Podzemní zásobníky plynu (PZP) a prevence závažných havárií (PZH) RNDr. Lubomír Kelnar, Ing. Šárka Václavková, Ph.D., Mgr. Petr Novák, Mgr. Michal Vaněček, Mgr. Jana Michálková WATRAD, spol. s r.o., www.watrad.cz Souhrn V rámci projektu TAČR vypsaného v programu BETA je řešena harmonizace bezpečnostní dokumentace podle požadavků evropské směrnice SEVESO III provozovatelů podléhajících kontrole MŽP ČR a Českého báňského úřadu (ČBÚ). V příspěvku budou uvedena základní fakta o soustavě a typech PZP v ČR, úvahy k zařazování provozovatelů PZP podle zákona o PZH včetně některých zkušeností ze zahraničí, relevantní havarijní scénáře na zařízeních PZP, příklady výpočtů pro dosahy projevů pro konkrétní havárii z roku 2010, možnosti přístupu k havarijnímu plánování a legislativa PZP. 1. Základní fakta o soustavě a typech PZP v ČR V ČR je 8 podzemních zásobníků plynu, a to: Dolní Dunajovice, Háje, Lobodice, Štramberk, Třanovice, Tvrdonice - provozovatel RWE Gas Storage, s.r.o. Uhřice - provozovatel MND Gas Storage a.s. Dolní Bojanovice - provozovatel SPP Storage, s.r.o. Obrázek č. 1: Podzemní zásobníky plynu v ČR (podle Plán preventivních opatření nezbytných k odstranění nebo ke zmírnění zjištěných rizik pro zajištění dodávek zemního plynu v České Republice, MPO ČR, 2012) Typy PZP:
porézní zásobníky - vytěžená ložiska ropy nebo zemního plynu. Plyn se skladuje v drobných pórech a trhlinách v pevných, ale porézních a propustných horninách. Místo v ložisku, které se uvolnilo vytěžením ropy nebo zemního plynu je tak možné opět využít pro skladování plynu. Dalším, méně častým typem porézních zásobníků, jsou aquifery. Jedná se o horniny, které plní roli přirozených vodních rezervoárů, vhodných pro uskladňování plynu. Umělým odtlačením vody do nižších úrovní vodonosné vrstvy vzniká prostor pro uskladňování. kavernové zásobníky - jsou to dutiny, které byly uměle vytvořeny. Může se jednat o solné kaverny nebo o opuštěné uhelné či jiné doly, případně o prostory vytvořené přímo pro uskladňování plynu (příkladem je zásobník Háje). Výhodou těchto zásobníků je především snadné řízení toku plynu a jejich vysoký vtláčecí a těžební výkon. (podle http://www.rwegasstorage.cz/cs/druhy-zasobniku-plynu/). 2. Úvahy k zařazování provozovatelů PZP podle zákona o PZH Do úvah vstupuje pojem objekt a dále limitní množství pro zařazení do skupiny A (50 t) nebo B (200 t) podle zákona o PZH. Na základě zařazení se vypracovávají položky havarijního plánování. V případě zařazení objektu do skupiny A se zpracovává jen Plán fyzické ochrany. V případě zařazení objektu do skupiny B se kromě Plánu fyzické ochrany zpracovává ještě Vnitřní havarijní plán. K tomu se v případě B podniků stanoví zóna havarijního plánování a zpracovává vnější havarijní plán. Otázky kolem pojmu objekt pro PZP Zákon o PZH říká: Objektem je celý prostor, popřípadě soubor prostorů, ve kterém je umístěna jedna nebo více nebezpečných látek v jednom nebo více zařízeních užívaných právnickou nebo podnikající fyzickou osobou, včetně společných nebo souvisejících infrastruktur a činností. Otázka: Je objektem celé území, na jehož katastru se PZP nachází (často dosahující několika desítek km 2 ), tedy oblast, kde se vyhlašuje chráněné ložiskové území, nebo lze za objekt považovat jen technologické zařízení PZP, tedy povrchovou technologii zpracování ZP, těžební sondy a spojovací potrubí + bezpečnostní pásma kolem nich? Otázky kolem limitního množství ZP NEBO Zařazovat na základě součtu množství ZP, které může být v PZP uloženo (tedy kapacity zásobníku) a množství, které se může nacházet v nadzemních částech PZP včetně množství v spojovacích potrubích v kolektorech? Zařazovat pouze na základě množství, které se může nacházet v nadzemních částech PZP včetně množství ve spojovacích potrubích mezi sondami, sběrnými stanicemi a centrálním areálem? 3. Zkušenosti se zařazováním PZP v zahraničí SLOVENSKO Podle informací ze Slovenska je projektované množství ZP v zařízeních nadzemní části PZP Gajary- Báden už značně větší než 200 t, což je množství pro zařazení do skupiny B. Takto velké množství je v nadzemních částech technologie možné jednak vzhledem k délce kolektorového potrubí vedoucího od sond, kde jednotlivé větve dosahují délky až několika km při světlosti 150-200 mm, jednak vzhledem k objemu všech ostatních nadzemních částí (množství ZP = vodní objem zařízení x přetlak až 20 MPa). Oba slovenské PZP nacházející se v blízkosti českých hranic jsou zařazeny do skupiny B na základě množství ZP, které se může vyskytovat v nadzemních částech PZP. Kapacita podzemních skladovacích prostor se pro účely zařazení neuvažuje. VELKA BRITÁNIE
Ve Velké Británii se kaverny považují za men-made storage, tedy zásobník, který je uměle vyroben a ústí na povrch v jednom místě. Proto byly tyto PZP zařazeny pod COMAH už podle SEVESO II. Jako množství určující pro zařazení uvažuje britský COMAH celkové množství ZP, které se může nacházet ve všech podzemních skladovacích prostorech PZP a jeho nadzemních technologiích včetně potrubí v rámci provozu PZP až po regulační ventil napojující PZP na tranzitní plynovod (Britská Health and Safety Executive): Underground storage sites will come within the scope of COMAH if the quantity of natural gas stored meets or exceeds the thresholds in Schedule 1, Part 2 of the Regulations i.e. 50 tonnes (lower tier) and 200 tonnes (top tier). In practice, all sites are likely to be top tier sites. The decision means that the same regulatory regime applies to storage in man-made (salt) caverns and natural strata. Zařazení se tak určuje podle celkové kapacity skladovaného plynu v PZP. Podle britské Health and Safety Executive se za objekt považuje území nadzemní části PZP včetně plynovodů (i kolektorově vedených) a jejich bezpečnostních pásem. Plynovody spojující objekty úpravy plynu s těžebně vtláčecími sondami se považují za součást technologie zpracování ZP, nikoli jako doprava ZP, a to až po regulační ventil napojující PZP na tranzitní plynovod. 