Hodnoceni rizik prurez by 917mMF

VIEWS: 29 PAGES: 121

									Hodnocení rizik
   Ing. Pavel Fuchs, CSc.
  RNDr. Jan Novák, Ph. D.
     Ing. Tomáš Saska
Obsah přednášky
1.   Zásady kvantifikace rizika
2.   Nebezpečné látky, toxicita
3.   Modelování expozic a následků
4.   Individuální riziko
       –   toxicita
       –   požár
       –   výbuch
5.   Společenské riziko
6.   Rizika pro životní prostředí
Zásady kvantifikace rizika
 Riziko chápeme jako součin pravděpodobnosti vzniku nebezpečné
  události a jejích následků:

                          R=P·N

 R…... riziko
 P…... pravděpodobnost vzniku nebezpečné události (bezrozměrná nebo
        podmíněná)
 N…... následky nebezpečné události (je nutno kvantifikovat – počty
        zemřelých, finanční ztráty, škody na životním prostředí)



           Aby bylo možno určit riziko, musí být vyhodnoceny oba parametry rovnice
           (pravděpodobnost vzniku nežádoucí události, nežádoucí následky).
Schéma analýzy rizika
Kvantitativní analýza rizika – typy modelů

 identifikace příčin

 modely zdrojových členů

 modely rozptylů

 modely požárů

 modely výbuchů

 vyhodnocení zranitelnosti příjemců
Pravděpodobností a deterministické přístupy k modelování
 Statistické a pravděpodobnostní metody
    –   identifikace příčin
    –   pravděpodobnost / frekvence události
    –   dopady na různé příjemce
 Deterministické modely (matematicko-fyzikální popis dějů)
    –   únik látek v různých fyzikálních podmínkách
         •   plyny
         •   kapaliny
    –   šíření látek v prostředí
         •   ovzduší
         •   povrchová / podzemní voda
    –   hoření
    –   výbuchy
Schéma analýzy rizik
Možné dopady závažných havárií na člověka
 toxické účinky z inhalace a vystavení vlivu toxickým látkám (přímá
   a nepřímá expozice různými cestami)

 účinky tepelné      radiace (popálení)    způsobené během hoření
   hořlavých látek

 účinky tlakové vlny způsobené během výbuchu hořlavých nebo
   výbušných látek nebo prachů

 letící trosky, tj. mechanické části, které jsou vrženy jako střely během
   výbuchu

 účinky karcinogenních látek, jež mohou po expozici na člověka
   způsobit rakovinu a nádory

 účinky radioaktivního záření
Rozdělení rizika
 Individuální - vztahuje se k jednotlivci, k objektu, složce životního
  prostředí

     –   Pravděpodobný následek pro osobu, vystavenou v daném místě po
         danou dobu negativním účinkům.

     –   Expoziční dávka je funkcí koncentrace (tlaku, teploty) a času působení.

     –   Pro kvantifikaci je důležitý vztah dávka/odpověď

 Společenské - vztahuje se ke skupině osob, objektům, složkám ŽP
  v ohrožené oblasti

     –   zohledňuje početnost a složení ohrožené populace v dílčích plochách se
         stejným individuálním rizikem,

     –   stupeň ochrany osob (pobyt v budovách, ochranné pomůcky, příp. oděv)
NEBEZPEČNÉ LÁTKY

   fyzikální vlastnosti
     nebezpečnost
Vlastnosti nebezpečné látky

 Fyzikální vlastnosti (skupenství, bod varu, tlak par, hustota,
  rozpustnost, těkavost, aj.) ovlivňují migrační potenciál látky.

 Nebezpečnost látky (výbušnost, hořlavost, toxicita) ovlivňuje dosah
  účinků a rozsah škod:

     –   výbuchy a požáry – značné účinky s omezeným dosahem

     –   plynné látky mohou ohrozit člověka i ve značné vzdálenosti

     –   kapaliny mohou vážně ohrozit životní prostředí

 Toxicita pro člověka a ekosystémy se může výrazně lišit.
Možné kombinace nebezpečných vlastností
 Příklady látek s těmito vlastnostmi
                 TOXICITA

                 Toxické účinky
       Bezpečnostní předpisy pro průmysl
Hodnocení zdravotních následků chronických zátěží
               Koncentrační limity
Hodnocení toxicity

 Kvalitativní: R-věty, různé databáze

 Kvantitativní: řada ukazatelů a předpisů:

     – toxické účinky (letální dávky a koncentrace, např LD50, LC50 pro
       člověka a různé organismy),

     – předpisy pro bezpečnost práce (různé v různých státech, VÚBP),

     – referenční dávky pro obyvatelstvo (US EPA, WHO, MŽP)

     – koncentrační limity pro životní prostředí (zákony, vyhlášky, doporučení
       MŽP)
Toxické účinky a bezpečnostní normy v průmyslu
   LC50 střední letální koncentrace, tj. koncentrace u které je očekáváno, že
    způsobí smrt u 50 % testované populace
   LD50 střední letální dávka, tj. dávka u které je očekáváno, že způsobí smrt
    u 50 % testované populace
   LOAEL nejnižší úroveň expozice, při níž ještě není pozorována nepříznivá
    odpověď (lowest observed adverse effect level)
   NOAEL nejvyšší dávka, při které ještě není pozorována žádná negativní
    odpověď (no observed adverse effect level)
   AEGL směrné úrovně akutní expozice pro různě vztažené doby expozice
    nepřesahující 8 hodin (5 minut, 30 minut, 1 hodina, 4 hodiny, 8 hodin) a pro
    různé stupně závažnosti toxických účinků (jsou definovány tři úrovně
    závažnosti toxických následků – AEGL 1, AEGL 2, AEGL 3). (Acute Exposure
    Guidelines Levels)
   ERPG hodnoty koncentrace nebezpečných látek, používané pro plánování
    bezpečnostních opatření
   IDLH koncentrace nebezpečné látky, která bezprostředně ohrožuje zdraví
    nebo život (Immediately Dangerous to Life or Health)
Klasifikace toxických látek podle hodnoty LD50

