دوره 4، شماره 4 - ( 11-1399 )                   جلد 4 شماره 4 صفحات 350-337 | برگشت به فهرست نسخه ها


XML English Abstract Print


Download citation:
BibTeX | RIS | EndNote | Medlars | ProCite | Reference Manager | RefWorks
Send citation to:

Rastimehr M, Bahrami M, karimi A, Pourbabaki R. Modeling the Consequences of Methane Gas Expansion in a CNG Fuel Stations of Isfahan Province. ohhp. 2021; 4 (4) :337-350
URL: http://ohhp.ssu.ac.ir/article-1-238-fa.html
راستی‌مهر مهدیه، بهرامی مهشید، کریمی علی، پوربابکی رضا. مدلسازی پیامد انتشار گاز متان در یکی از جایگاه‌های سوخت CNG استان اصفهان. بهداشت کار و ارتقاء سلامت. 1399; 4 (4) :350-337

URL: http://ohhp.ssu.ac.ir/article-1-238-fa.html


گروه مهندسی بهداشت حرفه ای، دانشکده بهداشت، دانشگاه علوم پزشکی تهران، تهران، ایران
متن کامل [PDF 488 kb]   (357 دریافت)     |   چکیده (HTML)  (846 مشاهده)
متن کامل:   (109 مشاهده)
مدلسازی پیامد انتشار گاز متان در یکی از جایگاه‌های سوختCNG  استان اصفهان
مهدیه راستیمهر[1]، مهشید بهرامی[2]، علی کریمی[3]، رضا پوربابکی[4]*
 
چکیده
مقدمه: از ضروریترین مراحل برای بهبود سطح ایمنی در واحدهای موجود یا در حال طراحی ارزیابی پیامد خطرات حریق و انفجار می‌باشد. هدف از این مقاله بررسی مدل انتشار گاز طبیعی فشرده و محدوده گسترش آسیب افراد و تجهیزات در اطراف این جایگاه است. در این مطالعه، به بررسی اینکه آیا فواصل ایمن این جایگاه نسبت به محیط اطرافش رعایت شده است یا خیر پرداخته شده است.
روش بررسی: در این مقاله، مدلسازی پیامدهای آتش و انفجار در جایگاه سوخت CNG واقع در استان اصفهان با استفاده از نرم افزار ALOHA انجام شد. در این مطالعه به 6 سناریو پرداخته شد و تنها سناریوهایی‌ شبیه‌سازی شدند که دارای شاخص ریسک نامطلوب و غیر قابل قبول بودند. در این مدل سناریوهای مختلف ناشی از ایجاد سوراخ با قطر03/0 متر و شکاف با طول 2/ 0 و عرض 01/0 متر روی مخزن تحت فشار مورد بررسی قرار گرفت.
یافته ها: مشاهده گردید محدوده ابر بخار سمی تا فاصله 55 متری در غلظت ppm 65000 قرار دارد و در صورت ایجاد شکاف، این محدوده در این غلظت تا فاصله66 متری افزایش پیدا میکند. محدوده ابر بخار قابل اشتعال برای سوراخ تا فاصله 89 متری می باشد ولی برای شکاف تا فاصله 107 متری است. همچنین میزان تشعشع حرارتی ناشی از آتش فورانی تا فاصله 25 متری برای سوراخ ایجاد شده kw/sqm 10 می‌باشد اما برای شکاف تا فاصله35 متری میزان تشعشع حرارتی kw/sqm 10 می‌باشد.
 نتیجه گیری: خطرناک‌ترین سناریو با توجه به نمودارهای خروجی، تابش حرارتی Jet fireفورانی می‌باشد که علاوه بر جایگاه CNG، منطقه پارکینگ شهرداری را درگیر می‌کند؛ ضمنا تابش حرارتی ناشی از شکاف نسبت به سوراخ محدوده بیشتری را درگیر می‌کند. از جمله راهکارهای موثر جهت جلوگیری از تلفات جانی و مالی، اقدامات کنترلی پیشگیری کننده و همچنین انتخاب کردن طراحی مناسب حین تاسیس جایگاه و ادغام ایمنی برای پرسنل، تجهیزات و متعلقات است که به کمک آن می‌توان انواع ریسک فاکتورهای مربوطه را شناسایی و پیشگیری کرد.
 
کلید واژه‌ها: جایگاه سوخت CNG، متان، مدلسازی پیامد، نرم افزارALOHA
  مقاله پژوهشی

 
تاریخ دریافت: 23/05/98
تاریخ پذیرش: 12/09/98

ارجاع:
راستی‌مهر مهدیه، بهرامی مهشید، کریمی علی، پوربابکی رضا. مدلسازی پیامد انتشار گاز متان در یکی از جایگاه‌های سوختCNG  استان اصفهان. بهداشت‌کار و ارتقاء سلامت 1399; 4(4): 350-337.
 

