Obsah. Závěrečná zpráva řešení projektu č. 10/2001: Zdolávání závažných provozních nehod. Univerzita Pardubice, KTTV

Transkript

1

2 Závěrečná zpráva řešení projektu č. 10/2001: Zdolávání závažných provozních nehod Obsah 1 ÚVOD ETAPA ŘEŠENÍ, ČERVEN ZÁŘÍ ETAPA ŘEŠENÍ, ŘÍJEN 2001 BŘEZEN ETAPA ŘEŠENÍ, DUBEN 2002 LISTOPAD ETAPA ŘEŠENÍ, PROSINEC 2002 SRPEN VODNÍ ZÁTKY VÝBUCHOVÝ TROJÚHELNÍK - PROGRAM ŘEŠENÍ HAVÁRIÍ PŘI TĚŽBĚ UHLÍ V PODZEMÍ Protokol pro komunikaci s DPL Litrový vývin CO NÁSLEDKY PROGRAM PRO ŘEŠENÍ HAVÁRIÍ PŘI TĚŽBĚ A SKLADOVÁNÍ ROPY A ZEMNÍHO PLYNU METODA CAM (CONGESTION ASSESSMENT METHOD) Referenční přetlak Faktor hořlaviny Pokles tlaku v závislosti na vzdálenosti od zdroje ZÁVĚR LITERATURA PŘÍLOHA PŘÍLOHA PŘÍLOHA Univerzita Pardubice, KTTV

3 Závěrečná zpráva řešení projektu č. 10/2001: Zdolávání závažných provozních nehod 1 ÚVOD Podle harmonogramu prací projektu č. 10/2001: Zdolávání závažných provozních nehod v rámci Programu výzkumu a vývoje Zvýšení úrovně bezpečnosti práce v dolech a eliminace nebezpečí od unikajícího metanu z uzavřených důlních prostor měla čtvrtá etapa řešení skončit , na základě dohody mezi ČBÚ Praha a Univerzitou Pardubice byl konec této etapy a tedy celého projektu posunut na Tato zpráva poskytuje shrnutí prací provedených v rámci celého projektu. V této zprávě nebudou uvedeny detailní výstupy řešení z jednotlivých etap, které již byly uvedeny v dílčích zprávách řešení projektu. První kapitoly heslovitě shrnují práce provedené do konce listopadu V poslední kapitole jsou podrobněji popsány práce provedené během čtvrté etapy ETAPA ŘEŠENÍ, ČERVEN ZÁŘÍ 2001 Byl vytvořen řešitelský kolektiv, který svým složením zaručoval úspěšné naplnění předmětu smlouvy. Konečným produktem bude výpočetní program, který byl nazván Plyny-Win (tento název byl v průběhu řešení změněn). Ve spolupráci se zadavatelem byla provedena bližší specifikace využití programu a výstupů, které by měl program poskytovat. Tento program měl být koncipován tak, aby ho mohl využívat velitel zásahu (VHL) a mohl s jeho pomocí rychle vyhodnocovat havarijní situace. Program dále měl být určen k odhadu následků jednotlivých havarijních situací pro použití při přípravě havarijních plánů, analýze rizika a při přípravě na zvládání havarijních situací. Mělo by ho být také možno použít jako pomocný nástroj při vyšetřování a rekonstrukci havarijních situací. Modely použité v těchto větvích by měly být dostatečně přesné, ale zároveň dostatečně jednoduché, aby je mohli využívat i uživatelé bez speciálních znalostí (fyzika, fyzikální chemie, teorie výbušin, chemické inženýrství apod.). Bylo navrženo základní obecné schéma rozvoje havárií týkající se zařízení na povrchu, které bylo v další etapě řešení na základě literární rešerše a vytvořených vzorových scénářů doladěno a upraveno pro použití v programu. Připravovaný program měl obsahovat dvě základní větve. Jedna větev byla určena k řešení havarijních situací v důlních dílech a druhá větev měla řešit tuto problematiku při těžbě a skladování zemního plynu a ropy. Jedním ze základních požadavků byla jednoduchost a intuitivnost ovládání, uživatelsky přítulné rozhraní a jasná a přehledná presentace výsledků. Bylo započato řešení problému vazby programu na důlní mapy. V rámci 1. etapy byla provedena analýza stávajících metodik pro vypočet tlakových a tepelných vln při výbuchu, bezpečné vzdálenosti, výbuchového trojúhelníku, šíření Univerzita Pardubice, KTTV

4 Závěrečná zpráva řešení projektu č. 10/2001: Zdolávání závažných provozních nehod požárních zplodin a možné navázání na důlní plynovou laboratoř. Tato analýza byla základem pro vytýčení šíře a hloubky literární rešerše pro řešení předmětných havarijních situací. V této etapě byly zhodnoceny vlastní literární zdroje a možnosti využívání dalších informačních zdrojů. Byla provedena rešerše týkající se programů řešící podobnou problematiku. Programy vybrané k analýze budou cenným zdrojem inspirace při navrhování uživatelského rozhraní a grafického vzhledu programu. Zároveň budou napomáhat při ladění programu. Výstupy programu se budou lišit podle účelu momentálního využívání. Velitel zásahu bude co nejrychleji získávat dosahy charakteristických nežádoucích následků tepelného toku a tlakových vln. Při využívání programu v rámci analýzy rizika či tvorbě havarijních plánů bude uživateli umožněna větší volnost při zadávání vstupních parametrů a výstupy budou koncipovány podobně jako pro velitele zásahu, tedy vzdálenosti pro dosah charakteristické úrovně tepelného toku nebo tlakové vlny, nebo hodnoty tepelného toku nebo tlakové vlny ve zvolené vzdálenosti, které bude možné porovnat s charakteristickými následky a určit míru poškození zařízení či poranění osob. Dalším výstupem, který by mohl být programem poskytován jsou hladiny hluku produkované při úniku plynů při kritickém výtoku. Tato problematika byla zařazena mezi oblasti rešerše a možnost jejího řešení bude posouzena v další etapě projektu. Byla provedena uživatelská analýza programu Plyny a bylo konstatováno, že se jedná o výpočetní systém určený k vyhodnocení výbušnosti plyno-vzdušných směsí a požárních zplodin s určením bezpečné vzdálenosti útlumu vzdušných rázových vln v důlních dílech. Výpočet útlumu vzdušných rázových vln vychází z Metodiky stanovení bezpečné vzdálenosti od ohniska výbuchu vícesložkových směsí plynů a uhelného prachu v důlních dílech, která se používá v OKD. Program umožňuje vypočítat energetickou bilanci, řešit rovnice útlumu vzdušných rázových vln v závislosti na délce a členitosti důlního díla a stanovuje další fyzikálně chemické parametry výbušných plyno-vzdušných směsí. Program byl řešen ve třech variantách: Plyny, Plyny DPL a Plyny HBZS. První dvě varianty byly založeny na řešení výbuchových trojúhelníků, parametrů plynu, spalování se vzduchem a změně chemického složení. Vstupy byly zadávány v prvním případě manuálně, ve druhém byly vstupy napojeny na důlní plynovou laboratoř. Obě varianty řešily možnost inertizace a útlum vzdušných rázových vln pomocí manuálního zadávání krokového řešení jednotlivých větví až po stanovení bezpečné vzdálenosti. Třetí varianta programu Plyny HBZS je určena pro podrobnější studium termochemických vlastností hořlavých a výbušných směsí. Obsahuje celkem 45 těchto látek, z nichž je možno současně zadat až 10 složek. Tato varianta nepracuje s výbuchovým trojúhelníkem. Uživatelské prostředí programu, pracující s operačním systémem MS DOS verze 5 nebo vyšší, není příliš komfortní, spolupráce s programy typu Microsoft Windows apod. není možná. Z hlediska praktického použití v zásahových akcích RBZS nenašel tento program praktické a podstatné uplatnění. Univerzita Pardubice, KTTV