    Chemická látka            LD50

      Supertoxická        5 mg/kg a méně

    Extrémně toxická       5 - 50 mg/kg

     Vysoce toxická       50 - 500 mg/kg

     Středně toxická       0,5 - 5 g/kg

      Málo toxická          5 - 15 g/kg

       Netoxická          15 g/kg a více
Ukázka hodnot ukazatelů AEGL
Zdravotní následky při chronickém působení
 Nekarcinogenní látky
   – mají prahové účinky
   – referenční dávka (RfD) je bez následků při každodenním příjmu
   – RfD (v mg.kg-1.den-1) jsou stanoveny pro různé cesty vstupu do organismu
         •   ingesce
         •   inhalace
         •   dermální kontakt
   – referenční koncentrace (RfC – v mg.m-3) pro inhalaci se dá použít místo RfD
   – IUR (µg/m3)-1 je parametr pro převod koncentrací nad RfC na zvýšení rizika
     respiračních (případně i jiných) onemocnění
 Karcinogenní látky
   – bezprahové účinky
   – hromadí se v organismu po celou dobu života
   – faktor směrnice (SF) udává poměr mezi dávkou a celoživotním vzestupem
     rizika rakoviny u jednotlivce
MODELOVÁNÍ EXPOZIC A
     NÁSLEDKŮ

    Modely šíření negativních vlivů
          Modelování rozptylu
 Individuální riziko toxického působení
  Individuální riziko požáru a výbuchu
Modely šíření negativních vlivů
 Modely zdrojového členu

    − uniklé množství nebo rychlost hmotnostního úniku

    − doba trvání

    − fyzikální podmínky (jednofázový či dvoufázový výtok)

 Modely šíření plynných i kapalných látek

    − koncentrační pole látky v ovzduší, v povrchové či podzemní vodě

 Modely fyzikálních účinků

    – tepelná radiace

    – přetlak na čele tlakové vlny
Modely individuálního rizika
 Individuální riziko toxicity
     −toxická expozice
     −probitová analýza
     −rozložení individuálního rizika v ploše

 Individuální riziko požáru
     −tepelná radiace
     −tepelná radiační dávka
     −hodnocení následků

 Individuální riziko výbuchu
     –přetlak na čele tlakové vlny
     –hodnocení následků
Modely individuálního rizika – pokračování

 Následky toxických, tepelných         i   tlakových   expozic   mají
  pravděpodobnostní charakter

 Jsou závislé na citlivosti příjemců

 Při standardním hodnocení rizik se používají průměrné hodnoty pro
  běžnou populaci
MODELY ZDROJOVÉHO
      ČLENU
        typ události
       výběr modelu
   matematická formulace
Základní modely pro odhad množství uniklé nebezpečné látky




Zařízení s chemickou látkou (obecně tekutina):
 stlačený plyn
 plyn zkapalněný tlakem nebo chladem
                                           Chování chemické látky v okolním prostředí
 kapalina v rovnováze
                                            tvorba mraku plynů / par (nebezpečí vzniku
Nežádoucí únik chemické látky                  požáru, výbuchu, toxického rozptylu)
 výtok plynu nebo páry                     kondenzace plynů / par do kaluže (nebezpečí
 dvoufázový výtok (plyn/pára a kapénky        znečištění půdy, vody)
    kapaliny)                               tvorba kaluže a její odpar do mraku
 výtok kapaliny
Model versus porucha
 Případ poruchy zařízení           Zařízení                 Modelovat jako:
                           Zásobníky a nádoby    Úplně roztržená nádoba
                           Silniční cisterny     • plyn: žádné strhávání vzduchu
Jednorázový výtok
                           Železniční cisterny          během expanze
                                                 • kapalina: roztékající se kaluž
                           Zásobníky a nádoby
                           Silniční cisterny
Kontinuální výtok                                Otvor ve stěně nádoby (ostrý okraj)
                           Železniční cisterny
                           Lodi
                           Procesní potrubí
                           Přepravní potrubí
Lom plného průměru                               Lom potrubí o plném průměru
                           Nakládací/vykládací
                           hadice a ramena
                           Procesní potrubí
                           Přepravní potrubí
Úkapy                                            Výtok malým otvorem (ostrý okraj)
                           Nakládací/vykládací
                           hadice a ramena
Rovnováha energie (popisuje rozdílnou energii, přiřazenou unikající látce)

                     dP    u2  g                  W
                                      z  F  S
                          2    gc  gc          m
                                      
    P                tlak
    ρ                hustota kapaliny
    u                průměrná hodnota okamžité rychlosti (délka/čas)
    gc               gravitační konstanta
    α                konstanta proudění     0,5 pro laminární proudění
                                            1 pro ucpaný tok
                                            >1   pro turbulentní proudění
    g                zrychlení v důsledku gravitace
    z                výška nad terénem (podkladem)
    F                koeficient tření
    WS               práce
    m                hmotnostní tok (hmotnost za čas)
    Δ                rozdíl počáteční a koncové hodnoty
Únik kapaliny otvorem
                        g c Pg        
       Qm   A C0    2
                               g hL 
                                       
                                      

Q           hmotnostní tok otvorem           [kg/s]
ρ           hustota kapaliny                 [kg/m3]
A           plocha otvoru                    [m3]
C0          odtokový součinitel              [1]
gc          gravitační konstanta             [m/s2]
Pg          tlak                             [Pa]
g           zrychlení v důsledku gravitace   [m/s2]
hL          výška kapaliny                   [m]
  Únik plynu (páry) otvorem
                                                                1
                                                  1 
                                                   1 
                                                              2

                         M
                                                        
                                       2             
                                                            
      Q  Cd  A  p                    1
                                            
                        R T                             
                       
                                                           
                                                            
kde   Q    je   hmotnostní tok otvorem                              [kg/s]

      Cd        odtokový součinitel                                 [1]

