Đánh giá SCMT trong chế biến và sử dụng LPG đã được thực hiện tại nhiều nước có nền cơng nghiệp dầu khí phát triển trên thế giới. Nhiều tiêu chuẩn về an toàn LPG đã được ban hành như tiêu chuẩn Australia [109], tiêu chuẩn Hồng Công [114], tiêu chuẩn Hoa Kỳ [147], [148]. Don Barber đề cập tới vấn đề an toàn trong tồn trữ LPG nhưng chỉ ở mức độ định tính [121]. J. R. B. Alencar, R. A. P. Barbosa and M. B. de Souza Jr. đề cập tới hiệu ứng domino, như hiệu ứng nhiệt, hiệu ứng nổ quá áp đám mây hơi trong sự cố rò rỉ LPG nhưng chưa tính lượng nhiệt sinh ra do cháy đám mây hơi LPG [139]. Các tác giả B. Doroste, U. Probst and W. Heller (1999), [111], Don Barber (2000) [121], Donald L. Katz and Robert L.Lee (1990) [122], F. Mushtaq (2007) [125], G.A. Clay, R.D. Fitzpatrick, N.W. Hurst, D.A. Carter and P.J. Crossthaite (1988) [127], Hanna, S.R., P.J. Drivas, and J.C. Chang, 1996 [128], Johnson O. Silva and Antonio R. Sanches (2005) [137], J. R. B. Alencar, R. A. P. Barbosa and M. B. de Souza Jr. (2005) [139], S. Potempski (2004) [154] và các tổ chức có uy tín trên thế giới về lĩnh vực ATMT như: cơng ty BP [112], công ty đăng kiểm quốc tế Det Norske Varitas (DVN) [118], [119], ủy ban tư vấn về các vấn đề nguy hiểm Anh, cơ quan BVMT Mỹ (US EPA)…đã thực hiện các nghiên cứu, đánh giá SCMT chế biến và sử dụng LPG. Sau đây là nội dung của các phương pháp này:
Phương pháp nhận diện SCMT trong chế biến và sử dụng LPG
Phương pháp nhận diện SCMT trong chế biến và sử dụng LPG hiện nay chủ yếu sử dụng phương pháp cây sự kiện với các sự cố được giới thiệu chủ yếu là sự cố rò rỉ LPG, sự cố nổ hóa học (nổ đám mây hơi LPG), sự cố BLEVE.
Phương pháp đánh giá xác suất
Phương pháp đánh giá xác suất SCMT trong chế biến và sử dụng LPG hiện nay chủ yếu sử dụng phương pháp thống kê. Kết quả đánh giá xác suất được giới thiệu như bảng 1.11 với khả năng xảy ra sự cố được xếp theo 5 mức.
Mức sự cố theo tần suất xảy ra sự cố môi trường [22]
Mức sự cố Diễn giải sự cố Tần suất sự cố
2 Xảy ra 1 lần trong 10.000 năm đến 1 lần trong 100 năm 10-4?10-2 3 Xảy ra 1 lần trong 100 năm đến 1 lần trong 10 năm 10-2?10-1 4 Xảy ra 1 lần trong 10 năm đến 1 lần trong 1 năm 10-1?1 5 Xảy ra nhiều hơn 1 lần trong năm >1
Kết quả nghiên cứu cho thấy khi khảo sát 100 sự cố hydrocarbon lớn nhất trong hơn 30 năm qua trên thế giới thì cứ 10 năm có 3 sự cố lớn liên quan đến các cơ sở tồn trữ và nén hydrocarbon [81]. Theo số liệu thống kê, trong 71 sự cố nghiêm trọng về thiết bị chứa LPG, có 12 sự cố BLEVE. Tần xuất nổ BLEVE đối với một thiết bị chứa LPG khoảng 1 x 10-6/năm. Với một cơ sở có nhiều bồn chứa LPG thì tần xuất xảy ra sự cố lớn khoảng 1/20.000 bồn/năm [81].
Phương pháp đánh giá thiệt hại
Đánh giá thiệt hại SCMT trong chế biến và sử dụng LPG hiện nay chủ yếu là đánh giá tác động quá áp và tác động nhiệt do nổ đám mây hơi LPG. Phương pháp mơ hình chất nổ tương đương được sử dụng để đánh giá tác động do nổ đám mây hơi LPG như trình bày trong cơng thức 1.8 [138]:
(1.8) Trong đó:
• mTNT: Khối lượng chất nổ tương đương TNT (kg); • m: Khối lượng LPG tham gia vụ cháy (kg);
• ΔHc: Năng lượng của vụ nổ đám mây hơi LPG [kJ/kg]; Với Propane: ΔHc=
-2,219kJ/mol; với Butane:ΔHc= - 2.877kJ/mol [116]
• η: Hiệu suất nổ. Với LPG,η= 0,03 [121]
• ETNT: Năng lượng 1kg chất nổ TNT:ETNT= 4.686kJ/kg [25]
Vị trí cách tâm nổ khoảng R chịu tác động quá áp bởi nổ đám mây hơi tính theo cơng thức:
R=Z×mTNT1 / 3 (m) (1.9)
Quan hệ giữa mức quá áp suất và khỏang cách theo tỷ lệ được giới thiệu trong hình 2 [81].