مقدمه
 
رشد روز افزون صنایع فرایندی و شیمیایی همواره باعث افزایش حوادث در آن‌ها شده است از جمله این وقایع می‌توان به ترکیدن یا شکستن خطوط لوله، ایجاد شکاف در مخزن و یا وقوع واکنش‌های غیر قابل کنترل اشاره کرد. هم‌چنین رهایش مواد سمی و خطرناک می‌تواند به عنوان یکی از عوامل تهدید کننده و مخرب برای سلامتی ساکنین و شاغلین در این صنایع و حتی مناطق اطراف آن باشد (1).
از جمله مواد شیمیایی خطرناک در صنایع فرایندی می‌توان به متان اشاره کرد. علت این امر آن است که همواره نگهداری این گاز در مخازن تحت فشار همراه با دمای بالای نقطه جوش است. به همین سبب، این گاز حتی در اثر نشتی‌های کوچک تبخیر شده و تا قبل از رسیدن به منابع جرقه صدها متر در محیط اطراف پخش می‌شود (2). متان پایدارترین هیدروکربن با ساختاری متقارن دارای چهار پیوند کووالانسی با انرژی پیوندی Kj/mol 435 است که به عنوان ترکیب اصلی منابع سوخت‌های فسیلی گازی نظیر گاز طبیعی، گاز حاصل از بسترهای زغال سنگی و برخی از سوخت های فیلی جامد از جمله هیدرات تشکیل شده در زمین شناخته شده است (3).
یکی از ضروری‌ترین امور جهت افزایش سطح ایمنی در صنایع فرایندی ارزیابی پیامد خطرات رهایش مواد شیمیایی خطرناک در محیط است (4). این ارزیابی می‌تواند به کمک رویکرد مدلسازی حوادث صورت گیرد. از جمله نرم‌افزارهای مدلسازی حوادث صنعتی می‌توان به ALOHA، SLAB و DEGADIS-PHAST اشاره کرد. در این میان نرم‌افزار ALOHA  به عنوان یکی از بهترین نرم‌افزارهای مدل سازی پیامدهای ناشی از حوادث نشت مواد در محیط به کار می‌رود. این نرم افزار به منظور پیش بینی وقوع حوادث و به حداقل رساندن پیامدهای ناشی از آن‌ها توسط شرکتDNV طراحی شده است. همچنین از قابلیت های این نرم‌افزار مدلسازی حوادث ناشی از نشت مواد سمی و منفجره،آتش‌سوزی و
انفجار است (5).

بر اساس مطالعه‌ی شیرالی و نعمت‌پور که به منظور بررسی مدل پیامد انتشار گاز متان در یکی از جایگاه سوخت CNG شهر اهواز انجام شد با افزایش قطر شکاف، محدوده تشعشع حرارتی نیز در فواصل بیشتری پیشروی خواهد کرد (6).
نتایج مطالعه ی شاهدی علی آبادی و همکاران که با هدف ارزیابی پیامد حریق مخازن گاز متان در یک پالایشگاه گاز صورت گرفت حاکی از آن است که حریق مخزن گاز متان V-100 به عنوان بدترین سناریو در پالایشگاه انتخاب شد (7).
 در مطالعه Hui shao, guonin Duan  که به منظور محاسبه کمی خطر و شبیه سازی ALOHA در مورد حادثه نشتی نیروگاه‌های گاز طبیعی انجام شد تشعشع حرارتیjet fire به عنوان بارزترین سناریو شناخته شد (8).
با توجه به ضرورت اهمیت به ایمنی کارکنان و همچنین ساکنین اطراف جایگاه های سوخت از جهت مواجهه حاد با مواد شیمیایی در هنگام رهایش ناگهانی مواد سمی از تأسیسات فرایندی و از آن جایی که کوچکترین سهل انگاری در جایگاه‌های سوخت باعث انفجار گاز متان می‌شود و همچنین کم بودن مطالعات در زمینه مدل سازی و رهایش ناگهانی از گاز سمی متان لذا بر آن شدیم مطالعه‌ای با هدف پیش‌بینی انتشار و پیامدهای احتمالی گاز متان با استفاده از نرم‌افزارALOHA  به منظورانجام اقدامات ایمنی مناسب و کاهش پیامدها انجام شود.
روش بررسی
مطالعه حاضر که یک مطالعه موردی و از نوع توصیفی تحلیلی است که به بررسی و مدلسازی نحوه انتشار گاز متان از مخازن ذخیره 71/4متر مکعبی در یکی از جایگاه‌های سوخت اصفهان با استفاده از نرم‌افزار ALOHA (Areal Location of Hazardous Atmosphere) پرداخته شده است. هدف از این مطالعه با توجه به عدم بررسی مطالعات قبلی در زمینه مدلسازی حریق و انفجار در جایگاه سوخت CNG در استان اصفهان، بررسی نتیجه مدلسازی با استفاده ازین نرم‌افزار می‌باشد. در این مطالعه سعی شده است که از محتمل‌ترین سناریو استفاده شود. و یا نتایج حاصل با هم مقایسه شود. همچنین به عوامل موثر در کاهش محدوده‌ی متاثر از انتشار گاز متان پرداخته شد. از آنجایی که هیچ برنامه‌ای به منظور واکنش در شرایط اضطراری وجود ندارد برای تدوین چنین برنامه‌ای ابتدا باید خطرات موجود در سایت و واحد شناسایی شده و مورد مطالعه قرار گیرد. جهت انجام این پژوهش ابتدا اطلاعات مربوطه از طریق مصاحبه با واحدهای تعمیرات، بهره‌برداری و مسئولان ایمنی تهیه گردید و سپس سناریوی انتشار گاز متان مشخص شد. در مطالعه حاضر، به 6 سناریو پرداخته شد. لازم به ذکر است که در این مطالعه تنها سناریوهایی شبیه سازی شدند که شاخص ریسک نامطلوب و غیر قابل‌ قبول را دارا بودند. معیارهای اقدامات حفاظتی برای مواد شیمیایی یا سطوح سمی نگران کننده (PAC:Protective Action Criteria for Chemicals) دستورالعمل های مواجهه اضطراری هستند که قبل یا در طی انتشار غیر قابل پیش بینی مواد شیمیایی خطرناک استفاده می‌شود. مجموعه داده‌های PAC یک فهرست تلفیقی از سه نوع دستورالعمل های مواجهه اضطراری هست:
1- سطوح مواجهه حاد(AEGL:Acute exposure Guideline Level)
2- دستورالعمل‌های برنامه‌ریزی پاسخ اضطراری EPRG:(Emergency Response planning Guideline)
3- محدوده مواجهه اضطراری موقت (TEELS:TempraryEmergency Exposure Limits )
سطوح PAC در سه دسته زیر جای می‌گیرد: PAC1 (سطح آستانه‌ای برای اثرات سلامتی و بهداشتی خفیف و زودگذر): بر اساس مقادیر EPRG1، AEGL1، TEEL1 به دست می آید.
PAC2 (سطح آستانه با اثرات برگشت ناپذیر عوارض جدی سلامت به طوری که توانایی بدن را در برابر اقدامات حفاظتی کاهش می‌دهد.)بر اساس مقادیر EPRG2، 2AEGL، 2TEEL به دست می‌آید. PAC3 (سطح آستانه برای اثرات بهداشتی تهدید کننده زندگی است.) بر اساس مقادیر EPRG3، 3AEGL، 3TEEL به دست می‌آید. لازم به ذکر است که جهت مدلسازی از نرم‌افزار ALOHA (Areal Location of Hazardous Atmosphere)  استفاده شد. ALOHA دارای توانایی شبیه سازی مدل پراکندگی برای بیش از 1000 نوع ماده شیمیایی است. همچنین این نرم‌افزار عمدتا در مدلسازی انتشار غیر منتظره مواد خطرناک و بخش بخارات شیمیایی دارای قابلیت کاربردی است (9).
سناریو
در این مطالعه سناریوی مورد بررسی در ساعت 12:05 دقیقه روز 21 دی ماه سال 1397 مدلسازی شده است. همچنین، پارامترهای ورودی به نرم‌افزار ALOHA، اطلاعات مربوط به مشخصات ماده شیمیایی گاز متان، اطلاعات شرایط جوی محیط و مشخصات منبع کمپرسور به ترتیب در جداول 1 تا 3 وارد شده است.
 