      A         plocha trhliny                                      [m2]
      p         tlak uvnitř produktovodu                            [Pa]
               specifické měrné teplo                              [1]
      M         molekulová hmotnost plynu                           [kg/mol]
      R         plynová konstanta                                   [J/mol∙K]
      T         teplota
ROZPTYL PLYNU
 V ATMOSFÉŘE
    typy modelů
  koncentrační pole
Šíření plynu v atmosféře – modely rozptylu
   Látka po úniku        do   atmosféry   vytváří   oblak,   který   je   pak   rozptylován
    ve směru větru.
   Existuje mnoho rozptylových modelů. Ty se dají rozdělit podle:
        – Chování vytvořeného mraku
             –   Gaussův model rozptylu (model pro vznášivý rozptyl)
                   » Eulerův model (stacionární pole v pevných souřadnicích)
                   » Lagrangeův model (sleduje pohyb částice v čase)
             –   BOX model (pro rozptyl těžkého plynu)
        – Trvání úniku
             –   okamžitý únik („PUFF“)
             –   kontinuální únik („PLUME“).
        – Složitost modelování
             –   jednoduché modely (analytické řešení, silně zjednodušené podmínky)
             –   složité 3D modely (numerické řešení metodou konečných prvků, možnost
                 simulovat složité okrajové a počáteční podmínky).
Koncentrační pole plynu v atmosféře

 Kontinuální únik (Eulerovský model PLUME)

    – koncentrační pole je stacionární (neměnné v čase),

    – koncentrace závisí na rychlosti větru,

    – s rostoucí stabilitou atmosféry roste délka oblaku a zmenšuje se jeho šířka

 Jednorázový únik (Lagrangeovský model PUFF)

    – koncentrační pole je časově závislé,

    – koncentrace nezávisí na rychlosti větru,

    – s rostoucí rychlostí větru se zkracuje doba ovlivnění situace vdaném bodě
Meteorologické podmínky
 3 základní parametry:
     –   třída stability atmosféry – ovlivňuje disperzní koeficienty a tím i tvar
         mraku
     –   rychlost větru – u jednorázového úniku ovlivňuje dobu expozice
     –   směr větru – postiženy mohou být jen oblasti ležící ve směru větru
 Disperzní koeficienty:
     –   jsou závislé na třídě stability a na vzdálenosti od zdroje
 Modely používané v ČR:
     –   Pasquill – Gifford má 3 třídy pro model PUFF a 6 tříd pro PLUME
     –   Bubník – Koldovský (jen pro kontinuální únik) má 5 tříd stability
 Dostupnost dat:
     –   ČHMÚ dodá pro libovolné místo v ČR větrnou růžici, obsahující
         pravděpodobnosti výskytu 8 intervalů směru větru (+ bezvětří) při
         5 třídách stability a 3 kategoriích rychlosti
Třídy stability atmosféry (pro Pasquill – Giffordův model)
 A – extrémně nestabilní podmínky

 B – středně nestabilní podmínky

 C – mírně nestabilní podmínky

 D – neutrální podmínky

 E – středně stabilní podmínky

 F – stabilní podmínky
     Gaussův model rozptylu pro jednorázový únik
      pro plyny lehčí než vzduch (model pro vznášivý rozptyl)


                     m                      1  x  ut 2 y 2    1  z  H 2 
                                                                                           1  z  H 2  
                                                                                                            
C ( x, y , z , t )                     exp            2   exp     r
                                                                                     exp        r
                                                                                                         
                     2 3 / 2 x y z  2   x   y    2   z  
                                                                                
                                                                                                       
                                                                                            2   z   


      m                     množství uniklé látky                                   [kg]
      u                     rychlost větru                                          [ms-1]
      Hr                    výška zdroje nad terénem                                [m]
      C(x,y,z,t)            koncentrace látky v bodě (x, y, z) v čase t             [kgm-3]
      x,y,z                 vzdálenost od zdroje                                    [m]
      σx                     horizontální disperzní koeficient                      [m]
      σy                     horizontální disperzní koeficient                      [m]
      σz                     vertikální disperzní koeficient                        [m]
Disperzní koeficienty pro model PUFF

    Třída stability
                         σy(m) nebo σx(m)    σz(m)
  (Pasquill - Gifford)
           A                 0,18x0,92      0,60x0,75
           B                 0,14x0,92      0,53x0,73
           C                 0,10x0,92      0,34x0,71
           D                 0,06x0,92      0,15x0,70
           E                 0,04x0,92      0,10x0,65
           F                 0,02x0,89      0,05x0,61
Koncentrační pole při jednorázovém úniku




 Půdorys mraku je vždy kruhový
Šíření plynu - koncentrační pole (únik 100 kg chlóru třída stability U)
Únik plynu 100 kg/s
 Význam meteorologických
  podmínek
INDIVIDUÁLNÍ RIZIKO TOXICITY

        Výpočet expoziční dávky
            Probitová analýza
    Ukázky výstupů individuálního rizika
Postup stanovení individuálního rizika toxicity

 Šíření plynu v atmosféře

 Výpočet koncentračního pole

 Výpočet toxické expoziční dávky

 Probitová analýza

 Výpočet individuálního rizika toxicity
Výpočet toxické expoziční dávky
 pro konstantní koncentraci

   V  c t n


 pro časově proměnnou koncentraci

   V   c  dt n



   V       expoziční dávka
   c       koncentrace
   t       čas
    exponent n závisí na konkrétní látce
Tvar probitové funkce
Y  a  b  ln V
   parametry toxicity látky a, b a n je nutno vyhledat v databázi látek (liší se pro
    jednotlivé látky i pro různé typy následků)

Výpočet pravděpodobnosti následku Pn z probitu

                          t 
                             2
               1 Y 5
 erf (Y  5)       exp     dt
               2         2 

