автореферат диссертации по транспорту, 05.22.07, диссертация на тему:Развитие методов оценки безопасности и анализа риска подвижного состава

На правах рукописи

ООЗ17057В

СУХОВ ФИЛИПП ИГОРЕВИЧ

РАЗВИТИЕ МЕТОДОВ ОЦЕНКИ БЕЗОПАСНОСТИ И АНАЛИЗА РИСКА ПОДВИЖНОГО СОСТАВА

05.22 07-Подвижной состав железных дорог и тяга поездов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

7 Ч г • ■ г

А « ими ¿иии

Москва-2008

003170578

Работа выполнена на кафедрах «Вагоны и вагонное хозяйство» и «Инженерная экология» в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования московском государственном университете путей сообщения (МИИТ) Научный руководитель:

Доктор технических наук, профессор Попов Владимир Георгиевич Официальные оппоненты:

Доктор технических наук, профессор Беспалько Сергей Валерьевич Кандидат технических наук Голованов Владимир Ильич

Ведущее предприятие - ЗАО НО «Тверской институт вагоностроения »

Защита состоится " 18" июня 2008 года в f С ч f)0 мин на заседании диссертационного Совета Д218 005 01 при Московском государственном университете путей сообщения (МИИТ) по адресу 127994, г Москва, ул Образцова, д 15, ауд 2505 С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета

Автореферат разослан " (fT" /Ч 4 ft_2008 г

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью, просим направлять в адрес Ученого Совета университета

Ученый секретарь диссертационного Совета д т н

А В Саврухин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность. В соответствии со Стратегическим направлением научно-технического развития ОАО «РЖД» обеспечение безопасности подвижного состава железнодорожного транспорта, снижение числа крушений, аварий, сходов и столкновений поездов, выход из строя подвижного состава, снижение брака в работе является одним из приоритетных направлений деятельности железнодорожного транспорта

Актуальность данной работы определяется тем, что обеспечение безопасности подвижного состава железнодорожного транспорта напрямую зависит от организационно технических решений в области безопасности Наличие интегральной оценки уровня безопасности позволяет с одной стороны выявить отклик системы безопасности железнодорожного транспорта на определенные управленческие решения в области безопасности, а с другой стороны осуществить его прогноз на ближайшую перспективу

Использование оценки риска, как количественной меры безопасности, для подвижного состава при движении поездов, позволяет разработать комплекс организационно-технических мероприятий по его снижению

Автором лично выполнен большой объем работ по созданию методологии оценки безопасности подвижного состава железнодорожного транспорта Разработана система интегральной оценки уровня безопасности подвижного состава железнодорожного транспорта Проведены соответствующие расчеты и проанализированы полученные результаты

Цель и задачи исследования. Для достижения поставленной цели в диссертационной работе решены следующие задачи.

• рассмотрены существующие подходы к анализу состояния безопасности в различных транспортных системах,

• проанализировано состояние безопасности на железных дорогах России,

• разработана структурная модель безопасности подвижного состава железнодорожного транспорта, как системы со слабыми связями, получен интегральный показатель (индекс безопасности), оценивающий состояние системы безопасности движения поездов в целом;

• проведен анализ статистических данных по аварийным происшествиям при движении грузовых поездов (оценка риска);

• предложены мероприятия и технические решения по снижению аварийного риска при перевозках аммиака на железнодорожном транспорте.

Общая_методика_исследований Решение

поставленных задач осуществляется на основе системного анализа и методов математического моделирования

Достоверность результатов подтверждается сравнительным анализом теоретических и экспериментальных данных

Научная новизна. Для оценки безопасности подвижного состава железнодорожного транспорта впервые применены структурные модели сложных систем со слабыми связями (ценотические модели) На основе апостериорного подхода к статистическим данным по аварийным происшествиям разработан метод оценки риска подвижного состава С использованием верифицированной

математической модели определены оптимальные технические средства защиты котла цистерны с аммиаком при аварийном тепловом воздействии

Апробация работы. Основные результаты работы доложены и обсуждены на 5 конференциях • Научно-технической конференции «Наука - транспорту 2004» (Москва 2004 г),

Шестой научно - практической конференции

«Безопасность движения поездов» (Москва 2005 г);

Седьмой научно - практической конференции

«Безопасность движения поездов» (Москва 2006 г),

XII всероссийской экологической конференции «ЭКО -

2006» (Москва 2006 г),

Восьмой научно - практической конференции

«Безопасность движения поездов» (Москва 2006 г) 2 Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано в печати 7 работ

1 Сухов Ф И «Анализ существующих подходов к оценке состояния безопасности в различных транспортных системах» // Труды V научно-практической конференции Безопасность движения поездов М 2004 С Х1-16-Х1-17

2 Попов В Г, Петров С.В, Сухов ФИ «О количественной оценке уровня безопасности движения поездов» // Труды VI научно-практической конференции Безопасность движения поездов М

2005 С IV-12-1V-13

3 Сухов Ф И «К вопросу о классификации нарушений безопасности движения поездов (путевое хозяйство)» // Труды VI научно-практической конференции Безопасность движения поездов М 2005 С IV-17

4 Петров С В, Сухов Ф.И «К вопросу о классификации нарушений безопасности движения поездов (вагонное хозяйство)» // Труды VII научно-практической конференции Безопасность движения поездов М 2006 С. 14-15

5 Сухов Ф И «К вопросу о классификации нарушений безопасности движения поездов (тяговый подвижной состав)» // Труды VII научно-практической конференции Безопасность движения поездов М

2006 С 17.

6. Петров С.В , Сухов Ф И «Экологические аспекты перевозки грузов и пассажиров» // XII Всероссийская экологическая конференция молодежи «ЭКО-2006» Сборник работ. М 2006 С 296-297

7. Попов В Г, Сухов Ф.И «Индекс прогноз и индекс отклик» // Журнал «Мир транспорта» М 2007 С. 130-133

Реализация результатов работы Ряд полученных автором результатов и научных рекомендаций использованы в научно-исследовательской работе «Классификация вариантов развития аварийных ситуаций и оценка их рисков при перевозке опасных грузов» (Тема НИР ОАО «РЖД» (Функциональный заказчик - Департамент безопасности движения и экологии) № 193/04 (109р/04)) (2004 г ) и в работе «Эколого-экономическая оценка аварийных последствий при перевозке опасных грузов» (Тема НИР ОАО «РЖД» (Функциональный заказчик - Департамент безопасности движения и экологии) № 638 (112/05)) (2005 г)

Результаты диссертационной используются в учебном процессе в курсах «Экология» для студентов специальностей «Вагоны и вагонное хозяйство», «Строительные и дорожные машины», «Организация безопасности движения» и при проведении практических занятий по дисциплине «Защита окружающей среды в чрезвычайных ситуациях на железнодорожном транспорте» для студентов специальности «Инженерная защита окружающей среды»

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы и приложений Диссертационная работа содержит 126 страниц машинописного текста, 21 рисунок, 10 таблиц, 5 страниц литературы с перечнем использованных источников и 54 страницы приложения

Благодарности. Автор выражает глубокую

признательность В Г Попову за руководство и наставничество

в процессе выполнения работы, а так за неоценимую помощь в выборе темы исследования и подборе материалов Автор благодарит персонально М М Болотина, В Н Котуранова, Л Н Косарева, А Е Красковского, В М. Лисенкова, Н В Москалева, Г И Петрова, В А Попова, П А Устича, В Н Филиппова, Ю М Черкашина, П С Шанайца, а также многих других сотрудников кафедр «Инженерная экология» и «Вагоны и вагонное хозяйство» за доброжелательное отношение и ценные советы, высказанные при обсуждении диссертации

Основное содержание работы Во введении отмечается важность и актуальность совершенствования методов анализа безопасности и мероприятий по снижению аварийного риска при движении поездов, дается общая характеристика работы

В первой главе рассмотрены некоторые методы анализа безопасности в технических системах, как в нашей стране, так и за рубежом, можно сделать вывод, что проблема анализа состояния безопасности решается разными методологическими подходами

В отечественных технических системах.

• в судоходстве - системный подход к так называемым «сложным объектам»;

• в автомобильных перевозках - используют метод «антирискового стиля поведения»,

• в системе безопасности движения на улицах городов -используют методы оценки безопасности движения базирующееся на ретроспективном анализе количества ДТП в конкретных дорожных условиях,

• в авиации - используется метод анализа оценивающий состояние безопасности с точки зрения безопасности по наличию в его процессе особых ситуаций.

