Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Основы методики исследования 27
1.1. Основы методики оценки эффективности повышения безопасности ТЭЦ с учетом риска 30
1.2. Методика расчета интегрированного риска 37
Глава 2. Теоретическое обоснование и разработка физико-математических моделей распространения поражающих факторов в окружающей среде при авариях на ТЭЦ 47
2.1. Теоретическое обоснование и разработка модели количественной оценки поражающих факторов аварий с формированием гидродинамиче ской волны прорыва на мазутных резервуарах ТЭЦ 48
2.1.1. Разработка модели количественной оценки поражающих факторов при гравитационном растекании цилиндрического слоя жидкости на неограниченной поверхности 49
2.1.2. Разработка модели количественной оценки поражающих факторов при переливе части жидкости через обвалование вследствие квазимгновенного разрушения резервуара 54
2.1.3. Разработка модели количественной оценки поражающих факторов при разрушении обвалования вследствие силового гидродинамического воздействия образовавшейся волны прорыва и растекании вылившейся жидкости по прилегающей территории 57
2.1.4. Обоснование количественных показателей поражающего воздействия на реципиента гидродинамической волны прорыва при авариях на мазутных резервуарах ТЭЦ 60
2.2. Теоретическое обоснование количественных показателей поражающего воздействия аварий при пожарах разлития на мазутных резервуарах ТЭЦ 62
2.3. Теоретическое обоснование и разработка модели количественной оценки поражающих факторов при авариях в цехе ХВО с баками химреагентов ТЭЦ 68
Глава 3. Методика определения рисков аварий мазутного хозяйства и цеха ХВО теплоэлектроцентралей 83
3.1. Разработка методики количественной оценки риска аварий теплоэлектроцентралей 84
3.2. Теоретическое обоснование и разработка координатного закона теплового поражения человека при формировании горящей гидродинамической волны прорыва 90
3.3. Теоретическое обоснование и разработка координатного закона токсического поражения человека 94
Глава 4. Анализ системной эффективности повышения безопасности мазутного хозяйства и ХВО ТЭЦ (на примере филиала «Волгоград ская Генерация» ОАО «ЮГК ТГК-8») 98
4.1. Анализ основных причин происшедших аварий 98
4.2. Анализ условий возникновения и развития аварий на ТЭЦ 104
4.3. Анализ и количественная оценка интегрированного риска мазутногохозяйства ТЭЦ 105
4.3.1 Определение типовых сценариев возможных аварий в мазутном хозяйстве (системе мазутоснабжения) ТЭЦ 106
4.3.2. Оценка количества опасного вещества, участвующего в аварии на резервуарах мазутного хозяйства 110
4.3.3. Расчет вероятных зон действия поражающих факторов при авариях в мазутном хозяйстве 113
4.3.4. Оценка возможного ущерба при авариях в мазутном хозяйстве 115
4.3.5. Оценка риска аварий в мазутном хозяйстве ТЭЦ 121
4.4. Анализ и количественная оценка интегрированного риска в цехе ХВО с баками химреагентов ТЭЦ 125
4.4.1. Определение типовых сценариев возможных аварий в цехе ХВО с баками химреагентов ТЭЦ 126
4.4.2. Оценка количества опасного вещества, участвующего в аварии в цехе ХВО с баками химреагентов ТЭЦ 130
4.4.3. Расчет вероятных зон действия поражающих факторов при авариях в цехе ХВО с баками химреагентов ТЭЦ 132
4.4.4. Оценка возможного числа пострадавших при авариях в цехе ХВО с баками химреагентов ТЭЦ 133
4.4.5. Оценка возможного ущерба от аварий в цехе ХВО с баками химреагентов ТЭЦ 137
4.4.6. Оценка риска аварий в цехе ХВО ТЭЦ 138
4.5. Анализ и количественная оценка интегрированного риска в системе маслоснабжения ТЭЦ 141
4.5.1. Определение типовых сценариев возможных аварий в системе маслоснабжения 141
4.5.2. Оценка количества опасного вещества, участвующего в аварии в системе маслоснабжения 142
4.5.3. Расчет вероятных зон действия поражающих факторов при авариях на площадке установки трансформаторов ТЭЦ 144
4.5.4. Оценка возможного числа пострадавших при авариях в системе маслоснабжения ТЭЦ (на площадке установки трансформаторов) 145
4.5.5. Оценка возможных ущербов от аварий в системе маслоснабжения ТЭЦ (площадка установки трансформаторов) 145
4.5.6. Оценка риска аварий в системе маслоснабжения ТЭЦ (площадка установки трансформаторов) 147
4.6. Рекомендации и мероприятия по уменьшению риска 150
4.6.1. Обоснование и разработка мероприятий по снижению риска аварий в мазутном хозяйстве 150
4.6.2. Технико-экономическое сравнение вариантов по повышению безопасности мазутного хозяйства ТЭЦ 152
4.6.3. Обоснование рекомендаций по снижению риска аварий в цехе ХВО 154
Основные выводы 160
Литература 162
- Методика расчета интегрированного риска
- Теоретическое обоснование количественных показателей поражающего воздействия аварий при пожарах разлития на мазутных резервуарах ТЭЦ
- Анализ условий возникновения и развития аварий на ТЭЦ
- Рекомендации и мероприятия по уменьшению риска
Введение к работе
0.1. Анализ современного уровня опасности высокорисковых объектов топливно-энергетического комплекса
Топливно-энергетический комплекс (ТЭК) является важнейшей структурной составляющей экономики России, одним из ключевых факторов обеспечения функционирования производительных сил и жизнедеятельности населения страны. Он оказывает существенное влияние на формирование бюджета страны, обеспечивает более половины ее экспортного потенциала. Важным компонентом ТЭК является система энергоснабжения промышленного региона.
Система энергоснабжения промышленного региона объединяет промышленные предприятия, объекты коммунального хозяйства, электрифицированный транспорт и другие системы функционирования предприятий и жизнеобеспечения населенных мест.
Для большинства городов и населенных пунктов Российской Федерации важной составляющей региональной энергетической системы являются тепло-генерирующие объекты, обеспечивающие теплоснабжение потребителей в период стояния низких температур наружного воздуха. Основным компонентом централизованной системы теплоснабжения стали теплоэлектроцентрали (ТЭЦ). В Центральном, Поволжском и Северо-Западном регионах России создана развитая инфраструктура центрального отопления, она представляет собой хорошую основу для дальнейшего развития ТЭЦ. Причем в Европейской части территории России преобладают газомазутные ТЭЦ.
Важным аспектом устойчивого функционирования и развития промышленного региона является обеспечение энергетической безопасности. Под энергетической безопасностьюпонимается защищённость городского сообщества от внутренних и внешних угроз полного или частичного разрушения энергообеспечения среды обитания, объектов и сфер жизнедеятельности населения, как в штатных, так и в чрезвычайных ситуациях. Обеспечение энергетической безопасности города, достигается системой гарантированных поставок топлива, устойчивой работой теплогенерирующих объектов и городского сетевого хозяйства.
В современных условиях одной из значимых составляющих энергетической безопасности становится экологическая безопасность, направленная на снижение вредного воздействия на окружающую среду энергетических систем и комплексов.
С точки зрения вредного воздействия на окружающую среду, топливно-энергетический комплекс выступает как один из крупнейших ее загрязнителей, выбрасывающий 48% всех вредных веществ в атмосферу страны, 27% загрязненных сточных вод, свыше 30% твердых отходов производства и до 70% общего объема парниковых газов. Выбросы ТЭК (83,1%), в основном, состоят из жидких и газообразных компонентов, около 30% - диоксид серы, 16,9% - твердые аэрозоли (зола и пыль), половина из которых (49,8%) выносится в процессе производства электроэнергии на тепловых электростанциях (ТЭС). Помимо атмосферного воздуха, предприятия ТЭК интенсивно используют природные воды и загрязняют, главным образом, поверхностные источники своими стоками.