جدول1: مشخصات ماده شیمیایی متان
مقدار مشخصات ردیف
04/16 جرم مولکولی (g/mol) 1
5000 حد پایین انفجار (ppm) 2
15000 حد بالای انفجار (ppm) 3
5/182- نقطه انجماد 4
2/162- نقطه جوش (c0) 5
بزرگتر از 1 فشار بخار در دمای محیط (atm) 6
1000000 غلظت اشباع محیطی (ppm) 7
 
جدول2: اطلاعات جوی محیط
مقدار مشخصات ردیف
  سرعت وزش باد (m/s) 1
کاملا ابری پوشش ابری منطقه 2
8 دمای هوا (c0) 3
D دسته بندی پایداری 4
75% رطوبت هوا 5
بدون اینوژن وضعیت اینورژن 6
فضای شهری یا جنگلی زبری سطح زمین 7
جدول 3: مشخصات منبع
مقدار/توصیف مشخصه ردیف
2 قطر مخزن (m) 1
5/1 طول مخزن (m) 2
71/4 حجم مخزن (m3) 3
فقط گاز محتویات مخزن 4
06/1 جرم کل ماده شیمیایی در مخزن (tone) 5
8 دمای داخل مخزن ((c0 6
250 فشار داخل مخزن (atm) 7
01/0 قطر حفره (m) 8
1 مدت زمان سوختن (min) 9
14/8 دبی رها شده (kg/s) 10
488 کل ماده رها شده (kg) 11
 
 
جدول 4که بر گرفته از   text summaryنرم‌افزار ALOHA می‌باشد تفاوت مدت زمان سوختن و دبی رها شده در دو قطر متفاوت را نشان می‌دهد. باتوجه به جدول متوجه می‌شویم که با افزایش قطرمخزن مدت زمان سوختن کاهش و دبی ماده رها شده افزایش می‌یابد.
در این مطالعه از محتمل‌ترین سناریو استفاده شده است. لذا مطالعه روی مخزن کمپرسور صورت گرفته است. از کمپرسور برای متراکم کردن سیالات تراکم پذیر به جهت افزایش فشار آن ها استفاده می‌شود و درنتیجه کاهش حجم گاز تراکم شده دما نیز افزایش می‌یابد علت استفاده از کمپرسور به وجود آوردن شرایطی است که بتوان حجم زیادی از گاز طبیعی را در فضای کوچکی مانند مخزن گاز خودرو با سرعت متناسب در زمان کم ذخیره نمود استفاده می‌شود.
 
جدول 4: تفاوت مدت زمان سوختن و دبی رها شده در دو قطر متفاوت
دبی رها شده ((kg/min مدت زمان سوختن ((min نوع آسیب
638 8 سوراخ 03/0متر
914 3 شکاف با طول2/0 متر و عرض 01/0 متر
یافته‌ها
پس از وارد کردن پارامترهای ذکر شده در نرم‌افزار و با در نظر گرفتن محتمل‌ترین سناریو ها شامل 6 سناریو، مدلسازی حوادث صورت گرفت.
سناریوی 1
سناریوی اول (ایجاد سوراخ 3سانتی‌متر در مخزن، بدون سوختن و فقط تشکیل ابر بخار سمی) در سناریوی اول که در شکل 1 آمده است فرض کردیم سوراخی با قطر 3 سانتی‌متر در مخزن ایجاد شده است و به بررسی محدوده ابر بخار سمی ایجاد شده نیز پرداختیم. نرم افزار ALOHA نتیجه را به صورت شکل 1 به ما ارایه داد.
 
   
شکل1: در این سناریو محدوده زرد رنگ (PAC-1)، در حدود 55 متری اطراف مخزن که غلظت ابر بخار سمی در این ناحیه ppm65000  توسط نرم افزار برآورد شد.
 