В зарубежных железнодорожных системах

• железнодорожный транспорт США - безопасность движения на железных дорогах оценивается следующими показателями коэффициентом аварийности, равным

числу аварий, приходящихся на 1 млн поездо-километров, коэффициентом аварийности на переездах, равным числу аварий, приходящихся на 1 млн автомобилей, коэффициентом аварийности при перевозке опасных грузов, равным числу аварий при перевозке опасных грузов на 1 млн поездо-километров, числом пострадавших железнодорожников на 200 тыс отработанных чел-часов, числом человек, пострадавших со смертельным исходом в результате аварий, а также пострадавших со смертельным исходом на переездах;

• на железных дорогах Великобритании безопасность движения оценивается общим числом несчастных случаев, в том числе столкновений поездов между собой и с другими транспортными средствами на переездах, числом погибших, числом травмированных, числом несчастных случаев, связанных с нахождением людей в зоне железных дорог,

• безопасность движения на железных дорогах ФРГ оценивается числами происшествий, убитых и раненых

В основном, состояния безопасности в технических системах рассматривают, как отдельные части общей системы Для более полной оценки ситуации в области безопасности необходим другой подход - все виды нарушения безопасности в той или иной системе следует рассматривать как «большую» информационную систему со слабыми связями Для этого предложен подход к сложной технической системе, как к ценотической модели Проводятся некоторые аналогии между сложной технической системой со слабыми связями -техноценозом, и не менее сложной системы со слабыми связями - биоценозом

Во второй главе отмечено, что в качестве количественной оценки уровня безопасности движения на железных дорогах в целом используют общее число нарушений безопасности движения (НБД) - сумма числа крушений аварий, особых браков в работе и браков в работе, произошедших за год, или удельный показатель - число НБД,

приходящихся на 1 млрд т км-брутто (или на 100 тысяч поездо-километров) Такой подход в качестве количественной оценки уровня безопасности движения на железных дорогах в целом является мало обоснованным, в качестве количественной оценки уровня безопасности движения на железных дорогах в целом является мало обоснованным В связи с этим преложен новый подход Все НБД (нарушения безопасности движения) связаны единым технологическим процессом функционирования железнодорожного транспорта и, проявляясь в различных местах в различные моменты времени, оказывают иногда прямое, чаще опосредованное влияние друг на друга, те в целом представляют собой систему со слабыми связями, которая должна обладать определенными закономерностями и своей структурой ОАО «РЖД» Ежегодно представляет официальный документ, который содержит анализ состояния безопасности движения на железнодорожном транспорте Данный документ содержит информацию, обработав которую можно получить перечень нарушений безопасности движения Перечень НБД за год - это материальный документ (текст), который представляет собой информационную систему со слабыми связями, отображающую состояние реальной системы «безопасности движения на железных дорогах» в измененном и преобразованном виде с помощью специального словаря Этот словарь состоит из различных видов НБД на железных дорогах, которые включают в себя понятия крушения, аварии, особого брака в работе и брака в работе, причины возникновения крушений, аварий, сходов и столкновений поездов, дифференцируемые по видам деятельности хозяйств железнодорожного транспорта. Для стабильных систем со слабыми связями любой природы (био- техно- и информоценозов), способных к развитию, характерен изоморфизм структуры и наличие свойства эмерджентности (целостности) Эти свойства проявляются в их устойчивом видовом разнообразии в соответствии с законом Ципфа В результате проведенных исследований выявлено, что

несоответствие закону Ципфа частоты появления классов НБД по повторяемости можно объяснить либо нестабильностью состояния реальной системы «безопасности движения на железных дорогах», либо неполнотою видов НБД, представленных в словаре

Создана таксономия транспортных происшествий за 1998 - 2006 (перечень НБД) Для выявления дальнейших закономерностей из классов НБД образованны разделы НБД По фактическим данным были построены статистические зависимости, которые можно рассматривать как сообщения, которые несут информацию о состоянии реальной системы «безопасности движения на железных дорогах» Математическая обработка этих сообщений методом максимального правдоподобия с использованием критерия согласия х2 показала наличие устойчивой закономерности в распределении относительной частоты появления отделов НБД Для полученных зависимостей была вычислена энтропия этих сообщений, которую можно интерпретировать как меру их информативности В ходе дальнейших исследований были получены значения информационной энтропии системы (меры организованности) безопасности движения на железных дорогах России. Так же был получен обобщенный показатель - индекс уровня безопасности движения на железных дорогах (рис. 1)

к=Ы

^--[1 - ехр(- Гпр / Г„р0)]

^Статистика

0,256

0,307

■Мат.обработка

0,4 0,35 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0

год

Рис. 1. Уровень безопасности движения на железных дорогах России

Проводя анализ полученных результатов, сделан вывод, что индекс безопасности движения может служить информативным показателем всей проводимой работы ОАО «РЖД» в области обеспечения безопасности на железной дороге.

В третьей главе предлагается методика оценки аварийного риска при движении поезда по маршруту. Оценка аварийного риска, как вероятного эколого-экономического ущерба при движении грузовых поездов на железнодорожном транспорте можно представлена в виде:

и

где - вероятность возникновения на объектах

железнодорожного транспорта /-ого опасного для грузового

поезда техногенного фактора, У^1 - экономический ущерб от

воздействия 1-ого опасного фактора на объекты окружающей среды, /= 1, ,М.

Для анализа возникновения аварийных ситуаций на железнодорожном транспорте в грузовом движении за период с 1998 года по 2006 год использованы данные о нарушениях безопасности движения, а также статистические данные о работе железнодорожного транспорта.

На основе апостериорного подхода проведен частотный анализ статистических данных по аварийным происшествиям при движении грузовых поездов за 19982006гг (табл 1).

Таблица 1

Частотный анализ статистических данных по аварийным происшествиям при движении грузовых поездов за 1998-2006гг.

№ п/п Аварийные ситуации Сходы (столкновен ия) грузового поезда за 1998/2006 гг Сходы (столкновени я) пасс поезда, имевшие последствием крушение или аварию за 1998/2006гг. Сходы (столкновен ия) грузового поезда, не имевшие последствие м крушение

Опасные отказы крушение авария | всего или аварию за 1998Я006гг

1 2 3 4 5 6 7

1 Система управления 99 15 3 18 74

2 Железнодорожный путь 246 18 2 20 226

3 Подвижной состав 174 14 4 18 177

4 Прочие 184 4 1 5 179

Всего 714 51 10 61 653

Суммарный эколого-экономический риск

возникновения аварийных ситуаций, обусловленных собственными отказами технической системы

железнодорожного транспорта, при поездной работе грузового поезда, определяется по формуле

(=1 1=1 7=1 Финансовые показатели эколого-экономического риска при возникновении аварийных ситуаций представлены в табл.2

Таблица 2

Финансовые показатели эколого-экономического риска

L, км 500 1000 1500 2000 3000

RgC (2?) , руб/поезд 4611,4 9220,3 13826,9 18431 27623

Анализ полученных результатов показал, что снижение риска может быть достигнуто за счет повышения уровня безопасности технической системы железнодорожного транспорта, с использованием технических средств защиты котла вагона-цистерны для перевозки опасных грузов (СУГ, АХОВ), а также - за счет выбора новейших технологий предотвращения и ликвидации негативных последствий для окружающей среды от аварийных происшествий Эти средства и технологии представлены в следующей главе

В четвертой главе представлен метод выбора технических средств защиты вагонов-цистерн с аммиаком в очаге пожара, а так же рекомендации по снижению негативных последствий для окружающей среды от максимальной аварии вагона-цистерны с аммиаком Взрыв резервуара с перегретой жидкостью в очаге пожара получил название BLEVE (Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion -взрыв при расширении паров вскипающей жидкости) Если содержимое цистерны является горючим веществом, то в результате BLEVE возникает «огненный шар» крупномасштабное диффузионное пламя с интенсивным

тепловым ' йзлученйем ' Требованиями обеспечения безопасности являются предотвращение развития аварии по сценарию BLEVE за время, необходимое для развертывания пожарного подразделения, а по максимуму - исключение такого сценария Для аммиака недопустимо открытие предохранительного клапана цистерны В качестве технических средств защиты цистерн с аммиаком в очаге пожара рассматривались следующие использование тепловой изоляции, нанесение вспенивающегося огнезащитного покрытия на внешнюю поверхность цистерн, увеличение проходного сечения предохранительных устройств При нагревании цистерны в очаге пожара, сжиженный газ может находиться в двухфазном, однофазном и сверхкритическом состоянии

В качестве аварийных ситуаций рассматривались аварийные расчетные режимы для железнодорожных цистерн, предложенные НИЛ «Испытания вагонных конструкций» МИИТа

• Авария 1 степени Огневое воздействие в течение 24 часов на верхнюю зону котла площадью 7 м2 при q=100 кВт/м2

• Авария 2 степени Огневое воздействие в течение 1 часа на нижнюю зону котла площадью 50 м2 при q=100 кВт/м2

• Авария 3 степени Огневое воздействие в течение 2 часов на всю поверхность котла при q=400 кВт/м2

Расчеты проводились для цистерн моделей 15-1597 (табл. 3), 15-1619 (табл. 4) для перевозки аммиака с использованием программного комплекса «Fobot» разработанного профессором Поповым В.Г. на объектно-ориентированном языке «Delphi». Рассматривалась стандартная степень заполнения сжиженным газом е=85% и расчетной температуре окружающего воздуха тв=20 °с. Расчетное время аварии 1 степени принималось равное 4 часам.