Опасность для населения и природной среды мощных ТЭС обусловлена наличием в их выбросах таких химически агрессивных и ядовитых веществ как оксиды серы, азота, углерода, отдельных канцерогенов (бензопирена, оксида ванадия, высокомолекулярных органических соединений) и т.д.
За последние два десятилетия проведена обширная научно-практическая работа по снижению газообразных выбросов и сточных вод, а также электромагнитного загрязнения среды от энергоустановок.
Основополагающие вопросы охраны окружающей среды в электроэнергетике нашли свое отражение в работах ОАО «ЭНИН им. Г.М. Кржижановского», ОАО «Всероссийский теплотехнический институт», Московского энергетического института, Московского института энергобезопасности и энергосбережения, НИИ Атмосфера, Всероссийского научно-исследовательского института экономики минерального сырья и недропользования (ВИЭМС) МПР.
Однако, проводимые исследования и разработка научных подходов, методов, алгоритмов, программ и технологий по снижению вредного воздействия энергетических систем и комплексов на окружающую среду, затрагивают только область штатных выбросов энергоустановок.
Малоисследованными остаются факторы физического воздействия объектов электроэнергетики и в частности ТЭЦ на окружающую среду, связанные с нештатными, аварийными выбросами взрывопожароопасных веществ, носящими стохастический характер. Данные вещества - мазут и трансформаторное масло сосредоточенны в значительных количествах в резервуарных парках ТЭЦ, работающих на газомазутном топливе и маслоохладителях трансформаторов. Необходимо отметить, что в европейской части территории страны, включая Уральский регион, сосредоточено 77% мощностей тепловых электростанций России (102 млн. кВт), 80% из которых запроектированы и работают на газомазутном топливе.
Под физическим воздействием на окружающую среду понимаются физические поля поражающих факторов - воздушная ударная волна взрыва, тепловое излучение при пожарах разлития, гидродинамическая волна растекающегося мазута при квазимгновенном разрушении резервуара.
Из-за высокой температуры вспышки мазута в открытом тигле, существенно превышающую рабочую температуру хранения сложилось мнение, что при их хранении в резервуарах отсутствуют взрывоопасные концентрации в газовом пространстве резервуара и не представляют серьезной опасности. Однако, происшедшие ряд взрывов и пожаров в резервуарах с мазутами, как за рубежом, так и у нас в стране, заставили задуматься об особенностях взрывопо-жарной опасности мазутохранилищ.
Некоторые примеры аварий на мазутных резервуарах тепловых электростанций. В 1980 г. на Тамбовской ТЭЦ при проведении электросварочных ра-бот произошел взрыв и пожар промежуточной емкости вместимостью 600 м мазутного хозяйства. Были выведены из строя сама емкость, два погружных насоса, трубопроводы и кабель.
8 В том же году на Чульманксой ГРЭС «Якутскэнерго» во время сварки вспыхнула пропитанная топливом теплоизоляция. Произошел взрыв паров в резервуаре мазутного хозяйства. Пожар распространился на другие резервуары. В 1983 г. в резервуарном парке Киевской ТЭЦ-6 от прямого удара молнии взорвались пары в мазутной емкости объемом 30000 м . В результате были повреждены девять панелей железобетонного перекрытия. Тушение пожара осложнилось выбросом мазута.
В 1988 г. в резервуарном парке Оршанской ТЭЦ «Белгородэнерго» от применения открытого огня взорвались пары мазута в резервуаре РВС-1000.
Один из крупнейших пожаров в резервуарах с мазутом произошел в Германии в 1979 году. После взрыва возник пожар в резервуарном парке Дуйсбурга. На территории шириной 200 м и длиной 1 км находились 24 емкости с различными нефтепродуктами. Емкость резервуаров составляла 1500 - 4000 м3 и они были объедены в три группы. Во второй и третьей группах хранился мазут. Поскольку температура вспышки паров нефтепродукта была более 100 С, на резервуарах отсутствовали стационарные установки пожаротушения. Ко времени прибытия основных сил пожар принял значительные размеры, огнем была охвачена группа резервуаров. К тушению были привлечены 426 пожарных из нескольких ближайших городов, 69 пожарных автомобилей различных типов, два пожарных катера и спасательный вертолет. Было израсходовано 50 тонн пенообразователя. В ходе тушения не раз создавались опасные ситуации из-за растекания накопившейся воды, покрытой слоем горючего, через поврежденное обвалование, а также из-за повторных загораний на большой площади.
В мае и июне 1988 г. в США и в Мексике произошло несколько пожаров, при которых погибли люди, и проводилась эвакуация населения. Так, на одной из мексиканских нефтебаз вспыхнул пожар после взрыва резервуара с 4200 т мазута. Из опасной зоны пришлось эвакуировать 100 тыс. жителей.
Настоящей катастрофой обернулся пожар на складе жидкого топлива электростанции Тасоа, снабжающей электроэнергией столицу Венесуэлы г. Каракас в 1982 г. При пожаре резервуара произошел выброс кипящих нефтепро-
9 дуктов, в результате которого погибли свыше 150 человек, в том числе 40 пожарных.
Как у нас в стране, так и за рубежом зарегистрированы случаи полного раскрытия резервуаров, которые приводили к катастрофическим последствиям. За последние 20 лет произошло 46 случаев разрушения резервуаров.
Половина таких аварий приводила к крупным пожарам. Например, при разрушении от взрыва РВС-5000 на промышленном предприятии г. Санкт-Петербурга в 1978 г. мазут разлился на площади 2500 м. кв. Пожар продолжался более 16 часов, было уничтожено 7 зданий и строений.
При аварийном разливе на нефтебазе в г. Дудинка в 1983 г. в результате разрушения резервуара РВС-5000, площадь пожара составила 18 тыс. м , при пожаре погибло 2 человека.
При аварийном разливе на Камской нефтебазе Ростовской обл. в 1960 г. при разрушении резервуара объемом 700_м , площадь пожара составила 10 тыс. м , при пожаре погиб 41 человек.
Аварийный разлив на НГДУ Кама-Измагил, «Татнефть» 1987 г. при разрушении резервуара РВС-5000, площадь пожара составила 9 тыс. м2.
Поскольку при проектировании ТЭЦ на генеральном плане не предусматривалось взаимное расположение зданий, сооружений, технологического оборудования с учетом риска возникновения на резервуарах гидродинамической волны, то при реализации данной аварийной ситуации с высокой степенью вероятности возможен цепной характер развития аварии [48]. В зоне действия волны прорыва и открытого пламени может оказаться главный корпус с тепло-генерирующим оборудованием ТЭЦ, газораспределительный узел и коммуникации газа с последующим их разрушением. Как следствие данной запроектной аварии будет нарушена система энергообеспечения среды обитания, объектов и сфер жизнедеятельности населения. Таким образом, запроектные аварии на ТЭЦ с высвобождением собственного энергозапаса носят системный характер.
Катастрофичность последствий таких аварий вполне очевидна в период стояния низких температур наружного воздуха, что требует технико-
10 экономического обоснования и разработке дополнительных мер безопасности
ТЭЦ на основе риска.
В современных условиях одной из важных задач является экологическая безопасность, направленная на снижение вредного воздействия на окружающую среду энергетических систем и комплексов.
Для окружающей среды наиболее опасным фактором являются пожары в мазутных резервуарах и пожары разлития мазута и трансформаторного масла. Такие пожары характеризуются сильным задымлением окружающей среды и выделением токсичных продуктов сгорания, которые распространяются на значительные расстояния. Шлейф дыма с повышенной температурой задымленной среды и значительной концентрацией оксидов углерода, распространяясь по направлению ветра на селитебную территорию, способен вызвать смертельную интоксикацию проживающего рядом населения.
