Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Комплексный анализ обеспечения пожарной безопасности и определение принципов совершенствования системы противопожарной защиты объектов нефтеперерабатывающего комплекса с применением видеотехнологий 20
1.1. Статистический анализ пожаровзрывоопасности объектов нефтепереработки 20
1.2. Анализ пожарной опасности современного нефтеперерабатывающего предприятия на примере Киришского комплекса гидрокрекинга 29
1.2.1. Структура и основные характеристики предприятия 29
1.2.2. Основные пожароопасные технологии производства 30
1.2.3. Исследование взрывопожарной опасности технологических процессов комплекса гидрокрекинга 34
1.3. Принципы обеспечения пожарной безопасности технического, технико-экономического и организационно- технического характера на предприятиях нефтепереработки... 44
1.3.1. Общие принципы обеспечения пожарной безопасности 44
1.3.2. Предупреждение возможности образования горючей среды . 47
1.3.3. Предупреждение условий возникновения горения 54
1.3.4. Основные принципы обнаружения и тушения пожара на пожароопасных объектах 57
1.3.5. Технико-экономическое обоснование противопожарных мероприятий 60
1.3.6. Отступления от требований нормативных документов по пожарной безопасности 60
1 А. Перспективные направления оценки уровня пожарной опасности объектов нефтеперерабатывающей отрасли 64
1.4.1. Пожарные риски 64
1.4.2. Противопожарное страхование 66
1.5. Экспертная оценка проблемы эффективного применения систем пожарной автоматики в России 69
1.5.1. Эволюционный процесс развития систем пожарной автоматики в России 69
1.5.2. Эффективность систем пожарной автоматики на действующих предприятиях 78
1.5.3. Особенности проектирования систем противопожарной защиты новых нефтеперерабатывающих заводов 85
1.6. Анализ мировых тенденций совершенствования систем пожарной автоматики 86
1.6.1. Структура, состав и тенденции развития систем пожарной сигнализации 86
1.6.2. Патентный анализ систем обнаружения пожара и других элементов пожарной автоматики 94
1.7. Разработка предпосылок для создания интегрированных систем противопожарной защиты с применением видеотехнологий 99
Выводы по главе 1 107
Глава 2. Теоретические основы возникновения и способы обнаружения пожара на технологических установках повышенной пожарной опасности ПО
2.1. Исследование процесса образования взрывоопасных зон в емкостных технологических аппаратах с нефтепродуктом 110
2.1.1. Теоретические предпосылки по оценке пожарной опасности емкостных технологических аппаратов ПО
2.1.2. Процесс испарения жидкости и кинетика образования взрывоопасных паровоздушных концентраций 115
2.1.3. Теоретическая модель автоматического обнаружения пожара
на емкостном оборудовании с нефтепродуктом 127
2.2. Теоретический анализ современных мировых технологий
обнаружения пожара для защиты пожароопасных
технологических объектов 130
2.2.1. Современные способы обнаружения пожара на промышленных объектах 130
2.2.2. Линейные дымовые и тепловые извещатели 133
2.2.3. Оптическая и ионизационная технология обнаружения дыма.. 134
2.2.4. Комбинированные пожарные извещатели 136
2.2.5. Извещатели пламени 137
2.2.6. Аспирационные системы и лазерный извещатель 138
2.3. Анализ особенностей применения систем пожарной автоматики на предприятиях нефтепереработки 139
2.3.1. Объекты с повышенным электромагнитным фоном 140
2.3.2. Объекты с возможным появлением "черных дымов" 142
2.3.3. Взрывоопасные зоны 143
2.3.4. Объекты с постоянным наличием конденсата 145
2.3.5. Объекты, подверженные вибрации 145
2.3.6. Объекты с повышенным содержанием пыли 146
2.3.7. Защита контроллерных и серверных 147
2.3.8. Промышленные помещения большой площади 148
2.4. Разработка пожарного извещателя с визуальным подтверждением факта срабатывания для защиты резервуарного парка 149
2.4.1. Применение извещателей пламени для обнаружения пожаров на открытых технологических установках 149
2.4.2. Применение тепловизионных методов для обнаружения пожаров на открытых технологических установках 157
2.4.3. Устройство обнаружения пожара с визуальным
подтверждением факта срабатывания 166
Выводы по главе 2 170
Глава 3. Разработка методов и технических средств обнаружения пожара на основе видеотехнологий 172