 
سناریوی2
سناریوی دوم (ایجاد شکافی به طول 20 و عرض 1سانتی‌متر) در مخزن، بدون سوختن و تشکیل ابر بخار سمی) در سناریوی دوم که در شکل 2 آمده است فرض کردیم شکاف با قطر 20سانتیمتر در مخزن ایجاد شده است و به بررسی محدوده ابر بخار سمی ایجاد شده نیز پرداختیم. در این سناریو محدوده زرد رنگ (PAC-1)، در حدود 66 متری اطراف مخزن که غلظت ابر بخار سمی در این ناحیه ppm65000  توسط نرم‌افزار برآورد شد.
 
 
شکل 2: محدوده ابر بخار سمی ناشی از شکاف 20 سانتیمتر

مقایسه سناریوی 1 و 2
جدول5: مقایسه محدوده ابر بخار سمی در 2 نقص(سوراخ 3 سانتی متر و شکاف باطول20 سانتی متر)
محدوده ابر بخار سمی آسیب مخزن ردیف
55 سوراخ 03/0 متری 1
66 شکاف  2/0 متری 2
 
 
همانطور که در جدول مشاهده می‌کنیم شکاف 2/0 متری در مقایسه با سوراخ 03/0 متری فرضی ایجاد شده در مخزن محدوده ابر بخار سمی بیشتری دارد.
سناریوی 3
سناریوی سوم (ایجاد سوراخ 3سانتی متری در مخزن و تشکیل ابر بخار اشتعال‌زا) در سناریوی سوم که در شکل3 آمده است فرض کردیم سوراخی با قطر 3سانتی متر در مخزن ایجاد شده است، به بررسی محدوده ابر بخار قابل اشتعال ایجاد شده پرداختیم. در این سناریو محدوده قابل اشتعال مشخص شد شکل 3 نتایج مدلسازی گرافیکی تشکیل بخار متان در محدوده مخزن بر اساس غلظت قابل اشتعال نشان می‌دهد.در صورت نشت متان از سوراخی با قطر3 سانتی متر تا فاصله 89 متری مخزن (منطقه قرمز رنگ) غلظت متان ppm 50000 می‌باشد، تا محدوده 116 متری مخزن (منطقه نارنجی رنگ) غلظت متانppm  می‌باشد 30000 که این مقدار60% حداقل غلظت قابل اشتعال LEL است و تا محدوده 266 متر غلظت متان ppm می‌باشد 5000 که این مقدار 10% حداقل غلظت قابل اشتعال LEL است.
سناریوی4
سناریوی چهارم (ایجادشکاف 20سانتی‌متری در مخزن و تشکیل ابر بخار اشتعال‌زا) در سناریوی چهارم که در شکل 4 آمده است فرض کردیم سوراخی با قطر 20سانتی‌متر در مخزن ایجاد شده است و به بررسی محدوده ابر بخار قابل اشتعال ایجاد شده پرداختیم.
 
   
شکل 3: محدوده بخار قابل اشتعال ناشی از سوراخ با قطر 3سانتی متر
 
شکل 4: محدوده قابل اشتعال ابر بخار متان(شکاف با طول20سانتی متر)
 
 
در این سناریو در مخزن محدوده قابل اشتعال مشخص شد شکل 4 نتایج مدلسازی گرافیکی تشکیل بخار متان در محدوده مخزن بر اساس غلظت قابل اشتعال نشان می‌دهد. در صورت نشت متان از شکافی با طول 20 سانتی متر تا فاصله 107 متری مخزن (منطقه قرمز رنگ) غلظت متان ppm 50000 می‌باشد ، تا محدوده 138 متری مخزن (منطقه نارنجی رنگ) غلظت متان ppm می‌باشد 30000 که این مقدار60% حداقل غلظت قابل اشتعال LEL است و تا محدوده 340 متر غلظت متان ppm می‌باشد 5000 که این مقدار10% حداقل غلظت قابل اشتعالLEL  است.
مقایسه سناریوی سوم و چهارم
 
جدول6. مقایسه سناریوی سوم و چهارم
غلظت LEL نوع آسیب مخزن محدوده قابل اشتعال ابر بخار متان(m)
سوراخ 03/0متری شکاف با طول2/0و عرض01/0 متر
50000 100% 89 107
30000 60% 116 138
5000 10% 266 340
 
 
طبق جدول ایجاد شکاف با طول 2/0 و عرض 01/0 متری در مقایسه با سوراخ  03/0 متری دارای محدوده قابل اشتعال بیشتری می‌باشد.
سناریوی5
سناریوی پنجم (ایجاد سوراخ 3 سانتی‌متری در مخزن، ماده شیمیایی در حال سوختن، ایجاد آتش فورانی و تشکیل محدوده گرما) در تصویر 5 منطقه مورد تهدید تشعشع حریق ناشی از حفره 3 سانتی‌متر ایجاد شده در مخزن متان به تصویرکشیده شده است طبق نمودار 5 نواحی با مخاطرات مر‌گ‌آور به رنگ قرمز، نواحی با مخاطرات مصدومیت‌های غیرقابل جبران با رنگ نارنجی و نواحی با احتمال بروز خسارات و مصدومیت های قابل جبران و یا کم هزینه با رنگ زرد مشخص شده‌اند. طبق این نمودار تا فاصله 25 مترمربع ناحیه قرمز، تا فاصله 36 مترمربع ناحیه نارنجی و تا فاصله 57 مترمربعی ناحیه زرد رنگ است.
 