Пожары в мазутных резервуарах могут сопровождаться вскипанием содержащейся в мазуте воды с выбросом тысяч тонн нефтепродукта на расстояния свыше восьми диаметров резервуара (300 - 400 м в радиусе), вызывая сплошные пожары на площади несколько десятков и сотен тысяч квадратных метров за пределами территории ТЭЦ [7,49, 53].
Серьезную экологическую опасность для окружающей среды представляют аварии в цехе химводообработки ТЭЦ с выбросами серной и соляной кислот. Пары соляной кислоты, распространяясь по направлению ветра на сотни и тысячи метров, загрязняют атмосферный воздух в летальных и поражающих концентрациях на селитебной территории за пределами ТЭЦ.
Как правило, ТЭЦ размещены в непосредственной близости от потребителей тепла и электроэнергии - в больших городах или густонаселенных промышленных и сельскохозяйственных районах практически всех регионов России. Данный факт, а в большинстве случаев и отсутствие санитарно-защитных зон, определяют быстроту воздействия поражающих факторов при авариях на потенциально опасных составляющих ТЭЦ.
Таким образом, главной потенциальной опасностью, фактором риска эксплуатации региональной системы ТЭЦ являются нештатные, носящие стохастический характер, аварийные выбросы взрывопожароопасных и токсичных веществ с нанесением прямого ущерба окружающей среде.
Под окружающей средой понимается внешняя среда, в которой функционирует организация (региональная система энергоснабжения), включая воздух, воду, землю, природные ресурсы, флору, фауну, человека и сферу их взаимодействия (ГОСТ Р ИСО 14001-98) [78].
Из этого определения следует, что ущерб от аварий в мазутном хозяйстве и цехе ХВО региональной системы ТЭЦ является комплексной величиной, объединяющей (интегрирующей) в себе экологическую, социальную и материальную составляющие последствий реализации опасности - неконтролируемого выброса взрывопожароопасных и токсичных веществ.
Развитие общества на современном этапе все в большей мере сталкивается с проблемами обеспечения безопасности и защиты человека и окружающей среды: «устойчивое развитие и безопасность - две взаимосвязанные концепции, имеющие важное значение при выборе целей и путей перехода к совместной эволюции природы и общества».
В этой связи можно утверждать, что разработка научных подходов и методов по снижению вредного воздействия на окружающую среду поражающих факторов аварий мазутного хозяйства и цеха ХВО региональной системы энергоснабжения являются одной из составляющих научной основы достижения устойчивого развития общества.
0.2. Обзор исследований по методам оценки и обоснованию безопасности производственных объектов
Проблемы промышленной и экологической безопасности находят определенное освещение в научной и технической литературе.
Особый импульс решению указанных проблем был получен после принятия в Российской Федерации ряда Федеральных законов, таких как «Об охране окружающей природной среды» (2002 г), «О защите населения и территорий от
12 чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера» (1994 г), «Об экологической экспертизе» (1996 г), «О безопасности гидротехнических сооружений» (1997 г.), «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» (1997 г), «О техническом регулировании» (2002 г) и других.
Принятие федеральных законов способствовало появлению многочисленных нормативных и методических разработок по вопросам промышленной безопасности и снижения вредного воздействия на окружающую среду [29, 51, 61, 66, 71, 80] и ряд других.
В целом, можно утверждать, что уровень организационных, надзорных и экономических механизмов управления промышленной и экологической безопасностью в Российской Федерации постепенно приближается к международным стандартам.
Следует отметить, что проблемы промышленной и экологической безопасности являются ключевыми в реализации стратегии устойчивого развития любого государства, в том числе и Российской Федерации [79]
Публикации в данной области весьма обширны и вместе с тем недостаточны для практической реализации методов анализа рисков потенциально опасных объектов техносферы, в том числе, и ТЭЦ региональной системы энергоснабжения крупных городов и промышленных районов.
С одной стороны, это объясняется очень большой сложностью проблемы, по сути решающей вопросы моделирования и прогнозирования при функционировании потенциально опасных объектов. С другой стороны, взаимодействием технических систем с окружающей средой в широком смысле слова, включающей в это понятие и самого человека как элемента окружающей среды и, следовательно, проживающее вблизи объекта население.
Проблема сложна еще и тем, что она охватывает большой комплекс вопросов технических, экономических, правовых, социальных, а главное, необходимость увязки этих вопросов для решения поставленной задачи разработки системы взглядов по оценке риска потенциально опасных объектов и управле-
13 ния уровнем указанной опасности на основе экономического механизма, включающего инструмент страхования.
Существующей в России строго детерминированной системе управления окружающей средой (ГОСТ ИСО 14001-98) критериями экологической безопасности являются ПДК и ПДУ опасных веществ и воздействий, а также соответствующие им ПДВ и ПДС.
Однако использование данной системы критериев не позволяет определять меру воздействия на человека и элементы окружающей среды в тех случаях, когда эти критерии превышены, т.е. в условиях техногенных аварий и катастроф, носящих вероятностный характер, а следовательно и прогнозировать величину ущерба окружающей среде и человеку [81].
Для прогностической оценки последствий воздействия техногенных аварий на окружающую среду и решения проблемы управления окружающей средой необходимо иметь меру опасности. В качестве такой меры опасности нанесения ущерба окружающей среде в настоящее время используется понятие «риск».
Отечественные исследования по рассматриваемой проблеме риска начались сравнительно недавно. Начиная с 1991 г. они велись преимущественно в рамках Государственной научно-технической программы «Безопасность населения и народнохозяйственных объектов с учетом риска возникновения природных и техногенных катастроф». В дальнейшем ГНТП трансформировалась в подпрограмму (1998 г.) и комплекс проектов (2002 г.) Федеральной целевой научно-технической программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники» [82]. В эти годы значительный вклад в разработку нормативно-методической документации по промышленной безопасности и анализу риска аварий внесли специалисты ОАО «НТЦ «Промышленная безопасность» [67, 83, 84, 85, 86, 87].
В руководящем документе Госгортехнадзора России РД 03-418-01 [61] сформулированы основные методические принципы, термины и понятия анализа риска, определены общие требования к процедуре и оформлению результа-
14 тов анализа риска, предложена трактовка количественных показателей риска - индивидуального, социального, коллективного, потенциального территориального риска и ожидаемого ущерба. Однако описанные в Методических указаниях методы анализа риска относятся к группе качественных оценок опасности. В то время как методы количественной оценки риска по-прежнему остаются в стадии становления и не внедрены в систему нормативно-методической документации по промышленной безопасности.
Проведенный анализ известных определений и толкований понятия «риск», встречающихся в различных областях знаний показал, что в настоящее время используется множество различных определений риска. Остановимся более подробно на ряде из них, при этом будем использовать исключительно те определения рисков, которые содержатся в цитируемых источниках:
1. Риск в теории принятия решений определяет средний ущерб и вычис ляется по формуле p(P,d)=JL(w,d)dP(w), (0.1) где P(w) - функция распределения вероятностей случайного события (параметра, фактора w); w - конкретная реализация случайной величины W, т.е. исход эксперимента; L(w,d) - известная функция потерь двух аргументов; d - принятое лицом (статистиком) решение (deD, D - пространство возможных решений); Q - пространство возможных реализаций w (wgQ).
Если P(Q) - дифференцируемая функция (имеет меру по Лебегу [144]), то р(Р, d) = JL(w, d)dp(w)dw, (0.2) где p(w) - плотность распределения вероятностей случайной величины W.
Таким образом, p(P,d) есть математическое ожидание потерь - ожидаемый средний ущерб, который причиняется индивидууму, если он принимает решение d [88].
2. Риск статистической процедуры (в теории статистических решений [89]) рассматривается как средние потери и рассчитывается по формуле R(0,6)=jL(9,8(x))dPe(x), (0.3) x где L(0,8(x)) - функция потерь; 0 - параметр функции распределения вероятностей; 8(х) - решающая функция; Ре(х) - функция распределения вероятностей; X - область изменения случайной величины X.
