Изилдөөнүн негизги көйгөйү: Суюк суутек май куюу станцияларында тобокелдик кайсы жерде топтолот?

Суутек таза энергияга өтүүдө, өзгөчө транспорт тармагы үчүн маанилүү энергия ташуучу катары каралууда. Отун элементтүү электр унаалары узак жүрүү аралыгы, тез толтуруу жана түтүктөн көмүртек эмиссиясын чыгарбоо сыяктуу артыкчылыктарга ээ. Бирок мындай унаалардын кеңири жайылышы унаа технологиясына гана көз каранды эмес; коопсуз жана чоң кубаттуулуктагы суутек толтуруу инфраструктурасын да куруу керек.

Суюк суутек толтуруу станциялары газ түрүндөгү суутек станцияларына салыштырмалуу бир катар маанилүү артыкчылыктарды берет. Суюк суутектин көлөмдүк сактоо тыгыздыгы жогору; башкача айтканда, бирдей көлөмдө көбүрөөк суутек сактоого болот. Ташуу чыгымы төмөндөшү мүмкүн, бууландыргандан кийин жогорку тазалыктагы суутек алууга болот жана айрым процесстерде сактоо/ташуу басымы газ суутек системаларына караганда төмөн болушу мүмкүн. Ошондуктан суюк суутек келечектеги чоң кубаттуулуктагы суутек станциялары үчүн күчтүү вариант катары бааланууда.

Бирок изилдөөнүн борборундагы коопсуздук көйгөйү дал ушул артыкчылыктардын артындагы физикалык шарттардан келип чыгат. Суюк суутек өтө төмөн температурада, криогендик шартта сакталат. Станциянын айрым чекиттеринде суюк фаза, буулануу, жогорку басымдагы газ фазасы, жылуулук алмашуу жана унааны толтуруу бир эле процесс чынжырында орун алат. Бул жагдай агып кетүү болгондо суутек кандай тарай турганын, канчалык тез күйүүчү аралашма түзөрүн, качан реактивдүү өрт же кечиккен тутанууда жарылуу пайда болушу мүмкүн экенин татаалдаштырат.

Изилдөөдө суутектин айрым негизги коркунучтуу касиеттери өзгөчө белгиленет. Суутек түссүз жана жытсыз болгондуктан, агып кетүүнү адамдын сезүү органдары менен түздөн-түз байкоо кыйын. Минималдуу тутануу энергиясы болжол менен 0,02 mJ деңгээлинде; бул өтө төмөн көрсөткүч. Ошондой эле диффузия коэффициенти 6,11 × 10⁻⁵ m²/s маанисине жетиши мүмкүн. Бул суутек аба менен тез аралашып, ылайыктуу шартта күйүүчү булут түзө аларын билдирет. Күнүмдүк салыштыруу менен айтканда, суутек агып кетүүсү көрүнбөгөн, жытсыз жана абага тез аралашкан тобокелдик аймагын түзүшү мүмкүн; бирок бул салыштыруу изилдөөнүн техникалык мазмунун жеңилирээк түшүндүрүү үчүн гана берилген. Негизги тобокелдик баалоо моделдөө жана ыктымалдык эсептөөлөрү менен жүргүзүлгөн.

Адабияттагы боштук: Газ суутек станцияларынан суюк суутек станцияларына түз өтүүгө болбойт

Суутек толтуруу станцияларында тобокелдикти баалоо үчүн HAZOP, FMEA, ката дарагы анализи, HyRAM+, Phast жана Safeti сыяктуу ыкмалар жана программалар мурда айрыкча газ суутек станцияларында көп колдонулган. Бул иштер агып кетүү сценарийлери, реактивдүү өрт, жарылуу, жеке тобокелдик контурлары жана бөлүү аралыктары үчүн жетилген ыкманы калыптандырган.

Бирок суюк суутек толтуруу станциялары ошол эле шарттарга ээ эмес. Бул жерде криогендик сактоо, фазалык өзгөрүү, төмөн температуранын таасири, жогорку басымдагы жабдуулар жана суюктуктан газга өтүү бирге бааланышы керек. Газ суутек станциясында иштеген тобокелдик модели суюк суутек станциясына түз колдонулганда айрым маанилүү физикалык процесстерди толук камтыбай калышы мүмкүн. Ошондуктан изилдөөнүн адабияттагы толтурууга аракет кылган боштугу мындай: суюк суутек толтуруу станцияларында кайсы система үстөм тобокелдик бирдиги экенин, кайсы негизги бузулуулар тобокелдикти эң көп көбөйтөрүн жана кайсы чаралар агып кетүү ыктымалдыгын да, кесепеттин оордугун да азайта аларын бириктирилген QRA алкагы менен көрсөтүү.

Станциянын чеги жана изилденген системалар

Изилдөөдө өкүлчүлүктүү суюк суутек толтуруу станциясы каралган. Станция процесси; суюк суутекти цистернадан түшүрүү, сактоо, криогендик booster насос менен басымын жогорулатуу, бууландыргыч жана жылуулук алмаштыргыч аркылуу жогорку басымдагы газ суутекке айландыруу, жогорку басымдагы цилиндр банкында сактоо, алдын ала муздатуу жана унааны толтуруу этаптарынан турат.

Изилдөөдө станция алты функционалдык бирдикке бөлүнгөн:

• Суюк суутекти сактоо,
• Суюк суутектин басымын жогорулатуу,
• Бууландыруу жана жылуулук алмашуу,
• Жогорку басымдагы суутекти сактоо,
• Суутекти алдын ала муздатуу,
• Унааны толтуруу.

HAZOP жана FMEA жыйынтыктарына ылайык, кеңири тобокелдик анализи үчүн төрт маанилүү система тандалган: суюк суутек сактоо системасы, суюк суутек booster насос системасы, жогорку басымдагы суутек цилиндр банкы жана dispenser системасы. Бул тандоо маанилүү; анткени изилдөө бүт станцияны бир эле коркунуч кутусу катары эмес, ар башка жабдуулар өзүнчө тобокелдик салымын кошкон инженердик система катары карайт.