شکل 5: منطقه تهدید تابش حرارتی (ناشی از سوراخ3 سانتیمتر)
 
 
در نمودار 5 پیامد ناشی از آتش ممکن الوقوع از نوع جت-آتش نشان داده شده است. نواحی بدین ترتیب تقسیم‌بندی شده‌اند:
1) ناحیه قرمز (kw/sqm10) (پتانسیل کشندگی در 1 دقیقه )به وسعت 25 مترمربع
2) ناحیه نارنجی (kw/sqm5) (سوختگی درجه 2 در 1 دقیقه( به وسعت 36مترمربع
3) ناحیه زرد (kw/sqm2) (احساس درد و سوختگی‌های جزئی) به وسعت 57 مترمربع
در این سناریو حداکثر طول شعله 15 متر می‌باشد و حداکثر نرخ سوختن kg/min220/1 می‌باشد.
سناریوی6
سناریوی ششم (ایجاد شکاف 20 سانتیمتری در مخزن، ماده شیمیایی در حال سوختن، ایجاد آتش فورانی و تشکیل محدوده گرما)
در تصویر 6 منطقه مورد تهدید تشعشع حریق ناشی از شکاف20 سانتیمتر ایجاد شده در مخزن متان به تصویرکشیده شده است. طبق نمودار 6 نواحی با مخاطرات مرگ‌آور به رنگ قرمز، نواحی با مخاطرات مصدومیت‌های غیرقابل جبران با رنگ نارنجی و نواحی با احتمال بروز خسارات و مصدومیت‌های قابل جبران و یا کم هزینه با رنگ زرد مشخص شده اند. طبق این نمودار تا فاصله 35 مترمربع ناحیه قرمز، تا فاصله 51 مترمربع ناحیه نارنجی و تا فاصله 80 متر مربعی ناحیه زرد رنگ است.
 
شکل 6 : منطقه تهدید تابش حرارتی (ناشی از شکاف با طول20 و عرض 1 سانتیمتر)
 
در نمودار 6 پیامد ناشی از آتش ممکن الوقوع از نوع جت-آتش نشان داده شده است. نواحی بدین ترتیب تقسیم‌بندی شده‌اند:
1) ناحیه قرمز (kw/sqm10) (پتانسیل کشندگی در 1 دقیقه) به وسعت 35 مترمربع
2) ناحیه نارنجی (kw/sqm5) (سوختگی درجه 2 در 1 دقیقه) به وسعت 51 مترمربع
3) ناحیه زرد (kw/sqm2) احساس درد و سوختگی‌های جزئی) به وسعت80 مترمربع
در این سناریو حداکثر طول شعله 22 متر می‌باشد و حداکثر نرخ سوختن kg/min3460 می‌باشد.
مقایسه سناریوی 5 و 6
 
جدول 7: مقایسه سناریوی 5 و 6
میزان تشعشع kw/sqm10 kw/sqm5 kw/sqm2
سناریو5 سوراخ با قطر 3  سانتیمتر 25 36 57
سناریو6 شکاف 20 سانتیمتر قطر (m) 35 51 80
 