Таблица 3

Результаты расчета СГ - Аммиак Цистерна 15-1597

№ Вид Средства зашиты Начало Состояние цистерны в конце аварии

Аварии Вид СГК-1 Теплоизол работы Параметры СГ Закон изменения Исход аварии,

Продолжительное клапана 8всп яция, клала давления состояние котла

ть мм мм на, Состояние Р, Т, Регулир Нерегулиру

мин СГ МПа °С уемый емый

1 1 ст (4 часа) Стандарт - - 81 Две фазы 2,24 55 + - Упругие деформации

2 2 ст (1час) Стандарт - - 11 Две фазы 2,85 64 _ + Упругие деформации

3 3 ст (2 часа) Стандарт - - 1,5 Две фазы 9,5 123 _ + Разрушение, 9 мин

4 3 ст (2 часа) Стандарт 5 27 Две фазы 2,08 51 + - Упругие деформации

5 3 ст (2 часа) Стандарт 12 - 63 Две фазы 2,08 51 + - Упругие деформации

6 3 ст (2 часа) Стандарт 15 - 78 Две фазы 2,25 55 + Упругие деформации

7 3 ст (2 часа) Стандарт 25 - . Две фазы 2,07 51 - Упругие деформации

8 3 ст (2 часа) Стандарт - 10 89 Две фазы 2,2 54 + - Упругие деформации

9 3 ст (2 часа) Стандарт - 20 - Две фазы 1,53 40 - - Упругие деформации

Таблица 4

Результаты расчета СГ - Аммиак Цистерна 15-1619_

№ Вид Аварии Продолжительное ть - Средства зашиты Начало работы клапа на, мин Состояние цистерны в конце аварии

Вид клапана СГК-1 8всп мм Теплоизол яция, мм Параметры СГ Закон изменения давления Исход аварии, состояние котла

Состояние СГ Р, МПа т, "С Регулир уемый Нерегулиру емый

1 1 ст (4 часа) Стандарт - - 93 Две фазы 2,03 5 + - Упругие деформации

2 2 ст (1час) Стандарт 12 Две фазы 2,59 61 _ + Упругие деформации

3 3 ст (2 часа) Стандарт - - 1,5 Две фазы 9,5 122 _ + Разрушение 9,4 мин

4 3 ст (2 часа) Стандарт 5 - 28 Две фазы 1,96 49 + _ Упругие деформации

5 3 ст (2 часа) Стандарт 11 60 Две фазы 2,12 52 + Упругие деформации

6 3 ст (2 часа) Стандарт 22 - _ Две фазы 2,18 53 Упругие деформации

7 3 ст (2 часа) Стандарт . 10 94 Две фазы 1,96 49 + - Упругие деформации

8 3 ст (2 часа) Стандарт - 15 - Две фазы 1,8 46 - - Упругие деформации

Варьировались параметры предохранительного клапана, а также толщина слоя огнезащитного покрытия СГК-1 (после вспенивания) и теплоизоляции. Для расчетной аварии 1 степени закон изменения давления СГ в цистернах без дополнительных средств защиты после открытия предохранительного клапана является циклическим и в течение 4 часов находится в пределах, регулируемых стандартным клапаном Для расчетной аварии 2 степени при открытии клапана в цистерне после несколько циклов изменения давления начинается монотонный рост давления и температуры двухфазного сжиженного газа При этом за расчетное время аварии 2 степени (1час) напряженно-деформированное состояние котла цистерны остается в пределах упругости Мощное тепловое воздействие очага пожара на поверхность цистерны в аварии 3 степени проявляется в резком росте давления и температуры аммиака при одновременно истечении его из предохранительного клапана, приводящем к сценарию ВЬЕУЕ Использование СГК-1 и теплоизоляции даже минимальной толщины приводят к существенному увеличению времени до начала работы предохранительного клапана и качественному изменению хода аварии 3 степени

Разработан ряд рекомендаций для ликвидации выброса сжиженного газа из аварийной цистерны

1) Для ликвидации течей на элементах цистерны с аммиаком с температурой 20-40°С без перекачки сжиженного газа в резервные емкости применять состав из полиэфирной основы, позволяющий достигать отверждения состава в течение 3-5 минут и выдерживать давление до 16 атм и выше при дальнейшей эксплуатации без протечек

2) Для ликвидации течей на элементах цистерны с аммиаком с температурой 80-130°С без перекачки сжиженного газа в резервные емкости применять состав из полиэфирной основы, позволяющий достигать отверждения состава в течение 1-2 минут и выдерживать давление до 16 атм и выше при дальнейшей эксплуатации без протечек

3) Состав вводится шприцем поршневого типа вручную, причем длина рычаг выбирается из условия легкости создания давления вводимого герметизирующего состава, превосходящего давление в системе на 0,1 атм Выдавливание состава можно также обеспечить и с помощью газового баллончика

4) Выдавливание состава должно быть менее указанных

времен на каждый интервал из отмеченного диапазона температур и находится на уровне от 30 до 60 сек

5) Герметичность байонетного устройства может достигается в определенных случаях за счет проточки канавок по периметру соприкосновения с участком цилиндрической формы и уплотнения с помощью шнура, выступающего из канавок на уровне 2 мм, что позволяет обеспечить герметичность соединения с учетом овальности участка

Предложен ряд способов локализации и обезвреживания облаков аммиака.

1) Для локализации облака зараженного воздуха осуществляется постановка отсечных водяных завес на пути его распространения

2) Постановка тепловых завес служит для рассеяния АХОВ в атмосфере путем "подъема" приземного слоя зараженного воздуха с помощью тепловых потоков

3) Для снижения интенсивности образования вторичного облака АХОВ используют различные способы локализации проливов жидких АХОВ

-засыпка пролива твердыми адсорбентами, -применение, так называемых структуро-преобразователей,

-применение экранирующих покрытий из пеноматериалов

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1 Рассмотрены существующие подходы к оценке безопасности в различных транспортных системах, а

именно, в системе судоходства, в международных автомобильных перевозках, в гражданской авиации, на железнодорожном транспорте.

2 Разработана методология интегральной оценки состояния безопасности на железнодорожном транспорте России, создана таксономия транспортных происшествий в перевозочном процессе за 1998-2006 гг Проведенные исследования позволили получить численные значения индекса безопасности движения на железных дорогах Используя индекс в качестве количественной оценки уровня безопасности движения на железных дорогах, можно выбирать эффективные варианты управления безопасностью движения Используя различные варианты математического моделирования, можно будет прогнозировать численное значение индекса на определенный период Выявлена, необходимость проведение подобной обработки для более значительных временных рядов, для получения большего объема данных, на основе которых можно выполнять прогнозы и вырабатывать управленческие решения

3 Разработана методология оценки риска при перевозке опасных грузов, базирующая на эколого-экономической оценке риска, как суммы вероятного экономического риска процесса перевозок опасных грузов для населения и окружающей среды и экономического риска со стороны окружающей среды для процесса перевозок опасных грузов Для чего проведен частотный анализ статистических данных по аварийным происшествиям при движении грузовых поездов, вызванных опасными состояниями технической системы железнодорожного транспорта за 1998-2006 гг.