Quan hệ giữa mức áp suất và khỏang cách theo tỷ lệ [81]
Mức tỉ lệ xác suất tử vong do áp suất gây ra được giới thiệu trong bảng 1.12 Xác suất gây tử vong cho người do quá áp suất
[81]
Xác suất gây chết người (%) Áp suất cực đại (at)
1 1,015
10 1,225
50 3,5
99 6,93
Giới hạn trên của tác động đối với người do quá áp suất tạo ra bởi vụ nổ là 1 bar [81], do đó Z≈ 32(m.kg-0,333). Nếu người đứng cách tâm nổ trong phạm vi bán kính R (m) sẽ bị ảnh hưởng dẫn tới tử vong do sức ép với xác suất 1%. Với người ở ngồi phạm vi đó có thể bị thương do mảnh vỡ của vật liệu văng ra. Nếu áp suất tạo ra do quá áp của vụ nổ tăng lên thì xác suất tác động lên người cũng tăng. Ngoài các nguy hiểm trực tiếp gây chết nguời, vụ nổ thiết bị chứa LPG còn gây ra các nguy hiểm gián tiếp như phá hủy cơng trình, tạo mảnh văng bắn gây thương tích cho nguời. Các tác động do quá áp đối với kết cấu được trình bày trong bảng 1.13
Các tác động của quá áp [116]
Mức quá áp(bar)
Ảnh hưởng
0,35 Gây thiệt hại nghiêm trọng tới nhà xưởng, thiết bị cơng nghệ và con nguời. 0,21
Gây sụp đổ cơng trình xây bằng gạch. Làm tử vong cho 100% cho người bên trong và 30% cho người ở ngịai cơng trình. Mức giới hạn gây chết người.
0,14 Gây hư hỏng nặng kết cấu xây bằng gạch. Làm tử vong cho 30% người bên trong và 10% nguời ở ngồi cơng trình.
0,05 Vỡ các kính cửa sổ, gây thương tích cho người
0,02 50% cửa kính bị vỡ. Có khả năng gây thương vong cho người do mảnh kính văng ra.
Phương pháp đánh giá tác động nhiệt sinh ra sau vụ nổ đám mây hơi cũng được nghiên cứu giới thiệu thông qua các mức ảnh hưởng của lượng nhiệt bức xạ tới con người như trình bày trong bảng 1.14. Nhiệt độ khơng khí xung quanh tăng sẽ làm cho nhiệt độ cơ thể tăng, gây ảnh hưởng tới sức khỏe con người. Khi nhiệt độ cơ thể người tăng lên tới 40oC có thể dẫn tới mất ý thức.
Mức độ ảnh hưởng của bức xạ nhiệt đối với con người [81]
Bức xạ nhiệt
(kW/m2)
Ảnh hưởng tới con nguời
37,5 Mức giới hạn gây tử vong cho nguời ngay lập tức. 20 Con nguời mất khả năng thốt ra ngồi, dẫn tới tử vong
12,5
Con nguời bị bỏng nặng trong 20 giây, có thể di chuyển đến khu vực an toàn theo bản năng. Mức giới hạn gây tử vong. Áp dụng trong đánh giá định lượng rủi ro.