5 Závěrečná zpráva řešení projektu č. 10/2001: Zdolávání závažných provozních nehod Pro volbu modelů v prostředí důlních děl plynujících dolů je zdrojový člen poměrně variabilní hlavně při zdolávání důlních požárů za přítomností požárních zplodin, kdy je výbušné prostředí tvořeno plyno-vzdušnou směsí metan, vodík, oxid uhelnatý, oxid uhličitý, kyslík a dusík. Z analýzy vyplynulo, že rešerše musí vycházet ze základního scénáře výpočtu zdrojového členu, popisu fyzikálních projevů a odhadu následků ve vztahu k útlumu tlakových vln pro stanovení bezpečných vzdáleností havarijního zásahu. Byla provedena analýza stávajících metodik pro vypočet tlakových a tepelných vln při výbuchu, bezpečné vzdálenosti, výbuchového trojúhelníku, šíření požárních zplodin, možné navázání na důlní plynovou laboratoř. S tím také souvisí kontakty, které byly navázány. Byly to kontakty na dolech ČMD a.s. Důl ČSM, HBP a.s. Baňa Handlová oz, ČMD a.s. Kladenské doly oz Libušín, OKD a.s. Důl Lazy oz., a zhotovitel se předběžně seznámil se stavem zajištění havarijních situací. K problematice důlních map to bylo jednání se společností IMGE, o.z. (Inženýring, Měřictví, Geologie a Ekologie), která se mimo jiné zabývá digitálním zpracováním dat, a to jak grafických tak numerických a tvorbou digitálních map. Na základě provedené analýzy byla vytýčena šíře a hloubka literární rešerše pro řešení havarijních situací v dolech. Měla se týkat rychlosti postupu reaktivní plamenné zóny plynnou výbušnou směsí, reaktivity plynných směsí, geometrií šíření plamene, podmínkami vymezujícími možnosti proudění plynu ve vymezeném prostoru, stupněm turbulence v oblasti zóny hoření, zejména v oblasti před jejím čelem, situováním a mohutnost iniciačního zdroje, délkou (dosah) plamenné zóny a maximálním přetlakem na vrcholu deflagrační vlny. Byla také vytýčena šíře a hloubka literární rešerše pro řešení havarijních situací na povrchu a měla zahrnovat: výtoky plynů ze zařízení kritickou rychlostí se zaměřením na zemní plyn, rozptyly plynů v ovzduší při výtoku plynů (zemního plynu) ze zařízení kritickou rychlostí, výtoky kapalin (ropy) ze zařízení, odpar kapalin (ropy) při výtoku a z vytvořené louže, rozptyly par kapalin v ovzduší, požáry typu pochodeň (jet), hořící louže, ohnivou kouli a flash, výbuch neohraničeného oblaku par, následky působení tlakových vln, následky působení tepelného toku. Na základě požadavků objednatele se literární rešerše měla týkat i problematiky hluku při výtocích plynů kritickou rychlostí. V souvislosti s haváriemi při těžbě a skladováním ropy a zemního plynu byly navázány kontakty se společností Transgas a.s. Praha a se společností Moravské naftové doly a.s. K úspěšnému zvládnutí vytýčené rešerše bylo provedeno zhodnocení vlastních literárních zdrojů a posouzení možností využití Internetových informačních zdrojů. Na základě zkušeností a osobních konzultací byly nalezeny programy řešící podobnou problematiku: SAVE II společnosti Save, ALOHA U.S. Environmental Protection Agency, Effects a Damage holandské společnosti TNO, Flacs norské společnosti Christian Michelsen Research. Na základě internetové rešerše byly nalezeny internetové stránky dvou společností nabízejících software řešící podobnou problematiku. Jedná se o společnost Trinity Consultants Company a jejich programy Breeze Haz Professional a program VASDIP. Druhou byla společnost Lakes Environmental SLABView. Univerzita Pardubice, KTTV

6 Závěrečná zpráva řešení projektu č. 10/2001: Zdolávání závažných provozních nehod V této etapě řešení projektu započal výběr vhodných a dostupných programů z výše uvedených. Současně začalo intenzivní hledání investičních prostředků pro nákup některých programů. K datu ukončení této etapy se jako dostupné jevily programy: SAVE II holandské společnosti Save, který byl zapůjčen od Ing. Miloše Ferjenčíka, programu AutoReaGas společnosti Century Dynamics, který byl již v užívání KTTV Univerzity Pardubice, z prostředků Katedry teorie technologie výbušin byl zvažován nákup softwarového balíku BREEZE HAZ Fire/Explosion americké společnosti Trinity Consultants, KTTV také plánoval nákup programu SLAB View společnosti Lakes Environmental, program ALOHA U.S. Environmental Protection Agency, který již byl na KTTV využíván. Bylo provedeno zhodnocení současného stavu legislativy týkající se řešené problematiky ETAPA ŘEŠENÍ, ŘÍJEN 2001 BŘEZEN 2002 Tato etapa byla zaměřena především na literární rešerši, jejíž výsledky jsou uvedeny v dílčí zprávě. Hloubka a šíře literární rešerše byla vytýčena v 1. etapě řešení. Pro řešení havarijních situací v dolech byly analyzovány problematiky výbuchů a požárů v hlubinných dolech. V případě řešení havarijních situací na povrchu se literární rešerše týkala výtoků plynů ze zařízení kritickou a podkritickou rychlostí se zaměřením na zemní plyn, rozptylů plynů v ovzduší při výtoku plynů (zemního plynu) ze zařízení kritickou rychlostí, výtoků kapalin (ropy) ze zařízení, šířením kapaliny na podloží, odparem kapalin (ropy) při výtoku a z vytvořené louže, rozptyly par kapalin v ovzduší, požáry typu pochodeň (jet), hořící louže a hořící vyhoření oblaku (flash fire), výbuchy neohraničeného oblaku par, následky působení tlakových vln, následky působení tepelného toku a problematikou hluku při výtocích plynů kritickou rychlostí. V souladu se závěry z předchozí etapy bylo provedeno prověření programů řešících problematiku havárií v procesním průmyslu. Byl to program SAVE II společnosti Save, program ALOHA U.S. Environmental Protection Agency, program AutoReaGas společnosti Century Dynamics a také programový balík Breeze Haz Professional americké společnosti Trinity Consultants. Posouzení těchto programů přineslo autorům mnoho inspirace a umožnilo lépe zvážit vytvářené uživatelské rozhraní. Zvoleným operačním systémem je systém Windows Zvoleným programovacím jazykem je jazyk Delphi. S ohledem na zvolený operační systém byla také určena minimální hardwarová konfigurace, která je: Univerzita Pardubice, KTTV