3. Индивидуальный риск (по В. Маршаллу [54]) - это частота возникновения поражающих воздействий определенного вида, возникающих при реализации определенных опасностей в определенной точке пространства (где может находиться индивидуум).
Индивидуальный риск (по РД 03-418-01 [61]) - частота поражения отдельного человека в результате воздействия исследуемых факторов опасности.
Индивидуальный риск (в теории предупреждения и ликвидации ЧС [93]) -частота гибели человека от определенных причин (или их совокупности) в определенной точке пространства. Рассчитывается по формуле Rh (х, У) = Е Z PQi (Х' У)р(Am ), (0.4) тєМ leL где Pq (х,у) - вероятность воздействия на человека в точке с координатами (х,у) Qi-ro поражающего фактора с интенсивностью, соответствующей гибели (поражению) человека при условии реализации Ат-го события (аварии, опасного природного явления); F(Am) - частота возникновения Ат-го события в год; М - множество индексов, которое соответствует рассматриваемым событиям; L -множество индексов, которое соответствует перечню всех поражающих факторов.
Социальный риск (по В. Маршаллу [54]) - это зависимость частоты возникновения событий, состоящих в поражении определенного числа людей, подвергаемых поражающим воздействиям определенного вида при реализации определенных опасностей, от этого числа людей и характеризует масштаб катастрофичности, опасности.
Социальный риск, или F/N-кривая (по РД 03-418-01 [61]) - зависимость частоты возникновения событий F, в которых пострадало на определенном уровне не менее N человек, от этого числа N. Характеризует тяжесть последствий (катастрофичность) реализации опасности.
Социальный риск (в теории предупреждения и ликвидации ЧС [93]) - зависимость частоты возникновения событий, вызывающих поражение определенного числа людей, от этого числа людей. Рассчитывается по формуле Rc(N)= ^XP(N/Ql)-PWl/A»)-F(Am)> (0.5) тєМ ІєЬ где p(N/Qi) - вероятность гибели N людей от Qi-ro поражающего фактора; P(Q/Am) - вероятность возникновения Qi-ro поражающего фактора при реализации Ат-го события; F(Am) - частота возникновения Ат-го события.
4. Общий риск (по И.И. Кузьмину [90]) - общее число смертей в год в расчете на тысячу человек среднего по возрасту населения. Общий риск вклю чает в себя социально-экономический и техногенный риск.
Социально-экономический риск Rco - общее число смертей в год в расчете на тысячу человек, обусловленное недостаточным уровнем развития экономики, уровнем питания, уровнем жизни. Основываясь на данном утверждении величина Rc_3 в [90] представлена как функция, зависящая главным образом от годового дохода человека Rc-3=A/L1/3, (0.6) где А=280; L - годовой доход человека в долларах.
Техногенный риск - общее число смертей в год в расчете на тысячу человек, обусловленное хозяйственной деятельностью.
5. Риск (в теории принятия решений [91]) - величина, равная произведе нию величины события (А) (например, ущерба, эффекта поражения и т.д.) на меру возможности наступления этого события (q). R=A-q. (0.7)
6. Риск (в теории управления риском в социально-экономических систе мах [92]) - мера для количественного измерения опасности, представляющая собой векторную (т.е. многокомпонентную) величину, измеренную, например, с помощью статистических данных или рассчитанную с помощью имитацион ных моделей, включающую следующие количественные показатели: величину ущерба от воздействия того или иного опасного фактора; вероятность возникновения (частоту возникновения) рассматриваемого опасного фактора; неопределенность в величинах как ущерба, так и вероятности.
7. Техногенные и экологические риски (в техногенной и экологической безопасности [31]) - вероятностная мера возникновения техногенных и при родных явлений, сопровождающихся формированием и действием вредных факторов и нанесением при этом ущерба R=RrR2-R3, (0.8) где R - уровень риска, т.е. вероятность нанесения определенного ущерба человеку и окружающей среде; Rj - вероятность (в ретроспективе - частота) возникновения события или явления, обусловливающего формирование и действие поражающих факторов; R2 - вероятность формирования определенных уровней физических полей, ударных нагрузок, полей концентраций вредных веществ в различных средах и их дозовых нагрузок, воздействующих на людей и другие объекты биосферы; R3 - вероятность того, что указанные выше уровни полей и нагрузок приведут к определенному ущербу: ухудшению состояния здоровья и снижению жизнедеятельности людей, в том числе летальному поражению, поражению тех или иных популяций животных и растений, сдвигу равновесного состояния экосистем и т.п.
Математическое ожидание величины ущерба RMO=ZRiYi> (-9)
18 где Rj - вероятность возникновения опасного события і-го вида; Y\ - величина ущерба при і-ом событии; п - число опасных событий.
Интересными, на наш взгляд, представляются подходы к анализу и управлению риском, связанным с техногенным воздействием на человека и окружающую среду, при сооружении и эксплуатации объектов газотранспортных систем, изложенными в работах [46, 94, 95]. В данных работах описана последовательность построения и анализа полей потенциального риска объектов нефтегазового комплекса.
Однако при картировании потенциального риска авторы указанных работах строят на карте не изолинии равных значений риска, а вероятные зоны поражения, которые являются площадной характеристикой и отображаются на карте площадью равных значений потенциального риска.
Аналогичный подход к зонированию территории по уровню риска предложен в работе [96].
Определенный интерес, на наш взгляд, представляет методический подход к оценке экологического риска, изложенный в работе [97]. Экологический риск в данной работе рассматривается как вероятность экологического бедствия, катастрофы, нарушения дальнейшего нормального функционирования и существования экологических систем и объектов в результате антропогенного вмешательства в природную среду или стихийного бедствия.
Нежелательные события экологического риска могут проявляться как непосредственно в зонах вмешательства, так и за их пределами: R0=^P, (0.10) где Ro - экологический риск; АО - число антропогенных экологических катастроф и стихийных бедствий в единицу времени t; О - число потенциальных источников экологических разрушений на рассматриваемой территории.
Масштабы экологического риска R оцениваются автором [97] процентным соотношением площади кризисных или катастрофических территорий AS к общей площади рассматриваемого биогеоциноза S: AS R =--100,%. (0.11)
Дополнительным косвенным критерием экологического риска автор работы [97] предлагает использовать интегральный показатель экологичности территории рассматриваемой местности (предприятия), соотносимой с динамикой плотности населения (численности работающих):
0T-*f«. (0.12) где От - уровень экологичности территории; AM - динамика прироста численности населения (работающих) в течение периода наблюдения t; S - площадь исследуемой территории. AM = (G-U) + (F-V), (0.13) где G, F, U, V - соответственно численность родившихся на наблюдаемый период, прибывших в данную местность на постоянное местожительство, умерших и погибших, выехавших в другую местность на постоянное местожительство (уволившихся).
В этой формуле разность (G-U) характеризует естественный, a (F-V) -миграционный прирост населения на территории (текучесть кадров).
Положительное значение уровня экологичности говорит о степени экологического благополучия, и наоборот, отрицательное значение уровня От - о степени экологического бедствия.
Однако, такой подход, отражая только динамику уровня экологичности территории за длительный период t, не позволяет количественно измерить риск поражающего воздействия потенциально опасного объекта на экосистемы и социум рассматриваемой территории и на этой основе получить эколого-экономическую оценку возможных последствий аварий.
Проблемы оценки опасности природных и техногенных процессов достаточно подробно рассмотрены д.г-м.н. А.Л. Рагозиным в [98, 99, 100]. В частности, в работах [98, 100] выводятся общая и частная формулы для оценки соци-
20 ального, индивидуального, экономического и других типов риска от различных природных и технологических опасностей.
