بخشی از مقاله
چکیده
امروزه باتوجه به محدودیت فرآوردههای نفتی و همچنین چالشهای زیستمحیطی استفاده از گاز طبیعی فشرده - CNG - بهعنوان سوخت جایگزین وسایلنقلیه در حال افزایش است. به همین منظور در این مقاله با استفاده از رویکرد نمودار Bow-Tie به ارزیابی ریسک نشت CNG از سیستم سوخترسانی وسایلنقلیه گازسوز پرداختهمیشود.
برای شناسایی علل و محاسبه احتمال رخداد نشت CNG از اطلاعات و دادههای ثبتشده در سازمان آتشنشانی مشهد استفادهگردیدهاست. با بررسی دادههای موجود، رویدادهای پایه و میانی درخت خطا شناسایی و احتمال وقوع آنها به کمک تابع نمائی محاسبه شد. سپس با درنظرگرفتن شرایط موجود و نظر خبرگان، پیامدهای ناشی از نشت CNG تعیین و درنهایت راهکارهایی برای کاهش آن مطرح گردید.
-1 مقدمه
امروزه باتوجه به محدودیت منابع انرژی، همچنین بهمنظور ملاحظات زیستمحیطی و کاهش انتشار آلایندههای مضر ناشی از سوختهای فسیلی مانند بنزین و گازوئیل، سیاست جهانی حرکت بهسوی جایگزینی سوختهای دیگر را آغاز نموده است. سوختهای گوناگون، مانند گاز طبیعی مایع - LPG2 - ، پروپان، هیدروژن، سلولهای سوختی برای بخش حملونقل جایگزین شدهاند. از میان این سوختهای جایگزین، گاز طبیعی فشرده - CNG - میتواند نیازهای حداقلی کشورهای جهان را برآورده کند[1]،.[2]
به علت عدم وجود محتوای سرب و یا بنزن در سوخت CNG، میزان انتشار آلایندهها از خودروهای گازسوز بسیار کم است و آلودگی هوا نسبت به استفاده از سایر سوختها %90 کاهش مییابد. همچنین استفاده از CNG هزینههای نگهداری را تا حد زیادی کاهش داده و سروصدای کمتری تولید میکند؛ بنابراین گسترش خودروهای CNG در سراسر جهان یکروند طبیعی است.[3]
در 10 سال گذشته، در سراسر جهان، شمار خودروهای گازسوز - NGVs3 - با نرخ سالانه 24 درصد افزایش یافته است .[4] در سال 2019، استفاده بیش از 27 میلیون وسیله نقلیه CNG در سراسر جهان ثبت شد کهعمدتاً در پاکستان، ایران، آرژانتین، برزیل، هند، ایتالیا و چین مورداستفاده قرار میگیرند.[5] با توجه به گسترش استفاده از سوخت جایگزین در خودروها مطالعات متعددی در این حوزه انجام شدهاست برخی از این مطالعات لزوم استفاده از سوخت جایگزین مانند CNG را مورد بررسی قرار دادهاند.
Muhammad Imran Khan و همکاران در مطالعهای به بررسی پیشینه جهانی، چشمانداز و چالشهای استفاده از سوخت گاز طبیعی و خودروهای گازسوز پرداختند. در این بررسی جنبههای فنی، ذخیرهسازی، مشکلات ایمنی و تأثیر آن بر عملکرد موتور، کارایی، تشعشعات و موانع مربوط را مورد ارزیابی قراردادند که نتایج نشان داد که CNG مزایای متعددی نسبت به سوخت فسیلی، ازجمله کاهش قابلتوجه انتشار و هزینه دارد.[4]
در پژوهشی Han Hao و همکارانش وسایل نقلیه و زیرساختهای گاز طبیعی را در چین موردبررسی قراردادند. این بررسی با هدف ارائه یک چارچوب سیاستگذاری برای ارتقاء وسایل نقلیه گاز طبیعی انجام شد. نتایج حاصل از مقایسه حالتهای مختلف استفاده از گاز طبیعی در این مطالعه، نشان داد که CNG و LNG مناسبترین حالات استفاده از گاز طبیعی بهعنوان سوخت خودرو هستند.[6] از زمان شروع استفاده تجاری ازCNG بهعنوان سوخت خودرو، ایمنی مهمترین نگرانی بوده است و نمیتوان از خطرات بالقوه استفاده از این سوخت چشمپوشی کرد.