7 Závěrečná zpráva řešení projektu č. 10/2001: Zdolávání závažných provozních nehod Procesor: kompatibilní s Pentium 500 MHz Operační paměť RAM: 128 MB Volné místo na disku: 300 MB V této etapě proběhla také 1. část experimentálního ověření účinků definovaných výbušných systémů na pokusné štole Štramberk. V souvislosti s průběžným projednáváním postupu řešení projektu č. 10/2001 Zdolávání závažných provozních nehod mezi ČBÚ Praha a Univerzitou Pardubice, které se konalo dne na Českém báňském úřadu, byl zadavatelem vznesen požadavek na nutnost prověření programu na výpočet vodních zátek jako metody výbuchuvzdorného uzavírání požářišť. Při následném jednání na HBZS v Ostravě Radvanicích za přítomnosti zástupce ČBÚ Praha byl tento požadavek upřesněn a byly definovány požadavky na posouzení správnosti výpočetních postupů vodních zátek uvedených v Instrukci č. 1/98 RBZS (1998). Jednalo se zejména o vyřešení těchto dílčích problematik: - Pro operativní použití přepracovat do přesnějšího a zjednodušeného vztahu výpočetní vzorec uvedený na str. 16 uvedené instrukce dle nového výpočetního postupu. - Doplnění a upřesnění hodnot opravných koeficientů na základě nových poznatků (ovlivnění úklonem chodeb a velikosti jejich profilu). - Rozšíření tabulky na str. 16 pro světlý průřez důlních děl 14 m². - Zpracovat návrh novelizace pro Instrukci č.1/98 RBZS. - Vypracovat nový výpočetní program pro použití vodních zátek, který bude kompatibilní se stávajícími programy operačního systému Windows. Program bude doplněn o aktuální poznatky a bude zahrnovat řešení konfiguračních anomálií důlních děl, které se mohou vyskytnout v provozu. Pro únik zemního plynu byl navržen následující rozvoj havárie (Obrázek 2-1), který bude zahrnut do programu. V souladu s tímto schématem bude uživatel zadávat a volit jednotlivé kroky výpočtu. Vzhledem k charakteru látek účastnících se potenciálních havárií a jejich stavu v procesu, nebude fyzikální projev BLEVE (Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion) zahrnut do rešerše. Pro únik surové ropy byl navržen následující rozvoj havárie (Obrázek 2-2), který bude zahrnut do programu. V souladu s tímto schématem bude uživatel zadávat a volit jednotlivé kroky výpočtu. Univerzita Pardubice, KTTV

8 Závěrečná zpráva řešení projektu č. 10/2001: Zdolávání závažných provozních nehod zemní plyn jednorázový konečný nekonečný únik výtok plynu: - škrcený - podkritický okamžitá iniciace opožděná pochodeň rozptyl tepelný tok velikosti, reaktivita a turbulence zóny ohrožení malé velké vyhoření oblaku + výbuch oblaku + pochodeň pochodeň tepelný tok zóny ohrožení tlaková vlna tepelný tok zóny ohrožení Obrázek 1: Rozvoj havárie spojený s únikem zemního plynu Bylo uskutečněno jednání ve společnosti OKD a.s. IMGE o.z., která se mimo jiné zabývá: prováděním důlně měřické činnosti; prováděním zeměměřických činností na povrchu; digitálním zpracování dat, a to jak grafických, tak numerických; tvorbou digitálních map; grafickými pracemi. Při jednání byl posouzen stav digitalizace důlních map a možnosti jiného grafického zpracování těchto map. Současný stav na dolech neumožňuje aktivní propojení programu a vytvářeného softwaru. To by umožnily pouze kompletní digitální mapy. Ty se sice začaly vytvářet, ale jejich vytváření je velmi komplikované a finančně náročné. Výsledné mapové soubory, pokud budou v barevném provedení, budou velmi velké a práce s tak velkými soubory je značně závislá na hardwarovém vybavení počítače. Podle vyjádření zástupců IMGE o.z. OKD, a.s. teď s vytvořením digitálních map všech šachet nepočítá. Bylo tedy rozhodnuto, že napojení vytvářeného softwaru nebude dále řešeno. Univerzita Pardubice, KTTV

9 Závěrečná zpráva řešení projektu č. 10/2001: Zdolávání závažných provozních nehod ropa jednorázový konečný nekonečný únik výtok kapaliny okamžitý odpar šíření louže odpar z louže omezená neomezená louže okamžitá iniciace opožděná podle tlaku v systému rozptyl tryskání hořící louže velikosti, reaktivita a turbulence tepelný tok malé velké zóny ohrožení vyhoření oblaku + výbuch oblaku + + hořící louže + hořící louže nebo tryskání nebo tryskání tepelný tok zóny ohrožení tlaková vlna tepelný tok zóny ohrožení Obrázek 2: Rozvoj havárie spojený s únikem surové ropy 4 3. ETAPA ŘEŠENÍ, DUBEN 2002 LISTOPAD 2002 Třetí etapa řešení projektu byla zaměřena především na dokončení algoritmů řešení jednotlivých modelů. Byly to algoritmy následujících modelů: výtoky plynů ze zařízení kritickou a podkritickou rychlostí se zaměřením na zemní plyn, rozptyly plynů v ovzduší při výtoku plynů (zemního plynu) ze zařízení kritickou rychlostí, výtoky kapalin (ropy) ze zařízení, šíření kapaliny na podloží, odpar kapalin (ropy) při výtoku a z vytvořené louže, rozptyly par kapalin v ovzduší, požáry typu pochodeň (jet), hořící louže, výbuch neohraničeného oblaku par, následky působení tlakových vln, následky působení tepelného toku, problematik hluku při výtocích plynů kritickou rychlostí, vypočet tlakových vln, tepelné radiace při požáru, bezpečné vzdálenosti a výbuchového trojúhelníku. Podle plánu probíhala práce na programování konečného produktu. Současně s programováním probíhalo i ladění jednotlivých naprogramovaných algoritmů. Univerzita Pardubice, KTTV