HAZOP жана FMEA эмнени көрсөттү?

HAZOP процесстеги басым, температура, агым жана суюктук деңгээли сыяктуу параметрлерде болушу мүмкүн болгон четтөөлөрдү изилдейт. Мисалы, “жогорку басым”, “төмөн температура”, “агым жок”, “тескери агым” сыяктуу абалдар ар бир процесс түйүнүндө мүмкүн болгон себептер жана кесепеттер менен чогуу бааланат. Изилдөөдө станция сегиз талдоо түйүнүнө бөлүнүп, ушул түйүндөр аркылуу 61 процесс четтөөсү жана 223 потенциалдуу авария сценарийи аныкталган.

Бул 223 сценарийдин 171 төмөн тобокелдик, 52 орто тобокелдик катары классификацияланган. Жогорку же өтө жогорку тобокелдик классына кирген сценарий табылган эмес. Бирок бул жыйынтык “станция толугу менен коопсуз” дегенди билдирбейт. Анткени орто тобокелдик сценарийлери белгилүү түйүндөрдө топтолгон. Өзгөчө суюк суутекти сактоо, суюк суутектин басымын жогорулатуу, жогорку басымдагы суутекти сактоо жана dispenser системалары алдыга чыккан. Суюк суутектин басымын жогорулатуу жана жогорку басымдагы суутекти сактоо түйүндөрүнүн ар биринде 11 орто тобокелдик сценарийи табылган.

FMEA болсо жабдуу жана компонент деңгээлиндеги бузулууларды талдайт. Изилдөөдө маанилүү системалар үчүн 231 бузулуу режими жана 427 потенциалдуу себеп аныкталган. FMEA жыйынтыгына ылайык жогорку тобокелдиктүү бузулуу режими жок; бирок орто тобокелдиктер айрыкча клапандын агып кетиши, түтүк өткөргүчтүн агып кетиши, тыгыздоочу материалдын бузулушу жана сенсордун бузулушу айланасында топтолгон. Бул табылга өтө маанилүү: суутек коопсуздугу чоң резервуардын жарылышы сыяктуу драмалуу сценарийлер менен гана чектелбейт. Кадимкидей көрүнгөн тыгыздоочу, клапан, туташтыргыч, сенсор жана түтүк бузулуулар да чынжыр түрүндө олуттуу агып кетүү жана өрт тобокелдигине айланышы мүмкүн.

FMEA тобокелдик индекси формуласы

Изилдөөдө FMEA тобокелдик классификациясы үчүн колдонулган негизги байланыш төмөнкүдөй:

[ RI = SI + PI ]

Бул жерде RI тобокелдик индексин, SI оордук индексин, PI болсо пайда болуу ыктымалдыгы индексин билдирет. SI мааниси бузулуу канчалык оор кесепетке алып келерин, PI мааниси болсо бул бузулуу канчалык ыктымал экенин көрсөтөт. Мисалы, майда агып кетүү тез-тез кездешсе PI жогору болушу мүмкүн; бирок өлүмгө алып келчү кесепет күтүлбөсө SI төмөнүрөөк болушу мүмкүн. Тескерисинче, сейрек, бирок өлүмгө алып келчү сценарийде SI жогору, PI төмөн болушу мүмкүн. Изилдөө ушул эки өлчөмдү бирге баалап, бузулуу режимдерин төмөн, кабыл алына турган, орто жана жогорку тобокелдик класстарына бөлгөн.

Ката дарагы анализи: Бир гана негизги окуя да агып кетүүнү башташы мүмкүн

HAZOP жана FMEA аркылуу маанилүү системалар аныкталгандан кийин ката дарагы анализи жүргүзүлгөн. Ката дарагы анализи жогорку окуя кайсы негизги окуя айкалыштары менен болушу мүмкүн экенин көрсөтөт. Бул изилдөөдө жогорку окуя тиешелүү системадан суутек бөлүнүп чыгышы болуп саналат. Мисалы, booster насос системасы үчүн жогорку окуя “суюк суутек booster насос системасынан суутек бөлүнүп чыгышы” деп аныкталган.

Booster насос системасы үчүн түзүлгөн ката дарагында түтүк өткөргүчтүн бузулушу, насостун корпусунун жабыркашы, насос аксессуарынын бузулушу, адам факторлору жана үчүнчү тараптан келтирилген зыян эске алынган. Изилдөөдө X1ден X27ге чейин аныкталган негизги окуялардын арасында түтүк өткөргүч коррозиясы, туташуу катасы, басымды башкаруу клапанынын бузулушу, изоляциянын бузулушу, насос корпусунун сапат көйгөйү, долбоорлоо кемчилиги, тыгыздоочу материалдын бузулушу, туура эмес тыгыздоочу орнотуу, фланецтин агып кетиши, клапан корпусунун агып кетиши, курулуш персоналынын жетишсиз квалификациясы, коррозияны жетишсиз көзөмөлдөө, жетишсиз ширетүү, жетишсиз кабыл алуу текшерүүсү, техникалык тейлөөнүн жетишсиздиги, коопсуздук менеджментинин жетишсиздиги жана табигый кырсыктар сыяктуу окуялар бар.

Booster насос ката дарагында 26 минималдуу кесүү топтому табылган. Алардын 25 бир окуядан турат; бирөө гана эки окуялуу. Бул системанын айрым чекиттерде жалгыз бузулууларга сезгич экенин көрсөтөт. Башкача айтканда, белгилүү негизги окуялардын бири өзү эле жогорку окуяны, башкача айтканда суутектин бөлүнүп чыгышын баштай ала турган түзүлүшкө ээ. Бул табылга коргоо катмарлары жана сапатты камсыздоо процесстери эмне үчүн маанилүү экенин ачык көрсөтөт.

Изилдөө booster насос системасы үчүн өзгөчө баса белгилеген үч негизги окуя төмөнкүлөр:

• X20: Жетишсиз курулуш/кабыл алуу текшерүүсү,
• X1: Түтүк өткөргүчтүн коррозиядан жабыркашы,
• X7: Тыгыздоочу материалдын бузулушу.