در صورت وقوع حادثه در ایستگاههای CNG، با توجه به خطراتی که میتواند برای تجهیزات، کارکنان و افراد دیگر به وجود آورد و همچنین شدت حوادث و احتمال گسترش آنها، بیشتر موردتوجه پژوهشگران قرارگرفتهاند. مهدی پروینی و علی کردرستمی در مقالهای به مدلسازی حادثه انفجار در جایگاه سوخت CNG آزادشهر پرداختند. آنها نشان دادند موج ضربهای ناشی از انفجار یک مخزن مهمترین رویدادی است که ممکن است در ایستگاه سوخترسانی رخ دهد.
باتوجه به نتایج بهدستآمده در مطالعه حاضر، فاصله کمتر از 3,5 متر از مرکز انفجار بهدلیل موج ضربهای بسیار مهلک تلقی میشود. همچنین هیچ منبع قابل اشتعالی در شعاع 3,7 متر وجود نداشته باشد، زیرا با توجه به غلظت گاز باعث وقوع حوادث ثانویه میشود و باعث گسترش حادثه میشود.[7] سعید سیفی و غفرانی در مقالهای به بررسی ایمنی و تحلیل ریسک ایستگاههای سوخترسانی CNG در سطح اول و دوم مدل PRA4 پرداختند و نشان دادن که بیشترین فرکانس رهاشدن گاز در اتاقک کمپرسور خواهد بود.[8]
همچنین در پژوهشی عباسی خراجو و همکاران با استفاده از نرمافزار Google earth و مطالعات کتابخانهای و اطلاعات میدانی عوامل خطرپذیر در ایستگاههای سوخت CNG مورد شناسایی و بررسی قراردادند .[9] یکی دیگر از موضوعات مطالعات این حوزه، بررسی ایمنی مخازن CNG و علل شکست آن میباشد. Kim و همکاران علل شکست مخازن از طریق روشهای بازرسی مهندسی مورد بررسی قراردادند.
در این مطالعه، طراحی مخازن کامپوزیتی CNG بهمنظور شناسایی علل انفجار بررسی شد. بر اساس بررسیهای انجامشده علت اصلی شکست مخزن CNG تداخل و اثر شناوری پیچ و بست مخزن بود. نتایج حاصل نیاز به بازدید دورهای سهساله را برای مخازن CNG پیشنهاد میدهد.[3] در مقالات گذشته کمتر به ارزیابی ریسک و پیامدها ناشی از گسترش استفاده از CNG پرداخته شد. برای کنترل آسیبها و صدمات ناشی از عوامل مخاطرهآمیز استفاده از این سوخت باید خطرات بالقوه آن شناسایی شود . روشهای مختلفی برای ارزیابی ریسک در صنایع گوناگون استفاده میشود.
یکی از مدلهای پرکاربرد در حوزه ارزیابی ریسک بهخصوص حوادث فرآیندی در پژوهشهای اخیر مدل Bow-Tie است. Aqlan و همکاران به ارزیابی ریسک صنایع شیمیایی به کمک Bow-tie فازی پرداختند. در این مطالعه پنج دسته ریسک شناساییشده و برای هرکدام یک رویداد اصلی تعریفشده و برای هر رویداد نمودار Bow-Tie در نظر گرفته شد.[10] خاکزاد و همکاران به بررسی کاربرد نمودار Bow-Tie در حالت پویا با استفاده از رویکرد شبکههای بیزی پرداختند و با استفاده از رویکرد پویایی روش شبکه بیزین امکان بهروزرسانی موانع ایمنی را در نمودار Bow-Tie میافزاید.[11]
اسماعیل زارعی و همکاران در مقالهای رویکرد تجزیهوتحلیل ریسک کمی و پویا - DCQRA5 - برای سناریوهای تصادف و مدلسازی ریسک ایستگاههای گاز طبیعی توسعه دادهاند. در این رویکرد، FMEA6 برای تحلیل خطر استفاده میشود درحالیکه یک نمودار bow-Tie و شبکه بیزین - BN7 - برای طراحی سناریوی حادثه بدترین حالت و برای ارزیابی خطرات استفاده میشود. نتایج نشان میدهد که شکست سیستم رگلاتور، بدترین حالت سناریوی تصادف با خطای انسانی بهعنوان مهمترین عامل است.[12]
باتوجه به منابع غنی گاز طبیعی در کشور ما و باتوجه به وجود شبکه گسترده گازرسانی در داخل کشور در سالهای اخیر توجه مسئولان کشور بهسوی سوخت پاک و ارزان CNG بهعنوان سوخت خودرو معطوف گردیده است. با توجه به توضیحات و بررسیهای انجامشده در مطالعات گذشته ریسک و پیامدهای ناشی از شکست سیستم سوخترسانی خودرو موردبررسی قرار نگرفته است.