4 Разработан метод оценки рисков возникновения аварийных ситуаций при перевозке опасных грузов, вызванных опасными состояниями технической системы железнодорожного транспорта

5 При аварийном выбросе сжиженного газа (пропан,

аммиак, хлор) из котла вагона-цистерны вероятность загорания газовоздушного облака очень высока (97%), и чаще всего авария (аммиак) сопровождается возникновением огненного шара (70,4%) В аварийных ситуациях, не сопровождающихся горением при выбросе (проливе) сжиженного газа (АХОВ), возникает непосредственная опасность для жизни и здоровья людей, а также химическое заражение всех компонентов сгружающей среды (атмосферы, гидросферы и литосферы)

6. Для увеличения вероятности локализации аварии на начальной стадии возможно использование вспенивающего огнезащитного покрытия (СГК-1, СГК-2) и теплоизоляции, минимальные толщины этих материалов приводят к существенному увеличению времени до начала работы предохранительного клапана и качественному изменению хода аварии 3 степени. Для цистерны с аммиаком модели 15-1597 найдена минимальная толщина вспенивающего огнезащитного покрытия (бвсп-12 мм, 8исх~2,5 мм) и теплоизоляции (8ц3=10 мм), при которой клапан открывается через час после начала аварии 3 степени Закон изменения давления СГ в цистерне остается циклическим в пределах, регулируемых клапаном. При толщине вспенивающего огнезащитного покрытия (двсп=25 мм, дисх^б мм) и тепловой изоляция (Зиз~-20 мм) предохранительный клапан не открывается за расчетное время аварии 3 степени Для цистерны с аммиаком модели 15-1619 найдена минимальная толщина вспенивающего огнезащитного покрытия (бцсл=Н мм, 8исх~2,25 мм) и теплоизоляции {диз=10 мм), при которой клапан начинает работать через час после начала аварии 3 степени и закон изменения давления СГ в цистерне остается циклическим в пределах, регулируемых клапаном. При толщине вспенивающего огнезащитного

покрытия (8Нсп=22 мм, мм) и тепловой изоляция

(дю=15 мм) предохранительный клапан вообще не открывается за время аварии 3 степени 7 Для недопущения развития аварии по нежелательному сценарию, т е. для ликвидации течей на элементах цистерны СГ предложен ряд мероприятий применение составов из полиэфирной основы, применение различных видов магнитных устройств. Для локализации облака воздуха зараженного аммиаком, предложены такие мероприятия, как постановка отсечных водяных завес на пути его распространения и постановка тепловых завес Для снижения интенсивности образования вторичного облака аммиака предложены следующие способы локализации проливов жидких АХОВ засыпка пролива твердыми адсорбентами (песок, пористый грунт, шлаки, керамзит и др), применение так называемых структуропреобразователей и экранирующих покрытий из пенообразующих материалов Для локализации проливов аммиака предложено использовать пены на основе поливинилового спирта и карбамидоформальдегидной смолы.

Сухов Филипп Игоревич

РАЗВИТИЕ МЕТОДОВ ОЦЕНКИ БЕЗОПАСНОСТИ И АНАЛИЗА РИСКА ПОДВИЖНОГО СОСТАВА

05 22.07-Подвижной состав железных дорог и тяга поездов

I

Подписано в печать 23.ШЗаказ № Формат 60x84-/Усл. п. л. - 5.

Тираж - ¿¡О,

127994 Москва, ул. Образцова, 15. Типография МИИТа

Аннотация

Определения, обозначения и сокращения

Введение

1 Существующие подходы к оценке безопасности и риска в транспортных системах

1.1 Анализ состояния безопасности судоходства

1.2 Анализ состояния безопасности в международных 13 автомобильных перевозках

1.3 Анализ состояния безопасности в гражданской авиации

1.4 Анализ состояния безопасности на железнодорожном транспорте

1.5 Применение ценотических моделей для описания сложных 30 транспортных систем.

2. Интегральная оценка уровня безопасности железнодорожного транспорта

2.1 Ценотическая модель безопасности движения на железно- 34 дорожном транспорте

2.2 Интегральный показатель безопасности железнодорожного 38 транспорта

3 Анализ статистических данных по аварийным происшествиям при 51 движении грузовых поездов. Оценка риска

3.1 Методология оценки риска при движении грузовых поездов

3.2 Частотный анализ статистических данных по аварийным 52 происшествиям при движении грузовых поездов, вызванных опасными состояниями технической системы железнодорожного транспорта

3.3 Оценка рисков возникновения аварийных ситуаций при движении 55 грузовых поездов, вызванных опасными состояниями технической системы железнодорожного транспорта

4. Мероприятия по снижению аварийного риска при перевозках аммиака на железнодорожном транспорте

4.1 Анализ сценариев аварийных происшествий при перевозках 66 аммиака. Максимальная авария.

4.2 Метод расчета состояния цистерны со сжиженным газом при 70 аварийном тепловом воздействии

4.3 Расчет и выбор оптимальных технических средств защиты вагона- 83 цистерны с аммиаком при аварийном тепловом воздействии

4.4 Рекомендации по снижению негативных последствий для 93 окружающей среды от максимальной аварии вагона-цистерны с аммиаком

Выводы

Железнодорожный транспорт страны за год перевозит более 950 млн. тонн грузов, из них более 25% составляют опасные грузы, в год загружается более 3 млн. вагонов и цистерн с опасными грузами. Особо опасны взрывы и пожары с опасными грузами (на станциях и узлах). Передача в собственность компаний-операторов подвижного состава и его увеличивающийся моральный и физический износ, который в настоящее время превышает 50%, остро ставят вопрос о рисках потерь и оценках последствий при аварийных происшествиях при перевозке опасных грузов, в том числе и аммиака. Под аварийным происшествием понимают случай схода, столкновения вагонов с опасным грузом в организованных поездах, при маневровой работе, на сортировочной горке. В зависимости от тяжести последствий он может быть квалифицирован как крушение или авария.

Факторами риска и основными причинами аварий при. перевозке на железнодорожном транспорте аммиака являются отказы технических средств и оборудования, низкое качество подготовки подвижного состава под погрузку опасных грузов, ошибки при проектировании и проведении строительных работ, неудовлетворительное состояние путевого хозяйства.

В настоящее время аммиак, широко используются в химической и нефтехимической промышленности. Это вещество имеют значительную долю в общем объеме перевозок опасных грузов. Жидкий аммиак относятся к категории опасных веществ с критической температурой выше, а точкой кипения ниже, чем температура окружающей среды. Его особенностью является «мгновенное» испарение жидкости при разгерметизации котла цистерны и охлаждении оставшейся доли до точки кипения при атмосферном давлении. Образующееся в этом процессе газопаровоздушное облако может воспламеняться при наличии источника зажигания.

В зависимости от степени разгерметизации цистерны СУГ и других трудно прогнозируемых условий можно выделить следующие основные сценарии развития аварий: разгерметизация цистерны АХОВ (аммиак) и химическое заражение окружающей среды; детонационный взрыв цистерны

АХОВ (аммиак); взрыв цистерны АХОВ (аммиак) с образованием «огненного шара» (дефлаграционное горение); попадание цистерны СУГ и АХОВ (аммиак) в очаг пожара с последующим взрывом.

В данной работе проводится анализ аварийных происшествий при перевозке опасных грузов на основе системного подход. В работе предложена методика интегральной оценки уровня безопасности железнодорожного транспорта, а так же, методика расчета рисков (опасностей) возникновения аварийных ситуаций на железнодорожном транспорте при перевозке грузов на железнодорожном транспорте. Основываясь на исследованиях проведенных учеными МИИТа, кафедрами «Вагоны и вагонное хозяйство» и «Инженерная экология» предложены мероприятия по снижению аварийного риска при перевозках аммиака на железнодорожном транспорте.

Полученные результаты позволяют оптимизировать решения в области организации и технологии железнодорожных перевозок на основе подходов, базирующихся на анализе и количественной оценке рисков и интегральной оценки уровня безопасности при перевозке опасных грузов. В тоже время результаты работы будут способствовать разработке технологий и технических средств предотвращения и снижения негативных последствий от аварийных ситуаций при перевозке опасных грузов.

Выводы

1. Рассмотрены Существующие подходы к оценке безопасности в различных транспортных системах, а именно, в системе судоходства, в международных автомобильных перевозках, в гражданской авиации, на железнодорожном транспорте.