Бул үч окуя ыктымалдык жана маанилүүлүк жагынан жогорку салым бергендиктен, тобокелдикти азайтуу стратегиясында артыкчылыктуу деп кабыл алынган. Бул жагдай изилдөөнүн практикалык баалуулугун жогорулатат: тобокелдик “суутек коркунучунан” гана эмес, текшерүү, материал, ширетүү, туташуу, коррозия жана техникалык тейлөө сыяктуу конкреттүү инженердик процесстерден келип чыгарын көрсөтөт.

Ыктымалдык эсептөөлөрүнүн логикасы

Изилдөөдө негизги окуялардын ыктымалдыгы эки жол менен аныкталган. Сенсор, коопсуздук клапаны, башкаруу клапаны жана ушуга окшогон жабдуулар үчүн OREDA маалымат базасы жана HIAD 2.1 суутек окуялары боюнча маалыматтар колдонулуп, маалымат базасына негизделген ыктымалдык баалоосу жүргүзүлгөн. Статистикалык маалыматтары начар окуялар үчүн болсо эксперттик пикир менен бүдөмүк математика бириктирилген.

Маалымат базасына негизделген бузулуу ылдамдыгын баалоодо колдонулган маанилүү формулалардын бири төмөнкүдөй:

\[ \bar{\lambda}=\frac{1}{\sum_{i=1}^{k}\frac{1}{\frac{\lambda_i}{\tau_i}+\hat{\sigma}_i^2}}\times\sum_{i=1}^{k}\left(\frac{1}{\frac{\lambda_i}{\tau_i}+\hat{\sigma}_i^2}\times\frac{n_i}{\tau_i}\right) \]

Бул жерде \bar{\lambda} белгилүү бир компонент түрү үчүн орточо бузулуу ылдамдыгын, \lambda_i i үлгүсү үчүн билдирилген бузулуу ылдамдыгын, \hat{\sigma}_i ошол үлгүнүн стандарттык четтөөсүнүн баасын, n_i бузулуу санын жана \tau_i иштөө убактысын билдирет. Формуланын негизги идеясы ар башка булактардан келген бузулуу маалыматтарын алардын белгисиздиктери менен кошо салмактап, ылайыктуураак орточо бузулуу ылдамдыгын алуу.

Оңдоло турган компоненттерде бирдиктик бузулуу ыктымалдыгы үчүн колдонулган байланыш төмөнкүдөй:

\[ F=\frac{\lambda}{\lambda+\mu}\approx\frac{\lambda}{\mu}=\lambda t \]

Бул жерде F бузулуу ыктымалдыгын, \lambda салмакталган бузулуу ылдамдыгын, \mu оңдоо ылдамдыгын жана t орточо оңдоо убактысын билдирет. Изилдөөдө \lambda мааниси \mu маанисинен кыйла кичине деп кабыл алынгандыктан, туюнтма болжол менен F ≈ λt түрүнө жөнөкөйлөштүрүлгөн. Практикалык мааниси мындай: бузулуу ылдамдыгы жана оңдоо убактысы өскөн сайын, компоненттин бузук абалда болуу ыктымалдыгы да өсөт.

Ката дарагында жогорку окуянын ыктымалдыгы минималдуу кесүү топтомдору аркылуу эсептелген:

\[ P(T)=P\left(\bigcup_{j=1}^{n}K_j\right) \]

Бул жерде P(T) жогорку окуянын, башкача айтканда системадан суутек бөлүнүп чыгышынын ыктымалдыгын; K_j болсо j номерлүү минималдуу кесүү топтомун билдирет. Минималдуу кесүү топтому жогорку окуяны жаратуу үчүн жетиштүү болгон эң кичине негизги окуялар айкалышы. Эгер системада бир окуялуу минималдуу кесүү топтомдору көп болсо, система жалгыз бузулууларга көбүрөөк сезгич болот.

Изилдөөдө эсептелген жогорку окуя ыктымалдыктары төмөнкүдөй:

Бул таблицада dispenser системасы үчүн жогорку окуя ыктымалдыгы сан жагынан эң жогорку көрүнөт. Бирок изилдөөнүн бириктирилген тобокелдик баалоосунда үстөм тобокелдик бирдиги катары booster насос системасы тандалган. Мунун себеби бөлүнүп чыгуу ыктымалдыгы гана эмес; бөлүнүп чыгуу ылдамдыгы, күйүүчү булуттун кеңдиги, реактивдүү өрттүн жылуулук нурлануу аянты жана жеке тобокелдик контурлары бирге бааланган. Демек, эң маанилүү система сөзсүз түрдө эң жогорку ыктымалдыкка ээ система болушу шарт эмес; ыктымалдык менен кесепеттин оордугу чогуу чечүүчү болот.

Кесепетти моделдөө: 5 mm агып кетүү сценарийи эмне үчүн маанилүү?

Изилдөөдө өкүлчүлүктүү кичине тешик агып кетүүсү катары 5 mm эквиваленттүү агып кетүү диаметри тандалган. Кичине тешик агып кетүүлөрү герметикалуулукту жоготуу окуяларынын маанилүү бөлүгүн түзүшү мүмкүн болгондуктан, инженердик тобокелдик анализинде маанилүү сценарий болуп саналат. Изилдөөдө төрт система үчүн өзүнчө бөлүнүп чыгуу параметрлери аныкталган:

HyRAM+ 5.1 колдонулуп, суутектин бөлүнүп чыгуу агымы, реактивдүү агымдын таралышы, реактивдүү өрттүн жылуулук нурлануусу жана кечиккен тутануудан кийинки жарылуунун ашыкча басымы эсептелген. Термофизикалык касиеттер үчүн CoolProp маалымат базасы пайдаланылган. Бул жерде бир чектөөнү эске алуу керек: изилдөөнүн кесепет анализи суутек буулангандан кийинки таралуу, күйүү жана жарылууга көңүл бурган; тешикке жакын flashing же эки фазалуу агымды майда-чүйдөсүнө чейин чечкен эмес. Криогендик суюк суутек бөлүнүп чыгышы тешиктен кийин бууланган эквиваленттүү газ суутек агымы катары инженердик масштабда моделденген.