 
طبق این جدول شعاع تشعشع حرارتی آتش فورانی شکاف نسبت به سوراخ بیشتر می‌باشد.
بحث
مطالعه حاضر با هدف مدلسازی پیامد نشت گاز متان در یکی از جایگاه‌های سوخت CNG شهر اصفهان انجام شد. اولین و مهم‌ترین یافته مطالعه حاضر این بود که یکی از ضرورت‌ها در صنعت مدلسازی پیامدهای ناشی از حوادث مربوط به رهایش مواد خطرناک پیش از وقوع حوادث است. همچنین، در مطالعات سایر محققین با هدف مدلسازی پیش از وقوع حوادث انجام شده است، به وضوح به این مهم اشاره شده است (11و10). بر اساس نتایج این مطالعه مهم ترین خطر تهدیدی برای جایگاه CNG و پارکینگ شهرداری که تنها مکان پرتردد در کنار این ایستگاه سوخت رسانی است. از مطالعات همسو با پژوهش حاضر می‌توان به مطالعه پروینی و کرد رستمی که با هدف مدل سازی پس از انفجار در ایستگاه سوختگیری گاز آزادشهر صورت گرفت، اشاره کرد. در این مطالعه مشابه، از نزدیکی مخازن CNG با سرنشینان و اطرافیان خودروها در جایگاه سوخت به عنوان یکی از خطرناک ترین تهدیدها در جهت افزایش خسارات ناشی از پیامد انفجاری مخازن بیان شده است. (12). علت هم سو بودن این مطالعات با هم، اشتعال‌پذیری و قابلیت انفجار بالا در مخازنCNG می‌باشد.
در این مطالعه، تشعشع حرارتی Jet fire (آتش فورانی) ناشی از شکاف با طول  20و عرض1 سانتی متر است که تا فاصله 35 متری پیش روی کرده است. در مطالعه حاضر طول و عرض شکاف مورد بررسی در سناریوی 6 به ترتیب 20 سانتی‌متر و 1 سانتی‌متر فرض شد. همچنین میزان تشعشع حرارتی برای این شکاف، در فواصل35، 51 و 80 متر به ترتیب 10، 5 و  kw/sqm2 برآورد شد. همچنین، تشعشع حرارتی آتش‌ فورانی، بدترین پیامد در مطالعه حاضر شناخته شد. در همین راستا، در مطالعه‌ای که توسط شیرالی و نعمت پور (1397) با عنوان بررسی مدل انتشار گاز متان در یکی ازجایگاه‌های سوختCNG  اهواز که توسط نرم‌افزار ALOHA انجام داده‌اند به این نتیجه رسیده‌اند که جدی‌ترین خطری که کارکنان و ساختمان های اطراف را تهدید می‌کند، عواقب ناشی از تشعشع حرارتی می‌باشد و با افزایش قطر شکاف میزان تشعشع حرارتی در فواصل بیشتری پیش روی می‌کند (5). در این مطالعه اندازه شکاف‌ها 01/0، 02/0و03/0 متر بوده‌اند که به ترتیب 2/19، 74/34 و74/47 کیلووات بر متر مربع شعاع حرارتی داشته‌اند. در مطالعه دیگر که توسط جلالی النجارقی و سید هاشمی با عنوان مد‌ل‌سازی و ارزیابی پیامد بروز سانحه در مخازن استوانه‌ای ذخیره متان:مطالعه موردی پالایشگاه شهید هاشمینژاد که با استفاده از نرم‌افزارALOHA انجام دادند، بدترین سناریو را جت آتش بیان کرده‌اند (2). علت این امر خطرات بسیار از لحاظ شدت و شعاع گسترش بیشتر و تکرار پذیری Jet fire به عنوان بدترین پیامد ناشی از رهایش گازهای سمی در مطالعات جایگاه های سوخت حاوی  CNGاست. نتایج حاصل از مطالعه آنها نشان دادند که محدوده تشعشع حرارتیkw/sqm 10،  kw/sqm kw/sqm2 به ترتیب تا فواصل102، 141 و220 متر گسترش دارند . در مطالعه دیگر با عنوان محاسبه ریسک کمی و شبیه سازی آلوها روی نشتی تصادفی نیروگاه گاز طبیعی توسط گاونینگ و همکارانش انجام شد، بارزترین سناریو را تشعشع حرارتی Jet fire عنوان کرده‌اند (13). علت این امر آن است که خطراات ناشی ازJet fire نسبت به سایر پیامدهای ناشی از رهایش گاز های سمی با شدت بیشتری گسترش می‌یابد پیامد ناشی از نشتی 100، 200 و 1200 میلی‌متری روی خطوط لوله گاز طبیعی بررسی شد و به این نتیجه رسیدند که نشتی100 میلی‌متری باعث ایجاد منطقه قابل اشتعال از فاصله27 تا44 متری می‌شود و فرار و تخلیه از نیروگاه باید صورت گیرد و هیچ آسیبی به داخل شهر وارد نمی‌شود. نشتی200میلی‌متری باعث ایجاد منطقه قابل اشتعال از فاصله55 تا 92متری می‌شود در این صورت باید منطقه قرنطینه سریعا مشخص شود. نشتی1200میلی‌متری باعث ایجاد منطقه قابل اشتعال از فاصله 382 تا  369متری می‌شود در این نشتی تاثیرات مخرب روی شهر به وضوح دیده می‌شود.
در مطالعه محمد فام و همکاران با عنوان ارزیابی ارزیابی پیامد حریق مخازن گاز متان در یک پالایشگاه گاز که بااستفاده از نرم افزارphast انجام داده اند، تشعشع حرارتی ناشی ازJet fire به عنوان بدترین سناریو گزارش شده است (7). آن ها با مقایسه تشعشع حرارتی ناشی از سه نشتی50، 100و250 میلیمتری به این تیجه رسیدند بدترین سناریو با نشتی250 میلیمتری با شدت تشعشع kw/sqm 5/37محدوده‌ای در حدود 37104 متر مربع رادر بر می‌گیرد.