10 Závěrečná zpráva řešení projektu č. 10/2001: Zdolávání závažných provozních nehod Během této etapy byla, problematikou hluku při únicích stlačeného plynného média do prostředí s nižším tlakem, dokončena vytýčená rešerše. V dílčí zprávě jsou popsány základní principy lidského sluchového vnímání, základní veličiny této problematiky, zdroje hluku, fyziologické účinky hluku a pak běžně používané limity hluku. V předcházející etapě řešení projektu bylo rozšířeno zadání o problematiku využití chodeb se střídavým úklonem k uzavírání požářiště. Tato problematika byla ve třetí etapě dořešena a byl vytvořen program řešící vodní zátky. První verze programu Vodní zátky byla předvedena zástupcům HBZS Ostrava. Připomínky Ing. Františka Ševčíka a pracovníků HBZS Ostrava byly zapracovány do další verze tohoto programu. Technické podklady k řešení této problematiky byly uvedeny v kapitole 2 dílčí zprávy řešení. Dále byly předány technické podklady k novelizaci výnosu ČBÚ týkajícího se vodních zátek.. Součástí dílčí zprávy byly také výstupy z rešerše předpisů v oblasti požární ochrany povrchových zařízení při skladování plynu a nafty včetně jejich těžby. V rámci třetí etapy byly také provedeny dvě série zkoušek na pokusné štole ve Štramberku. První série zkoušek se týkala měření dosahu plamenné zóny. Z výše uvedených předpokladů a naměřených výsledků je možno konstatovat, že dosah plamenných zón při výbuchu metanovzdušné směsi v jednorozměrných vlnovodech je v průměru necelý pětinásobek délky zaplynovaného úseku. Druhá série zkoušek sloužila k nakalibrování výpočetního programu AutoReaGas na podmínky výbuchu metanovzdušných směsí ve ventilované geometrii. Kalibrační konstanty byly na základě provedených zkoušek upraveny. Dne proběhla pracovní schůzka řešitelů projektu se zástupci HBZS na dole Darkov, kde se řešitelé seznámili s konkrétními podmínkami v podzemí. Hlavním závěrem této schůzky bylo, že výpočty bezpečnostních vzdáleností jsou vzhledem k nejistotě při odhadování počátečních podmínek nespolehlivé. V návaznosti na tento závěr zástupci HBZS a řešitelé projektu doporučili přesunutí hlavní váhy projektu řešící provozní nehody v podzemí na výpočet výbuchového trojúhelníku v závislosti na aktuálním složení plynu, který je základním vstupem pro další řešení projektu. Vytvářený program by měl umožnit zadávání složení důlních plynů a na základě tohoto složení vyhodnocovat výbuchový trojúhelník. Do budoucna by měl být připraven na zadání protokolu pro on-line přenos dat ze systému měřícího složení důlních plynů. Současný systém DPL toto propojení neumožňuje. Na kontrolním dnu konaném dne na ČBÚ Praha byl, v zápisu z jednání, projekt v souladu s bodem VII/1 smlouvy č. 516/01/10 upřesněn následujícím textem: Převést výpočet výbuchového trojúhelníku, který je vytvořen pro operační systém DOS, do programu využívající současných operačních systémů a výpočetní techniky. Vytvořený program umožní zadávání složení důlních plynů a na základě složení důlních plynů vyhodnocovat výbuchový trojúhelník. Struktura vytvořeného programu umožní zadání protokolu pro on-line přenos dat ze systému měřícího složení důlních plynů a následné vyhodnocení výbuchového trojúhelníku. Univerzita Pardubice, KTTV

11 Závěrečná zpráva řešení projektu č. 10/2001: Zdolávání závažných provozních nehod 5 4. ETAPA ŘEŠENÍ, PROSINEC 2002 SRPEN 2003 Během řešení projektu bylo rozšířeno zadání o vyřešení problematiky vodních zátek a vytvoření výpočetního programu. Vzhledem k tomu se změnila původní strategie, vytvořit jeden program s jednou větví pro řešení problematiky těžby uhlí a jednou větví pro řešení problematiky těžby a skladování ropy a zemního plynu, vytvářeného programu, byly vytvořeny tři samostatné programy Vodní zátky pro řešení pohybu vodního sloupce, Výbuchový trojúhelník - pro řešení havárií při těžbě uhlí a Následky řešící následky havárií při těžbě ropy a zemního plynu, které jsou soustředěny a instalovány jako programový balík DISSOLVER. Během čtvrté etapy probíhaly práce na všech třech programech. 5.1 Vodní zátky Modul pro výpočet vodních zátek jako metody výbuchu-vzdorného uzavírání požářišť byl opraven a doplněn na základě připomínek, které byly vzneseny při kontrolním dnu konaném v Praze. Při kontrolním dnu konaném dne na Českém báňském úřadě, oddělení VaV v Ostravě byla předvedena opravená verze programu, která byla podrobena další kritice spolu s předanými podklady pro novelizaci výnosů ČBÚ. Z jednání tohoto kontrolního dne vyplynuly následující požadavky na úpravu programu: dopřesnit definice jednotlivých pojmů v návrhu novely instrukce a v součásti manuálu při počítačovém řešení a kapacitu vodního zdroje řešit od spodní hranice vydatnosti 300 l.min -1. Na základě tohoto jednání byly provedeny poslední úpravy programu a jeho poslední verze byla předvedena na velitelském dnu konaném na HBZS v Ostravě. V poslední etapě byl do výpočetního programu především zadán a výpočetně verifikován možný vodorovný úsek štoly. Bylo ukončeno ladění programu v oblastech vstupních okrajových (malých a velkých) úklonů důlních děl v návaznosti na stanovení výšky větratelného zatopení. Zároveň byly jednoznačně definovány úrovně hladin a vstupní meze pro zadávání nereálných hodnot. Byly doplněny potřebné časy pro zatopení různých úrovní hladin na základě skutečného definovaného vodního přítoku. Byl vypracován text jak uživatelského tak teoretického manuálu pro tento modul Vodní zátky. Oba jsou samostatnou přílohou této zprávy. Univerzita Pardubice, KTTV

12 Závěrečná zpráva řešení projektu č. 10/2001: Zdolávání závažných provozních nehod 5.2 Výbuchový trojúhelník - program řešení havárií při těžbě uhlí v podzemí V rámci tohoto programu byla především dopracována procedura řešící výbuchový trojúhelník, jeho výpočet a vykreslování, v souladu s metodikou popsanou v dílčí zprávě z etapy 2. Tato procedura byla podrobena důkladnému zkoušení a podle dosažených výsledků bylo konstatováno, že je v pořádku. Na základě připomínek, které byly vzneseny při kontrolním dnu konaném v Praze bylo provedeno několik úprav programu. Jednalo se problémy při řešení událostí s nestandardním složením atmosféry. Byla zablokována možnost zadání tuhých a kapalných látek do složení atmosféry. Tyto látky sice mohou hořet, ale nebudou součástí výbušné atmosféry. Tím byl také odstraněn problém se zadáním jejich množství, které bylo původně v objemových procentech, což je fyzikálně nemožné. V původní verzi programu bylo možné v případě nestandardního složení důlních plynů zadat jakékoliv složení jak z hlediska látek tak jejich koncentrací. To ovšem znamenalo, že nelze spočítat výbuchový trojúhelník a vykreslit ho. Program byl v tomto případě schopen uvést pouze výsledky termodynamické analýzy a okno pro výbuchový trojúhelník obsahovalo pouze varovné hlášení, že výbuchový trojúhelník nelze spočítat (viz Obrázek 3). Proto bylo během testování tohoto programu rozhodnuto, že z hlediska užívání bude vhodnější, aby se v této části (Nestandardní havárie) po zadání složení atmosféry zobrazilo okno s výsledky Termodynamické analýzy a nikoliv okno s výbuchovým trojúhelníkem. Obrázek 3: Okno s varovným hlášením, že výbuchový trojúhelník nelze spočítat Univerzita Pardubice, KTTV