Массалык бөлүнүп чыгуу ылдамдыгы жана реактивдүү агым модели

HyRAM+ ичинде колдонулган термодинамикалык тешик модели агып кетүү чекитинен өткөн агымды изентропиялык деп кабыл алат. Тешик ылдамдыгын жана массалык агымды эсептөөдө колдонулган негизги байланыштар төмөнкүлөр:

\[ \frac{v^2}{2}+h=h_0 \]

\[ \dot{m}=\frac{\pi}{4}d^2m''C_d=\frac{\pi}{4}d^2\rho vC_d \]

Бул жерде v тешик ылдамдыгын, h_0 жогорку агымдагы токтоп турган абалдын энтальпиясын, h тешиктеги менчик энтальпияны, \dot{m} массалык бөлүнүп чыгуу ылдамдыгын, d эквиваленттүү агып кетүү диаметрин, \rho суюктуктун тыгыздыгын жана C_d разряд коэффициентин билдирет. Биринчи формула энергия балансын көрсөтөт: суюктуктун басым жана жылуулук энергиясынын бир бөлүгү агып кетүү чекитинде ылдамдыкка айланат. Экинчи формула ушул ылдамдык, тыгыздык жана тешик аянты аркылуу секундасына канча килограмм суутек бөлүнөрүн эсептейт.

Суутек агымынын таралышында ылдамдык, тыгыздык жана суутектин массалык үлүшү үчүн Гаусс сымал радиалдык профилдер колдонулган:

\[ v=v_{cl}\exp\left(-\frac{r^2}{B^2}\right) \]

\[ \rho=(\rho_{cl}-\rho_{amb})\exp\left(-\frac{r^2}{\lambda^2B^2}\right)+\rho_{amb} \]

\[ \rho Y=\rho_{cl}Y_{cl}\exp\left(-\frac{r^2}{\lambda^2B^2}\right) \]

Бул жерде r агым борборунан радиалдык аралыкты, B агымдын жарым туурасын, \lambda тыгыздыктын таралуу туурасы менен ылдамдыктын таралуу туурасынын катышын, Y суутектин массалык үлүшүн, cl борбордук сызык шарттарын жана amb айлана-чөйрө шарттарын билдирет. Бул формулалар суутек агым борборунда көбүрөөк концентрацияланган жана тез экенин, борбордон алыстаган сайын концентрация менен ылдамдык азаярын көрсөтөт.

Реактивдүү өрт жана жылуулук нурлануусу

Суутек агып кетери менен тутанса реактивдүү өрт пайда болот. Реактивдүү өрт — жогорку басымдагы агып кетүү чекитинен чыккан суутектин жалындуу агым түрүндө күйүшү. Мындай учурда эң маанилүү өлүмгө алып келүүчү таасир көбүнчө жылуулук нурлануусу болуп саналат. Изилдөөдө жалындын узундугу жана жылуулук нурлануусу үчүн HyRAM+ ичиндеги жалын узундугу корреляциясы жана салмакталган көп булактуу нурлануу модели колдонулган.

Өлчөмсүз жалын узундугу төмөнкүдөй берилген:

\[ L^*=\begin{cases}\frac{13.5Fr^{2/5}}{(1+0.07Fr^2)^{1/5}}, & Fr<5\\ 23, & Fr>5 \end{cases} \]

Бул жерде L* өлчөмсүз жалын узундугун, Fr Froude санын билдирет. Froude саны реактивдүү импульс тартылуу күчүнө салыштырмалуу канчалык үстөм экенин көрсөтөт. Жогорку импульстуу агымдарда жалын алдыга көбүрөөк созулушу мүмкүн; төмөн импульстуу шарттарда көтөрүү күчү жана тартылуу таасирлери жалын геометриясына көбүрөөк таасир берет.

Жылуулук нурлануусун эсептөөдө колдонулган байланыш төмөнкүдөй:

\[ q=\tau S_{rad}\frac{V_F}{A_f} \]

\[ S_{rad}=X_{rad}\dot{m}_{fuel}\Delta H_c \]

Бул жерде q максаттуу чекиттеги жылуулук нурлануу агымын, \tau атмосфералык өткөрүмдүүлүктү, V_F көрүү факторун, A_f жалын бетинин аянтын, S_{rad} жалпы нурлануу кубатын, X_{rad} нурлануу үлүшүн, \dot{m}_{fuel} отундун массалык агымын жана \Delta H_c күйүү жылуулугун билдирет. Жөнөкөй айтканда, агып чыккан суутектин көлөмү жана күйүү энергиясы көбөйгөн сайын жалын айланага тараткан жылуулук да өсөт. Бул жылуулук жакын жердеги адамдарга, жабдууларга, пластик материалдарга, жыгач беттерге жана коопсуздук системаларына зыян келтириши мүмкүн.

Кечиккен тутануу жана жарылуунун ашыкча басымы

Суутек дароо тутанбаса, алгач күйүүчү булут түзүлүшү мүмкүн. Бул булут кийин тутануу булагына туш келсе, жарылуу же тез күйүү натыйжасында ашыкча басым пайда болушу мүмкүн. Изилдөөдө кечиккен тутануудан кийинки жарылуу ашыкча басымы Baker-Strehlow-Tang модели менен эсептелген.

Күйүүчү булут массасы, күйүү энергиясы жана масштабдалган аралык байланыштары төмөнкүдөй берилген:

\[ m_{flam}=\int_{S=0}^{S=\infty}\left(\int_{r_Y=Y_{UFL}}^{r_Y=Y_{LFL}}\rho Y2\pi r\,dr\right)ds \]

\[ E_{flam}=k_{reflection}m_{flam}\Delta H_c \]

\[ R^*_{BST}=\frac{R}{(E_{flam}/P_{ambient})^{1/3}} \]

\[ P^*=\frac{P_s}{P_{ambient}} \]

Бул жерде m_flam күйүүчү булут массасын, Y_LFL жана Y_UFL суутектин төмөнкү жана жогорку күйүү чегиндеги массалык үлүштөрүн, E_flam күйүү энергиясын, k_reflection жер бетинен чагылуу коэффициентин, R жарылуу борборунан максатка чейинки аралыкты, P_s чоку ашыкча басымды жана P_ambient айлана-чөйрө басымын билдирет. Бул модель жарылуу таасирин булуттун бар-жогуна гана эмес, күйүүчү диапазондогу суутек массасына, энергияга жана максат аралыгына жараша эсептейт.

