cơ và tác động, đề ra biện pháp phịng ngừa thích hợp. Kịch bản sự cố trong sử dụng LPG phụ thuộc vào các yếu tố: loại LPG và thông số làm việc của LPG trong thiết bị (áp suất, nhiệt độ), loại và thể tích thiết bị chứa LPG, nguồn gây sự cố, điều kiện khí hậu, địa hình, mơi trường nơi xảy ra sự cố, nguy cơ sự cố và hậu quả sự cố như trình bày trong hình 1
Các tiêu chí xây dựng kịch bản sự cố trong sử dụng LPG
Các tiêu chí xây dựng kịch bản sự cố được đề xuất trênđây sẽ được phân tích chi tiết trong phần tiếp theo của luận án.
Loại LPG
Tùy yêu cầu sử dụng, LPG có các loại với tỷ lệ thành phần Butane: Propane như trình bày trong hình 4.2:
Phân loại LPG theo thành phần các cấu tử
Ứng với mỗi loại LPG, thông số làm việc của môi chất trong thiết bị sẽ khác nhau như đã được trình bày trên đồ thị hình 1.6 chương I của luận án. LPG càng có nhiều propane càng có áp suất làm việc cao và ngược lại. Ứng với một loại LPG có thành phần cấu tử propane và butane khác nhau và tuỳ thuộc vào nhiệt độ bão hồ của nó, LPG trong thiết bị sẽ có áp suất bão hịa khác nhau. Tỷ lệ Propane càng cao thì áp suất bão hịa của LPG càng cao. Muốn hạn chế SCMT xảy ra hoặc giảm thiểu thiệt hại nếu xảy ra SCMT khi sử dụng thiết bị chứa LPG thì cần giảm thành phần Propane hoặc/và giảm nhiệt độ làm việc của LPG trong thiết bị.
Do được tồn trữ trong thiết bị ở áp suất khá cao nên khả năng cháy, nổ dễ xảy ra, khi bị rị rỉ, LPG sẽ thốt ra ngồi môi trường mãnh liệt, tạo hỗn hợp cháy, nổ với khơng khí. Giới hạn cháy dưới trong khơng khí khá thấp, nên nếu LPG bị rị rỉ ra mơi trường khơng khí sẽ rất dễ xảy ra sự cố cháy.
Loại thiết bị chứa LPG
Ở Việt Nam, thiết bị chứa LPG rất đa dạng về chủng loại như hình 4.3.Hình dáng, kích thước thiết bị chứa LPG ảnh hưởng rất lớn đến kịch bản sự cố. Trong sử dụng LPG có các loại thiết bị với đặc điểm cấu tạo và thông số làm việc như sau:
Phân loại thiết bị chứa LPG theo công dụng
Cấu tạo và thơng số thiết bị được trình bày chi tiết trong phần tiếp theo. 1. Bồn tồn trữ và phân phối LPG
Bồn LPG có dạng hình cầu (hình 4.4) hoặc hình trụ nằm ngang. Bồn chứa LPG của Petrolimex được thiết kế và chế tạo theo tiêu chuẩn Hoa Kỳ (ASME Code, Section VIII), vật liệu chế tạo là thép JIS 3115, SPV 490 hoặc tương đương [89]. Bồn chứa LPG trên xe bồn chuyên dùng cung cấp LPG cho tuyến sau và khách hàng.
Hình ảnh bồn LPG hình cầu
Thơng số kỹ thuật của bồn LPG của Petrolimex được giới thiệu trong bảng 4.1 Thông số kỹ thuật của bồn chứa LPG kho tồn trữ
và phân phối [89]
Áp suất thiết kế Nhiệt độ thiết kế Áp suất thử 17,5 kG/cm2 Max +500C 27 kG/cm2
LPG được tồn trữ bằng bồn có dung tích lớn (từ 100 đến 500 m3). Từ đó, LPG được nạp vào bình chứa hoặc xe bồn để cung cấp cho kho tuyến sau hoặc khách hàng cơng nghiệp. Mỗi kho có một số bể chứa có dung tích phù hợp.
2. Bồn LPG công nghiệp
Tùy yêu cầu sử dụng, bồn chứa LPG cơng nghiệp có sức chứa: 1,25 tấn; 1,5 tấn; 2,5 tấn; 10 tấn; 20 tấn; 50 tấn; 100 tấn …
Bồn chứa LPG cơng nghiệp hình trụ nằm ngang (hình 4.5) được sử dụng rộng rãi. LPG tồn chứa trong thiết bị ở dạng lỏng, có áp suất phụ thuộc thành phần và nhiệt độ bên ngoài.
Bồn chế tạo ở nước ngoài theo tiêu chuẩn Hoa Kỳ (ASME Code), chế tạo trong nước theo tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN 6153 ? 6156). Vật liệu là thép JIS SPV 335…Thông số của bồn LPG công nghiệp như bảng 4.2.