2. Разработана методология интегральной оценки состояния безопасности на ЖД транспорте России, создана таксономия транспортных происшествий в перевозочном процессе за 1998-2006 гг. Проведенные исследования позволили получить численные значения индекса безопасности движения на железных дорогах замедляется. Используя индекс в качестве количественной оценки уровня безопасности ' движения на железных дорогах, можно выбирать эффективные варианты управления безопасностью движения. Используя различные варианты математического моделирования, можно будет прогнозировать численное значение индекса на определенный период. Выявлена, необходимость проведение подобной обработки для более значительных временных рядов, для получения большего объема данных, на основе которых можно выполнять прогнозы и вырабатывать управленческие решения.

3. Разработана методология оценки риска при перевозке опасных грузов, базирующая на эколого-экономической оценке риска, как суммы вероятного экономического риска процесса перевозок опасных грузов для населения и окружающей среды и экономического риска со стороны окружающей среды для процесса перевозок опасных грузов. Для чего- проведен частотный анализ статистических данных по аварийным происшествиям при движении грузовых поездов, вызванных опасными состояниями технической системы железнодорожного транспорта за 1998-2006 гг.

4. Разработан метод оценки рисков возникновения аварийных ситуаций при перевозке опасных грузов, вызванных опасными состояниями технической системы железнодорожного транспорта.

5. При аварийном выбросе сжиженного газа (пропан, аммиак, хлор) из котла вагона-цистерны вероятность загорания газовоздушного облака очень высока (97%), и чаще всего авария (аммиак) сопровождается возникновением огненного шара (70,4%). В аварийных ситуациях, не сопровождающихся горением при выбросе (проливе) сжиженного газа (АХОВ), возникает непосредственная опасность для жизни и здоровья людей, а также химическое заражение всех компонентов окружающей среды (атмосферы, гидросферы и литосферы).

6. Для увеличения вероятности локализации аварии на начальной стадии возможно использование вспенивающего огнезащитного покрытия (СГК-1, СГК-2) и теплоизоляции, минимальные толщины этих материалов приводят к существенному увеличению времени до начала работы предохранительного клапана и качественному изменению хода аварии 3 степени. Для цистерны с аммиаком модели 15-1597 найдена минимальная толщина вспенивающего огнезащитного покрытия (8Всп~12 мм; 8Исх~2,5 мм) и теплоизоляции (8ИЗ=10 мм), при которой клапан открывается через час после начала аварии 3 степени. Закон изменения давления СГ в цистерне остается циклическим в пределах, регулируемых клапаном. При толщине вспенивающего огнезащитного покрытия (8ВСп=25 мм; 8ИСх~5 мм) и тепловой изоляция (8ИЗ=20 мм) предохранительный клапан не открывается за расчетное время аварии 3 степени. Для цистерны с аммиаком модели 15-1619 найдена минимальная толщина вспенивающего огнезащитного покрытия (8Всп=11 мм; 8ИСх~2,25 мм) и теплоизоляции (8из—10 мм), при которой клапан начинает работать через час после начала аварии 3 степени и закон изменения давления СГ в цистерне остается циклическим в пределах, регулируемых клапаном. При толщине вспенивающего огнезащитного покрытия (8ВСп=22 мм; 8Исхя4>5 мм) и тепловой изоляция (8ИЗ=15 мм) предохранительный клапан вообще не открывается за время аварии 3 степени.

7. Для недопущения развития аварии по нежелательному сценарию, т.е. для ликвидации течей на элементах цистерны СГ предложен ряд мероприятий: применение составов из полиэфирной основы, применение различных видов магнитных устройств. Для локализации облака воздуха зараженного аммиаком, предложены такие мероприятия, как постановка отсечных водяных завес на пути его распространения и постановка тепловых завес. Для снижения интенсивности образования вторичного облака аммиака предложены следующие способы локализации проливов жидких АХОВ: засыпка пролива твердыми адсорбентами (песок, пористый грунт, шлаки, керамзит и др.); применение так называемых структуропреобразователей и экранирующих покрытий из пенообразующих материалов. Для локализации проливов аммиака предложено использовать пены на основе поливинилового спирта и карбамидоформальдегидной смолы.

Практические рекомендации:

1) Для ликвидации течей на элементах цистерны с аммиаком с температурой 20-40°С без перекачки сжиженного газа в резервные емкости применять состав из полиэфирной основы, позволяющий достигать отверждения состава в течение 3-5 минут и выдерживать давление до 16 атм и выше при дальнейшей эксплуатации без протечек.

2) Для ликвидации течей на элементах цистерны с аммиаком с температурой 80-130°С без перекачки сжиженного газа в резервные емкости применять состав из полиэфирной основы, позволяющий достигать отверждения состава в течение 1-2 минут и выдерживать давление до 16 атм и выше при дальнейшей эксплуатации без протечек.

3) Состав вводится шприцем поршневого типа вручную, причем длина рычаг выбирается из условия легкости создания давления вводимого герметизирующего состава, превосходящего давление в системе на 0,1 атм.

Выдавливание состава можно также обеспечить и с помощью газового баллончика.

4) Выдавливание состава должно быть менее указанных времен на каждый интервал из, отмеченного диапазона температур и находится на уровне от 30 до 60 сек.

5) Герметичность байонетного* устройства может достигается в определенных случаях за счет проточки канавок по периметру соприкосновения с участком цилиндрической формы и уплотнения с помощью шнура, выступающего из, канавок на уровне 2 мм, что позволяет обеспечить герметичность соединения с учетом овальности участка.

В настоящее время инженерно-производственной фирмою «ТЭМП-МАГ» I предложены новые технологии для оперативной ликвидации аварийных течей; проведения аварийно-спасательных, ремонтных, монтажных и других работ в системах добычи, транспортировки и хранениям нефтегазовом комплексе и т.д. Они также могут быть использованы при локализации* течи вагонов-цистерн для транспортировки сжиженных газов.

Имеется несколько типов устройств (Приложение 3), во всех них используются высокоэффективные управляемые постоянные магниты.

Герметизирующие" устройства (магнитные пластыри) - для оперативной ликвидации аварийных течей жидкостей и газов.из трубопроводов, резервуаров, цистерн.

Применение подобных устройств не только существенно снижает энергетические, трудовые и финансовые затраты в аварийных ситуациях, но и позволяет до минимума уменьшить вредное экологическое воздействие на природу, сократить масштабы выбросов опасных продуктов при авариях.

В настоящее время разработан ряд опытных образцов типа "консоль", сертифицированных и рекомендованных как табельные средства для ликвидации утечек жидкостей и газов, в том числе хлора [62] при давлении до 25 атм и диаметрах отверстия до 7 мм (масса 2,5 кг, сила прижатия магнита 250»кг). Оснастка типа "мост-рамка" содержит два аналогичных магнитных захвата (общая сила притяжения 500 кг, масса 4 кг). Имеются устройства типа "консоль" и "мост-рамка" с усилием прижатия 500 кг и 1000 кг с массами 5,4 кг и 9,5 кг, соответственно. Опытные образцы магнитных устройств проходили апробирование на полигонах при диаметре отверстия до 12 мм и давлении 63 атм. Время установки устройств минимально.

Магнитные прижимы различного назначения:

• для фиксации диагностических датчиков, инструмента, оборудования на ферромагнитных конструкциях с усилиями прижима от 20 до 150 кг;

• для подсоединения "нулевого" провода при сварочных работах (ток - 250-500

А);

• ДЛЯ фиксации заплат и пространственных металлоконструкций при электросварке (усилия прижима 150-500 кг);

Конструкция магнитного герметизирующего устройства типа «Консоль»

Устройство и основные узлы захвата показаны на рисунке 4.11. Нижняя часть магнита 4 является неподвижной, а верхняя часть имеет возможность вращаться вокруг центральной оси (стяжного болта), при этом одна половина верхней части и одна половина нижней части окрашены в серый цвет; другие половины окрашены в красный цвет. При повороте (вращении) верхней части

Рисунок 4.11 - Магнитное герметизирующее устройство типа «Консоль».

1 - ручка включения захвата; 2 - рукоятка; 3 - перемычка; 4 - магнитный захват; 5 -рамка консоли; 6 - перемычка; 7 - фиксатор; 8 - сухарь; 9 - винт подачи уплотнения; 10 - маховик; 11 - ограничитель; 12 - уплотняющий узел; 13 - втулка. магнита в положение, когда на одной стороне окажутся его верхняя и нижняя части, окрашенные в разные цвета, - происходит «обнуление» магнита, т.е. усилие прилипания магнита к стенке сосуда (трубопровода) близко к нулевому значению. При повороте верхней части магнита до совмещения одинаково окрашенных верхней и нижней частей магнита возникает притягивающая сила к стенке сосуда (трубопровода) до 250 кг.