Натыйжалар: Booster насос системасы эмне үчүн алдыга чыкты?

Төрт маанилүү система үчүн эсептелген максималдуу суутек бөлүнүп чыгуу ылдамдыктары төмөнкүдөй:

Бул натыйжа booster насос системасы эмне үчүн маанилүү болуп калганын ачык көрсөтөт. Бирдей 5 mm агып кетүү диаметринде booster насос чыгышындагы 100 MPa басым жана криогендик шарттар кыйла жогорку массалык бөлүнүп чыгуу ылдамдыгын жараткан. Секундасына 2,23 kg суутек бөлүнүп чыгышы кичине көрүнгөн 5 mm агып кетүүдө да чоң күйүүчү булут жана олуттуу жылуулук нурлануу аймагын түзүшү мүмкүн.

Күйүүчү булуттун көлөм боюнча 4 пайыз суутек төмөнкү күйүү чегине карата эсептелген созулуштары төмөнкүдөй:

Booster насос системасында күйүүчү булуттун горизонталдык созулушу 36,89 mге жеткен. Бул станциянын жайгашуусу, жабдуулар аралыгы, персоналдын орду, унаа күтүү аймактары жана аянт чегине жакын коомдук таасир жагынан маанилүү көрсөткүч. Изилдөөдө сүрөттөр менен берилген суутектин молдук үлүшү талаалары суутек агым огу боюнча жогорку концентрацияда жылып, кийин айланадагы аба менен аралашып суюларын көрсөтөт. Ак контур көлөм боюнча 4 пайыз төмөнкү күйүү чегин билдирет. Ушул контурдун ичиндеги аймакта ылайыктуу тутануу булагы болсо, өрт же жарылуу жагынан кооптуу деп эсептелет.

Реактивдүү өрт анализинде booster насос системасы кайрадан эң кеңири таасир аймагын жараткан. 1,6 kW/m²ден жогору аймактын болжолдуу диаметри 72 m деп берилген. Ошондой эле booster насос системасында 4, 12,5 жана 25 kW/m² чектерин ашкан аймактар тиешелүүлүгүнө жараша 1385 m², 531 m² жана 227 m² болуп эсептелген. Изилдөөдө колдонулган чектерге ылайык 37,5 kW/m² 1 мүнөттүк таасирде жүздө 100 өлүмгө алып келчү деңгээлде, 25 kW/m² оор жаракат жана узак таасирде өлүмчүл кесепеттер жагынан өтө маанилүү, 12,5 kW/m² күйүк жана материалдык зыян жагынан маанилүү, 4 kW/m² болсо 20 секунддан узак таасирде ооруну жарата турган деңгээлде.

Жарылуунун ашыкча басымы жагында болсо изилдөөнүн жыйынтыгы башкача. 60 секунд кечиккен тутануу сценарийлеринде чоку ашыкча басым бардык сценарийлерде 25 kPaдан төмөн калган. Персоналга таасир көбүнчө жеңил жаракат деңгээлинде, объектке таасир болсо көбүнчө айнек сынышы сыяктуу жеңил зыян түрүндө бааланган. Ошондуктан изилдөөнүн жеке тобокелдик эсебинде өлүмгө алып келүүчү таасир боюнча негизги механизм катары реактивдүү өрттүн жылуулук нурлануусу тандалган.

Жеке тобокелдик эсеби: Белгилүү чекиттеги адамдын жылдык өлүм тобокелдиги

Жеке тобокелдик белгилүү бир чекитте дайыма турган адамдын бир жыл ичинде өлүмгө алып келүүчү таасирге кабылуу ыктымалдыгын билдирет. Изилдөөдө колдонулган негизги формула төмөнкүдөй:

\[ IR(x,y)=\sum_{i=1}^{n}\sum_{j=1}^{m}f_{i,j}d_{i,j}(x,y) \]

Бул жерде IR(x,y) координаты (x,y) болгон чекиттеги жеке тобокелдикти, f_i,j i булагынан чыккан j авария кесепетинин жылдык жыштыгын, d_i,j(x,y) болсо ошол чекиттеги шарттуу өлүм ыктымалдыгын билдирет. Башкача айтканда, бул формула эки нерсени көбөйтөт: авария канчалык тез-тез болушу мүмкүн жана болсо, белгилүү чекиттеги адам үчүн канчалык өлүмгө алып келиши мүмкүн?

Физикалык таасир маанилери, башкача айтканда жылуулук нурлануусу же жарылуу басымы, өлүм ыктымалдыгына probit модели менен айландырылган:

\[ d_i=\frac{1}{\sqrt{2\pi}}\int_{-\infty}^{Y-5}\exp\left(-\frac{u^2}{2}\right)du \]

Бул жерде d_i өлүм ыктымалдыгын, Y probit өзгөрмөсүн жана u интеграл өзгөрмөсүн билдирет. Жылуулук нурлануусу үчүн изилдөөдө колдонулган доза байланышы төмөнкүдөй:

\[ Y=-37.23+2.56\ln D \]

\[ D=I^{1.33}t_s \]

Бул жерде D өлүмгө алып келүүчү дозаны, I жылуулук нурлануу агымын жана t_s таасир убактысын билдирет. Изилдөөдө таасир убактысы 60 секунд деп алынган жана станция айланасы 5 m × 5 m квадрат уячаларга бөлүнүп, ар бир уячанын борборунда жеке тобокелдик эсептелген.

Тобокелдик классификациясы: D2 классы эмнени билдирет?

