Прогнозирование уровней токсической опасности при выбросах аммиака на химическом производстве в различных метеорологических условиях (на примере АО «Воронежсинтезкаучук»)

Цель. Повышение эффективности прогнозирования распространения аварийно химически опасных веществ (на примере выброса аммиака на предприятии I класса опасности, г. Воронеж) в различных метеорологических условиях и оценки опасности для населения путём интеграции программы расчёта токсических зон ALOHA и базы данных численности населения с учётом его плотности Maps.ie.
Процедура и методы. Алгоритмы ALOHA позволяют с высокой достоверностью прогнозировать распространение в воздухе токсикантов с учётом их физико-химических свойств; типа и масштаба аварии; подстилающей поверхности. Графическая интерпретация результатов моделирования наглядно показывает глубину и площадь распространения облака аварийно химически опасных веществ для 3 уровней токсической опасности. При использовании баз данных Maps.ie возможна точная оценка количества людей, нуждающихся в помощи и экстренной эвакуации при возникновении техногенной аварии.
Результаты. Проведена оценка потенциальных зон токсической опасности при возможной аварии на химически опасном объекте АО «Воронежсинтезкаучук». Рассмотрены различные сценарии аварии: утечка и гильотинный разрыв 10-тонной цистерны с аммиаком в зимний и летний периоды. Расчёты показали, что неблагоприятные условия развития чрезвычайной ситуации характерны при разрушении цистерны в жаркие сухие дни при слабой турбулентной атмосфере. В этих условиях радиус зоны потенциальной токсической опасности составляет 8,9 км, где проживает ~660 тыс. воронежцев, из них смертельной опасности подвергается ~4 тыс. человек на расстоянии 1,9 км от хранилища аммиака. Установлены наиболее неблагоприятные направления ветра, при которых подвергается опасности максимальное число людей. Так как апробация применяемых в работе алгоритмов на реальном объекте невозможна, было смоделировано распространение облака в результате уже свершившейся утечки аммиака. Модельные и известные из открытой печати сведения об аварии показали хорошую сходимость результатов.
Теоретическая и/или практическая значимость. Полученные закономерности распространения аварийно химически опасных веществ в воздухе с учётом особенностей подстилающей поверхности, метеорологических условий, характера, типа и масштаба аварии, а также применение алгоритмов для оценки численности уязвимого населения позволяют расширить теорию геоэкологического мониторинга потенциально химически опасных объектов. Представленная схема интеграции алгоритмов ALOHA и базы данных численности населения Maps.ie может быть использована в качестве готового электронного руководства для лиц, принимающих решения при профилактике и возникновении чрезвычайных ситуаций.

1. Агапова Е. А., Сумской С. И. Аналитический обзор математических моделей распространения облаков тяжелых газов // Безопасность труда в промышленности. 2017. № 5. С. 23–31. DOI: 10.24000/0409-2961-2017-5-23–31.

2. Аксаков А. В. Моделирование распространения выбросов опасных веществ с облаками горячего газа в условиях промышленной и городской застройки // Доклады Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники. 2004. № 1. С. 46–52.

3. Бояршинов М. Г., Балабанов Д. С. Перенос и рассеяние воздушным потоком тяжелого газа, эмитированного точечным источником // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. 2010. № 3. С. 72–84.

4. Галеев А. Д., Кузнецов К. М., Поникаров С. И. Проверка математической модели распространения двухфазного выброса аммиака // Вестник Казанского технологического университета. 2014. № 17 (22). С. 364–366.

5. Дмитриева В. А., Сушков А. И. Температурный режим Воронежской области в условиях меняющегося климата // Вестник Воронежского государственного университета. Серия: География. Геоэкология. 2023. № 2. С. 56–63. DOI: 10.17308/geo/1609-0683/2023/2/56-63.

6. Заболотников Г. В., Веселкин М. Г. Использование международных авиационных метеорологических кодов METAR (SPECI) и TAF. СПб: Российский государственный гидрометеорологический университет, 2006. 22 с.