При вращении винта 9 резиновый уплотняющий элемент 12 прижимается к месту утечки (свищу) до полной герметизации.

Время, необходимое для установки устройства на аварийный контейнер и устранения негерметичности (после выполнения всех подготовительных операций), составляет не более 1,5 мин.

4.4.2 Способы локализация и обезвреживания облаков газов (АХОВ)

Очаг поражения аварийно химически опасными веществами может возникнуть при разрушении (повреждении) котла вагона-цистерны, в которых перевозится АХОВ железнодорожным транспортом. В этом случае может произойти, вылив (выброс) АХОВ в окружающую среду с образованием облака зараженного воздуха.

В зависимости от физических свойств сжиженных газов и условий их транспортировки могут возникать чрезвычайные ситуации двух основных типов, отличающихся друг от друга характером воздействия поражающих факторов, организацией технологии ведения аварийно-спасательных работ [63]:

- с образованием только первичного облака СГ;

- с образованием пролива, первичного и вторичного облаков АХОВ.

Первый тип чрезвычайных ситуаций может возникнуть в случае мгновенной разгерметизации (например, в результате взрыва) котла вагона-цистерны с газообразными (под давлением), перегретыми сжиженными углеводородными газами (пропаном).

Второй тип чрезвычайных ситуаций может возникнуть при аварийном проливе АХОВ на железнодорожном транспорте, транспортирующем сжиженные ядовитые газы (аммиак). При разгерметизации котла вагона-цистерны с аммиаком часть вещества (не более 10%) мгновенно испаряется, образуя первичное облако, а часть выливается на подстилающую поверхность и постепенно испаряется за счет тепла окружающей среды, создавая вторичное облако паров. Пролитый продукт может заражать грунт и воду.

Наиболее опасными последствиями транспортных аварий являются взрывы, пожары, образование зон заражения АХОВ. Общими для транспортных аварий является внезапность возникновения, возможная гибель людей и значительный материальный ущерб.

• Ликвидация последствий химического заражения на железнодорожном транспорте предусматривает проведение следующих мероприятий:

- оповещение руководства железной дороги о возникновении аварии;

- прогнозирование зон химического заражения.

По результатам прогноза выполняются все последующие мероприятия;

- оповещение населения об опасности поражения;

- ведение химической разведки, обозначение границ химического заражения с выделением опасного и чрезвычайно опасного заражения;

- использование средств индивидуальной защиты;

- эвакуация рабочих, служащих и населения из очага химического заражения и угрожаемой зоны заражения;

- проведение неотложных аварийно-технических и восстановительных работ по локализации и ликвидации очага химического заражения.

В первую очередь силы и средства направляются на ликвидацию источника вылива (выброса) АХОВ, уменьшение или прекращение его растекания (ремонт емкостей, перекачку АХОВ в резервные емкости, обваловку мест разлива, устройство ловушек), нейтрализацию вылившегося на землю или выброшенного в атмосферу АХОВ.

В настоящее время применяются на практике следующие способы ликвидации последствий аварийных ситуаций на химически опасных объектах [63]:

1) Для локализации облака зараженного воздуха осуществляется постановка отсечных водяных завес на пути его распространения. Постановка водяных завес преследует цель воспрепятствовать движению облаков воздуха, зараженного АХОВ, которые обладают высокой летучестью или находятся в кипящем состоянии (например, хлор, аммиак и др.). Эта операция может производиться с помощью пожарных машин и авторазливочных станций специальных войсковых подразделений. Водяные завесы ставят на нескольких рубежах перпендикулярно к оси облака зараженного воздуха. Первый рубеж обычно ставят в зоне смертельных, последующие - в зоне поражающих концентраций. Данный способ имеет недостатки и сложности в осуществлении локализации:

- этот способ будет иметь высокую эффективность только в случае хорошей растворимости АХОВ в воде;

- локализация этим способом требует большого количества воды, что возможно только при наличии рядом больших водоемов;

- способ постановки водяных завес лишь частично решает проблему заражения, так как вещество, растворенное водой, будет впитано поверхностными слоями почвы, в результате чего произойдет ее загрязнение с возможной последующей гибелью растительности.

Однако данный способ остается довольно эффективным при локализации первичного облака АХОВ, образовавшегося в результате взрыва или внезапного аварийного пролива.

2) Постановка тепловых завес служит для рассеяния АХОВ в атмосфере путем "подъема" приземного слоя зараженного воздуха с помощью тепловых потоков. Для этого используются тепловые машины, оснащенные авиационными турбореактивными двигателями, а также большие костры с соблюдением мер пожаро- и взрывобезопасности. Этот метод эффективен преимущественно в отношении тех веществ, плотность паров которых или меньше, или соизмерима с плотностью воздуха, например для аммиака. Также данный способ не решает проблему снижения загрязнения окружающий среды, а лишь позволяет избежать локального заражения местности, так как АХОВ как биологически активное вещество остается не нейтрализованным и рассеянным по большим площадям.

3) Для снижения интенсивности образования вторичного облака АХОВ используют различные способы локализации проливов жидких АХОВ:

- засыпка пролива твердыми адсорбентами (песок, пористый грунт, шлаки, керамзит и др.). Одним из необходимых условий проведения указанных работ является постановка водяной завесы для предотвращения распространения парогазовой фазы.

- применение, так называемых структуропреобразователей. Характерно, что структурирование снижает давление насыщенного пара жидкой фазы химически опасных веществ в среднем на 40%, что упрощает токсикологическую и пожаровзрывоопасную ситуацию в зоне аварии.

- применение экранирующих покрытий из пеноматериалов. Пена, нанесенная на поверхность жидких легко летучих ядовитых веществ, позволяет полностью или частично снизить их испарение.

4.4.3 Способы локализации и обезвреживания пролива аммиака

Для локализации аварийных проливов, образованных мало летучими веществами, эффективным способом является обваловывание места разлива аммиака. При обваловывании мест разлива аммиака возводятся насыпные заграждения, ограничивающие как возможность дальнейшего растекания жидкости, так и скорость ее испарения, которая зависит от площади разлива. Вместе с тем создаются условия для последующей ликвидации разлива аммиака путем разбавления жидкой фазы или нейтрализации. Данный способ приемлем в равной степени для всех химически опасных веществ, находящихся в жидком состоянии.

Для уменьшения интенсивности испарения пролива аммиака применяют также способ засыпки пролива твердыми адсорбентами (песок, пористый грунт, шлаки, керамзит и др.). Толщина насыпного слоя должна быть не менее 15 см.

Одним из перспективных способов повышения безопасности работ в аварийных ситуациях при транспортировке аммиака железнодорожным транспортом является применение экранирующих покрытий из пеноматериалов. Суть в том, что пена, нанесенная на поверхность жидких легко летучих ядовитых веществ, позволяет полностью или частично снизить их испарение.

В настоящее время получены экспериментальные данные [55,64,65], свидетельствующие об эффективности использования гелеобразных водополимерных пен на основе поливинилового спирта при локализации аварийных проливов ряда АХОВ, в том числе и аммиака. Установлено, что защитный экран из гелеобразной пены образует на поверхности АХОВ сплошное пенное покрытие, которое не разрушается в течение 10 часов и более. Гелеобразная пена на основе ПВС предотвращает испарение и образование опасных концентраций паров таких веществ как аммиак, хлор и др. в течение 2-5 суток.

В работах [56, 66] представлен ряд пенообразующих рецептур и пеноматериалов на основе карбамидоформальдегидной смолы, которые можно рекомендовать для использования их в целях локализации аварийных проливов АХОВ, рецептура пеноматериалов представлена в приложении 13.

4.4.4 Технические средства применения пен

Аварии на железнодорожном транспорте при перевозке аммиака на станциях и узлах, вблизи населенных пунктов могут создать сложную обстановку, опасную для f жизни и здоровья населения. При рассмотрении вопросов ликвидации последствий аварий, на первый план выступают проблемы связанные с локализацией источника заражения. Применение для этих целей пен позволит выиграть время в процессе ликвидации последствий, а также во многих случаях снизить концентрации АХОВ до уровня ПДК, обеспечивая безопасную работу персонала. Однако для этого необходимо с заданной толщиной слоя накрывать всю площадь разлива. Для выполнения этого условия, в зависимости от масштабов аварий, требуется применение различных пеногенераторов.