13 Závěrečná zpráva řešení projektu č. 10/2001: Zdolávání závažných provozních nehod Dále bylo zjištěno, že přestože je koncentrace plynů, pro které nelze vykreslit výbuchový trojúhelník (jsou navíc proti standardnímu složení), je nulová, tak se výbuchový trojúhelník nespočítá. První problém byl vyřešen tak, že v případě nestandardního složený atmosféry se automaticky nabízí okno s termodynamickými výpočty a list výbuchový trojúhelník zůstává potemnělý. V druhém případě se nekontroluje pouze složení směsi, ale také koncentrace jednotlivých složek tak, že pokud složení směsi, přestože jsou do paketu zadány i jiné látky než standardní, odpovídá standardnímu složení směsi, pak je výbuchový trojúhelník aktivován. Po provedení těchto oprav byl výbuchový trojúhelník předveden na kontrolním dnu konaném dne na Českém báňském úřadě, oddělení VaV v Ostravě. Po rozsáhlé diskusi byly požadavky shrnuty do tří hlavních bodů: připravit program pro systém on-line, tak aby bylo na základě zdokumentovaných formátů výstupu měření jednotlivých plynných složek důlního ovzduší možné průběžně zobrazovat jednotlivé koncentrace a výbuchový trojúhelník, aniž by musely být manuálně zadávány koncentrace jednotlivých složek důlního ovzduší, aby s ohledem na množství větrů proudících v daném místě havárie bylo možné stanovit, zda zdroje inertizujícího dusíku jsou natolik dostatečné a jsou schopny zajistit, aby složení ovzduší bylo mimo výbuchový trojúhelník, aby byly ve zpracovaném programu zajištěny údaje, o kolik m 3 musí být sníženo proudící množství větrů v místě havárie, aby zdroj inertizujícího dusíku zajistil takové složení větrů, které bude mimo výbuchový trojúhelník. Tyto požadavky byly do programu zapracovány. V návaznosti na tento kontrolní den byly uživateli poskytnuty údaje řádové údaje o koncentracích nestandardních složek důlního ovzduší. Byla znovu provedena velmi podrobná analýza ovlivnění výsledků jednotlivých procedur programu Výbuchový trojúhelník. Vzhledem k velmi nízkým koncentracím jednotlivých složek (suma by neměla překročit 1 obj. % v celé směsi) by zaznamenána změna vypočtených hodnot na až čtvrtém desetinném místě. Proto byl přehodnocen závěr, že výbuchový trojúhelník nelze pro toto složení použít. Obě větve programu tedy poskytují všechny požadované informace. Pro on-line komunikaci programu Výbuchový trojúhelník s důlní plynovou laboratoří řešitelé navrhují následující formát přenášených dat. V následujícím textu není uveden přímo formát protokolu, ale pouze specifikace požadavků na DPL, které by měla splňovat. Konkrétní implementaci komunikace mezi DPL a vzdáleným počítačem (včetně volby transportního protokolu) nelze bez rozsáhlé diskuse programátora aplikace Výbuchový trojúhelník a výrobce DPL uskutečnit! Protokol pro komunikaci s DPL Důlní průmyslová laboratoř by měla být schopna pořizovat informace o složení všech definovaných požárních plynů v několika zadaných odběrních místech najednou. O každém odběrném místě by měla poskytovat základní informace shrnuté Univerzita Pardubice, KTTV

14 Závěrečná zpráva řešení projektu č. 10/2001: Zdolávání závažných provozních nehod v charakteristice odběrního místa (TSamplingPlace). Každé odběrní místo by mělo být definováno jakýmsi jednoznačným identifikátorem číslem nebo textovým popiskem. TSamplingPlace (charakteristika odběrního místa) PlaceID Jednoznačný identifikátor odběrného místa (číslo nebo textový popisek), ke kterému se vztahují následující koncentrační data Data CO 2 Koncentrace oxidu uhličitého v daném čase a místě Data CH 4 Koncentrace methanu v daném čase a místě Data O 2 Koncentrace kyslíku v daném čase a místě Data CO Koncentrace oxidu uhelnatého v daném čase a místě Data H 2 Koncentrace vodíku v daném čase a místě Důlní průmyslová laboratoř by měla být schopna poskytovat požadovaná data prostřednictvím tzv. datových paketů. Datový paket (balíček) by měl obsahovat informace o pořízeném složení všech požárních plynů ve všech definovaných odběrních místech v daném čase. Každý datový paket by měl být definován jakýmsi jednoznačným identifikátorem číslem. Dále by měl obsahovat informace o datu a čase pořízení vzorků složení (jeden datum a čas společný pro všechna složení ve všech odběrních místech), počet odběrných míst, která jsou součástí tohoto paketu a nakonec sekvenci charakteristik jednotlivých odběrních míst. TDataPacket (charakteristika datového paketu) PacketID Jednoznačný identifikátor datového paketu (číslo), ke kterému se vztahují následující data AcqDate datum (rok, měsíc, den) odběru vzorků složení, které patří do tohoto paketu (všechny odběrná místa) AcqTime čas (hodina, minuta, sekunda) odběru vzorků složení, které patří do tohoto paketu (všechny odběrná místa) SampPlaceCnt počet odběrních míst v tomto paketu (N) {SampPlace1} charakteristika odběrního místa č. 1 (viz předchozí tabulka) {SampPlace2} charakteristika odběrního místa č. 2 (viz předchozí tabulka) {SampPlaceN} charakteristika odběrního místa č. N (viz předchozí tabulka) Jako nejvhodnější transportní protokol se jeví v průmyslové sféře celkem rozšířený protokol typu klient-server, který se jmenuje MODBUS. Podle typu sítě, na které komunikace probíhá, existují dvě základní odnože tohoto protokolu: 1) MODBUS/RS485 používá se pro komunikaci přes sériovou linku. V závislosti na kódování přenášených dat existují dvě mutace tohoto protokolu MODBUS/RTU a MODBUS/ASCII. Z těchto uvedených by bylo preferovváno kódování RTU pro jeho výraznou efektivitu oproti kódování ASCII. 2) MODBUS/TCP používá se pro komunikaci přes lokální ethernet. Tento protokol má téměř identickou strukturu jako MODBUS/RS485 a je založen na známém internetovém protokolu TCP/IP. Znovu je třeba upozornit na to, že konkrétní implementaci komunikace mezi DPL a vzdáleným počítačem (včetně volby transportního protokolu) nebude bez rozsáhlé diskuse programátora aplikace Výbuchový trojúhelník a výrobce DPL uskutečnit. Univerzita Pardubice, KTTV

15 Závěrečná zpráva řešení projektu č. 10/2001: Zdolávání závažných provozních nehod Litrový vývin CO V poslední etapě byl na jednání se zástupci HBZS vznesen požadavek na doplnění programu o sledování hodnoty litrového vývinu LV. Hodnota LV se počítá podle vztahu LV Q ppm = kde LV je litrový vývin (l.min -1 ), Q je množství větrů (m 3.min -3 ). Vyskytne-li se v požárních plynech oxid uhelnatý a jeho průtok přesáhne kritickou hranici 10 l.min -1, je uživatel na tuto skutečnost upozorněn červeným blikajícím hlášením: Faktor LVCO dosáhl limitní hodnoty!!! vlevo v řádku na spodu obrazovky (viz Obrázek 4). Obrázek 4 je kopií obrazovky při řešení havárie s nestandardním složením důlních plynů, kde je možné vidět všechny zakomponované připomínky a doplňky, které byly během řešení projektu a jsou popsány výše. Obrázek 4: Příklad okna programu Výbuchový trojúhelník pro nestandardní složení důlních plynů Univerzita Pardubice, KTTV