4. Relevantní havarijní scénáře na zařízeních PZP Mezi 3 hlavní relevantní havarijní scénáře na zařízeních PZP lze považovat: 1. Tryskavý únik plynu ze zařízení bez zahoření, rozptyl plynu 2. Tryskavý únik plynu ze zařízení s okamžitým zahořením, účinky tepelné radiace na okolí 3. Tryskavý únik plynu ze zařízení se zpožděným zahořením, účinky tepelné radiace, přetlaku (příp. rozletu trosek) na okolí Následující výpočty jsou provedeny podle poznatků z havárie na sondě v Lobodicích v pátek 12. června 2010. Časopis 112 ROČNÍK IX ČÍSLO 11/2010 k případu uvádí (viz také foto): Ve večerních hodinách dne 12. června 2010 se přes jižní část Olomouckého kraje přehnala bouře doprovázená silným nárazovým větrem. Kolem 22.20 hodin vítr vyvrátil strom v Troubeckém lese na Přerovsku, který spadl na nadzemní část sondy pro odběr plynu z podzemního zásobníku plynu v Lobodicích. Padající strom odlomil část uzavírací armatury sondy, ze které otvorem velkým asi 80 mm začal nekontrolovatelně unikat zemní plyn pod tlakem 5,3 MPa. K odlomení této části došlo ještě před první uzavírací armaturou, proto nebylo možné vrt uzavřít. Podle sdělení pracovníků RWE došlo během 17 hodin trvání úniku ke ztrátě cca 1,5 až 3 milionů m 3 plynu. Z toho plyne rychlost úniku až 40 kg/s. Dolní mez výbušnosti (DMV) je asi 5 obj. %, horní mez (HMV) asi 15 obj. % ZP ve vzduchu. Obrázek č. 2: Snímek ze zásahu na havarované sondě PZP Lobodice (Časopis 112 ROČNÍK IX ČÍSLO 11/2010) Ad1) Tryskavý únik plynu ze zařízení bez zahoření
Pro dvě krajní stability ovzduší by dosahy DMV a množství ZP v mezích výbušnosti byly následující (počítáno programem SAVE II, verze 3.03): pro stabilitu F a vítr 1 m/s: dosah DMV 640 m, množství v mezích DMV a HMV 15000 kg (viz příklad výpisu z programu SAVE II níže), pro stabilitu A a vítr 5 m/s: dosah DMV 32 m, množství v mezích DMV a HMV 130 kg. Vstupní obrazovky programu SAVE II pro model disperze po kontinuálním úniku neutrálního hořlavého plynu a dvě krajní stability ovzduší: Příklad výpisu z programu SAVE II: /S/A/V/E/ II Dispersion: Expl. Continuous Release: Neutral gas Parameters: Molecular Mass 16 kg/kmol Lower Explosive Limit 5 vol.% Upper Explosive Limit 15 vol.% Initial Source Width Ly 0 m Initial Source Width Lz 0 m Averaging Time 0 min Wind Speed 1 m/s Stability Class F A to F Surface Roughness Z0 1 m Release Rate 40 kg/s Results: distance (m) cloudwidth (m) Lz (m) max.conc. (kg/m³) 0.0E+000 7.1E+001 2.1E+000 1.2E+000 6.0E+000 6.8E+001 2.9E+000 8.2E-001 1.3E+001 6.7E+001 3.6E+000 6.2E-001 2.2E+001 6.5E+001 4.3E+000 4.9E-001 3.2E+001 6.4E+001 5.0E+000 4.0E-001 4.5E+001 6.3E+001 5.6E+000 3.3E-001 6.0E+001 6.3E+001 6.3E+000 2.7E-001 7.7E+001 6.2E+001 7.0E+000 2.3E-001 9.9E+001 6.2E+001 7.6E+000 1.9E-001 1.2E+002 6.1E+001 8.2E+000 1.6E-001 1.6E+002 6.1E+001 8.8E+000 1.3E-001 1.9E+002 6.0E+001 9.2E+000 1.1E-001 2.4E+002 5.9E+001 9.6E+000 8.9E-002 2.9E+002 5.7E+001 9.6E+000 7.3E-002 3.6E+002 5.3E+001 9.4E+000 6.0E-002 4.3E+002 4.7E+001 8.4E+000 4.9E-002 5.2E+002 3.4E+001 6.2E+000 3.9E-002 6.4E+002 0.0E+000 0.0E+000 3.1E-002 Maximum Explosive Mass 1.5E+004 kg Ad2) Tryskavý únik plynu ze zařízení s okamžitým zahořením