При применении пен для обезвреживания выбросов (проливов) аммиака могут быть использованы различные технические средства, в том числе коммунального хозяйства (поливомоечные), технические средства сельского хозяйства (водораздатчики, машины для внесения жидких удобрений), пожарные машины и авторазливочные станции.

Наибольший интерес для обезвреживания проливов аммака представляют поливомоечные машины, пожарные машины и авторазливочные станции. Основное оборудование поливомоечных машин включает цистерну, центробежный насос, систему трубопроводов, дополнительное - резиновые рукава (шланги) с брандспойтами и насадками.

Технические характеристики поливомоечных машин [53] приведены в приложении 5. Технические характеристики некоторых машин коммунального и сельского хозяйства, применяемых для обезвреживания проливов АХОВ [53], приведены в приложении 6.

Пожарные машины являются техническими средствами пожарных подразделений (формирований). Они могут быть использованы для постановки водяных завес на пути распространения зараженного воздуха и изоляции жидкой фазы АХОВ пенами, а также по прямому предназначению в случае возникновения пожаров в районе аварии. Технические характеристики пожарных машин [53] приведены в приложении 7.

Авторазливочные станции являются техническими средствами частей и подразделений войск радиационной, химической и биологической защиты, а также специальной защиты ГО. Наряду с использованием для обезвреживания выбросов (проливов) АХОВ, временного хранения и транспортирования воды и растворов, перекачки жидкостей из одной тары в другую, они могут быть использованы для создания пен.

Авторазливочная станция представляет собой автомобиль повышенной проходимости, на котором смонтировано специальное оборудование, состоящее из цистерны, механического насоса с приводом, ручного насоса, трубопроводов, резино-, металло- и резинотканевых рукавов, съемного оборудования и принадлежностей. Кроме того, авторазливочная станция АРС-15 обеспечивает подогрев воды до 60-70 С при приготовлении водных растворов.

Технические характеристики авторазливочных станций [53] приведены в приложении 8.

Рассмотренные средства с небольшими доработками можно использовать для получения как водно-полимерных пен (на основе ПАВ, производных целлюлозы, ПВС и других водорастворимых полимеров), так и пен на основе олигомеров (карбамидоформальдегидных и др.).

Для получения карбамидоформальдегидных пен используются две авторазливочные станции, в одной из которых находится пенообразующий состав, в другой отвердитель [52, 56, 64]. Узел вспенивания и смешения пенообразующих растворов обеспечивает получение пен кратностью свыше 10 и дисперсностью 0,05 - 0,25 мм. Расчетные технические характеристики группового пеногенератора для получения быстротвердеющих карбамидных пен представлены и отличая станций АРС-14к и АРС14 представленны в приложении 14.

Проблема создания группового пеногенератора на базе авторазливочной станции упрощается при принятии в качестве базовой модели АРС-14к [64].

Объединение на одном шасси двух цистерн, двух независимых друг от друга жидкостных коммуникаций, двух насосов 2,5 ВС-ЗА и контрольно-измерительных приборов позволяет существенно увеличить оперативность группового средства пеногенерации.

Для получения водовоздушных пен [65] предлагается использовать пеногенераторы эжекционного типа увеличения давления пенообразователя. Предлагается обеспечивать самовсасывающим насосами СЦЛ-20-24г, которые заменяют существующий насос 2,5 ВС-ЗА, а для создания необходимого воздушного напора применять источник сжатого воздуха. Стендовые испытания макетного образца пеногенератора позволили создать пену кратностью порядка 2530, при расходе пенообразователя 1 л/с и производительности по пене 108 м /час. Расчетные технические характеристики группового пеногенератора для получения водо-воздушных пен представлены в приложении 9.

Для получения водо-воздушных пен с использованием машины ТДА необходимо в комплект машины [64] ввести пеногенератор сетчатого типа, пеноводы, а также дооснастка (замена) штатных насосов перекачки нефтепродуктов.

Пеногенератор позволяет получать пену кратностью 50-200; при этом производительность по пене, при расходе раствора 5 и 7 л/мин составляет соответственно 15 и 84 м3/час. Полная заправка цистерны ТДА-М обеспечивает получение пены объемом 60-240 м . Для подвода пены к заданному месту макет пеногенератора оборудован пеноводом.

Модульная установка ПГ-У (изделие 15Ц42) позволяет получать полимерные и воздушные пены. Она позволяет подготавливать исходные рабочие композиции пен, производить заправку индивидуальных пеногенераторов, а также получать пену. Одно из ее достоинств - возможность получения пены на расстоянии 70 м от установки. Технические характеристики ПГ-У [66] представлены в приложении 9

Следующую группу средств составляют комплекты (приборы), которые имеют меньший расход пены. Они представляют собой небольшие емкости, оснащенные пеногенератором и источником сжатого воздуха. Из комплектов используемых химическими частями для этой цели могут подойти АДДК, ДКВ-1М, БКСО, ИДК-1, ДК-4. К настоящему времени апробированы пеногенераторы на базе АДДК, ДКВ.

Созданный пеногенератор на базе авиационного дегазационно-дезактивационного комплекта АДДК, предназначен для получения карбамидоформальдегидных пен [64]. В конструкцию комплекта были внесены небольшие изменения и добавлен источник сжатого воздуха (была показана возможность работы генератора от стандартных баллонов входящих в комплект).

Проведенные испытания [65, 66] показали надежность и технологичность эксплуатации пеногенератора на базе комплекта АДДК и дали следующие значения показателей представленных в приложении 10.

На базе комплекта специальной обработки ДКВ-1М создан [65, 66] войсковой комплект пенной маскировки - ВКПМ. Забор воздуха для работы переносных пенных генераторов должен осуществляться от объектов маскировки. Технические характеристики пеногенератора АДДК и комплекта пенной маскировки ВКПМ, так же представлены в приложении 10.

Таким образом, если рассматривать связанные с проливом аварии АХОВ, то для формирования пенных экранов на поверхности жидкой фазы имеется большой выбор технических средств для создания на их основе пеногенерирующих установок (ПТУ).

4.4.5 Практическое применение вспененных материалов для локализации аварийных проливов аммиака

Для практического применения вспененных материалов необходимо знать или обосновать такие параметры проливов АХОВ, как объемные и площадные масштабы, метеоусловия и производное от них - время существования жидкой фазы. Эти параметры предопределяют требования к характеристикам технических средств пеногенерации и необходимому запасу пенообразующих рецептур. Техническое средство должно обладать необходимым быстродействием, определяемым временем существования жидкой фазы АХОВ, которая зависит от скорости испарения.

Как известно, одной из целей моделирования является обеспечение возможности скорректированного переноса экспериментальных результатов, полученных в одних условиях, на другие условия [52]. При оценке последствий аварийных проливов АХОВ обычно определяют объем пролива и площадь распространения жидкой фазы. На основе этих данных, с учетом токсических и физико-химических свойств АХОВ, а также метеоусловий прогнозируются последствия пролива для человека и окружающей его среды.

1.И., Глущенко В.М., Анисимов А.Н. Элементы теории управления безопасностью судоходства. / Мурманск: Изд-во МГТУ, 2000. — 242 с.

2. Лактюшина З.Н., Манцев М.Ю. Риск в международных автомобильных перевозках: оценка и выбор оптимального метода снижения. / Научно-практическое пособие. ГУУ. М.: 2000.- 71 с.

3. Приказ МПС РФ от 08.01.1994 N 1Ц (ред. от 17.10.2000) «О мерах по обеспечению безопасности движения на железнодорожном транспорте»

4. Гранатуров В.М. Экономический риск: сущность, методы измерения, пути снижения. / М.: Дело и сервис. 1999. 112 с.

5. Таможенный кодекс Российской Федерации от 18 июня 1993 г. № 5221-1 / Российская газета. 1993.-21 июля.

6. Банатов А.В. Оценка безопасности движения в городских условиях. / Волгоград 2002.

7. Безопасность полетов летательных аппаратов //В. И. Стариков, В. Я. Занега, Н.Н. Зиновский и др.; Под ред. А.И. Старикова. М.: Транспорт, 1988. 156 с.

8. Указание МПС РФ от 17.10.2000 N 276у "О внесении изменения в приказ МПС России от 8 января 1994 Г. N 1Ц "О мерах по обеспечению -безопасности движения на железнодорожном транспорте"

9. Бонфильи Дж., Маццео Р. Безопасность и эквивалентная безопасность //Всесоюзный центр переводов научно-технической литературы и документации. Пер. № С-64644. 9 с.