Изилдөөдө реактивдүү өрт ыктымалдыгы жана кесепеттин оордугу бирге бааланган. Реактивдүү өрт ыктымалдыгы төмөнкүдөй эсептелген:

Персоналга таасир жагынан изилдөөдө аянт ичиндеги калк жыштыгы 0,003 адам/m² деп кабыл алынган. Бул болжолдо booster насос системасы үчүн өлүм, оор жаракат жана жеңил жаракат сандары тиешелүүлүгүнө жараша 1, 2 жана 4 болуп эсептелген. Жогорку басымдагы цилиндр банкы жана dispenser системаларында өлүм саны 0, оор жаракат 1, жеңил жаракат 2 деп берилген. Суюк суутек сактоо системасында болсо бул сценарийде өлүм, оор жаракат жана жеңил жаракат болжол менен нөлгө барабар.

Бириктирилген тобокелдик классификациясы төмөнкүдөй:

Бул таблица изилдөөнүн негизги жыйынтыгын ачык көрсөтөт: Booster насос системасы ыктымалдык жагынан гана эмес, кесепеттин оордугу жагынан да маанилүү болуп, төрт системанын арасында орто тобокелдик классына кирген жалгыз система болгон. Ошондуктан станция деңгээлиндеги жеке тобокелдик картасы жана тобокелдикти азайтуу варианттары ушул система аркылуу бааланган.

ALARP жана коомдук тобокелдик: Аянт чегинин сырты эмне үчүн маанилүү?

Изилдөөдө тобокелдикти кабыл алуу үчүн ALARP ыкмасы жана Улуу Британиянын HSE жеке тобокелдик критерийлери колдонулган. Жумушчулар үчүн жогорку чыдамдуу чек 1 × 10⁻³ жыл⁻¹, коомчулук үчүн жогорку чыдамдуу чек 1 × 10⁻⁴ жыл⁻¹, эки топ үчүн да кеңири кабыл алынуучу чек 1 × 10⁻⁶ жыл⁻¹ деп алынган.

Booster насосунун жанында жеке тобокелдик 10⁻⁴ жыл⁻¹ тартибине жеткен. Станция ичиндеги жумушчу тобокелдиги жалпысынан чыдамдуу аймакта калып, станция имаратынын аймагы 10⁻⁷ жыл⁻¹ деңгээлинен төмөн түшкөн. Бирок аянт чегинен тышкары айрым жакын аймактарда коомчулук үчүн тобокелдик 1 × 10⁻⁴ жыл⁻¹ кабыл алуу критерийинен ашкан. Бул табылга изилдөөнүн коопсуздук жагынан эң маанилүү билдирүүлөрүнүн бири: станция ичинде жумушчулар үчүн кабыл алына тургандай көрүнгөн долбоор, аянт чегинен тышкаркы коомчулук үчүн кабыл алынгыс тобокелдик жаратышы мүмкүн.

Бул жыйынтык күнүмдүк жашоо үчүн да маанилүү. Суутек толтуруу станциялары техникалык персонал гана болгон өнөр жай объекттери эмес; шаар ичинде же транспорт коридорлоруна жакын жерде унаа колдонуучулар, тейлөө персоналы, жөө адамдар жана коңшу аймактар да таасир алышы мүмкүн. Ошондуктан тобокелдикти баалоо жабдуунун ичинде эмне болуп жатканына гана эмес, агып кетүүнүн станция чегинен тышкары тараган таасирине да карашы керек.

Тобокелдикти азайтуу: Ыктымалдыкты азайтуу керекпи же кесепеттиби?

Изилдөөдө тобокелдикти азайтуу эки негизги багытта бааланган: агып кетүү ыктымалдыгын төмөндөтүү жана кесепеттин оордугун азайтуу. Эң жакшы жыйынтык ушул эки ыкманы бирге колдонуу менен алынган.

Booster насос системасы үчүн маанилүү негизги окуялар X20, X1 жана X7 бутага алынган. X20, башкача айтканда жетишсиз курулуш жана кабыл алуу текшерүүсү үчүн жабдуулар менен түтүктөрдө бүт процесс боюнча кабыл алуу системасы сунушталган. Бул алкакта ширетүүнүн сапаты, фланецтердин туура багытталышы, системанын герметикалуулугу жана изи байкала турган текшерүү жазуулары белгиленген. X1, башкача айтканда түтүк өткөргүч коррозиясы үчүн криогендик жана коррозияга туруктуу материалдар, бурулуш жана ширетүү сыяктуу сезгич жерлерде күчөтүлгөн коргоо, суутек концентрациясын көзөмөлдөө, дубал калыңдыгын өлчөө жана мезгилдүү borescope текшерүүсү сунушталган. X7, башкача айтканда тыгыздоочу материалдын бузулушу үчүн криогендик температурага жана жогорку басымга чыдамдуу тыгыздоочу материалдар, оптималдаштырылган герметикалык геометрия жана алдын ала алмаштыруу программасы сунушталган.

Бул чаралар колдонулганда booster насосунун бөлүнүп чыгуу ыктымалдыгы 1 × 10⁻³ маанисине, реактивдүү өрт ыктымалдыгы болсо 5,3 × 10⁻⁵ маанисине түшүрүлгөн. Бул ыктымалдыкты азайтуу чаралары тобокелдик картасын олуттуу кыскартканын көрсөтөт. Бирок изилдөөдө ыктымалдыкты гана азайтуу бардык жогорку тобокелдик контурларын толук жок кылбаганы да белгиленген.

Кесепетти азайтуу тарабында booster насосун орнотуу бийиктигин көбөйтүү каралган. Бул чара жерге жакын суутек топтолушун азайтууга жардам берип, 10⁻⁴ жана 10⁻⁶ жыл⁻¹ тобокелдик контурларын кичирейткен. Айрыкча 10⁻⁴ жыл⁻¹ контурдун негизинен станция чегинин ичинде калышы коомдук тобокелдик жагынан оң бааланган. Бирок бул чара жалгыз өзү күчтүү тобокелдик азайтууну камсыз кылган эмес.