Средний за определенное время или комбинированный (приведенный к единице времени) риск от события А определяется из выражения: R(A) = Р(А) Vs(A)yn(A), (0.14) где Р(А) - повторяемость события А , имеющая размерность, обратную времени; VS(A) - степень уязвимости объекта при событии А определенной интенсивности; Уп(А) - условный полный ущерб от события А, равный численности населения, количеству или стоимости всех объектов (элементов) в зоне поражения.
Повторяемость в формуле (0.14) численно равна частоте или статистической вероятности события А и выражается числом «отказовых» случаев за единицу времени (отказов/месяц, аварий/год и т.д.). Для нее применимы основные теоремы вероятностей.
Формула является общей, но в каждом случае надо учитывать конкретную специфику событий и системы, их особенности.
Социальный риск от определенной опасности обычно устанавливается применительно к вероятности гибели населения и определяется по формуле: RS(H) = P(A)P(H)VS(H)DP, (0.15) где Р(Н) - вероятность нахождения группы людей (населения, работников отрасли и т.д.) в зоне поражения; VS(H) - степень социальной уязвимости этой группы; Dp - численность населения в определнной зоне поражения.
Удельным показателем и критерием для ранжирования территории является индивидуальный риск поражения населения. Индивидуальный риск определяет вероятность оказаться в числе пострадавших для одного человека из группы рискующих в зоне возможного поражения [100]. Такой риск устанавливается по формуле: Rj(H) = Rs(H)P(I), (0.16)
21 где P(I) = Ixm"1 - вероятность поражения одного человека из группы, оказавшейся в зоне поражения; m - численность этой группы; RS(H) - полный социальный риск поражения населения.
По аналогии с индивидуальным риском вводится дополнительно понятие удельного экономического риска от события А: Ry(A) = MA), (0.17) где Rm(A) - экономический (материальный) риск от события A; S - площадь зоны поражения при этом событии.
Как видно из (0.17), удельный экономический риск - это вероятная характеристика возможности определенного ущерба на единице площади в опреде-ленный отрезок времени, имеющая размерность руб./км год и т.д.
Данная характеристика представляется весьма перспективной для картографического отображения результатов риск-анализа с целью выявления пространственных закономерностей изменения экономического риска. Подобную удельную и (или) индивидуальную характеристику целесообразно использовать и при анализе риска потенциально опасных предприятий.
Вопросы технической надежности систем различного назначения (энергетика, химия, машиностроение, газодобывающая промышленность и др.) рассмотрены в [46, 64,101, 102].
Успехи в становлении этого важного научного направления несомненны [103]. Четко просматриваются перспективы его дальнейшего развития [82, 104, 105]. Большое внимание развитию теории безопасности и методов оценки риска технических систем уделяется в специализированных российских журналах «Безопасность труда в промышленности», «Проблемы безопасности и чрезвычайных ситуаций», «Вопросы анализа риска», «Управление риском». Всё это свидетельствует о том, что методология анализа риска в России находит всё более широкое использование.
Обобщая многочисленные публикации по проблеме оценки опасности промышленных и природных объектов, можно сделать следующие выводы.
22 Опасность - это свойство материальных объектов и систем природы и общества наносить при взаимодействии какой-либо урон. Опасность проявляется в виде предсказуемой, но не контролируемой угрозы наступления негативного события с определенными параметрами на определенной площади в определенный промежуток времени, имеющей неясные социальные, экономические и экологические последствия.
Основной мерой опасности является риск.
Опасность и риск являются ключевыми понятиями концепции обеспечения безопасности окружающей среды, человека и объектов хозяйства, исходящей их допустимых для общества и природы уровней риска.
Методология риска позволяет перейти от бессистемной практики осуществления неотложных защитных мероприятий и действий по ликвидации последствий аварий к последовательной государственной политике управления риском в техносфере, основанной на прогнозировании и профилактике возможных опасностей.
Активная политика государства в области решения проблем промышленной безопасности, принятие Федерального закона «О промышленной безопасности опасных производственных объектов», утверждение Ростехнадзором Методических указаний по проведению анализа риска опасных производственных объектов [РД 03-418-01], бурное развитие исследований в данном направлении, создали объективные условия для внедрения методологии анализа риска в практику обеспечения промышленной безопасности. На этой основе активизировалась и научно-исследовательская деятельность в данной области знаний -поиск, разработка и совершенствование методов количественной оценки риска аварий.
0.3. Цели и задачи исследования
Актуальность темы исследования. Проблема защиты окружающей среды является одной из наиболее актуальных во всем мире. Нет такой сферы производственной деятельности человека, которая не влияла бы на окружающую среду, не изменяла бы ее, всё более разрушая прежнее состояние динамическо-
23 го равновесия. Не является исключением и топливно-энергетический комплекс - потенциальный источник вредного воздействия на окружающую среду. Главной потенциальной опасностью, фактором риска эксплуатации составляющей ТЭК - теплоэлектроцентралей региональной системы энергоснабжения крупных городов и промышленных районов - являются нештатные, носящие стохастический характер, аварийные выбросы взрывопожароопасных и токсичных веществ с нанесением прямого ущерба окружающей среде.
Анализ и оценка опасностей возможных аварий на потенциально опасных объектах техносферы является одной из ключевых проблем промышленной безопасности. Применение методов анализа риска в практике обеспечения промышленной безопасности требует создания единых методологических подходов, учитывающих специфику опасных производственных объектов и нормативных требований в области промышленной, пожарной, экологической безопасности и защиты населения и территорий от чрезвычайных ситуаций. Для выбора адекватных мер предупреждения аварий вследствие стохастического характера их возникновения на ТЭЦ необходима научно-методическая база анализа и количественной оценки риска их появления.
В связи с этим задачи разработки аналитических методов анализа и оценки рисков с целью повышения безопасности и снижения вредного воздействия на окружающую среду поражающих факторов аварий на ТЭЦ при энергоснабжении крупных городов и промышленных районов становятся особо актуальными.
Актуальность и важность представленного исследования подтверждается участием автора в выполнении научно-технической программы Министерства образования Российской Федерации «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники» 2000 - 2003 гг.
Однако проведенный обзор и анализ выполненных исследований показал, что методология анализа риска потенциально опасных объектов региональной системы энергоснабжения крупных городов и промышленных районов остается не до конца разработанной, несмотря на самое пристальное внимание исследо-
24 вателей. Нет, достаточных оснований считать, что эти вопросы нашли окончательное решение за рубежом.
Все это требует проведения дополнительных исследований по детальному и полному учету факторов промышленной и экологической безопасности с единых методических позиций.
Целью работы является научное обоснование системной эффективности повышения безопасности мазутного хозяйства и ХВО ТЭЦ с учетом риска.
Для достижения поставленной цели в работе решались следующие основные задачи:
Разработка методических положений оценки системной эффективности повышения безопасности мазутного хозяйства и ХВО ТЭЦ на основе интегрированного риска.
Теоретическое обоснование и разработка физико-математических моделей развития аварийных процессов и распространения поражающих факторов в окружающей среде при авариях в мазутном хозяйстве и ХВО ТЭЦ.
Разработка методики анализа и количественной оценки риска с целью определения системной эффективности повышения безопасности и снижения вредного воздействия на окружающую среду поражающих факторов аварий мазутного хозяйства и ХВО ТЭЦ.
Оценка системной эффективности повышения безопасности мазутного хозяйства и ХВО ТЭЦ с учетом интегрированного риска (на примере ТЭЦ филиала «Волгоградская Генерация» ОАО «ЮГК ТГК-8»)
Разработка мероприятий и рекомендаций по снижению риска аварий в мазутном хозяйстве и ХВО ТЭЦ.
Научные положения, выносимые на защиту:
Основные принципы технико-экономического исследования системной эффективности инженерных решений обеспечения безопасности и снижения риска мазутного хозяйства и ХВО ТЭЦ.
Математическая модель и методика количественной оценки интегрированного риска мазутного хозяйства и ХВО ТЭЦ.