7. Идентификация факторов риска при производстве синтетического каучука / Ю. И. Степкин, Н. П. Мамчик, Л. М. Ищенко, О. В. Каменева, Е. П. Гайдукова, В. И. Каменев // Гигиена и санитария. 2015. Т. 94. № 9. С. 33–35.

8. Иноземцев В. А., Серебренников Б. В. О защите населения и территорий от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера // Вестник Академии военных наук. 2018. № 2 (63). С. 161–170.

9. Исаев В. С. Аварийно химически опасные вещества (АХОВ). Методика прогнозирования и оценки химической обстановки. М.: Военные знания, 2012. 54 с.

10. Кочетова Ж. Ю., Маслова Н. В., Базарский О. В. Авиационно-ракетные кластеры и окружающая среда: монография. М.: ИНФРА-М, 2022. 266 с.

11. Кочетова Ж. Ю., Шишкин А. В., Внукова С. В., Тронин А. Л. Программное обеспечение для моделирования распространения облака аммиака при разгерметизации трубопровода / Физические основы наукоемких технологий. Материалы Всероссийской научно-методической конференции. Воронеж: ВГЛУ, 2024. С. 56–62.

12. Малькова И. Л., Петров Д. В. Территориальный анализ канцерогенного риска здоровью населения г. Ижевска // Наука Удмуртии. 2021. № 1. С. 37–42.

13. Методы расчёта полей концентрации токсичных веществ и токсидоз при авариях на опасных химических объектах / А. В. Ильюшонок, Н. С. Лешенюк , В. С. Отчик, В. М. Попов // Вестник Командно-инженерного института МЧС Республики Беларусь. 2013. Т. 2. № 18. С. 109–117.

14. Панасенко К. Н., Губриенко О. А. Анализ причин аварий на потенциально опасных химических объектах при использовании аммиака на предприятиях // Форум молодых ученых. 2022. № 5. С. 286–289.

15. Попова И. В., Куролап С. А. Анализ микроклимата городской среды: сборник научных статей «Экологическая оценка и картографирование состояния городской среды». Воронеж: Цифровая полиграфия, 2014. 167 с.

16. Применение программного обеспечения ALOHA в оценках пожарного риска / Ж. Н. Саласар, А. К. Чибас, А. В. Краснов, Ю. А. Гарсия, Л. Г. Абреу // Нефтегазовое дело. 2019. № 4. С. 56–70. DOI: 10.17122/ogbus-2019-4-56-70.

17. Середа Л. О., Яблонских Л. А., Куролап С. А. Мониторинг эколого-геохимического состояния почвенного покрова города Воронежа // Вестник Волгоградского государственного университета. Серия: Естественные науки. 2015. № 2. С. 66–73. DOI: 10.15688/jvolsu11.2015.2.8.

18. Чалых М. В., Разиньков Н. Д. О некоторых особенностях обеспечения пожарной безопасности технологической линии ТЭП-50 на ОАО «Воронежсинтезкаучук» и возможностях уменьшения пожарного риска // Проблемы обеспечения безопасности при ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций. 2015. № 1. С. 17–21.

19. Шатров А. В., Шварц К. Г. Численное моделирование атмосферных мезомасштабных процессов переноса примесей в окрестности города Кирова // Вычислительная механика сплошных сред. 2010. Т. 3, № 3. С. 117–125.

20. Characteristics and prevention of road transport Liquefied Natural Gas (LNG) accidents / Junwei Zeng, Min Wang, Yufei Liu, Qian Yong-sheng // Advanced Forum on Transportation of China. 2011. DOI: 10.1049/cp.2011.1408.

21. Maruta M. Kułynycz V. ALOHA – modern tool for modeling the risks associated with the spread of volatile pollutants in extraction of hydrocarbons // AGH Drilling Oil Gas. 2016. № 33. P. 315–322. DOI: 10.7494/drill.2016.33.2.315.