Эң натыйжалуу ыкма жыштыкты азайтуу жана кесепетти азайтуу чараларын бирге колдонуу болгон. Изилдөөдө биргелешкен чаралардан кийин аянттан тышкаркы жеке тобокелдик жана жалпы тобокелдик контур бирдиктүү чараларга караганда көбүрөөк азайганы көрсөтүлгөн. Натыйжада суюк суутек толтуруу станцияларында тобокелдик башкаруу “агып кетсе тосмо коёбуз” деген ыкмага гана калтырылбашы керек; биринчи кезекте агып кетүү ыктымалдыгын азайткан сапат, материал, тейлөө, мониторинг жана кабыл алуу текшерүүсү чаралары менен колдоого алынышы керек.

Изилдөөнүн күчтүү жактары

Бул изилдөөнүн күчтүү жактарынын бири сапаттык коркунучтарды аныктоо менен гана чектелбегенинде. HAZOP жана FMEA аркылуу коркунучтар аныкталып, ката дарагы анализи менен негизги окуялардын салымы эсептелген, HyRAM+ менен физикалык кесепеттер моделденген жана акырында жеке тобокелдик контурлары чыгарылган. Ошентип изилдөө “кайсы система кооптуу?” деген суроодон “кайсы негизги бузулуу, кайсы физикалык кесепет менен, кайсы аймакта кабыл алынгыс тобокелдик жаратат?” деген суроого чейинки бириктирилген алкакты сунуш кылат.

Дагы бир күчтүү жагы — тобокелдикти азайтуу сунуштары түздөн-түз анализдин жыйынтыктарынан чыгарылган. Мисалы, курулушту кабыл алуу текшерүүсү, түтүк коррозиясы жана тыгыздоочу материалдын бузулушу боюнча сунуштар жалпы коопсуздук кеңештери эмес; booster насос ката дарагында салымы жогору болгондуктан артыкчылыктуу деп белгиленген. Ошондой эле жабдууларды жайгаштыруу, желдетүү жана нурлануудан коргоо HyRAM+ жыйынтыктарындагы булут жана жылуулук нурлануу издерине негизделген.

Изилдөөнүн чектөөлөрү

Изилдөөнүн өзүндө көрсөтүлгөн чектөөлөр кылдат окулушу керек. Биринчиден, өкүлчүлүктүү 5 mm агып кетүү сценарийи гана моделденген. Чоң диаметри бар түтүк жарылуусу, узакка созулган микро агып кетүү же бир нече жабдуунун бирге бузулушу сыяктуу татаал сценарийлер ачык изилденген эмес. Ошондуктан жыйынтыктар бардык мүмкүн болгон авария сценарийлеринин толук картасы катары каралбашы керек.

Экинчи чектөө — айрым негизги окуялардын ыктымалдыгы жалпы маалымат базаларынан ылайыкташтырылып же эксперттик пикир менен бааланган. OREDA жана HIAD 2.1 маалыматтары колдонулганы менен, суюк суутек толтуруу станцияларына тиешелүү иштөө маалыматтары чектелүү болушу мүмкүн. Бул ката дарагынын ыктымалдыктарында белгисиздик жаратат.

Үчүнчү чектөө — криогендик бөлүнүп чыгууда flashing жана тешикке жакын эки фазалуу агымдын майда-чүйдөсүнө чейин чечилбегени. Изилдөө буулангандан кийинки бөлүнүп чыгууну эквиваленттүү газ суутек агымы катары моделдеген. Бул ыкма инженердик масштабда маанилүү баалоо берет; бирок агым физикасын жогорку деталдуулукта түшүндүрүү үчүн келечекте CFD негизиндеги моделдер менен толукталышы мүмкүн.

Төртүнчүдөн, изилдөө preprint болуп саналат жана рецензиядан өтө элек. Ошондуктан жыйынтыктар баалуу техникалык анализ катары каралышы керек, бирок акыркы өнөр жай стандарты же тастыкталган талаа далили катары берилбеши керек.

Өткөн, бүгүнкү жана келечектеги мааниси

Өткөндө суутек коопсуздугу боюнча изилдөөлөрдүн көбү газ суутек толтуруу станцияларына багытталган. Бул изилдөө суюк суутек толтуруу станцияларына мүнөздүү криогендик, жогорку басымдагы жана фазалык өзгөрүү шарттарын бирге карап, бул тармактагы билим боштугун азайтууга аракет кылат.

Бүгүнкү күндө суутек толтуруу инфраструктурасынын коопсуз өсүшү үчүн кубаттуулук жана чыгым гана эмес, жайгашуу, жабдуу сапаты, тейлөө, мониторинг, авариялык изоляция, желдетүү жана коомдук тобокелдик сыяктуу маселелер да башынан долбоорго киргизилиши керек. Изилдөөнүн booster насос системасын маанилүү бирдик катары аныкташы долбоорлоочулар жана операторлор үчүн түз колдонулуучу эскертүү болуп саналат.

Келечекте мындай сандык тобокелдик баалоолор суутек толтуруу станцияларынын шаар ичинде, автомагистралдарда, логистикалык борборлордо же оор транспорт инфраструктурасында коопсуз жайылышына салым кошо алат. Көбүрөөк реалдуу иштөө маалыматтары, CFD менен колдоого алынган деталдуу агым моделдөө, коомдук тобокелдик ийри сызыктары жана чыгым-пайда анализдери менен бул алкак дагы күчөтүлүшү мүмкүн.

Күнүмдүк жашоого таасири мындай: суутек унааларынын жайылышы унаа технологиясынын ийгилигине гана байланыштуу эмес. Адамдар коопсуз күйүүчү май толтура алган, станция кызматкерлери корголгон жана коңшу аймактардагы коомдук тобокелдик кабыл алынуучу деңгээлде болгон инфраструктура керек. Бул изилдөө коопсуздук көйгөйүн көрүнбөгөн “коркунуч” катары эмес, өлчөнө, картага түшүрүлө жана азайтыла турган инженердик көйгөй катары карайт.