Hình ảnh bồn LPG cơng nghiệp
Thơng số kỹ thuật của bồn chứa LPG công nghiệp [89] Áp suất làm việc tối
đa Áp suất thiết kế Áp suất thử
Nhiệt độ thiết kế Pmax= 12 kG/cm2 PTK= 18 kG/ cm2 PT= 27 kG/ cm2 -30 ? 500C 3. Bình LPG thương mại và dân dụng
LPG dân dụng và thương mại được chứa trong bình nhỏ, (hình 4.6) theo tiêu chuẩn. Ví dụ: bình gas Petrolimex có khối lượng LPG là 9 kg, 12 kg, 13 kg và 48 kg. Bình gas dân dụng và thương mại được chế tạo bằng thép chịu áp lực có các thơng số kỹ thuật nêu ở bảng 4.3
Hình ảnh chai LPG dân dụng
Thơng số kỹ thuật của bình chứa LPG dân dụng [89]
Áp suất làm việc Áp suất thiết kế Áp suất thử 6 kG/cm2 17 kG/cm2 34 kG/cm2 4. Bình LPG trong GTVT:
Hiện nay, phương tiện GTVT chạy bằng LPG đang được phát triển ở nước ta (hình 4.7). Do vậy, số lượng bình LPG trong GTVT ngày càng được sử dụng nhiều. Hình 4.6 giới thiệu bình chứa LPG đặt trong xe taxi. LPG được chứa trong bình LPG dùng cho phương tiện GTVT ở áp suất cao hơn trong công nghiệp, do vậy mức độ nguy hiểm cũng cao hơn.
5. Đường ống dẫn LPG
LPG được dẫn từ phương tiện chuyên chở tới nơi tồn trữ thông qua hệ thống ống dẫn (hình 4.8). Đối với trạm cấp gas trong các tịa nhà, LPG được đưa tới hộ gia đình thơng qua hệ thống ống dẫn, rất tiện ích đối với các hộ dân sống trong các khu chung cư cao cấp, như khu đơ thị Trung Hồ - Nhân Chính (Hà Nội). Ngồi ra, có đường ống dẫn LPG cho các hộ tiêu thụ LPG cơng nghiệp, như lị nung, lị sấy ...
Hình ảnh hệ thống đường ống dẫn LPG
Do có nhiệt độ tự cháy khá thấp và được tồn trữ ở áp suất khá cao nên khả năng LPG tự cháy trong thiết bị khá lớn nếu bị gia nhiệt từ bên ngoài. Nếu xảy ra cháy trong hệ thống kín, hỗn hợp khí dãn nở, áp suất trong hệ thống tăng đột ngột, dẫn đến nổ gây nguy hiểm đến con người và môi trường. Áp suất ban đầu của hỗn hợp khí càng cao, nhiệt độ tự bốc cháy càng thấp và khoảng cháy, nổ càng rộng [94]. Do LPG được chứa hoặc vận chuyển trong những thiết bị, đường ống có áp suất cao nên dễ cháy, nổ.
Tùy theo việc đặt các thiết bị này trên mặt đất hay chôn ngầm mà kịch bản sự cố sẽ khác nhau. Các thiết bị chứa trên mặt đất dễ xảy ra sự cố BLEVE, còn các thiết bị chứa LPG chôn ngầm dưới đất do được cách ly với các nguồn cơ, nhiệt nên ít xảy ra hiên tượng BLEVE. Ở Việt Nam, thiết bị chứa LPG chủ yếu được đặt nổi, ngồi trời, khơng có thiết bị che chắn hữu hiệu nên nguy cơ xảy ra sự cố là rất cao và thiệt hại sẽ rất lớn.
Kịch bản sự cố cịn phụ thuộc vào thiết bị phụ (van an tồn, hệ thống cứu hỏa …) lắp đặt trên thiết bị. Khi xảy ra cháy, nhiệt độ LPG tăng lên làm LPG lỏng bốc hơi, tăng áp suất trong thiết bị chứa LPG. Nếu van an toàn mở kịp thời, hơi LPG được xả ra ngoài rất mạnh làm sự cháy càng mãnh liệt và lan nhanh; nếu van an tồn khơng mở có thể dẫn đến nổ thiết bị. Mức độ sự cố còn phụ thuộc vào đường kính thốt của van an tồn cũng như sự chính xác của các thiết bị phụ khác như nhiệt kế, áp kế …
Nguồn gây sự cố
Các nguồn gây sự cố trong sử dụng LPG có thể là:
• Nguồn nóng (nguồn nhiệt): bề mặt nóng từ đường ống, thiết bị trao đổi nhiệt…, ngọn lửa trần (thiết bị hàn, bật lửa, tàn lửa),;
• Nguồn lạnh: Tác động cơ học: ma sát (va chạm, vật rơi, văng bắn vào bồn LPG…); phản ứng hoá học; nguồn điện (gồm cả tĩnh điện): tia lửa điện, công tắc điện, động cơ điện …
Điều kiện thời tiết
Sự cố trong sử dụng LPG có thể xảy ra trong điều kiện khí quyển ổn định hay khơng ổn định, phân loại theo Pasqill – Gifford như đã được trình bày trong chương III của luận án. Mơi trường khơng khí bên ngồi trong sử dụng LPG ở Việt Nam có nhiệt độ và tốc độ gió vào mùa hè khá cao là những yếu tố làm gia tăng tác động của sự cố tới con người và môi trường.