بر اساس یافته‌های پژوهش حاضر خطر پتانسیل کشندگی در 1 دقیقه در بدترین سناریو یعنی تشکیل شکاف با طول20 و عرض1 سانتی‌متر است که تاحدود 35 مترمربع اطراف مخزن پیش روی داشته است. این در حالی است که در مطالعه کریمی و همکاران در حدود 600 متری اطراف مخزن، غلظت گاز2co حدودppm  480 محاسبه شد که این میزان کشنده بود (3). همچنین بر اساس یافته‌های پژوهش سناریوی شکاف 20 سانتی‌متر در مخزن و ایجاد آتش فورانی، تشعشع حرارتی در وسعت  فواصل 35، 51 و 80 متر  به ترتیب 10، 5 و kw/sqm2 برآورد شد. این در حالی است که در مطالعه بهشتی و همکاران، میزان تشعشع حرارتی در اثر انتشار هگزان از مخزن تا فاصله 353 و 491 متری از مخزن به ترتیب 10 و kw/sqm5 بدست آمد (14). بر اساس مطالعه حاضر در سناریوی 3 و ایجاد سوراخ 3 سانتی‌متر در مخزن و تشکیل ابر بخار اشتعا‌ل‌زا غلظت کشنده ppm 50000در فاصله 89 متری از مخزن (منطقه قرمز) بود. این در حالی است که در مطالعه جهانگیری و پارساراد در بدترین سناریو (سناریوی پارگی ظروف فرایندی کلر) غلظت ppm 1000بود. همچنین فواصل خطر در شرایط اضطراری 2 و 3 (2EPRG- ، 3, EPRG-) به ترتیب  3399 و 1339 متر بدست آمد (15). در مطالعه حاضر، فاصله ایمن بین جایگاه سوخت‌رسانی و محدوده اطرافش که شامل پارکینگ می‌باشد، رعایت نشده است و با توجه به نمودارهای خروجی نرم‌افزار ، خطر تشعشع حرارتی، ایجاد درد و سوختگی جزئی برای شاغلین و ساکنین اطراف این جایگاه سوخت‌رسانی است. در همین راستا در مطالعه بدری و همکاران نیز نه تنها فواصل کاغی رعایت نشده است بلکه ایستگاه های CNG در مجاورت مناطق پر‌جمعیت به منظور تسهیل عملیات سوخت‌رسانی قرار دارد (16). علت این امر آن است که فاصله بین منبع و حادثه (شعاع پراکنش) یکی از عوامل مهم در شدت و نوع حادثه است.
در این مطالعه غلظت 60% LEL، در فاصله 116 متری و غلظت 10% LEL در فاصله 266 متری پیشروی کرده است. در همین راستا در مطالعه کالیک و همکاران که به منظور ارزیابی خطرات انفجار با گازهای قابل انفجار در مخزنCNG  و LPG خودروها انجام شد، با فرض ایجاد منفذی به قطر 330 میکرومتر در مخزن سوخت خودرو به کمک مدلسازی با نرم‌افزار ALOHA غلظت 60% LEL در فاصله 24 متری و غلظت 10%LEL تا فاصله 60 متری برآورد شد (17).
حوادثی که در صنایع نفت و گار اتفاق می‌افتند با استفاده از نرم‌افزارهای خاص چون ALOHA قابل پیش‌بینی می‌باشند لذا اهمیت استفاده از این نرم‌افزارها قبل از احداث یک جایگاه به منظور کاهش تلفات جانی و مال بسیار حایز اهمیت است.
نتیجه‌گیری
با توجه به نمودارهای ارائه شده حاصل از مدلسازی پیامد سناریوی نشت متان از خروجی نر‌م‌افزار می‌توان نتیجه گرفت که در این سناریو، جدی‌ترین خطری که محوطه جایگاه گاز طبیعی و پارکینگ شهرداری که در کنار این جایگاه قراردارد را تهدید می‌کند مربوط به تابش حرارتی jet fire می‌باشد. طبق سناریوهای طراحی شده و مشاهده نقشه‌های هوایی جایگاه پارکینگ شهرداری در محل نامناسبی واقع شده است. در این بررسی میزان خطر ناشی از شکاف با طول2/0 و عرض01/0 متری در مقایسه با سوراخ 03/0 متری بیشتر می‌باشد. همچنین این مطالعه نشان داد که با طراحی مناسب می‌توان از بسیاری از حوادث و پیامدهای ناشی از انفجار CNG پیشگیری کرد. از جمله راهکارهای موثر جهت جلوگیری از تلفات جانی و مالی، اقدامات کنترلی پیشگیری کننده و همچنین انتخاب کردن طراحی مناسب حین تاسیس جایگاه و ادغام ایمنی برای پرسنل، تجهیزات و متعلقات است که به کمک آن می‌توان انواع ریسک فاکتورهای مربوطه را شناسایی و پیشگیری کرد.  اداره حمل و نقل آمریکا (ABS: American Burea of Shipping)  یک مدل مهندسی فاکتورهای انسانی/ارگونومی را پیشنهاد کرد که شامل 4 عنصر موثر در ایمنی و کفایت در عملکرد است. این چهار عنصر حیاتی عبارتند از: مردم، محیط پیرامون، طراحی و مدیرت و سازماندهی.
از محدودیت‌های این پژوهش آن است که نتوانستیم این مطالعه را در کلیه جایگاه‌های سوخت استان اصفهان انجام دهیم اما از آن جایی که در این مطالعه و سایر مطالعات مشابه، Jet fire به عنوان بدترین و پرتکرارترین و شدیدترین پیامد ناشی از رهایش گازهای سمی و اشتعال پذیر جایگاه‌های سوخت بود لذا می‌توان نتایج این مطالعه را به کلیه چایگاه‌های سوخت استان اصفهان تعمیم داد.از آن جایی که مطالعات رهایش گازهای سمی و اشتعال پذیرCNG بسیار حادثه خیز است این مطالعه به طور تصادفی در یکی از جایگاه‌های سوختCNG استان اصفهان انجام شد که خوشبختانه با توجه به ماهیت نرم‌افزار ALOHA قابل تعمیم به سایر جایگاه های سوخت CNG است.
تقدیر و تشکر
این مقاله برگرفته از تلاش‌های تیم تحقیق و همکاری‌های بخشی از جمعیت اداری یکی از ادارات استان تهران است. نویسندگان از کلیه جمعیت کارمندان اداری و حمایت ادارات استان تهران که در مراحل مختلف انجام این تحقیق، همکاری نموده­اند، سپاس و قدردانی می‌نمایند.
مشارکت نویسندگان
طراحی پژوهش: م.ر
جمع‌آوری داده: م.ر، م.ب
 