Изилдөөнүн Ыкмасы жана Жыйынтыктары

Ыкманын кадамдары

1. Системанын чеги аныкталды: Суюк суутекти түшүрүү, сактоо, басымын жогорулатуу, бууландыруу, жогорку басымда сактоо, алдын ала муздатуу жана унааны толтуруу процесстери аныкталды.
2. HAZOP колдонулду: Сегиз процесс түйүнү басым, температура, агым жана суюктук деңгээлинин четтөөлөрү жагынан изилденди.
3. FMEA колдонулду: Маанилүү жабдуу жана компонент бузулуулары, себептери, кесепеттери жана тобокелдик деңгээлдери аныкталды.
4. Ката дарагы анализи жүргүзүлдү: Суюк суутек сактоо, booster насос, жогорку басымдагы цилиндр банкы жана dispenser системалары үчүн суутек бөлүнүп чыгышы жогорку окуя катары моделденип, негизги окуялардын салымы эсептелди.
5. HyRAM+ кесепет моделдөөсү жүргүзүлдү: 5 mm агып кетүү сценарийи үчүн бөлүнүп чыгуу ылдамдыгы, күйүүчү булут, реактивдүү өрттүн жылуулук нурлануусу жана жарылуунун ашыкча басымы эсептелди.
6. Жеке тобокелдик эсептелди: Реактивдүү өрттүн жылуулук нурлануусу өлүмгө алып келүүчү таасир механизми катары тандалып, 5 m × 5 m уячалар менен тобокелдик контурлары түзүлдү.
7. Тобокелдикти азайтуу бааланды: Агып кетүү ыктымалдыгын азайтуу, кесепетти азайтуу жана эки ыкманы бирге колдонуу салыштырылды.

Негизги сандык жыйынтыктар

Техникалык түшүндүрмө

Изилдөөнүн техникалык мааниси — суюк суутек толтуруу станцияларында тобокелдикти “сактоочу резервуар” борборунда гана кароого болбойт. Booster насос суюк суутек жогорку басымдагы процесске өткөрүлө турган маанилүү өткөөл чекит. Бул жерде төмөн температура, жогорку басым, тыгыздык, түтүк туташтыргычтары, тыгыздоо системалары жана механикалык титирөө сыяктуу факторлор биригет. Ошондуктан майда агып кетүү да жогорку бөлүнүп чыгуу ылдамдыгын жана кеңири күйүүчү булутту жаратышы мүмкүн.

Модель жыйынтыктары өрт тобокелдиги жарылуу тобокелдигине караганда үстөм экенин көрсөтөт. Бул айрыкча ачык аянт шарттары жана 5 mm агып кетүү сценарийи үчүн туура. Бирок бул жыйынтык бардык мүмкүн болгон LHRS аварияларында жарылуу маанилүү эмес дегенди билдирбейт. Изилдөөнүн айтканы чектүүрөөк: каралган кичине тешик, ачык аянт жана 60 секунд кечиккен тутануу шартында өлүмгө алып келүүчү тобокелдик боюнча реактивдүү өрттүн жылуулук нурлануусу үстөм болгон.

Изилдөөнүн практикалык билдирүүсү так: долбоорлоо жана эксплуатация стадиясында booster насос айланасында материал тандоо, герметикалуулук, коррозияны мониторингдөө, кабыл алуу текшерүүсү, желдетүү, жабдууларды жайгаштыруу, авариялык изоляция жана жылуулук нурлануусунан коргоо бирге каралышы керек. Бир гана тосмого ишенүү жетишсиз; көп катмарлуу жана бири-биринен көз карандысыз коргоо катмарлары керек.

Булак жана Ыкма Эскертмеси

Бул макала Jiepu Li, Xiaoxiong Lei, Shouhua Zhang, Hong Yang, Wulin Han, Weihua Wang жана Xiang Li тарабынан даярдалган “Quantitative risk assessment and mitigation of hydrogen releases at a liquid hydrogen refuelling station” аттуу изилдөөгө негизделип даярдалган. Изилдөө суюк суутек толтуруу станцияларында суутек агып кетүү тобокелдигин сандык түрдө баалап, HAZOP, FMEA, ката дарагы анализи, HyRAM+ кесепет моделдөөсү жана жеке тобокелдик эсебин бириктирет.

Булак текст preprint изилдөө макаласы болуп саналат жана анда ачык түрдө “This preprint research paper has not been peer reviewed” деген сөз бар. Ошондуктан изилдөө рецензиядан өтө элек. Жыйынтыктар акыркы талаа далили же өнөр жай стандарты катары эмес, рецензия процесси аяктай элек техникалык тобокелдик баалоо изилдөөсү катары окулушу керек.

Бул мазмундагы түшүндүрмөлөр PDFдеги изилдөөгө негизделип даярдалган. PDFде жок так колдонмо, коммерциялык ийгилик, талаа ийгилиги, коопсуздук кепилдиги же жөнгө салуучу жактыруусу боюнча доомат кошулган эмес. Изилдөө эксперименттик талаа авария маалыматтары менен түздөн-түз тастыкталган окуялык изилдөө эмес; өкүлчүлүктүү станция түзүлүшүндө жүргүзүлгөн сандык тобокелдик баалоо, ката дарагы анализи жана HyRAM+ негизиндеги кесепет моделдөөсү.

Изилдөөнүн маанилүү чектөөлөрү бар. Өкүлчүлүктүү 5 mm агып кетүү сценарийи гана моделденген; чоң түтүк жарылуулары, туруктуу микро агып кетүүлөр жана көп жабдуунун бузулушу ачык изилденген эмес. Айрым негизги окуя ыктымалдыктары жалпы маалымат базаларынан ылайыкташтырылган же эксперттик пикир менен бааланган. Криогендик суюк суутек бөлүнүп чыгышында тешикке жакын эки фазалуу агым майда-чүйдөсүнө чейин чечилген эмес; буулангандан кийинки бөлүнүп чыгуу эквиваленттүү газ суутек агымы катары бааланган. Бул чектөөлөр изилдөөнүн жыйынтыктарын этият чечмелөөнү талап кылат.