Môi trường nơi xảy ra sự cố
Sự cố trong sử dụng LPG có thể xảy ra trong mơi trường đất, nước, khơng khí. Do nhẹ hơn nước (ở thể lỏng, tỷ trọng của butane bằng 0,575 và của propane bằng 0,51 ở nhiệt độ 150C và áp suất 760 mmHg) nên nếu rò rỉ ra môi trường nước, LPG sẽ nổi trên mặt nước và bay hơi rất nhanh và tạo hỗn hợp gas – khơng khí, nếu gặp nguồn gây cháy sẽ dẫn đến sự cố cháy, nổ và đám cháy LPG sẽ lan rộng trên mặt nước, nguy hiểm cho tàu, thuyền trên sơng, biển. Do nặng hơn khơng khí (ở thể hơi, tỷ trọng của butane bằng 2,01 và propane bằng 1,52 ở nhiệt độ 150C và áp suất 760 mmHg) nên nếu rò rỉ ra mơi trường khí, hơi LPG sẽ tích tụ trong các khu vực khơng được thơng thống, kết hợp với khơng khí ở tỉ lệ nhất định tạo thành hỗn hợp cháy, nổ. Một lượng nhỏ LPG cũng sẽ hịa trộn với khơng khí tạo thành lượng lớn hỗn hợp cháy (3,785 lít butane tạo thành 46 m3 hỗn hợp cháy với khơng khí ở giới hạn cháy dưới). Do hơi LPG tích tụ ở chỗ thấp, dễ tiếp xúc với nguồn gây cháy. Khi có gió, hơi LPG sẽ phát tán trong khơng khí, phạm vi ảnh hưởng càng lớn nếu xảy ra cháy, nổ. Khi cháy, LPG tạo ra các chất gây ô nhiễm môi trường. Nếu cháy trong điều kiện thiếu oxy sẽ tạo ra oxít cacbon (CO) gây độc cho sinh vật.
Điều kiện mơi trường (áp suất, nhiệt độ …) nơi xảy ra sự cố cũng ảnh hưởng đến kịch bản sự cố. Nhiệt độ bão hoà của LPG phụ thuộc vào nhiệt độ mơi trường bên ngồi. Nếu nhiệt độ môi trường càng cao, nhiệt độ bão hồ của LPG càng lớn.
Điều kiện địa hình
Kịch bản sự cố có thể xảy ra trong điều kiện địa hình bằng phẳng (hình 4.9) hay vùng có địa hình nhấp nhơ (hình 4.10) như ở khu đơ thị hay vùng đồi núi.
Bồn chứa LPG ở địa hình bằng phẳng
Bồn chứa LPG ở địa hình nhấp nhơ
Hậu quả của sự cố
Khi xảy ra rò rỉ LPG, nếu lỗ rị rỉ nhỏ và lượng khí thốt ra ngồi ít, q trình phát tán sẽ làm giảm nhanh chóng nồng độ của đám mây khí xuống dưới giới hạn cháy, trước khi gặp nguồn cháy; hoặc xảy ra rị rỉ LPG nhưng khơng có tác nhân gây cháy, nổ thì sẽ khơng dẫn đến sự cố cháy nổ. Khi đó lượng khí rị rỉ ra ngồi sẽ chỉ ảnh hưởng tới mơi trường và con người xung quanh.
Cùng với sự cố rò rỉ LPG, cháy là nguy cơ có thể phát sinh do rị rỉ hoặc nổ thiết bị chứa LPG. Hậu quả trực tiếp của sự cố cháy, nổ là tạo ra các chất ơ nhiễm khơng khí như NOX, CO, CO2; tạo ra bức xạ nhiệt quá giới hạn chịu đựng của sinh vật và môi trường; làm tổn thương nghiêm trọng hoặc gây tử vong cho người và sinh vật trong phạm vi quầng lửa. Nếu khơng kiểm sốt kịp thời, đám cháy có thể sẽ lan rộng. Cháy có thể dẫn đến các ảnh hưởng thứ cấp, như tràn đổ hóa chất, nhiên liệu … làm cho đám cháy lan rộng.
Nguy hiểm hơn, tác động nhiệt của đám cháy có thể làm tăng nhiệt độ của LPG trong thiết bị nên làm tăng áp suất của LPG trong thiết bị dẫn đến nổ thiết bị chứa LPG làm gia tăng thiệt hại và gây tổn hại cho môi trường. Ngược lại, nổ thiết bị cũng có thể dẫn tới cháy đám mây hơi LPG hình thành sau vụ nổ.