Pn  0,5  1  erf Y  5          pro         0  Y  10

Pn  0                                pro         Y 0
Pn  1                               pro          Y  10
Převod probitu na pravděpodobnost
 %     0      1      2      3      4      5      6      7      8      9
 0     -     2,67   2,95   3,12   3,25   3,36   3,45   3,52   3,59   3,66
 10   3,72   3,77   3,82   3,87   3,92   3,96   4,01   4,05   4,08   4,12
 20   4,16   4,19   4,23   4,26   4,29   4,33   4,36   4,39   4,42   4,45
 30   4,48   4,50   4,53   4,56   4,59   4,61   4,64   4,67   4,69   4,72
 40   4,75   4,77   4,80   4,82   4,85   4,87   4,90   4,92   4,95   4,97
 50   5,00   5,03   5,05   5,08   5,10   5,13   5,15   5,18   5,20   5,23
 60   5,25   5,28   5,31   5,33   5,36   5,39   5,41   5,44   5,47   5,50
 70   5,52   5,55   5,58   5,61   5,64   5,67   5,71   5,74   5,77   5,81
 80   5,84   5,88   5,92   5,95   5,99   6,04   6,08   6,13   6,18   6,23
 90   6,28   6,34   6,41   6,48   6,55   6,64   6,75   6,88   7,05   7,33
 %    0,0    0,1    0,2    0,3    0,4    0,5    0,6    0,7    0,8    0,9
 99   7,33   7,37   7,41   7,46   7,51   7,58   7,65   7,75   7,88   8,09
Hodnoty konstant a, b, n popisující toxicitu látky
   Hodnoty jsou platné pro probit funkce s koncentrací C (mgm-3) a dobu expozice
    t (min)
                        Látka        a       b      n
                Akrolein            -4,1     1      1
                Akrylonitril        -8,6     1     1,3
                Allylalkohol       -11,7     1      2
                amoniak            -15,6     1      2
                Azinfos - methyl    -4,8     1      2
                Brom               -12,4     1      2
                Chlor              -6,35    0,5   2,75
                Chlorovodík        -37,3   3,69     1
                Ethylenoxid         -6,8     1      1
                Fluorovodík         -8,4     1     1,5
                Fosfamidon          -2,8     1     0,7
                Fosfin              -6,8     1      2
                Fosgen             -10,6     2      1
                Kyanovodík          -9,8     1     2,4
                Methylbromid        -7,3     1     1,1
                Methylisokyanát     -1,2     1     0,7
                Oxid dusičitý      -18,6     1     3,7
                Oxid siřičitý      -19,2     1     2,4
                Oxid uhelnatý       -7,4     1      1
                Parathion           -6,6     1      2
                Sirovodík          -11,5     1     1,9
                Tetraethylolovo     -9,8     1      2
Individuální riziko
   Pravděpodobnost úmrtí v ploše
    v závislosti na rychlosti větru
   Únik 100 kg chlóru
   Třída stability N
Pravděpodobnost úmrtí při úniku 1000   kg chlóru za různých
meteorologických podmínek
Jednorázový únik 100 kg chlóru
Jednorázový únik 100 kg chlóru
    INDIVIDUÁLNÍ RIZIKO
TOXICITY V BODĚ A V PLOŠE
    meteorologické podmínky v lokalitě
              větrná růžice
               šířka mraku
      redukovaná pravděpodobnost
              riziko v bodě
Rozdělení rizika události do plochy ohrožené oblasti
Pravděpodobnost úmrtí podél paprsku ve směru větru

              [ P( r )       i, j    pi  p j ]
    P( r )    i, j

                  p   i, j
                               i      pj


P(r)      průměrná pravděpodobnost úmrtí či zranění v ose mraku
P(r)i,j   pravděpodobnost pro určitou třídu stability a rychlost větru
r         vzdálenost od zdroje
i         index třídy stability atmosféry
j         index uvažované rychlosti větru
pi        pravděpodobnost výskytu i-té třídy stability atmosféry v lokalitě
pj        pravděpodobnost výskytu j-té třídy rychlosti větru v rámci i-té třídy stability
          atmosféry
                                                     I. třída stability - velmi stabilní
                          -1
                      [m/s ]     N     NE      E           SE        S         SW           W      NW      CALM    Součet
Standardní větrná       1,7
                        5,0
                                0,42
                                0,00
                                       0,13
                                       0,00
                                              0,10
                                              0,00
                                                          0,69
                                                          0,00
                                                                    0,25
                                                                    0,00
                                                                               0,35
                                                                               0,00
                                                                                           0,44
                                                                                           0,00
                                                                                                   0,12
                                                                                                   0,00
                                                                                                           11,05    13,55
                                                                                                                    0,00
Růžice (lokalita       11,0
                      Součet
                                0,00
                                0,42
                                       0,00
                                       0,13
                                              0,00
                                              0,10
                                                          0,00
                                                          0,69
                                                                    0,00
                                                                    0,25
                                                                               0,00
                                                                               0,35
                                                                                           0,00
                                                                                           0,44
                                                                                                   0,00
                                                                                                   0,12    11,05
                                                                                                                    0,00
                                                                                                                    13,55
Liberec – Rochlice)                                     II. třída stability - stabilní
                      [m/s-1]    N     NE      E           SE        S         SW           W      NW      CALM    Součet
                        1,7     1,04   0,26   0,24        1,71      0,86       1,20        1,35    0,51     7,53    14,70
                        5,0     0,03   0,00   0,01        0,12      0,10       0,04        0,03    0,14             0,47
                       11,0     0,00   0,00   0,00        0,00      0,00       0,00        0,00    0,00             0,00
                      Součet    1,07   0,26   0,25        1,83      0,96       1,24        1,38    0,65    7,53     15,17
                                                      III. třída stability - izotermní
                      [m/s-1]    N     NE      E           SE        S         SW           W      NW      CALM    Součet
                        1,7     0,83   0,22   0,20        1,72      0,88       1,48        1,99    0,59     3,06    10,97
                        5,0     1,19   0,09   0,18        4,01      1,87       0,98        1,08    3,44             12,84
                       11,0     0,02   0,00   0,00        0,06      0,04       0,06        0,04    0,09             0,31
                      Součet    2,04   0,31   0,38        5,79      2,79       2,52        3,11    4,12    3,06     24,12
                                                      IV. třída stability - normální
                      [m/s-1]    N     NE      E           SE        S         SW           W      NW      CALM    Součet
                        1,7     0,32   0,09   0,10        0,73      0,41       0,73        0,83    0,19     2,80    6,20
                        5,0     1,26   0,05   0,10        2,36      1,02       1,43        1,89    4,77             12,88
                       11,0     0,38   0,01   0,03        2,10      0,81       1,20        1,35    2,00             7,88
                      Součet    1,96   0,15   0,23        5,19      2,24       3,36        4,07    6,96    2,80     26,96
                                                     V. třída stability - konvektivní
                      [m/s-1]    N     NE      E           SE        S         SW           W      NW      CALM    Součet
                        1,7     0,20   0,12   0,92        0,79      0,75       1,00        1,27    5,62     1,58    12,25
                        5,0     0,30   0,03   0,14        1,70      1,00       1,53        1,73    1,52             7,95
                       11,0     0,00   0,00   0,00        0,00      0,00       0,00        0,00    0,00             0,00
                      Součet    0,50   0,15   1,06        2,49      1,75       2,53        3,00    7,14    1,58     20,20
                                                              Celková růžice
                      [m/s-1]    N     NE      E          SE         S         SW            W      NW     CALM    Součet
                        1,7     2,81   0,82   1,56       5,64       3,15      4,76          5,88   7,03    26,02    57,67
                        5,0     2,78   0,17   0,43       8,19       3,99      3,98          4,73   9,87             34,14
                       11,0     0,40   0,01   0,03       2,16       0,85      1,26          1,39   2,09             8,19
                      Součet    5,99   1,00   2,02       15,99      7,99      10,00        12,00   18,99   26,02   100,00
Stanovení průměrné pravděpodobnosti úmrtí pro jeden
směr větru
 Jednorázový únik 100 kg Cl
Efektivní šířka mraku


