В настоящее время существует большое количество методик для расчета последствий аварийных выбросов опасных веществ (ОВ). Среди отечественных методик следует отметить ГОСТ 12.3.047-98, РД 03-409-01, ПБ 09-170-97 и Методику оценки последствий химических аварий (методика ТОКСИ). Эти методики с различной степенью детализации рассматривают такие процессы как:

·       поступление ОВ в окружающую среду (залповое (мгновенное) и продолжительное истечение газа, жидкости или двухфазного потока из отверстий или патрубков, трубопроводов);

·       распространение ОВ в окружающей среде (растекание по поверхности, рассеяние в атмосфере);

·       фазовые переходы и химическое разложение ОВ (кипение, испарение, горение и взрыв);

·       воздействие поражающих факторов на объекты (токсическое воздействие, воздействие волн давления, удар пламенем, осколки, термическое излучение от пожаров пролива, горящих облаков, огненных шаров).

При использовании этих, а также других методик, закономерно возникает вопрос – насколько точно способны они предсказывать последствия различных аварийных ситуаций? Ответ на этот вопрос, прежде всего, дает сравнение результатов расчета с зонами поражения и разрушения, наблюдаемыми в реальных авариях. Рассмотрим для примера одну из наиболее тяжелых аварий, произошедших в последние годы: выброс из трубопровода бензина с последующим воспламенением протяженного облака паро-воздушной смеси. Авария произошла 10 июля 1999 г. в г. Беллингхеме (США). В результате разрушения трубопровода, перекачивавшего бензин (диаметр 40 см, введен в эксплуатацию в 1966 г.), в районе русла одного из притоков ручья Ватком (Whatcom) произошел выброс около 1000 м3 бензина. Бензин и его пары распространились вниз по течению ручья на расстояние нескольких километров. Благодаря тому, что ручей и его приток протекали в низине, создались благоприятные условия для формирования топливно-воздушного облака. При появлении источника зажигания (рассматривается два возможных источника – дети, игравшие с огнем, и станция водоснабжения, расположенная недалеко от места выброса) произошел взрыв, за которым последовал пожар, продолжавшийся несколько часов и сопровождавшийся повторными возгораниями. По данным аэрофотосъемки размеры зоны поражения, расположенной в пойме ручья, составили до 2,5 км протяженностью и до 70-150 м шириной. Зона поражения представляла собой обоженный лес. За пределами обоженной зоны повреждений и разрушений не было. Погибло три человека (два ребенка 10 лет и один молодой человек 18 лет) – все находившиеся в зоне поражения на момент аварии. Причина смерти – ожоги с площадью около 90% кожи. Погибшие дети находились ниже по течению на 1,1 км от места разрушения трубопровода.

            Если смоделировать эту аварию с помощью упомянутых выше методик, то ни одна из них не способна предсказать реально наблюдавшиеся зоны поражения: рассчитанные зоны поражения будут существенно меньше наблюдавшихся в действительности. Это расхождение обусловлено тем, что в действующих на сегодня методиках не учитывается целый ряд факторов, которые в зависимости от конкретной ситуации могут, как увеличивать, так и снижать размеры зон поражения. Наиболее уязвимым местом в перечисленных методиках является описание распространения выброса ОВ в окружающей среде. Прежде всего, это относится к растеканию жидкой фазы выброса и рассеянию паров газовой фазы. Действующие методики не позволяют оценивать растекание жидкой фазы в условиях сложного рельефа, когда могут образовываться протяженные проливы. Перечисленные методики не позволяют также оценить и форму образующихся облаков ТВС: во всех методиках рассматриваются взрыв/сгорание сферического облака, хотя на практике эти облака имеют более сложную форму (низкие цилиндры, сигарообразная или трапецеидальная формы).

            В связи с вышеизложенным понятна необходимость совершенствования методик, прежде всего в направлении включения в них реальных факторов, определяющих распространение ОВ в окружающей среде.

            В настоящее время в ГУП «НТЦ «Промышленная безопасность» ведется разработка замкнутой системы методик, позволяющих более точно описывать последствия аварийных ситуаций. Среди этих методик в качестве наиболее актуальных можно выделить три следующие методики.

1.     Методика «ТОКСИ-3», которая является развитием методики ТОКСИ [Методика оценки последствий химических аварий, 2-я редакция, опубликованная в сборнике ГУП "НТЦ "Промышленная безопасность", серия 27, вып.2, 2001 г.]. Предполагается, что она помимо оценки последствий выбросов токсичных веществ позволит определить форму и размеры облаков топливовоздушных смесей, а также оценить количество топлива во взрывоопасных пределах.

2.     Уточненная Методика оценки последствий взрывов топливовоздушных смесей, которая является развитием методики РД 03-409-01 в части определения зон поражения. Предполагается, что эта методика позволит рассчитывать последствия взрывов не только сферических облаков, но и облаков более сложной формы, соответствующих реально наблюдаемым облакам.

3.     Методика оценки площади пролива с учетом рельефа местности, которая особенно важна для оценки последствий аварий на нефте- и продуктопроводах.

            На примере методики «ТОКСИ-3» рассмотрим более подробно требования к методике, исходные принципы и пути их возможной реализации.

            С точки зрения общих положений требования к методике «ТОКСИ-3» выглядят следующим образом:

– методика должна определять концентрацию ОВ в пространстве для широкого спектра сценариев развития аварии и быть верифицирована с помощью достоверных эмпирических данных;

– методика должна обладать доступностью в использовании ее для широкого круга экспертов в области промышленной безопасности и обеспечивать быстрое получение результатов;

– методика должна обладать надежностью при проведении расчетов и устойчивостью к ошибочным действиям.

            С точки зрения физических факторов методика «ТОКСИ-3» должна учитывать:

– распространение ОВ на начальном этапе выброса с учетом больших градиентов скорости и давления (залп, пролив, струя);

– дрейф в поле ветра, турбулентное рассеяние;

– движение под действием силы тяжести;

– наличие аэрозолей в выбросе ОВ и фазовые переходы «газ-жидкость»;

– теплообмен с подстилающей поверхностью.

            Вышеперечисленным требованиям в наиболее полной мере удовлетворяет подход, основанный на т.н. интегральной модели рассеяния.

            Пример расчета тестовой задачи о рассеянии залпового выброса по различным методикам приведен на рис.1. Тонкой линией показана зависимость концентрации дифтордихлорметана от расстояния при расчете по методике «ТОКСИ» (2-я редакция), толстой линией показана зависимость концентрации от расстояния при расчете по методике «ТОКСИ-3», точками представлены экспериментально замеренные величины концентрации. Как видно из рис.1, вновь разрабатываемая методика «ТОКСИ-3» позволяет более точно описать процесс рассеяния, чем действующая на сегодня методика «ТОКСИ» (2-я редакция).

            Т.о. разрабатываемые в ГУП «НТЦ «Промышленная безопасность» методики оценки последствий аварий позволяют существенно повысить достоверность предсказания. В частности, методика «ТОКСИ-3» будет более корректно определять распределение концентрации и размеры облаков ОВ. Эта методика на сегодня может считаться наиболее точной по сравнению с действующими отечественными методиками.