10. Роджоне Э. Достижения в области безопасности на железных дорогах //Всесоюзный центр переводов научно-технической литературы и документации. №С-62996, 20 с

11. Красковский А.Е. Экономические механизмы управления безопасностью движения.// Железнодорожный транспорт. М.: 2002.- №5.

12. Zipf .G.K. Human behavior and the principle of least effort. (Mass). Addison-Wesley. 1949. №11. p.574.

13. Железнодорожный транспорт России. М.: 2003 26 с.

14. Болодьян И.А. и др. Пожарная безопасность объектов изотермического хранения сжиженного природного газа. Труды VI Всероссийской научнопрактической конференции «Пожарная безопасность и охрана труда в газовой и химической промышленности». СПб. 2000.

15. Маршалл В. Основные опасности химических производств.-М.: Мир. 1989.

16. Davenport J.A. Hazards and protection of pressure storage and transport of LP-gas.//Journal of Hazardous Materials. 1988. v. 20. № 1-3. -p. 3-19.

17. Shebeko Yu. N., Shevchuck A.P., Smolin I.M. BLEVE prevention using vent devices.// Journal of Hazardous Materials. 1996. v. 50.-p. 227-238.

18. ГОСТ 12.1.0034-91. ССБТ. Пожарная безопасность. Общие требования.

19. ГОСТ 12.1.010-76. Взрывобезопасность. Общие требования.

20. Инструкция по наливу, сливу и перевозке сжиженных углеводородных газов в железнодорожных вагонах-цистернах.-М.: Недра. 1980.-32 с.

21. Правила перевозки опасных грузов.-М.: Транспорт. 1987.-102 с.

22. Шебеко Ю. Н., Филиппов В.Н. и др. Исследование влияния вспучивающегося огнезащитного покрытия на поведение резервуаров со сжиженными углеводородными газами в очаге пожара. //Пожаровзрывобезопасность. 1998. т. 7. №1.-с. 24-32.

23. Шебеко Ю. Н., Филиппов В.Н. и др. Способы противопожарной защиты резервуаров со сжиженными углеводородными газами. //Пожаровзрывобезопасность. 1999. №4.-с. 33-42.

24. Лабунцов Д.А.//Теплоэнергетика. 1960. № 5. с. 79-81. № 7.-е. 76-80.

25. Sallet D.W. Critical two-phase mass flow rates of liquefied gases.//Journal of Loss Prevention in the Process Industies. 1990. v. 3. № 1. -P. 38-42.

26. Попов В.Г. Модель процессов теплообмена в железнодорожных цистернах со сжиженными углеводородными газами в очаге пожара.//Труды Научно-практической конференции "Безопасность движения поездов". Москва. МИИТ. 10-12 ноября 1999.-е. 11-12.

27. Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел А.С. Теплопередача.-М.гЭнергоиздат. 1981.-417 с.

28. Маршалл В. Основные опасности химических производств.-М.: Мир. 1989.

29. Попов В.Г. Выбор оптимальных технических средств защиты железнодорожных цистерн со сжиженным газом в очаге пожара.//Ж.-д транспорт. Сер. Безопасность движения. ОИ/ ЦНИИТЭИ МПС.-2000.-Вып 2.

30. Ramskill Р.К. A description of the "ENGULF" computer codes codes to model the thermal response of an LPG tank either fully or partially engulfed by fire.//Journal of Hazardous Materials. 1988. v. 20. № 1-3. -P. 177-196.

31. Фисенко B.B. Критические двухфазные потоки.-М.: Атомиздат. 1978. 159 с.

32. Попов В.Г. Критерии термодинамической эффективности энергетических объектов подвижного состава./ЛЗестник ВНИИЖТ. 2000. № 5.

33. Попов В.Г. Методика расчета процесса теплообмена в железнодорожных цистернах со сжиженными углеводородными газами в очаге пожара. //Пожаровзрывобезопасность.2000. № 6.

34. Цистерны. (Устройство, эксплуатация, ремонт). Справочное пособие.-М.: 1990.-154 с.

35. Специализированные цистерны для перевозки опасных грузов. Справочное пособие.М.:Издательство стандартов. 1993.-215 с.

36. Стаскевич Н.Л., Вигдорчик Д.Я. Справочник по сжиженным углеводородным газам. JL: Недра. 1986.-542 с.

37. Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей.М.: Наука. 1972.-720 с.

38. Рид Р., Праусниц Дж., Шервуд Т. Свойства газов и жидкостей. Л.: Химия. 1982.-591 с.

39. Состав огнезащитный вспенивающийся СГК-1.ТУ. 7719-162.00000335-95.

40. Сильнодействующие ядовитые вещества и защита от них. Под ред. В.А.Владимирова М.: Воениздат., 1993.-96 с.

41. Максимов М.Т. Защита от сильнодействующих ядовитых веществ. М.: Энергоатомиздат, 1993.-175 с.

42. Братков А.А., Орешников П.А. и др. Научно-методические основы организации и технологии ведения аварийно-спасательных работ при крупных авариях химически опасных объектах. М.: ВНИИ ГОЧС, 1992.-300 с.

43. Зюзин Д.В., Семенов В.Н. Защита производственного персонала и населения от сильнодействующих ядовитых веществ на химически опасных объектах. -М.: "Мединор", 1994.-240 с.

44. Громов А.Н., Григорьев В.П. и др. Отчет №3254 М.: ВАХЗ, 1992.

45. Недорчук Б.Л., Гришкевич А.А. и др. Новые средства и способы быстрой локализации аварийных проливов высокотоксичных химических грузов. Труды III Научно-практической конференции «Безопасность движения поездов». М.: МИИТ. 2002.-е. III-13.

46. Лисенков В.М. Статистическая теория безопасности движения поездов: Учебное пособие для вузов.- М.: ВИНИТИ РАН, 1999.-332 с.

47. Лунев В.Д., Рыжов М.Г. Средства устранения аварийной негерметичности в газовом и химическом оборудовании. Труды V Всероссийской научно-практической конференции «Пожарная безопасность и охрана труда в газовой и химической промышленности». СПб.-1999.

48. ФРГ. Заявка № 4204368 от 01.12.92.г.

49. Ваучский Ю.П. и др. // Пластмассы.№8,1972. С.-15.

50. А.с. 1696445 СССР от 07.12.91. г.

51. Шаталов А.А., Ягуд Б.Ю., Перевощиков В.Я., Сегаль М.Д., Кёниг М. Безопасность при обращении с хлором /Под ред. А.А. Шаталова. -2-е изд. М: Институт риска и безопасности, 2002. - 328 с.

52. Руководство по ведению аварийно-спасательных работ при крупных авариях на ХОО -М.: МЧС, 1995.-300 с.

53. Григорьев В.П., Власенко С.Г. и др. Отчет по НИР "Новинка" М.: ВАХЗ.-1992.

54. Громов А.Н., Григорьева Н.С. и др. Исследование возможности применения гелеобразных водно-полимерных экранов для локализации аварийных проливов ОВ на объектах по хранению и уничтожению ХО. М.: ВАХЗ, 1992.-21 с.

55. Файнштейн С.Я. Жидкий хлор.-М.: Химия, 1972.-168с.

56. Краткий справочник физико-химических величин/Под ред. А.А.Равделя и A.M. Пономаревой.-JI.: Химия, 1983.-232с.

57. Ведерников М.Н. Техника безопасности при производстве, хранении и транспортировании аммиака.-М.: Химия, 1978.-128с.

58. Мэтьюз Дж, Уокер Р. Математические методы в физике. Пер. с англ. М.:, Атомиздат, 1972, 392 с.

59. Попов В.Г. Совершенствование методов анализа термодинамической эффективности объектов и систем обслуживания подвижного состава. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. Москва 2000 г, 352 с.

60. Кудрин Б.И. Введение в технетику. Томск 1993 г., 552 с.

61. Claude Elwood Shannon. A Mathematical Theory of Communication.// Bell System Technical Journal, 1948 r.

62. Одум Ю. Основы экологии. Москва: Мир, 1975 г., 740 с.

63. Легасов В.А, Демин В.Ф., Шевелев Я.В. «Дисконтирование и компромисс между поколениями» // Научный журнал «Проблемы анализа риска», том 2, № 2, 2005.