Dosahy tepelné radiace jsou prakticky nezávislé na momentálním počasí. Z výpisu níže je patrné, že dosah smrtelné intenzity tepelného toku pro nechráněné osoby (cca 35 kw/m 2 ) je dosaženo ve vzdálenosti jen několika metrů od okraje tryskavého plamene. Parametry zadání: /S/A/V/E/ II Radiation: Flare Parameters: Molecular Mass 16 kg/kmol Lower Explosive Limit 5 vol.% Upper Explosive Limit 15 vol.% Water Vapour Pressure 1500 Pa Release Temperature 298 K Release Pressure 5300000 Pa Release Area 0.005 m² Results: Length of Flare 49.6 m Diameter of Flare 3.67 m Distance (m) Qv (kw/m²) Qh (kw/m²) Qmax (kw/m²) 1.83 48 32 57.7 12.8 10 6.01 11.7 31.2 3.84 1.88 4.27 56.9 1.7 0.603 1.8 89.9 0.797 0.2 0.822 Ad3) Tryskavý únik plynu ze zařízení se zpožděnou iniciací, účinky tepelné radiace, přetlaku (příp. rozletu trosek) na okolí Pro stabilitu F a vítr 1 m/s je spočtený dosah DMV 640 m, množství v mezích DMV a HMV 15000 kg (viz příklad výpisu z programu SAVE II výše). Pro takové množství počítá program SAVE II dosah smrtelné intenzity tepelného toku (1% úmrtí) ve vzdálenosti max. 120 m od okraje oblaku. To znamená, že vlivem tepelné radiace by se mělo počítat s možnými fatálními následky ve vzdálenosti až cca 940 m (640 + 157 + 120 m). Připočte-li se 20% rezerva, je bezpečná vzdálenost až kolem 1100 m od místa úniku. /S/A/V/E/ II
Radiation: BLEVE Parameters: Heat of Combustion Release Pressure Explosive Mass 56000000 J/kg 101325 Pa 15000 kg Results: Diameter Fireball 157 m Duration Fireball 10.9 s 1% Fatalities Damage 132 m 1% Fatalities Radiation 120 m Hodnoty přetlaku po explozi ideálně namíchané směsi 15 t ZP se vzduchem by mohly být podle následujícího výpisu programu SAVE II méně než 130 m od epicentra, což pro smrtelné účinky na osoby znamená podobné vzdálenosti jako u tepelných účinků. /S/A/V/E/ II Explosion: Correlation Parameters: Heat of Combustion Explosive Mass 56000000 J/kg 15000 kg Results: Pressure (Pa) Distance (m) 3E4 130 1E4 261 3E3 651 1E3 1.78E3 Pro stabilitu A a vítr 5 m/s je spočtený dosah DMV 32 m, množství v mezích DMV a HMV 130 kg. Pro takové množství počítá program SAVE II dosah smrtelné intenzity tepelného toku (1% úmrtí) ve vzdálenosti max. 18 m od okraje oblaku. To znamená, že vlivem tepelné radiace by se mělo počítat s možnými fatálními následky ve vzdálenosti cca 84 m (32 + 34 + 18 m). Připočte-li se 20% rezerva, pohybuje se bezpečná vzdálenost kolem 100 m od místa úniku. Tlakové účinky vyhoření 130 kg ZP jsou minoritní. Tyto výpočty se týkaly reálné havárie, kde tlak byl 5,3 MPa. Projektovaný tlak však může být až 20 MPa. Dosahy účinků by tak byly patřičně větší. 5. Možnosti přístupu k havarijnímu plánování Možnosti se odvíjí od chápání pojmu objekt a týkají se zóny havarijního plánování a zpracování vnějšího havarijního plánu. V nejsložitější variantě ze všeobecného pohledu pro vytváření havarijního plánování by bylo zahrnutí celého území vytyčeného kružnicí se středem v centrálním areálu a o poloměru k nejvzdálenější sondě. Patrně nejmírnější variantou by bylo zahrnutí jen centrálního areálu a oplocených ploch kolem jednotlivých sond.