4,7 Con nguời có thể chịu đựng trong 15-20 giây và bị tổn thương sau 30giây; duới giá trị này có thể thốt hiểm được. 2,1 Con nguời có thể chịu đựng được khoảng 1 phút
1,2 Con nguời bị ảnh hưởng tương tự như bức xạ nhiệt của ánh nắng mặt trời lúc trưa hè
Một số mơ hình đánh giá khả năng phát tán đám mây hơi LPG sau sự cố cũng được sử dụng như mơ hình ISC-ST3 (The Industrial Sourse Complex - Shor Term 3) để khảo sát phát tán của LPG trong sự cố rò rỉ LPG từ nguồn cố định, phát tán liên tục [146]; mơ hình SAFETY do cơng ty DVN thực hiện để khảo sát sự cố rò rỉ LPG tức thời và nổ đám mây hơi LPG [118]; mơ hình phát tán mơi chất ở thung lũng (the canyon model); mơ hình phát tán hơi, khí nặng (the heavy gas model) [169] ... Đối với các nghiên cứu đánh giá sự cố nổ thiết bị chứa LPG trong chế biến và sử dụng LPG hiện mới chỉ đề cập tới mức độ ảnh hưởng ở các mức bức xạ nhiệt mà khơng giới thiệu cách tính tốn lượng nhiệt đó được sinh ra [22], [37], [81], [82]. Hậu quả của sự cố được đánh giá trên cơ sở thiệt hại về con người, tác động tới môi trường, ảnh hưởng về KT-XH khu vực xảy ra sự cố và khu vực bị ảnh hưởng. Thiệt hại khi xảy ra sự cố được xếp theo 5 mức như bảng 1.15
Các mức thiệt hại của sự cố môi trường [22]
Mức thiệt hại Diễn giải sự cố Thiệt hại do sự cố 1 Chỉ gây ảnh hưởng ngay tại thời điểm xảy ra sự cố Không
đáng kể 2 Các ảnh hưởng có thể nhận thấy được, nhưng khơng làm thay đổiđáng kể tới hệ sinh thái hoặc nền kinh tế Nhỏ
3
Làm thay đổi đáng kể tới hệ sinh thái, nhưng các thay đổi này có thể phục hồi trong 5 năm thơng qua các q trình tự nhiên, khơng làm thay đổi mật độ hoặc mơi trường sống của các lịai có giá trị bảo tồn hoặc giá trị kinh tế; Đe dọa tới sức khỏe con nguời
Trung bình
4
Làm thay đổi đáng kể hệ sinh thái, cần thời gian hơn 5 năm để các thay đổi này phục hồi thơng qua các q trình tự nhiên; làm thay đổi các nguồn lợi kinh tế hoặc tài nguyên cần bảo tồn; gây chết một số nguời
5
Làm thay đổi hệ sinh thái hoặc các họat động kinh tế dẫn đến các thiệt hại nghiêm trọng, cần thời gian phục hồi lâu hơn 10 năm hoặc khơng có khả năng phục hồi lại trạng thái bình thường; Gây chết nhiều nguời
Nghiêm trọng
Xác định mức sự cố
Hiện có khá nhiều phương pháp xác định mức sự cố thông qua việc đánh giá tổng hợp SCMT. Tuy nhiên, phương pháp ma trận rủi ro thường được áp dụng để đánh giá SCMT trong chế biến và sử dụng LPG. Trong phương pháp này, mức độ thiệt hại và xác suất được cho điểm rồi tổng hợp kết quả bằng cách nhân gía trị của xác suất và mức độ thiệt hại. Ma trận định lượng SCMT được nêu trong bảng 1.16
Ma trận đánh giá rủi ro môi trường [22] Khả năngxảy ra sự cố
Hậu quả của sự cố
Không đáng kể (1) Nhỏ (2) Trung bình
(3) Lớn (4)
Nghiêm trọng (5)
Hiếm khi xảy ra (1) 1
(KĐK) 2 (KĐK) 3 (KĐK) 4 (KĐK) 5 (N) Khơng chắc xảy ra (2) 2 (KĐK) 4 (KĐK) 6 (N) 8 (N) 10 (TB) Có khả năng xảy ra (3) 3 (KĐK) 6 (N) 9 (N) 12 (TB) 15 (L) Hay xảy ra (4) 4(KĐK) 8 (N) 12 (TB) 16 (L) 20(NT) Thường xảy ra (5) 5 (N) 10 (TB) 15 (L) 20 (NT) 25 (NT) Ghi chú: KĐK: khơng đáng kể; N: nhỏ;TB: trung bình; L:lớn; NT: nghiêm trọng; Tổng hợp kết quả được chỉ ra trong bảng 1.17. Từ kết quả của đánh giá tổng hợp SCMT theo phương pháp ma trận rủi ro rồi so sánh với thang điểm để kết luận đặc tính của rủi ro.
Đánh giá tổng hợp sự cố [22] Stt Tổng hợp kết quả Đánh giá sự cố
1 Sự cố môi trường từ 1-4 Sự cố không đáng kể 2 Sự cố môi trường từ 5-9 Sự cố nhỏ
3 Sự cố mơi trường từ 10-14 Sự cố trung bình 4 Sự cố môi trường từ 15-19 Sự cố lớn
5 Sự cố môi trường từ 20-25 Sự cố nghiêm trọng
Trong ma trận định lượng SCMT, mức rủi ro từ 1÷4 là rủi ro khơng đáng kể; mức rủi ro từ 5÷9 là mức rủi ro thấp có thể chấp nhận được theo nguyên lý rủi ro thấp nhất có thể chấp nhận được(ALARP) nhưng rủi ro cần được giám sát chặt chẽ; mức rủi ro bằng 9
được xem là ngưỡng giới hạn; mức rủi ro từ 10÷25 là rủi ro cao, khơng được chấp nhận, cần phải loại trừ hoặc có biện pháp giảm thiểu đưa về mức rủi ro chấp nhận được [81]. Nguyên lý ALARP được giới thiệu trong hình 1.13và áp dụng nguyên lý ALARP trong ma trận đánh giá rủi ro chiến lược được giới thiệu trong hình 1.14.
Nguyên lý ALARP