16 Závěrečná zpráva řešení projektu č. 10/2001: Zdolávání závažných provozních nehod 5.3 Následky program pro řešení havárií při těžbě a skladování ropy a zemního plynu Při kontrolním dnu konaném v Praze byly předloženy jednotlivé samostatné algoritmy výpočtů fyzikálních projevů a následků havárií při těžbě ropy a zemního plynu v formátu MS Excel. Během první části čtvrté etapy byly tyto algoritmy ve formátu MS Excel propojeny a vznikly funkční kostry programu pro zemní plyn a ropu. Byla vytvořena struktura databáze fyzikálně chemických vlastností zemního plynu (Obrázek 5) a ropy (Obrázek 6) a jednotlivé algoritmy si zde berou vstupy pro jednotlivé výpočty. Od společnosti Moravské naftové doly, a.s. byly získány některé údaje o předmětných látkách. Bohužel tyto údaje nebyly kompletní a řešitel musel některé údaje doplnit údaji z literatury. Značným problémem se jeví vlastnosti ropy, protože byly obdrženy údaje o ropách ze čtyř míst a rozdíly jsou nezanedbatelné. Zásadní je rozdíl ve vlastnostech ropy typu A, která ve se svými průměrnými vlastnostmi blíží přehřáté kapalině. Toto je zohledněno ve výpočtech zdrojového členu. Obrázek 5: Struktura databáze fyzikálně chemických vlastností zemního plynu Univerzita Pardubice, KTTV

17 Závěrečná zpráva řešení projektu č. 10/2001: Zdolávání závažných provozních nehod Obrázek 6: Struktura databáze fyzikálně chemických vlastností čtyř typů ropy V jednom listě sešitu MS Excel se provádí zadání počátečních podmínek (Obrázek 7), které jsou propojeny do navazujících algoritmů. Obrázek 7: Okno zadávání počátečních podmínek Univerzita Pardubice, KTTV

18 Závěrečná zpráva řešení projektu č. 10/2001: Zdolávání závažných provozních nehod V jednom listě jsou pak soustředěny výsledky všech navazujících výpočtů. Obrázek 8: Okno výsledků K vytvoření těchto dvou souborů ve formátu MS Excel bylo přistoupeno z důvodu úspory času. Pro programátora, který nebyl obeznámen s problematikou výpočtů fyzikálních projevů a následků průmyslových havárií, bylo nezbytné pečlivě připravit modely a provést jejich propojení tak, aby při psaní programu v jazyce Delphi neměl problémy s hledáním a vytvářením těchto propojení. Bylo nutné ho seznámit se základním názvoslovím, obecně s jednotlivými modely a jejich platností a s rozhodovacími prvky. V průběhu programování musela být upravena základní schémata řešící fyzikální modely pro únik zemního plynu a ropy. Na Obrázku 9 pro zemní plyn a Obrázku 10 pro ropu. Do obou schémat byl přidán fyzikální projev ohnivá koule (fireball) a naopak byl vypuštěn projev vyhoření oblaku (flash fire). Univerzita Pardubice, KTTV

19 Závěrečná zpráva řešení projektu č. 10/2001: Zdolávání závažných provozních nehod zemní plyn jednorázový konečný nekonečný únik výtok plynu: - škrcený - podkritický okamžitá iniciace opožděná pochodeň Ohnivá koule rozptyl tepelný tok výbuch oblaku + pochodeň zóny ohrožení tlaková vlna tepelný tok zóny ohrožení Obrázek 9: Rozvoj havárie spojený s únikem zemního plynu ropa jednorázový konečný nekonečný únik výtok kapaliny okamžitý odpar rozpuštěného plynu okamžitá iniciace opožděná podle tlaku v systému rozptyl tryskání ohnivá koule hořící louže výbuch oblaku + + hořící louže tepelný tok nebo tryskání zóny ohrožení tlaková vlna tepelný tok zóny ohrožení Obrázek 10: Rozvoj havárie spojený s únikem surové ropy Univerzita Pardubice, KTTV

20 Závěrečná zpráva řešení projektu č. 10/2001: Zdolávání závažných provozních nehod Největší problém byl s rozlišením jednotlivých časů a dob trvání úniku. Jednoznačnost definicí je nezbytná pro určování celkového množství uniklé látky a rozlišení modelu jednorázového a kontinuálního výtoku. Původní schéma propojení jednotlivých modelů s ohledem na jednotlivé doby trvání úniku jsou uvedena v Tabulce 1 pro zemní plyn a v Tabulce 2 pro ropu. Tabulka 1: Původní schéma propojení jednotlivých modelů s ohledem na jednotlivé doby trvání úniku Typ výtoku Výtok otvorem v potrubí Výtok otvorem v nádobě jednorázový nemá význam konečný (1-59 s) konečný ( s) nekonečný spočítá se hmotnost plynu uniklého během zadaného počtu sekund, toto množství je vstupní parametr pro model fireball (okamžitá iniciace) nebo pro modely difúzního rozptylu a následně VCE (opožděná iniciace) vypočte se průměrný hmotnostní tok za první minutu výtoku (součet hmot. toků v každé z 60 sekund první minuty děleno 60), tento hmotnostní tok je vstupní parametr pro model jet fire (okamžitá iniciace) nebo pro modely rozptylu jet a následně VCE (opožděná iniciace) vypočte se průměrný hmotnostní tok za první minutu výtoku (součet hmot. toků v každé z 60 sekund první minuty děleno 60), tento hmotnostní tok je vstupní parametr pro model jet fire (okamžitá iniciace) nebo pro modely rozptylu jet a následně VCE (opožděná iniciace) kompletní roztržení nádoby, účastní se celý obsah nádoby, toto množství je vstupní parametr pro model fireball (okamžitá iniciace) nebo pro modely difúzního rozptylu a VCE (opožděná iniciace) spočítá se hmotnost plynu uniklého během zadaného počtu sekund, toto množství je vstupní parametr pro model fireball (okamžitá iniciace) nebo pro modely difúzního rozptylu a následně VCE (opožděná iniciace) vypočte se průměrný hmotnostní tok (bude se iterovat až do zadané doby výtoku, pak se suma všech výtoků vydělí počtem iterací), tento hmotnostní tok je vstupní parametr pro model jet fire (okamžitá iniciace) nebo pro modely rozptylu jet a následně VCE (opožděná iniciace) vypočte se průměrný hmotnostní tok (bude se iterovat pouze do prvních 60 sekund, pak se suma všech výtoků vydělí počtem iterací), tento hmotnostní tok je vstupní parametr pro model jet fire (okamžitá iniciace) nebo pro modely rozptylu jet a následně VCE (opožděná iniciace) Univerzita Pardubice, KTTV