E (r ) 
             P(r , h)dh
                  P(r )




E(r)     je efektivní šířka mraku v metrech ve vzdálenosti r od zdroje
P(r,h)   průměrná pravděpodobnost úmrtí či zranění v kolmé vzdálenosti h od osy
         mraku, závislá na vzdálenosti od zdroje
h        kolmá vzdálenost od osy mraku ve vzdálenosti r
Úhlový interval efektivní šířky mraku

      E (r )
  
      2 .r
                     E(r1)



                                        E(r2)

               r1                  r2
       Δφe1
                    Δφe2
Redukovaná pravděpodobnost ve směru větru

Pr (r )  [ P(r )i , j  pi  pi , j  i , j ]
              i, j

Pr(r)   redukovaná pravděpodobnost ve vzdálenosti r od zdroje
Δφi,j   zájmový interval směru větru pro i-tou třídu stability a j-tou
        rychlost větru
Stanovení průměrné redukované pravděpodobnosti pro
jeden směr větru
Schéma k výpočtu pravděpodobnosti v libovolném bodě
  Výpočet pravděpodobnosti v bodě

P (r) 
 
           4
               PZ (r ). Z 1  PZ 1 (r )   Z   PZ (r )  PZ 1 (r )  PZ (r )  Z
                                                                4
                                                               

   Pφ(r)        pravděpodobnost následku (úmrtí, zranění) ve směru azimutu φ ve
                vzdálenosti r od zdroje (vážený průměr přes všechny meteorologické
                situace),
   PZ(r)        totéž ve směru Z (jeden z 8 základních směrů větru dle růžice),
   Z            azimut příslušného základního směru,
   φ            azimut směru od zdroje na referenční bod [X,Y]
   ΔφZ = | φ – Z |
Individuální riziko pro bodový zdroj

R(xs,ys) = Ph . Pφ(r)
R(xs,ys)            individuální riziko v bodě xs,ys,

Ph                  pravděpodobnost události (havárie)

Pφ (r)              pravděpodobnost následku (úmrtí, zranění) ve vzdálenosti r od
                    zdroje


        Po výpočtu IR v síti bodů v okolí zdroje lze určit jeho geografické rozložení
         a vykreslit izolinie
Individuální riziko při jednorázovém úniku 100 kg chlóru
   hodnoty je třeba vynásobit pravděpodobností úniku 1.10-6
Kumulace rizika z více zdrojů v ploše ohrožené oblasti.
Výpočet individuálního rizika, vyvolaného mobilním zdrojem

      P ( xs , y s )   Ph ( si )  P ( r )i .si
                                      
                         i

  P(xs,ys) celková pravděpodobnost úmrtí (zranění) v bodě [xs,ys],

  Ph(si)     pravděpodobnost havárie v i-tém úseku, vztažená na jednotkovou délku
             trasy [1/m],

  si         délka i-tého úseku trasy [m],

  Pφ(r)i     průměrná pravděpodobnost úmrtí či zranění v ose mraku, směřujícího
             z charakteristického bodu (středu) i-tého segmentu na bod [xs,ys],

  i          index úseku trasy
Rozdělení trasy na úseky a síť referenčních bodů
Příklad – vytvoření sítě v okolí konkrétní trasy
Rozložení individuálního rizika v okolí konkrétní trasy
POŽÁR A VÝBUCH
  charakteristiky látek
       podmínky
    fyzikální účinky
Charakteristiky látek
výhřevnost                     MJ/m3 nebo MJ/kg

hustota                        kg/m3

HMV                            % nebo ppm

DMV                            % nebo ppm

 Všechny tyto charakteristiky jsou teplotně závislé, při modelování je
  třeba se ujistit, že jsou vzaty údaje pro stejnou teplotu
 Ke vzniku požáru nebo výbuchu plynu musí být splněny 2 podmínky:
      –   koncentrace musí být mezi dolní (DMV) a horní (HMV) mezí
          vznícení / výbušnosti

      –   musí být přítomen zdroj iniciace

 Požár je pravděpodobnější než výbuch

 DMV a HMV pro požár a výbuch jsou si blízké, ale ne totožné

 DMV a HMV jsou závislé na teplotě

 Lze předpokládat, že dojde-li ke vznícení, shoří i část plynu s
  koncentrací nižší než DMV (nad 50 – 60% DMV)

 Je důležitý čas iniciace
Analýza stromu událostí pro skladovací tank s LPG
Fyzikální účinky
Požár
 Tepelné záření,
 jednotka tepelného toku              [kW/m2]

Výbuch
 Tlaková vlna, přetlak na čele vlny
 jednotky tlaku                       [kPa nebo bar]
INDIVIDUÁLNÍ RIZIKO POŽÁRU

          Typy požárů
        Tepelná radiace
        Expoziční dávka
             Probit
     Charakteristika následků
Typy požárů

 tryskavý požár (jet fire)

   ohnivá pochodeň při výtoku stlačeného plynu

 bleskový požár (flash fire)

   mžikové zahoření oblaku plynu, nízká tepelná radiace

 ohnivá koule (fire ball)

   větší množství plynu, delší hoření (sekundy), vysoká radiace

 požár kaluže (pool fire)

   hoření kapalin (minuty i déle), vysoká radiace
Závislost typu požáru a jeho modelování na okamžiku iniciace
 Okamžitá iniciace
   − Tryskavé požáry (jet fire) - jsou výsledkem úniku stlačených hořlavých plynů nebo
      kapalin. Jsou modelovány jako válec s průměrem D a délkou L (délka plamene).