ازاینرو مطالعه حاضر به ارزیابی ریسک شکست سیستم سوخترسانی و نشت CNG با استفاده از روش Bow-Tie برای کشف علل وقوع و پیامدهای آن میپردازد. در بخش 2 مقاله، نمودار Bow-Tie بهطور کامل معرفیشده است. در بخش 3 ارزیابی ریسک نشت CNG شرح دادهشده و در بخش 4، تحلیل و ارزیابی نتایج ارائه گردیده است. جمعبندی و نتیجهگیری در بخش 5 ذکر گردیده است.
-2 مواد و روش
روش Bow-Tie ترکیبی از دو روش درخت خطا - FT8 - و درخت رویداد - ET9 - است که برای ارزیابی ریسک مورداستفاده قرار میگیرد. این روش یکی از بهترین روشهای گرافیکی برای مدلسازی یک سناریو تصادفی است که با علل وقوع حادثه شروع و با بررسی عواقب سناریو حادثه پایان مییابد. درخت خطا - FT - در سمت چپ نمودار Bow-Tie برای نشان دادن علل ریشهای منتهی به یک رویداد اصلی - که در مرکز نمودار BT قرار دارد - و درخت رویداد - ET - در سمت راست برای بررسی عواقب احتمالی ناشی از شکست موانع ایمنی رخ میدهد، استفادهشده است.[13]
-1-2 درخت خطا
FT یک روش استنباطی برای تعیین علل ریشهای یک رویداد ناخواسته است که بهعنوان رویداد اصلی شناخته میشود. رویداد اصلی معمولاً یک واقعه بزرگ است که عواقبی ازجمله آسیب به انسان، اموال و محیطزیست را به دنبال دارد. رویداد اصلی در بالای درخت قرار دارد و در قسمت پایین علل وقوع رویداد اصلی نشان داده میشود و جزئیات بیشتری از وقوع حادثه را تشریح میکند. روابط بین علل وقوع رویداد اصلی علائم منطقی نشان داده میشوند که اکثر موارد دروازههای "و" و "یا" بیشتر مورداستفاده قرار میگیرند.[14]
-2-2 درخت رویداد
ET از رویداد اولیهای ساختهشده است که همان رویداد اصلی FT است و متناسب با رویداد اصلی موانع ایمنی تعریفشده است که در هر مانع ایمنی به دوشاخه تقسیم میشود که در آنیک شاخه به موفقیت مانع ایمنی و شاخه دیگر به شکست مانع ایمنی اشاره دارد. هر شاخه، توالی متفاوتی آر رویدادها را نشان میدهد و درنتیجه در هر شاخه پیامد حاصل محاسبه میشود.[15]
-3 ارزیابی ریسک نشت CNG
در این پژوهش برای ارزیابی ریسک نشت گاز CNG، از دادهها و اطلاعات موجود مهر و مومهای 93-97 در سازمان آتشنشانی مشهد استفادهشده است. در ابتدا با نظر خبرگان و بررسی دادههای موجود و باتوجه به تکرارپذیری و پیامدهای مخاطرهآمیز، نشت گاز CNG بهعنوان رویداد اصلی درخت خطا انتخاب شد. باتوجه به بررسی حوادث رخداده، رفتار ناایمن و عملکرد نامناسب سیستم علل میانی این درخت خطا در نظر گرفتهشدهاند که هرکدام از این رویدادها علل ریشهای متعددی را شامل میشوند. جزئیات مربوط به رسم نمودار Bow-tie در جداول - 1 - ، - 2 - ، - 3 - و - 4 - آورده شده و احتمال وقوع خرابی هریک از رویدادها به کمک روابط - 1 - ، - 2 - و - 3 - بهدست آمده است .