21 Závěrečná zpráva řešení projektu č. 10/2001: Zdolávání závažných provozních nehod Tabulka 2: Původní schéma propojení jednotlivých modelů s ohledem na jednotlivé doby trvání úniku Typ výtoku Výtok otvorem v potrubí Výtok otvorem v nádobě jednorázový nemá význam konečný (1-60 s) konečný ( s) nekonečný spočítá se hmotnost plynu uniklého během zadaného počtu sekund, toto množství je vstupní parametr pro model FIREBALL (okamžitá iniciace) nebo pro modely PUFF a CAM (opožděná iniciace) vypočte se průměrný hmotnostní tok za první minutu výtoku (součet hmot. toků v každé z 60 sekund první minuty děleno 60), tento hmotnostní tok je vstupní parametr pro model JET FIRE a také POOL FIRE (okamžitá iniciace) nebo pro modely PLUME a CAM (opožděná iniciace) pouze do modelu CAM vstupuje hmotnost ropy z modelu PLUME vypočte se průměrný hmotnostní tok za první minutu výtoku (součet hmot. toků v každé z 60 sekund první minuty děleno 60), tento hmotnostní tok je vstupní parametr pro model JET FIRE a také POOL FIRE (okamžitá iniciace) nebo pro modely PLUME a CAM (opožděná iniciace) pouze do modelu CAM vstupuje hmotnost ropy z modelu PLUME kompletní roztržení nádoby, účastní se celý obsah nádoby, toto množství je vstupní parametr pro model FIREBALL (okamžitá iniciace) nebo pro modely PUFF a CAM (opožděná iniciace) spočítá se hmotnost plynu uniklého během zadaného počtu sekund, toto množství je vstupní parametr pro model FIREBALL (okamžitá iniciace) nebo pro modely PUFF a CAM (opožděná iniciace) vypočte se průměrný hmotnostní tok (bude se iterovat až do zadané doby výtoku a kontrolovat, zda se nádoba nevyprázdnila, ale bude se brát suma všech výtoků za prvních 60s vydělená počtem iterací), tento hmotnostní tok je vstupní parametr pro model JET FIRE a také POOL FIRE (okamžitá iniciace) nebo pro modely PLUME a CAM (opožděná iniciace) pouze do modelu CAM vstupuje hmotnost ropy z modelu PLUME vypočte se průměrný hmotnostní tok (bude se iterovat až do zadané doby výtoku a kontrolovat, zda se nádoba nevyprázdnila, ale bude se brát suma všech výtoků za prvních 60s vydělená počtem iterací), tento hmotnostní tok je vstupní parametr pro model JET FIRE a také POOL FIRE (okamžitá iniciace) nebo pro modely PLUME a CAM (opožděná iniciace) pouze do modelu CAM vstupuje hmotnost ropy z modelu PLUME Použití těchto schémat však znamenalo řádové nadhodnocení množství látky v oblaku pro jednorázový únik proti kontinuálnímu, což odporuje realitě. Bylo nezbytné tato schémata upravit. Hlavní rozdíl je v množství látky vstupující do ohnivé koule a modelu odfouknutí (puff). Tato množství byla omezena prvními dvěmi sekundami. To není v rozporu s metodikou popsanou v příručce CCPS (1999). V Tabulce 3 je uvedeno upravené schéma pro ropu. Schéma pro zemní plyn je podobné. Univerzita Pardubice, KTTV

22 Závěrečná zpráva řešení projektu č. 10/2001: Zdolávání závažných provozních nehod Tabulka 3: Upravené schéma propojení jednotlivých modelů s ohledem na jednotlivé doby trvání úniku Typ výtoku Okamžitá iniciace Opožděná iniciace jednorázový + konečný (1 2 s) konečný (3 60 s) konečný ( s) + nekonečný kompletní roztržení nádoby nebo potrubí (pouze bez čerpadla!!!), účastní se celý obsah nádoby nebo hmotnost kapaliny vyteklé po vypnutí čerpadla - toto množství vstupuje do modelu FIREBALL spočítá se hmotnost ropy uniklé během prvních dvou sekund výtoku - toto množství vstupuje do modelu FIREBALL spočítá se průměrný hmotnostní průtok ropy za dobu výtoku - toto množství vstupuje do modelu JET FIRE spočítá se hmotnost ropy uniklé během prvních dvou sekund výtoku - toto množství vstupuje do modelu FIREBALL spočítá se průměrný hmotnostní průtok ropy za první minutu výtoku - toto množství vstupuje do modelu JET FIRE kompletní roztržení nádoby nebo potrubí (pouze bez čerpadla!!!), spočítá se hmotnost plynu rozpuštěného v celkovém množství ropy - toto množství vstupuje do modelu PUFF a CAM spočítá se hmotnost ropy, která zbude po odpaření množství plynu toto množství vstupuje do modelu POOL FIRE (jednorázová verze) spočítá se průměrný hmotnostní průtok rozpuštěného plynu v ropě během prvních dvou sekund výtoku - toto množství vstupuje do modelu rozptylu PUFF. Vypočtená hmotnost plynu ve výbušné oblasti vstupuje do modelu CAM. spočítá se průměrný hmotnostní průtok ropy bez rozpuštěného plynu za zadaný počet sekund (nebo trvání výtoku) - toto množství vstupuje do modelu POOL FIRE (kontinuální verze). spočítá se průměrný hmotnostní průtok rozpuštěného plynu v ropě za první minutu výtoku - toto množství vstupuje do modelu rozptylu PLUME. Vypočtená hmotnost plynu ve výbušné oblasti vstupuje do modelu CAM. spočítá se průměrný hmotnostní průtok ropy bez rozpuštěného plynu za první minutu výtoku - toto množství vstupuje do modelu POOL FIRE (kontinuální verze). Do kostry modulu řešícího problematiku úniků zemního plynu byl také zařazen algoritmus výpočtu hluku způsobeného výtokem plynů nadzvukovou rychlostí. Vytvořený program je jedinečný v tom, že uživatel získá s minimálním úsilím přímo vzdálenosti dosahu jednotlivých úrovní a typů následků pro všechny scénáře rozvoje havárie, včetně zohlednění času iniciace. Žádný z podobných programů známých autorům toto neumožňuje. Detailní popis teoretických základů, na kterých je program Následky postaven, je uveden v teoretickém manuálu a popis programu a jeho ovládání pak v uživatelském manuálu. Oba jsou společně samostatnou přílohou této zprávy. Příklad okna tohoto programu pro výtok zemního plynu je uveden na Obrázku 11, pro případ výtoku ropy na Obrázku 12. Univerzita Pardubice, KTTV

23 Závěrečná zpráva řešení projektu č. 10/2001: Zdolávání závažných provozních nehod Obrázek 11: Okno programu Následky pro případ havárie zemního plynu, výtok z potrubí Obrázek 12: Okno programu Následky pro případ havárie ropy, výtok z ropného vrtu Univerzita Pardubice, KTTV