   − Požáry kaluží (pool fire) - vyskytují se v případě úniku kapaliny. Při modelování se
      uvažuje rychlost hoření dané látky, je počítána výška plamene.

 Zpožděná iniciace
   − Vytvoří se mrak, který se šíří podle atmosférických podmínek. Při iniciaci vznikne
      bleskový požár (flash fire), který může mít podobu ohnivé koule (fire ball).
      Může též dojít k výbuchu (viz dále). Pro modelování je třeba stanovit množství
      plynu v mraku, které se může měnit podle času iniciace.

 Žádná iniciace
   − Mrak se rozplyne bez následků (není-li toxický)
Pravděpodobnost opožděného vznícení

P t   Pz  1  e t 

P(t)   pravděpodobnost vznícení v časovém intervalu 0 až t

Pz     pravděpodobnost, že je zdroj v době průchodu mraku přítomen

ω      účinnost vznícení (s-1, min-1)

t      čas (s, min)
Pravděpodobnost iniciace
 Pravděpodobnost vznícení pro řadu zdrojů a časový interval 1 minuta

            Zdroj            Pravděpodobnost vznícení do 1 minuty
motorové vozidlo                              0,4
venkovní vařák                               0,45
vařák v budově                               0,23
motorový vlak                                 0,4
elektrický vlak                               0,8
přepravní potrubí                        0,2 na 100 m
chemický závod                         0,9 na stanoviště
rafinérie                              0,9 na stanoviště
těžký průmysl                          0,7 na stanoviště
bydlící populace                        0,01 na člověka
pracovní síly                           0,01 na člověka
 Energie vyzářená při spalování

   E  Q H c 
   Q               množství hořlaviny                      [kg]
   ∆HC             výhřevnost                              [kJ/kg]
   η               podíl záření z celkově uvolněné energie [-]


 Intenzita tepelného záření bodového zdroje
        E
   I
      4 r2 t
   r               vzdálenost od zdroje                    [m]
   t               doba působení                           [min]
Tepelný tok pro obecné těleso
    E
I
   S t
S      plocha ohňové obálky                              [m2]



Pro tvar blízký mraku po kontinuálním úniku

                  arcsin 
S  2 (b  ab
          2
                              )
                     
a      délka poloosy, orientované ve směru větru         [m]
b      délka poloosy, orientované kolmo ke směru větru   [m]
        a2  b2
 
          a
Prahové hodnoty účinků tepelné radiace na osoby a stavby

      Intenzita                          Pozorované účinky
   tepelného toku
      (kW/m2)
        100         Destrukce ocelových konstrukcí do 3 min, 100% úmrtí osob
       37,5         Úmrtí osob
                    Dostatečná intenzita pro poškození procesního zařízení
        25          Úmrtí/vážné zranění nechráněných osob
                    Minimální intenzita pro zapálení dřeva
       12,5         Tavení potrubí z plastu
        9,5         Práh bolesti dosažený po 8 s; popáleniny 2. stupně po 20 s
         4          Dostatečná intenzita pro způsobení bolesti během 20 s; bez
                    smrtelných účinků
        1,6         Tato intenzita nevadí po dlouhou dobu
Expoziční dávka pro tepelné záření

V I        43
                   t

Doba trvání okamžitého požáru t
t = 0,45 . Q 1/3       pro Q < 30 000 kg

t = 2,6 . Q 1/6    pro Q > 30 000 kg
Rozmezí tepelných dávek, užívaná pro případy bolesti,
popálenin a fatalit

Efekt                                  Tepelná dávka

Bolest                                    85 – 129
Možnost zranění                          250 – 300
Popáleniny 1. stupně                     210 – 700
Popáleniny 2. stupně                     900 – 1300
1% úmrtnost běžně oblečeného člověka     500 – 3000
Popáleniny 3. stupně / 50% úmrtnost     2000 – 3000
Probitové funkce pro úmrtí následkem tepelné expozice


 Eisenberg
  Y = -14,9 + 2,56 . ln V


 TNO
  Y = -15,4 + 3,02 . ln V
Praktický výpočet expoziční dávky

 výpočet množství hořlaviny v mraku:

    −   výpočet objemu mraku uvnitř kontury horní a dolní meze vznícení

    −   výpočet množství plynu v mraku (numerickou integrací)

 výpočet tepelného záření:

    −   je nutno uvažovat geometrii a vzájemnou pozici zdroje a příjemce

    −   kulový zdroj lze nahradit bodovým zdrojem a ohňovou obálkou

    −   při jiném tvaru je nutná integrace účinku bodových zdrojů

    −   geometrie příjemce může být významná u budov a velkých konstrukcí
Kontinuální únik zemního plynu 10 m3/min




Třída stability B, rychlost větru 0.5 m/s
Kontinuální únik zemního plynu 10 m3/min




Třída stability D, rychlost větru 0.5 m/s
Kontinuální únik zemního plynu 10 m3/min




Třída stability F, rychlost větru 0.5 m/s
Objemy, hmotnosti plynu a plocha ohňové obálky