Аналитические зависимости и физико-математические модели развития аварийных процессов и поражающих факторов в окружающей среде при авариях в мазутном хозяйстве и ХВО ТЭЦ
Теоретически обоснованные модели координатных законов риска поражения человека горящей гидродинамической волной прорыва мазута и токсичными парами соляной кислоты с учетом ее концентрации в водном растворе.
Технико-экономические расчеты системной эффективности повышения безопасности мазутного хозяйства и ХВО ТЭЦ с учетом интегрированного риска (на примере ТЭЦ филиала «Волгоградская Генерация» ОАО «ЮГК ТГК-8»).
Научная новизна работы заключается в следующем:
Разработана экономико-математическая модель определения системной эффективности повышения безопасности мазутного хозяйства и ХВО ТЭЦ на основе риска, учитывающая возможность возникновения, вероятность и параметры развития проектных и запроектных аварий, реализации аварийных процессов и последствий, включая перерывы со снабжением потребителей электрической и тепловой энергией.
Разработаны теоретические положения количественной оценки опасности мазутного хозяйства и ХВО ТЭЦ в форме обобщающего показателя интегрированного риска, являющегося многофакторной функцией, объединяющей риски социального, экологического и материального ущербов, в том числе экономические потери в энергоснабжении потребителей.
Теоретически обоснован метод количественной оценки поражающих факторов аварий мазутного хозяйства ТЭЦ с формированием гидродинамической волны прорыва при разрушении наземных мазутных резервуаров. Получены аналитические зависимости расчета основных параметров воздействия: скорости и глубины потока, время добегания волны прорыва до рассматриваемой точки территории, масса жидкости перелившейся через обвалование в процессе разрушения резервуара, интенсивности теплового облучения при возгорании, в том числе смежных резервуаров и другие факторы.
26 4. Получена аналитическая зависимость для определения величины ток- содозы в рассматриваемой точке территории в функции концентрации соляной кислоты и других факторов рассеивания и воздействия при авариях в цехе ХВО
ТЭЦ. Выполнено теоретическое обоснование и разработан координатный закон риска токсического поражения человека парами соляной кислоты, в том числе с учетом ее концентрации в водном растворе при авариях в цехе ХВО ТЭЦ.
Практическая ценность работы заключается в разработке: компьютерной программы для расчета вероятности возникновения аварий на наземных резервуарах; методики оценки риска поражения человека при растекании горящей гидродинамической волны мазута из разрушенного наземного резервуара; компьютерной программы для расчета интенсивности теплового облучения стенки наземного резервуара и оценки критерия потери им устойчивости.
Практическая ценность работы также заключается в использовании теоретических положений и разработанных методик при анализе и количественной оценке риска аварий в декларациях промышленной безопасности теплоэлектроцентралей ОАО «ЮГК ТГК-8» (Волгоградский регион) и ОАО «Саратовская ТГК» Волжской ТГК-7.
Методы исследования. В основу теоретических исследований были положены методы и концепции теории вероятностей и математической статистики, теории подобия и математического моделирования, системного технико-экономического анализа, декомпозиции развития возможных аварийных ситуаций, выявления закономерностей, описания, обобщения.
Моделирование и расчеты, связанные с анализом и количественной оценкой риска, проведены с использованием методов и средств вычислительной техники и технологий современного анализа данных на компьютере в математических системах: Mathcad 11 A, Statistica 6, Statgraphics Plus 5 и других.
Методика расчета интегрированного риска
При технико-экономической оценке экологической безопасности и системной надежности энергообеспечения сфер жизнедеятельности населения, как следует из вышеизложенного материала, в качестве основной составляющей, изменение которой позволило бы отыскать наиболее рациональное техническое решение по обеспечению безопасности высокорисковых объектов, с учетом финансовых затрат, применим показатель, определяется как интегрированный риск в едином стоимостном эквиваленте.
Учитывая тот факт, что ущерб У , наносимый человеку и окружающей его среде вследствие техногенных аварий и катастроф, является комплексной величиной, объединяющей социальную У, материальную У„ и экологическую Уд составляющие последствий реализации опасности, нами предложена и используется при расчетах [5, 6] модель интегрированного риска.
Интегрированный риск R(y) - это комплексный показатель уровня опасности объекта, выраженный в едином стоимостном эквиваленте и объеди няющий (интегрирующий) в себе риски социального Я(Ус), материальногоR(y„) и экологического ЩУэ) ущербов
В основу модели интегрированного риска (1.7) положены формулы математического ожидания соответствующих потерь (ожидаемый средний ущерб), функционально связывающие частоту реализации неблагоприятного события за интервал времени At, как правило, за год, и ущерб, нанесенный данным неблагоприятным событиемгде Pk - взвешивающий коэффициент, сопоставляющий k-ю степень поражения (нетрудоспособность, серьезные травмы, травмы средней и легкой тяжести) с летальным исходом; УТк - затраты на восстановление трудоспособности индивидуума с k-ой степенью поражения; Yj и Sj - плотность населения и площадь j-ой зоны риска; ЦСЖ - цена спасения жизни; п - число возможных поражающих факторов, формирующихся в результате реализации на объекте существующих опасностей (взрыв, пожар, выбросы химически опасных веществ); m - число рассматриваемых зон риска, расположенных в пределах круга вероятного поражения; а - число степеней поражения; со - число составляющих материального ущерба; ц - число составляющих экологического ущерба; R(E) - потенциальный риск возникновения чрезвычайной ситуации для реципиента вида Е.
Ущербы в системе уравнений (1.8) определяются типом реализуемой опасности и видом реципиента воздействия. Частота неблагоприятного события характеризуется потенциальным риском - стохастической (вероятностной) составляющей ожидаемого ущерба.
При определении материального риска R(Y ) учитывается особенностьтеплогенерирующей энергетической системы связанная с ожидаемым комплексным ущербом от проектных и запроектных аварий.
Высвобождение собственного энергозапаса ТЭЦ в системе мазутоснаб-жения с формированием горящей гидродинамической волны прорыва с высокой степенью вероятности может привести к полному или частичному разрушению основного электро- и теплогенерирующего оборудования ТЭЦ, объектов газового хозяйства и складов жидкого топлива (мазута) с потерей основного и резервного топлив. Как следствие данной запроектной аварии будет нарушено или полностью прекращено энергообеспечение среды обитания, объектов и сфер жизнедеятельности населения. Катастрофичность последствий таких событий вполне очевидна в период максимальной нагрузки отопительного сезона.
В этих условиях комплексный материальный ущерб ТЭЦ складывается изпрямых потерь топлива, оборудования, зданий, сооружений (УмР) и потерь из-за недоотпуска электрической и тепловой энергии потребителям (Уэн):
В состав прямых потерь - входит стоимость разрушенных зданий, сооружений, технологического оборудования, утраченного топливагде Суд - удельная стоимость топлива, руб./т; GT - масса топлива, утраченного вколичество основных средств предприятия, уничтоженных (поврежденных) в результате аварии.
Экологические потери из-за недоотпуска электрической и тепловой энергии потребителям, определяются затратами на обеспечение заданного уровня энергоснабжения потребителей и необходимыми компенсационными мероприятиями
Теоретическое обоснование количественных показателей поражающего воздействия аварий при пожарах разлития на мазутных резервуарах ТЭЦ
При многотонных разлитиях на промплощадках предприятий подогретого, по условиям технологического процесса, мазута, возможен «хлопок» (вспы-шечное сгорание) с последующим воспламенением разлития. Однако при вспы-шечном сгорании облака паровоздушной смеси скорости дефлаграции не значительны с избыточными давлениями внутри облака не более 10-15 кПа и резко убывающей амплитудой давления на фронте ударной волны вне облака. В таких случаях последствия пожаров разлитии на несколько порядков более значительны, чем последствия возможного «хлопка».