Variantou mezi oběma předchozími, a zřejmě jako nejschůdnější, se jeví přístup se zahrnutím do havarijního plánování jednak centrálního areálu a jednak oplocených ploch kolem jednotlivých sond včetně propojovacích potrubí, a to v rozsahu bezpečnostního pásma, čímž se podle energetického zákona rozumí souvislý prostor vymezený svislými rovinami vedenými ve vodorovné vzdálenosti od půdorysu plynového zařízení měřeno kolmo na jeho obrys. Bezpečnostní pásma jsou určena k zamezení nebo zmírnění účinků případných havárií plynových zařízení a k ochraně života, zdraví, bezpečnosti a majetku osob. Pokud to technické a bezpečnostní podmínky umožňují a nedojde-li k ohrožení života, zdraví, bezpečnosti nebo zdraví osob, lze v bezpečnostním pásmu: a) realizovat veřejně prospěšnou stavbu, pokud stavebník prokáže nezbytnost jejího umístění v bezpečnostním pásmu, jen na základě podmínek stanovených fyzickou nebo právnickou osobou, která odpovídá za provoz příslušného plynového zařízení, b) umístit stavbu, neuvedenou v písmenu a), pouze po předchozím písemném souhlasu fyzické nebo právnické osoby, která odpovídá za provoz příslušného plynového zařízení. Rozsah bezpečnostních pásem je uveden v příloze energetického zákona. Pro sondy s tlakem do 100 barů je bezpečnostní pásmo 80 m od jejich ústí, pro sondy s tlakem nad 100 barů je toto pásmo 150 m. Do oblasti havarijního plánování zasahují další skutečnosti, a to možnosti průniků ZP na povrch vlivem rozličných geologických faktorů a procesů, jako jsou např. porušení horninového prostředí různého měřítka (přirozené i antropogenní), seismicita či geodynamika v lokalitě PZP. Lze si představit havarijní úniky ZP porušenými zónami či puklinovými systémy různého původu, a to včetně indukovaných puklinových systémů. Pokud by takový únik nastal v obydlené oblasti, mohl by se rozvíjet podobně jako úniky plynu z povrchových zařízení. Puklinové systémy přitom mohou efektivně spojovat i relativně vzdálené oblasti v řádech stovek metrů i kilometrů, nelze proto jejich vliv vyloučit prostým umístěním PZP mimo obydlené oblasti. Na základě konzultací s geology nejsou vyloučeny ani průniky ZP do podzemní vody včetně té ve studnách nebo hromadění ZP ve sklepních prostorech staveb. I přes pozornost, která je geologické situaci v průběhu projektování a výstavby PZP věnována, jsou tyto scénáře přinejmenším teoreticky možné a v havarijním plánování by se proto k nim mělo přihlížet. Jak velké riziko z takových událostí plyne, může ukázat až podrobnější analýza rizik zohledňující geologické reálie příslušných PZP. 6. Legislativa PZP Podzemních zásobníků plynu se v souvislosti s havarijním plánováním přímo týká několik zákonných předpisů. Jsou to zejména: zákon č. 44/1988 Sb. (horní zákon), zákon č. 61/1988 Sb. (o hornické činnosti, výbušninách a o státní báňské správě, tzv. báňský zákon ), zákon č. 62/1988 Sb. (o geologických pracích), zákon č. 458/2000 Sb. (energetický zákon). Český báňský úřad podrobněji upravuje obecně závazným právním předpisem: o požadavky k zajištění bezpečnosti a ochrany zdraví při práci a bezpečnosti provozu při hornické činnosti a činnosti prováděné hornickým způsobem včetně bezpečnosti používaných technických zařízení a požární ochrany v podzemí o požadavky na havarijní prevenci a na plány zdolávání závažných provozních nehod (havárií) o zjišťování příčin závažných provozních nehod (havárií) a pracovních úrazů a jejich evidenci a registraci o hlášení závažných událostí a nebezpečných stavů, závažných provozních nehod (havárií), závažných pracovních úrazů a poruch technických zařízení.
Pro PZP je takovým závazným právním předpisem vyhláška ČBÚ č. 239/1998 Sb. o bezpečnosti a ochraně zdraví při práci a bezpečnosti provozu při těžbě a úpravě ropy a zemního plynu a při vrtných a geofyzikálních pracích a o změně některých předpisů k zajištění bezpečnosti a ochrany zdraví při práci a bezpečnosti provozu při hornické činnosti a činnosti prováděné hornickým způsobem. Navazujícím závazným právním předpisem z pohledu možných závažných havárií na PZP je vyhláška ČBÚ č. 71/2002 Sb. o zdolávání havárií v dolech a při těžbě ropy a zemního plynu, která stanovuje požadavky na havarijní prevenci a plány zdolávání závažných provozních nehod (havarijní plány), mj. při podzemním skladování zemního plynu.