                            Objem   Množství
  Třída        Rozmezí                         Plocha ohňové
                            mraku    plynu
stability     koncentrací                       obálky [m2]
                             [m3]     [kg]
   B           >HMV15        5,7      1,2           99
            HMV15 - DMV15   30,8      3,0
               <DMV15       39,0
   D           >HMV15        11       1,8          133
            HMV15 - DMV15    49       4,8
               <DMV15        66
   F           >HMV15        23       4,5          260
            HMV15 - DMV15    147      13,5
               <DMV15        150
                                 Ohňová obálka    Vzdálenost                 Vzdálenost od obálky [m]
                                                                Expoziční
                      Třída      max. délka [m]    od ohňové                   hranice 1% mortality
                                                               dávka [tdu]
                     stability   max. šířka [m]   obálky [m]                   bezpečná vzdálenost

Tepelné expoziční                                     0          1565
                                                                                       0,6
                                                      1           727
dávky v závislosti                                    2           441
                                     16,5
                        B
na vzdálenosti od                     5,6             3           278
                                                                                        4
ohňové obálky                                         4           204
                                                      5           152
                                                      0          1874
                                                                                       1,0
                                                      1           970
                                   20 (24)            2           626
                        D
                                      5               3           394
                                                                                        5
                                                      4           270
                                                      5           207
                                                      0          2714
                                                                                       1,5
                                                      1          1371
                                   20 (53)            2           911
                        F
                                   4,4 (4,8)          3           663
                                                                                        7
                                                      4           484
                                                      5           369
Izolinie individuálního rizika – třída stability C, rychlost
větru 0,5 m/s
Individuální riziko pro osobu, chráněnou běžným pracovním
oděvem, v odpovídajících vzdálenostech od zdroje
                                Individuální riziko (%)
    Vzdálenost (m)   úmrtnost      popáleniny 2. popáleniny 1.
                       50%            stupně        stupně
         2,5           18,5             29,6              78,7
          5            11,7             17,0              41,8
         7,5           5,1               8,7              23,5
         10            2,8               4,9              13,5
         15            1,4               2,7              8,0
         20            0,8               1,6              3,1
         25                              0,2              1,3
INDIVIDUÁLNÍ RIZIKO VÝBUCHU

         Podmínky výbuchu
            Tlaková vlna
               Probit
       Charakteristika následků
Výbuch

 je rychlé hoření – rozlišujeme 2 případy:

 Deflagrace, kdy je rychlost tlakové vlny nižší než rychlost zvuku (za daných
   podmínek).

 Detonace, kdy je rychlost tlakové vlny vyšší než rychlost zvuku.

Podmínky výbuchu

 pravděpodobnost výbuchu je mnohem menší než u požáru

 koncentrace musí být mezi horní a dolní mezí výbušnosti (HMV a DMV)

 výbuch může nastat jen v případě dostatečného množství plynu v mraku

 výbuchu se účastní jen část plynu v mraku (faktor konverze)
Typy výbuchu

 BLEVE (boiling liquid expanded vapour explosion) - výbuch expandujících par
             vroucí kapaliny

    −   únik velkého množství stlačené přehřáté kapaliny do atmosféry

    −   účinky BLEVE zahrnují tepelnou radiaci a letící trosky roztržené nádoby, zatímco
        vzniklý přetlak není podstatný.

 UVCE (Unconfined Vapour Cloud Explosion) - výbuch neohraničeného oblaku
           par

    −   výsledek zpožděné iniciace uniklé hořlavé látky,

    −   vytváří tlakovou vlnu,

    −   model ekvivalentu TNT.
 Tritolový ekvivalent

       Q Ec
   W
       ETNT
   W               ekvivalent hmotnosti TNT             [kg]
   Q               hmotnost plynu                       [kg]
   EC              spalné teplo plynu                   [kJ/kg]
   η               účinnost výbuchu (stupeň konverze)   [-]
   ETNT            spalné teplo TNT                     [kJ/kg]


 Redukovaná vzdálenost
       R
   Z  13
      W
   Z               redukovaná vzdálenost                [m]
   R               vzdálenost od epicentra výbuchu      [m]
Praktický výpočet expoziční dávky

 výpočet objemu mraku mezi konturami dolní a horní meze výbušnosti

 výpočet množství plynu v mraku v uvedených mezích (numerickou

  integrací)

 teprve pak lze určit pravděpodobnost výbuchu (dostatek plynu pro

  výbuch) a případně tritolový ekvivalent
   Přetlak Δp [Pa] v čele rázové vlny (příklad možného vyjádření)
                  93,2 383 1275
      p  (             2
                               3
                                  )
                   Z    Z     Z
   Probit funkce pro úmrtí následkem tlakové vlny

      Pr  18,1  2,79 ln p 

Úrovně postižení lidí, zničení budov a konstrukcí přetlakem

Přetlak na čele tlakové vlny (kPa)   Dopady na člověka                  Úroveň zničení budov a konstrukcí
               >83                   LD100                              Úplné zničení
               >35                   značná pravděpodobnost úmrtí       Vážné škody
                                     možnost vážného zranění        i
               >17                                                      Střední škody
                                     úmrtí nechráněné osoby
              >3,5                   možnost lehkého zranění            Lehké škody
      SPOLEČENSKÉ RIZIKO

Přechod od individuálního rizika ke společenskému
      Redukce rizika podle stupně ochrany
                 Přijatelnost rizika
Společenské riziko

 vztahuje se k ploše ohrožené oblasti

 vyjadřuje součin individuálního rizika a ohrožené hodnoty

 může být vztaženo k různým entitám (osoby, majetek, životní
  prostředí) i k různému typu následku (úmrtí, zranění)

 jednotlivé typy rizika se hodnotí samostatně

 kumulace je možná při vyjádření ve stejných jednotkách (bodové
  hodnocení, finance)
Obecný vztah pro vyjádření sumárního společenského rizika

  R    Rn ( x, y )  M n ( x, y )  dxdy
        n

  R             celkové společenské riziko
  n             index typu rizika (entita, následek)
  Rn(x,y)       individuální riziko pro n-tý typ v bodě (x,y)
  Mn(x,y)       ohrožená hodnota n-tého typu v bodě (x,y)
    Rozložení individuálního
    rizika konkrétní události
    (únik čpavku) v konkrétní
    oblasti