Оценка устойчивости резервуаров к воздействию теплового излучения. Одним из важнейших является вопрос прогнозной оценки воздействия пожара разлития на соседние резервуары и возможности возникновения эффекта «домино». Установим зависимость критической интенсивности облучения стенки резервуара от продолжительности облучения. С этой целью проанализируем литературные данные о последствиях воздействия теплового излучения при пожарах разлития на емкостное оборудование и резервуары.
При попадании смежного резервуара в область горящего разлития тепло-вые нагрузки на его стенку составляют порядка 60 - 80 кВт/м и такой пожар практически удержать не возможно.
Степень устойчивости к тепловому воздействию смежных резервуаров, расположенных в индивидуальных обвалованиях на расстояниях L-, от фронта пламени горящего разлития, определяется сравнением интенсивности теплового облучения единицы поверхности стенки резервуара и критерия потери устойчивости к тепловому воздействию.
Расстояние от фронта пламени до стенки резервуара можно считать безопасным, если максимальная плотность падающего на единицу ее поверхности теплового потока не превышает максимально допустимого его значения, опре деляемого из условий нагрева элементов конструкций до температуры самовоспламенения нефтепродуктов, налитых в резервуар.
В документе [43] в качестве критической интенсивности теплового излучения для металлических конструкций рекомендуется принимать величину 25 кВт/м . В работе [44] в качестве критической температуры не смоченной жидкостью стенки резервуара принята величина 425-430С, при этом плотность падающего на указанные стенки резервуара теплового потока не должна превы-шать 13,5 кВт/м в отсутствие ветра и 22 кВт/м при скорости ветра 10 м/с. В работе [45] величину критической интенсивности рекомендуется принимать равной 20 кВт/м . В работах [47, 49] приводятся следующие значения допустимой плотности падающего на стенку резервуара теплового потока, при Однако, в указанных работах время облучения резервуара не нормируется, в то время, как последствия разрушающего воздействия на оборудование и конструкционные элементы объекта определяются дозой теплового воздействия. В работе [46] приведены значения критической интенсивности облучения резервуаров с нефтепродуктами, нагревание которых, за указанное время воздействия, до определенной температуры способно привести к разрушению или взрыву сосуда, табл. 2.3.
Критериальная зависимость интенсивности облучения резервуара с нефтепродуктом, нагревание которого до температуры самовоспламенения за рассматриваемое время облучения стенки резервуара способно привести к разру шению или взрыву, получена нами на основе метода регрессионного анализа эмпирических данных [46]:где 1(т) - критическая интенсивность облучения стенки резервуара; т - время облучения стенки резервуара; аир- параметры регрессионной модели.
Критериальная кривая и процедура сравнения интенсивности теплового облучения стенки резервуара и критерия потери им устойчивости, приведены на графике рис.2.6.при пожарах разлития на человека, технологическое оборудование, здания и сооружения, положена, для инженерных расчетов, выполненная нами модификация методики, изложенной в ГОСТ Р 12.3.047-98 ССБТ [3] и НПБ-105-03 [50], с учетом рекомендаций методики МЧС РФ, (Книга 2) [51]. Алгоритм расчета реализован нами в Mathcad 13 Professional [25]. Фрагмент компьютерной программы для расчета интенсивности теплового облучения стенки резервуара и оценки критерия потери им устойчивости, приведен на рис. 2.7.
Анализ условий возникновения и развития аварий на ТЭЦ
Строительные нормы и правила не требуют учета гидродинамических аварий на резервуарах при проектировании резервуарных парков и мазутохра-нилищ ТЭЦ: «По периметру каждой группы наземных резервуаров необходимо предусматривать замкнутое земляное обвалование или ограждающую стену из негорючих материалов, рассчитанные на гидростатическое давление разлившейся жидкости» [СНиП 2.11.03-93 «Склады нефти и нефтепродуктов. Противопожарные нормы»].
В этой связи генеральные планы ТЭЦ не предусматривают взаимное расположение мазутохранилищ и производственных зданий, сооружений, технологического оборудования с учетом риска возникновения на резервуарах гидродинамической волны.
Однако, основываясь на статистических данных (табл. 4.1) можно утверждать, что при реализации данной аварийной ситуации возможен цепной характер развития аварии [48].
В зоне действия волны прорыва и открытого пламени могут оказаться основные составляющие комплекса сооружений ТЭЦ: главный корпус с электро-и теплогенерирующим оборудованием, распределительные устройства, площадка с трансформаторами, газораспределительный узел, коммуникации газа с последующим их разрушением. Как следствие данной запроектной аварии будет нарушена система энергообеспечения среды обитания, объектов и сфер жизнедеятельности населения. Таким образом, запроектные аварии на ТЭЦ с высвобождением собственного энергозапаса носят системный характер.
Наиболее тяжелые, катастрофические последствия таких аварий можно ожидать в период стояния низких температур наружного воздуха.
Исходя из сказанного возникает необходимость технико-экономическогообоснования и разработки дополнительных мер безопасности ТЭЦ на основериска.
В резервуарных парках мазутного хозяйства возможны следующие пути возникновения и развития аварий: взрывы в газовом пространстве резервуара; пожары в резервуарах; пожары разлития; гидродинамическая волна прорыва при квазимгновенном раскрытии резервуара.
В резервуарном парке мазутного хозяйства Волгоградской ТЭЦ-3 используются для хранения мазута резервуары, характеристика которых приведена в табл. 4.2. Исходя из анализа возможных причин и факторов, способствующих возникновению и развитию аварий и основываясь на физических свойствах топочного мазута и типах резервуаров хранения, определим типовые сценарии возможных аварий. В качестве таковых рассмотрим сценарии, сопровождающиеся формированием полей поражающих факторов с риском нанесения экологического, материального и социального ущербов.
Группа сценариев «А». Взрыв и пожар в резервуаре. Разрушение резервуара в результате взрыва с полным истечением горящего мазута в обвалование.
Пути развития аварии: Полное разрушение резервуара в результате внутреннего взрыва в газовом пространстве частично заполненного резервуара -» формирование горящей гидродинамической волны прорыва -» гидродинамическое и тепловое воздействие горящего мазута на соседние резервуары и обвалование - разрушение соседних резервуаров и обвалования -» разлив горящего мазута на прилегающей территории (эффект «Домино») - формирование поля поражающих факторов - поражение персонала - гидродинамическое и тепловое воздействие горящего мазута на объекты основных цехов ТЭЦ. Пути развития аварии по сценарию «А» показаны на рис.4.1.А-1. Пожар разлития в обваловании. Полное разрушение, в результате внутреннего взрыва, резервуара - истечение горящего мазута - пожар разлития в обваловании -» воздействие теплового излучения на персонал и объекты.А-2. Разрушение обвалования горящей гидродинамической волной прорыва. Распространение пожара разлития на прилегающую территорию.
Полное разрушение, в результате внутреннего взрыва, резервуара - формирование горящей гидродинамической волны прорыва -» разрушение обвалования -» разлив горящего мазута на прилегающую территорию - воздействие открытого пламени и теплового излучения на пер 108 сонал и объекты-» гидродинамическое и тепловое воздействие горящего мазута на объекты основных цехов ТЭЦ. А-3. Цепное развитие аварии в результате разрушения соседних резервуаров и обвалования горящей гидродинамической волной прорыва. Распространение пожара разлития на прилегающую территорию.
Цепное развитие аварии в группе резервуаров - гидродинамическое и тепловое воздействие горящего мазута на соседние резервуары -» разрушение соседних резервуаров - формирование горящей гидродинамической волны прорыва - разрушение обвалования -» разлив горящего мазута на прилегающую территорию - гидродинамическое и тепловое воздействие горящего мазута на персонал и объекты основных цехов ТЭЦ (эффект «Домино»), Группа сценариев «В». Отказ резервуара. Аварийное, квазимгновенное раскрытие резервуара с полным истечением мазута.