تحلیل داده: م.ح.چ، ر.پ
نگارش و اصلاح مقاله: ع.م، م.ر
تضاد منافع
هیچ‌گونه تعارض منافعی از سوی نویسندگان گزارش نشده است.
 
منابع
1. Shirali GA, Nematpour L. Investigating Consequence Modeling of Methane Release at CNG Fuel Stations in Ahvaz City . Occupational Health and Engineering. 2018;2(2):77-88. [Persian]
2. Jalali A, Najarqi M. Modeling and Evaluation of Crash Consequences in Methane Storage Cylindrical Tanks: A Case Study of Shahid Hasheminejad Refinery (Khanirian-Sarakhs). scientific advancement of new process. 2017;12(58):171-61. [Persian]
3. Pourbabaki R, Karimi A, Yazdanirad S. Modeling the consequences and analyzing the dangers carbon disulfide emissions using ALOHA software in an oil refinery. Health in the field. 2018;6(3):1-9. [Persian]
4. Assessment of conventional and radiological risks for the handling of hazardous substances
in a research centre. Process Safety and Environmental Protection. 2002; 80(6):
298-304.

5. Shirali GA, Asl ZM, Jahani F, Ahangar AS, Etemad SA. Modeling the Effect of Ammonia Leakage from Ammonia Reservoirs Using ALOHA Software and Developing an Emergency Response Progra m in One of Process Industries. Occupational Hygiene Engineering. 2018; 5(2):12-9. [Persian]
  1. 6. Alberta Health. Review of Their Derivation U, Advantages and Limitations, Protective Action Criteria Public. Health and Compliance; 2017.
7. Assari MJ, Kalatpour O, Zarei E, Mohammadfam I. Consequence modeling of fire on Methane storage tanks in a gas refinery. Occupational Hygiene Engineering. 2016;3(1):51-9.
8. Shao H, Duan G. Risk quantitative calculation and ALOHA simulation on the leakage accident of natural gas power plant. Procedia Engineering. 2012;45:352-9
9. Yet-Pole I, Shu CM, Chong CH. Applications of 3D QRA technique to the fire/explosion simulation and hazard mitigation within a naphtha-cracking plant. Loss Prevention in the Process Industries. 2009;22(4):506-15.
10. Law WP, Erain N, Ramli NI, Gimbun J. Assessment of chlorine leak dispersion around Gebeng industrial area and potential evacuation route. Atmospheric Research. 2019;216:117-29.
11. Rashid ZA, Yeong AM, Alias AB, Ahmad MA, Ali SA. Study of vapor cloud explosion impact from pressure changes in the liquefied petroleum gas sphere tank storage leakage. Materials Science and Engineering 2018;358(1): 012073. [Persian]
12. Parvini M, Kordrostami A. Consequence modeling of explosion at Azad-Shahr CNG refueling station. Journal of Loss Prevention in the Process Industries. 2014;30:47-54.
13. Shao H, Duan G. Risk quantitative calculation and ALOHA simulation on the leakage accident of natural gas power plant. Procedia Engineering. 2012 ;45:352-9.
14. Beheshti MH, Hajizadeh RO, Mehri A, Borhani Jebeli M. Modeling the result of hexane leakage from storage tanks and planning a emergency response program in a petrochemical complex. Iran Occupational Health. 2016;13(1):69-79. [Persian]
15. Jahangiri M, Parsarad A. Determination of hazard distance of chemical release in a petrochemical industry by chemical exposure index (CEI). IOH. 2010;7(3):55-62.
16. Badri N, Nourai F, Rashtchian D. Quantitative risk assessment to site CNG refueling stations. Chemical Engineering Transactions. 2010; 19: 255.
17. Kulich M, Cáb S, Nos F, Bernatík A. Explosion risk assessments for facilities with compressed flammable gases. Transactions of the VŠB–Technical University of Ostrava, Safety Engineering Series. 2015;10(2):13-9.

Modeling the Consequences of Methane Gas Expansion in a CNG Fuel Stations of Isfahan Province
Mahdieh RASTIMEHR[5], Mahshid BAHRAMI[6], Adel MAZLOMI[7], Mohammad Hossein CHALAK[8],
Reza POURBABAKI[9]*
Abstract
Introduction: Assessment of the consequences of hazards such as fire and explosion is one of the most urgent and important steps to improve the level of safety in the current stations and those that are in the design process. The purpose of this study was to review the model of CNG Compressed Natural Gas releases and the range of damages to individuals and equipment. Moreover, we examined the observance of safe distance of this station to its surroundings.
Materials and Methods: In this study, modeling the effects of fire and explosion on the CNG fuel station in Isfahan province was performed using ALOHA software. In this model, six scenarios were designed to create a hole with a diameter of 0.03m and a gap of 0.2m and width of 0.2 m in a pressure vessel.
Results: It was observed that the toxic atmosphere was within the distance of 55 meters at a concentration of 65000 ppm. In the case of a gap, the toxic vapor cloud range could increase to 66 meters. The flammable superpower range was 89meters for the hole but 107 meters for the gap. The thermal radiation from the jet fire to the distance of 25meters was 10 kw/sqm for the hole, but the thermal radiation was 10 kw/sqm for the gap to 35meters.
Conclusion: The most dangerous scenario was the Jet Fire, which involved not only the CNG station, but also the municipal parking area. Furthermore,  the thermal radiation produced by the gap was greater than the hole with regard to the involved range.
 
Key words: CNG fuel, Methane, Outcome modeling, ALOHA software
  Original Article

 
Received: 2019/08/14
Accepted: 2019/12/03

Citation:
RASTIMEHR M, BAHRAMI M, MAZLOMI A, CHALAK MH, POURBABAKI R. Modeling the Consequences of Methane Gas Expansion in a CNG Fuel Stations of Isfahan Province. Occupational Hygiene and Health Promotion 2021; 4(4): 337-350.
 


[1] گروه مهندسی بهداشت حرفه ای، دانشکده بهداشت، دانشگاه علوم پزشکی تهران، تهران، ایران 
[2] گروه مهندسی بهداشت حرفه ای، دانشکده بهداشت، دانشگاه علوم پزشکی تهران، تهران، ایران 
[3] گروه مهندسی بهداشت حرفه ای، دانشکده بهداشت، دانشگاه علوم پزشکی تهران، تهران، ایران 
[4]* گروه مهندسی بهداشت حرفه ای، دانشکده بهداشت، دانشگاه علوم پزشکی تهران، تهران، ایران
*(نویسنده مسئولyasin.babaki@gmail.com :
[5] Department of Occupational Health Engineering, School of health, Tehran University of medical sciences, Tehran, Iran 
[6] Department of Occupational Health Engineering, School of health, Tehran University of medical sciences, Tehran, Iran 
[7] Department of Occupational Health Engineering, School of Public Health, Tehran University of Medical Sciences, Tehran, Iran 
[8] Department of Occupational Health Engineering, School of health, Iran University of medical sciences, Tehran, Iran 
[9] Department of Occupational Health Engineering, School of health, Tehran University of medical sciences, Tehran, Iran
*(Corresponding Author:yasin.babaki@gmail.com
نوع مطالعه: پژوهشي | موضوع مقاله: ایمنی
دریافت: 1398/5/23 | پذیرش: 1399/11/4 | انتشار: 1399/12/4

ارسال نظر درباره این مقاله : نام کاربری یا پست الکترونیک شما:
CAPTCHA

ارسال پیام به نویسنده مسئول


بازنشر اطلاعات
Creative Commons License این مقاله تحت شرایط Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License قابل بازنشر است.

کلیه حقوق این وب سایت متعلق به فصلنامه بهداشت کار و ارتقا سلامت می باشد.

طراحی و برنامه نویسی : یکتاوب افزار شرق

© 2022 CC BY-NC 4.0 | Occupational Hygine and Health Promotion Journal

Designed & Developed by : Yektaweb