24 Závěrečná zpráva řešení projektu č. 10/2001: Zdolávání závažných provozních nehod 5.4 Metoda CAM (Congestion Assessment Method) Rešerše sice probíhala v druhé etapě řešení projektu, ale řešitelé při své práci neustále sledovali informace z předmětné oblasti. Byla, proto nalezena další metoda řešení výbuchu oblaku par metoda CAM. Tato metoda (Puttock 1999) získala svůj název podle toho, že zdrojový přetlak se určuje na základě předpokladu o zahrazení oblaku dané provozem a zařízením. Je důležité si uvědomit rozdíl mezi ohraničením a zahrazením. Pokud dojde k výbuchu v uzavřeném prostoru, je možné dosáhnout přetlaků až 8 atm. Dokonce i v případech pokud jsou v systémech ventily nebo výfukové stěny mohou být vygenerovány vysoké přetlaky, protože plyn nemůže otvory unikat dostatečně rychle, aby nedošlo k natlakování. Výbuchy v oblastech, které jsou z více než 60 % uzavřeny jsou řešeny jinými metodami. V případě malého uzavření oblasti mohou být vysoké přetlaky generovány překážkami (zahrazením) při aplikaci principu samourychlování plamene. Existují různé metody, které jsou používány pro výpočet přetlaků generovaných výbuchem oblaku par. Jsou to metody založené na tritolovém ekvivalentu teoreticky uvolněné výbuchové energie, nebo vhodnější multi-energy metoda holandské TNO (Van den Berg 1985). Popsaná metoda poskytuje návod, jak určit počáteční přetlak generovaný zdrojem, což byl největší problém ostatních metod. Tato metoda postupuje ve třech krocích: 1. Studuje se geometrie zahrazené oblasti, aby mohl být určen referenční přetlak P ref, který určuje maximální přetlak, který by mohl být vygenerován po iniciaci oblaku propanu v této geometrii. 2. Vliv reaktivity hořlaviny je určen faktorem hořlaviny F použité hořlaviny. P ref je vynásoben faktorem F, aby byl určen přetlak zdroje P 0 dané geometrie a použitého paliva. 3. Závěrečným krokem je výpočet přetlaku dopadajícího na cíl v určité vzdálenosti od zdroje. Tato metoda také poskytuje možnost vypočítat dobu trvání přetlakové fáze a tvar křivky závislosti přetlaku na čase Referenční přetlak Určení referenčního přetlaku je nejobtížnějším a nejméně přesným krokem této metody. Pro usnadnění byl vytvořen rozhodovací strom uvedený na Obrázku 12 Univerzita Pardubice, KTTV

25 Závěrečná zpráva řešení projektu č. 10/2001: Zdolávání závažných provozních nehod Start Je nebezpečná oblast, nebo její část, více než z 60-ti % uzavřena stěnami, střechou, překážkami apod.? Ano Ventilovaný výbuch - nelze použít tuto metodu, kontaktuj specialistu na ventilované výbuchy! Ne Je v nebezpečné oblasti vůbec nějaká překážka? (Ne znamená, že oblast je úplně otevřená) Ne Pak předpokládej P ref = 0,1 Ano Je v oblaku nějaké místo odkud nejjednodušší cesta pro plyn k dosažení neohraničené oblasti vede přes 4 následné překážky? Ne Pak předpokládej P ref = 0,1 Ano Vyděl mezeru mezi překážkami (kterou může projít plyn) průměrem překážky a obdržíš S 1; taky vyděl prostor mezi následnými překážkami jejich průměrem a obdržíš S 2. Pak S = S 1 S 2. P ref závisí na S následovně: S > 30 počet řad > 8 P ref KS 7 < S < 30 počet řad > 6 P ref KS S < 7 KS KS = konzultuj specialistu Obrázek 13: Rozhodovací strom pro metodu CAM Faktor hořlaviny Faktoru hořlaviny F vyjadřuje poměr reaktivity daného plynu k reaktivitě propanu, který byl použit jako jistý standard. Klíč k jeho určení faktoru hořlaviny F leží v teorii Taylor and Hirst (1988). Tato teorie říká, že turbulentní rychlost hoření je úměrná součinu laminární rychlosti hoření a expanzního poměru plynu umocněného na 1,36.Ve fixní geometrické konfiguraci je přetlak úměrný druhé mocnině turbulentní rychlosti hoření. Na základě experimentů byly výpočty faktoru hořlaviny verifikovány a zaokrouhleny. Hodnoty faktoru hoření jsou uvedeny v Tabulce 4. Univerzita Pardubice, KTTV

26 Závěrečná zpráva řešení projektu č. 10/2001: Zdolávání závažných provozních nehod Tabulka 4: Hodnoty faktoru hořlaviny F pro běžné hořlavé plyny Hořlavina faktoru hořlaviny F Metan 0,6 Toluen 0,7 Pentan 1,0 Cyklohexan 1,0 Butan 1,0 Propan 1,0 Metanol 1,0 Aceton 1,0 Benzen 1,0 Etanol 1,5 Propylen (propen) 1,5 Butadien 2 Ethylen (eten) Pokles tlaku v závislosti na vzdálenosti od zdroje Pokles tlaku se vzdáleností lze určit podle následujících vztahů. Předpokládá se zdrojový přetlak P 0 a objem zdroje V 0. Cíl bude ve vzdálenosti r od okraje zastavěné oblasti a poloměr zdroje je R 0, pak kde 3V 2π 3 0 R 0 = 2. r = R 0 + r log P 0,08l 0,592l + 1,63l 3,28l 1, = r r r r + l r r = log + 0,2 0,02P0 5. R 0 Přetlak v barech dopadající na cíl je potom R0 P = min P0, P1 6. r Křivky poklesu tlaku jsou pro několik zdrojových přetlaků vykresleny na Obrázku 13. Univerzita Pardubice, KTTV

27 Závěrečná zpráva řešení projektu č. 10/2001: Zdolávání závažných provozních nehod Obrázek 14: Křivky poklesu přetlaku pro zdrojové přetlaky 0,2, 0,5, 1, 2, 4 a 8 bar Z Obrázku vyplývá, že při zdrojovém přetlaku 1 bar pokles tlaku probíhá na vzdálenosti devíti násobku poloměru zdroje. Pro nižší přetlaky zdroje se pokles protahuje dále. Tedy, pro přetlaky do 1 baru je jednoduchý předpoklad rozkladu tlaku nepřímo úměrného vzdálenosti přijatelný. Často je potřeba počítat odezvu konstrukce na tlakové zatížení, pak je vhodné znát dobu trvání přetlakové fáze a dobu dosažení maximálního přetlaku. Jednotlivé časové parametry t 1, t 2 a t 3 jsou definovány na Obrázku 14. Obrázek 15: Příklad trojúheníkové aproximace přetlakové fáze definující časy t 1, t 2 a t 3 (t 3 - t 1 ) je doba trvání a (t 2 - t 1 )/ (t 3 - t 1 ) je označován jako faktor tvaru, který je poměrem času nárůstu k době trvání. Faktor tvaru je 0, jestliže je čelo vlny plně rázové. Univerzita Pardubice, KTTV

28 Závěrečná zpráva řešení projektu č. 10/2001: Zdolávání závažných provozních nehod Rychlost změny tvaru tlakové vlny je pro vyšší přetlaky mnohem větší. To vedlo k zavedení parametru vzdálenosti d f. r P = 2 0 d f 7. R0 Pa kde P a je atmosférický tlak. Potom t 3 t1 = C R0 P 0 8. ρ a kde C = 0,65 pro d f < 5 d f + 10 C = 0,65 15 pro 5 < d f < 20 C = 1,3 pro 20 < d f Maximální přetlak je zde označen jako P 0, aby bylo zdůrazněno, že musí být použity jednotné rozměry, to znamená, že pokud jsou použity jednotky v soustavě SI, pak je P 0 v Pa to je bary vynásobené ρ a je hustota vzduchu (přibližně 1,2 kg.m -3 ). Rovnice (7) není platná v oblasti zdroje. Faktor tvaru je dán vztahem t t 2 3 t t 1 1 = max [ 0,65( 1 1,25 ),0] d f 9. Univerzita Pardubice, KTTV