Пути развития аварии: Аварийное раскрытие резервуара за счет разрушения наиболее нагруженного конструктивного элемента - уторного узла -места сопряжения стенки с днищем резервуара -» квазимгновенный выброс общей массы мазута в обвалование - гидродинамическое воздействие образовавшейся волны прорыва на обвалование и соседние резервуары -» разрушение обвалования и соседних резервуаров - разлив мазута на прилегающей территории -» гидродинамическое воздействие волны прорыва на объекты основных цехов ТЭЦ (эффект «Домино»).таком варианте развития аварии наиболее вероятны следующие сценарии:В-1. Разлив мазута в обвалование.Аварийное раскрытие резервуара - выброс мазута в обвалование - «замазучивание» технологического оборудования, расположенного в обваловании -» сбор и утилизация продукта.
В-2. Квазимгновенное разрушение резервуара. Формирование гидродинамической волны прорыва. Разрушение обвалования и разлитие мазута по прилегающей территории.
Квазимгновенное разрушение резервуара - формирование гидродинамической волны прорыва - разрушение обвалования - разлив мазута по прилегающей территории - «замазучивание» территории, технологического оборудования и сооружений промплощадки ТЭЦ. В-3. Квазимгновенное разрушение резервуара. Формирование гидродинамической волны прорыва. Разрушение соседних резервуаров и обвалования. Разлитие мазута по прилегающей территории.
Квазимгновенное разрушение резервуара - формирование гидродинамической волны прорыва - разрушение соседних резервуаров и обвалования - разлив мазута по прилегающей территории -» гидродинамическое воздействие волны прорыва на объекты основных цехов ТЭЦ -» «замазучивание» территории, технологического оборудования и сооружений промплощадки ТЭЦ (эффект «Домино»).
Группа сценариев «С». Утечка через аварийное отверстие. Разлив мазута в обвалование.Данная группа сценариев характеризует наиболее вероятные условия развития аварии в мазутном хозяйстве, но с менее тяжелыми последствиями. Это обосновывается тем, что малые утечки мазута локализуются обвалованием и достаточно быстро идентифицируются.Исходя из сказанного, наиболее вероятны следующие сценарии развития аварии:
Рекомендации и мероприятия по уменьшению риска
Как следует из результатов оценки риска, наиболее тяжелые последствия могут быть, как это показано в предыдущем разделе при реализации сценариев цепного развития аварии в мазутном хозяйстве в результате разрушения соседних резервуаров и обвалования горящей гидродинамической волной прорыва. При этом происходит распространение пожара разлития на прилегающую территорию.
В зоне действия волны прорыва и открытого пламени могут оказаться основные составляющие комплекса сооружений ТЭЦ-3: главный корпус с электро- и теплогенерирующим оборудованием, распределительные устройства, площадка с трансформаторами, газораспределительный узел, коммуникации газа с последующим их разрушением.
Как следствие данной запроектной аварии будет нарушена система энергообеспечения среды обитания, объектов и сфер жизнедеятельности населения. Таким образом, запроектные аварии на ТЭЦ с высвобождением собственного энергозапаса носят системный характер.
Катастрофичность последствий таких аварий вполне очевидна в период стояния низких температур наружного воздуха, т.е. в период максимума отопительных нагрузок.
Выше сказанное обосновывает опасность аварийных ситуаций в мазутном хозяйстве и требует разработки дополнительных мер безопасности ТЭЦ.1. Выполненные расчеты показывают, что может быть достигнуто значительное снижение опасности, а, следовательно, и возможного ущерба, если расположить каждый резервуар РВС-20000 в собственном обваловании или отделить каждый из этих резервуаров в пределах одной группы резервуаров внутренними земляными валами или ограждающими стенами. Данное решение позволяет снизить вероятность цепного развития аварии в пределах одной группы резервуаров.2. С целью исключения перелива жидкости через обвалование при квазимгновенном разрушении резервуара РВС-20000, предлагается, в соответствии выполненными расчетами, отнести обвалование на 15-20 м и увеличить его высоту до 2,5 - 3 м, рис. 4.19. h, м и, м/с3. Учет факторов опасности мазутного хозяйства при развитии проектных и запроектных аварий требует пересмотра СНиП 2.11.03-93 «Склады нефти и нефтепродуктов. Противопожарные нормы» [15] с целью введения обоснованных рекомендаций при строительстве резервуаров для хранения мазута на ТЭЦ.4. Обработка статистических данных по авариям резервуаров за период с 1960 по 2003 гг., пзволяет рекомендовать частоту аварий, связанных с разрушением резервуаров в диапазоне от 2,76х10"3 до 1,2x10" год"1, в зависимости от объема и конструктивных особенностей резервуара, отраслевой принадлежности, вида хранимой жидкости, срока эксплуатации резервуара.5. Отсутствие диагностики и экспертизы промышленной безопасности резервуаров ТЭЦ, особенно отработавших свой ресурс, как показано в предыдущих разделах диссертации, несет серьезную угрозу и значительный экологиче ский, материальный и социальный ущерб от энергетических комплексов в случае возникновении аварий и чрезвычайных ситуаций.
Технико-экономическое сравнение различных вариантов инженерного решения по повышению безопасности мазутного хозяйства, различающихся по капитальным затратам на строительство обвалования резервуаров, исключающего растекание гидродинамической волны прорыва, и величине интегрированного риска возможных случаев аварийных ситуаций выполнено по разработанной в главе 1 диссертации методике, на основе полученных зависимостей (1.1), (1.2), (1.4), (1.6). Сравнение вариантов производилось по величине приведенных затрат за рассматриваемый период времени, т.е. производилось суммирование затрат нарастающим итогом на основании выражения (1.6), и срокам окупаемости.
Для сравнения были выбраны варианты обвалований, различающиеся строительными материалами и конструкцией.
Исходный вариант (базовый вариант) - т.е. существующее общее обвалование группы из 3-х резервуаров РВС-20000. Размеры обвалования 70x300x2 м. Обвалование выполнено из насыпного грунта. Минимальное расстояние от стенки резервуара до подошвы внутренних откосов обвалования 12 м.
Первый вариант (вариант №1) - общее обвалование группы из 3-х резервуаров РВС-20000. Размеры обвалования 106x330x3 м. Обвалование выполнено из насыпного грунта. Минимальное расстояние от стенки резервуара до подошвы внутренних откосов обвалования 30 м.
Второй вариант (вариант №2) - общее обвалование группы из 3-х резервуаров РВС-20000. Размеры обвалования 106x330x3 м. Обвалование выполнено из железобетонных фундаментных блоков ФБС-24-5-6т. Минимальное расстояние от стенки резервуара до подошвы внутренних откосов обвалования 30 м.
Третий вариант (вариант №3) - обвалование группы из 3-х резервуаров РВС-20000. Разделительные перегородки между резервуарами высотой 2 м.
Размеры общего обвалования 106x330x3 м. Обвалование выполнено из железобетонных фундаментных блоков ФБС-24-5-6т. Минимальное расстояние от стенки резервуара до подошвы внутренних откосов обвалования 30 м.
Для каждого варианта учитывается интегрированный риск при этих условиях и дополнительные капитальные затраты.Характеристика используемых строительных материалов, приведена втабл. 4.45 и табл.4.46. На рис. 4.20 показано изменение затрат за рассматриваемый период дявсех сравниваемых вариантов (базового варианта, варианта №1, варианта №2 иварианта №3).Как видно из рисунка, дополнительные капитальные вложения на строительство обвалования резервуаров, исключающего растекание гидродинамической волны прорыва, экономически оправдываются для варианта №2 за счет снижения интегрированного риска уже через 6 лет.
С увеличением времени т, необходимым для восстановления работоспособности станции растет возможный ущерб от аварии. В этом случае окупаемость предлагаемых вариантов обвалований наступает раньше, что обосновывается спецификой аварий на ТЭЦ, рис. 4.21.