   Je nutno stanovit počet
    ohrožených osob v plochách,
    ohraničených izoliniemi
Riziko pro osoby

RS  Ri  Si  h j  H j 
RΔS    společenské riziko pro dílčí plochu ΔSi (počet úmrtí či zranění)

ΔSi    dílčí plocha [m2]

Ri     individuální riziko pro dílčí plochu

hj     koeficient zranitelnosti pro j - tou skupinu osob

Hj     hustota j – té skupiny osob v dílčí ploše [osoba ∙ m-2]

j      index skupiny osob (rozlišení podle času výskytu a zranitelnosti)
Přechod od individuálního rizika ke společenskému (osoby)
Stupeň ochrany osob
 PE – individuální   riziko,   pravděpodobnost    úmrtí   nechráněné     osoby
        následkem expozice v daném místě

 FE – podíl obyvatelstva, které zemře v určitém místě následkem dané
        expozice

 Část obyvatelstva je chráněna tím, že zůstane uvnitř budov a oblékne si
   ochranné prostředky. Z tohoto důvodu se používají dvě hodnoty FEin a FEout.

 FEin – podíl obyvatel usmrcených uvnitř budov

 FEout – podíl obyvatel usmrcených vně budov

 Při nižší tepelné radiaci poskytuje ochranu proti popálení osobám vně budov
   i oděv
 Pravděpodobnost úmrtí osob uvnitř a vně budov následkem toxického mraku
 Pravděpodobnost úmrtí osob uvnitř a vně budov následkem tepelné expozice
 Pravděpodobnost úmrtí osob uvnitř a vně budov následkem tlakové vlny
 Standardní podmínky dle doporučení TNO, akceptované MŽP ČR

   den:
   v budovách              93% osob
   venku                    7% osob

   noc:
   v budovách              99% osob
   venku                    1% osob

 Speciální případy (odlišná doba pobytu, odlišná zranitelnost)

   školy, nemocnice, průmyslové podniky, stadiony aj.
Kritérium přijatelnosti společenského rizika

                                       10 3
   pro stávající zařízení         Fm  2
                                        N

                                       10 4
   pro nová zařízení              Fm  2
                                        N

    Fm                  frekvence události

    N                   počet potenciálních úmrtí osob
Křivka společenského rizika s vyznačenými kritérii přijatelnosti
Riziko ekonomických ztrát
    RIZIKA PRO
ŽIVOTNÍ PROSTŘEDÍ
  složky životního prostředí
          ekotoxicita
        analýza rizika
      společenské riziko
Složky životního prostředí
 ovzduší
 povrchová voda
    •     tekoucí
    •     stojatá
 podzemní voda
    •     podpovrchová
    •     hlubinné zvodně
 půda
 biota
    •     fauna
    •     flóra
Charakteristiky nebezpečných látek
 fyzikální stav (plyn, kapalina)

 migrační schopnost (rozpustnost, tvorba volné nerozpustné fáze,
  viskozita, smáčivost)

 ekotoxicita

   LC50         50% úhyn – ryba 96 hod

   EC50         dafnie – 48 hod

   IC50         řasy – 72 hod

 hořlavost, výbušnost
  Legislativní limity pro TCE
   Trichlorethylen
                       Parametr                                          Hodnota
Pitná voda, Vyhláška č. 252/2004 Sb.                                      10 µg.l-1
Povrchová voda, Nařízení vlády č.61/2003 Sb.                              1 µg.l-1
Pitná voda, doporučeno WHO (2005)                                         20 µg.l-1
Max. přípustná koncentrace pro pitnou vodu daná U.S.EPA                   5 µg.l-1
TDI (přípustná denní dávka) daná WHO (2005)                       1,46 µg.kg-1 tělesné váhy
Kritérium Cprům dle MP MŽP pro zeminu*                                40 mg.kg-1 suš.
Kritérium C dle MP MŽP pro podzemní vodu*                                 50 µg.l-1
Kritérium C dle MP MŽP pro půdní vzduch*                                 10 mg.m-3
OSHA PEL (přípustný expoziční limit)                      100 ppm (průměr při 8hod. pracovní době)
OSHA STEL (limit pro akutní expozici)                     300 ppm (5-ti min. expozice každé 2 hod)
IDLH (NIOSH)                                                             1 000 ppm
ERPG-2                                                                    500 ppm
Charakteristika oblasti
 migrační potenciál (sklon terénu, propustnost podloží, hydrologické
  poměry)

 zastoupení složek ŽP

 reprezentace jednotlivých složek ŽP (např. pole, louka, vinice…)

 zranitelnost složek ŽP
Zranitelnost
 citlivost

      •   vyjadřuje míru potenciálního poškození dané složky ŽP (příp.
          její reprezentace) definovaným negativním vlivem

      •   ekvivalent individuálního rizika

 hodnota

      •   tržní aspekty (polní, lesní, rybniční hospodářství aj.)

      •   externality (krajina, čistota vod, biodiverzita aj.)
Stanovení společenského rizika pro životní prostředí
                a jeho hodnocení
Postup hodnocení rizika pro životní prostředí
Praktický postup hodnocení rizik pro životní prostředí
 důležitý je účel hodnocení

 podle účelu zvolíme složky (jejich reprezentace), které budou
  hodnoceny

 vyjádříme stupeň jejich poškození v závislosti na vzdálenosti od
  zdroje (např. šířky pásem)

 vypočteme individuální riziko pro jednotlivé složky

 provedeme inventarizaci složek v ohrožené oblasti

 stanovíme společenské riziko s ohledem na hodnotu složek (jejich
  reprezentací)
                       K zapamatování
1. Pravděpodobnostní a deterministické přístupy ke kvantitativnímu
   hodnocení rizik
2. Individuální a společenské riziko
3. Rozptyl plynu (typ úniku, povětrnostní podmínky)
4. Individuální riziko toxicity (expoziční dávka, probit)
5. Fyzikální účinky požáru a výbuchu (tepelná radiace, tlaková vlna)
6. Individuální riziko požáru a výbuchu
7. Individuální riziko v ploše
8. Společenské riziko
9. Rizika pro životní prostředí

								
To top