3.1. Обобщенная структура системы замкнутого телевидения для целей обнаружения пожара 172
3.1.1. Анализ нормативно-технических требований для систем охранного телевидения 172
3.1.2. Структурный анализ системы замкнутого телевидения 175
3.1.3. Функциональная структура системы пожарного телевидения.. 181
3.2. Анализ принципов и алгоритмов видеодетекции 182
3.2.1. Обнаружители движения 183
3.2.2. Идентификация объекта 186
3.2.3. Системы распознавания образов 188
3.3. Методологический анализ систем обнаружения пожара на
основе цифровых видеотехнологий 194
3.3.1. Метод определения прозрачности окружающей среды по видеоизображению 195
3.3.2. Метод обнаружения пожаров "Сравнением образов" 199
3.3.3. Метод раннего обнаружения загорания по видеоизображению 202
3.4. Оценка достоверности обнаружения пожара по сигналам пожарных видеодетекторов 209
3.5. Разработка видеодетектора пожара 217
3.5.1. Опасные факторы пожара, как носители информации для регистрации видеометодами 217
3.5.2. Алгоритмическая структура пожарного видеоизвещателя 220
3.5.3. Принципы построения видеоизвещателея пожарной сигнализации с использованием нескольких информационных признаков 221
3.6. Комбинированный пожарный видеоизвещатель 229
Выводы по главе 3 236
Глава 4. Основы концептуального проектирования автоматизированной системы противопожарной защиты с применением видеотехнологий для защиты пожароопасных объектов нефтеперерабатывающего завода 237
4.1. Технико-экономические принципы разработки концепции противопожарной защиты нефтеперерабатывающего завода 237
4.2. Способы противопожарной защиты основных пожароопасных объектов нефтеперерабатывающего завода 243
4.2.1. Общая типизация объектов противопожарной защиты 244
4.2.2. Способы противопожарной защиты резервуаров с защитной стенкой 251
4.3 Автоматизированная система управления противопожарной защитой пожароопасных объектов нефтеперерабатывающего завода на примере резервуарного парка сырой нефти 259
4.3.1. Алгоритмическая схема автоматизированной системы противопожарной защиты с применением новых устройств обнаружения пожара на основе видеотехнологий 259
4.3.2. Структура и состав автоматизированной системы управления противопожарной защитой пожароопасных объектов нефтеперерабатывающего завода 262
4.3.3. Функциональное назначение автоматизированной системы управления противопожарной защитой пожароопасных установок и резервуарных парков нефтеперерабатывающего завода 269
4.3.4. Автоматизированное рабочее место оператора с интегрированной функцией видеомониторинга 272
4.4. Разработка автоматизированной системы управления противопожарной защитой для обеспечения безопасности людей при пожаре на основе видеотехнологий 280
Выводы по главе 4 288
Глава 5. Оценка эффективности автоматизированных систем противопожарной защиты предприятий нефтеперерабатывающего комплекса с использованием видеотехнологий 290
5.1. Выбор и обоснование методов оценки эффективности автоматизированной систем противопожарной защиты с использованием видеотехнологий 290
5.1.1. Основные положения теории эффективности 290
5.1.2. Иерархия показателей эффективности автоматизированных систем противопожарной защиты с использованием видеотехнологий 291
5.1.3. Классификация и выбор методов оценки эффективности автоматизированных систем противопожарной защиты с использованием видеотехнологий 293
5.2. Теоретические основы и методика применения метода анализа иерархий для оценки эффективности автоматизированной системы противопожарной защиты предприятий нефтеперерабатывающего комплекса 296
5.2.1. Задача согласования мнений экспертов об относительных весах параметров 296
5.2.2. Выбор шкалы сравнений '. 298
5.2.3. Определение весов элементов системы 300
5.2.4. Определение степени согласованности суждений эксперта 303
5.2.5. Алгоритм определения весов элементов системы с учетом необходимости согласования мнений экспертов 303
5.2.6. Формирование модели иерархической системы 306
5.2.7. Оценка влияния элементов на эффективность функционирования иерархической системы 309
5.3. Оценка влияния комбинированных видеоизвещателей на эффективность системы автоматической пожарной сигнализации 311
5.4. Оценка эффективности автоматизированной системы противопожарной защиты с применением видеотехнологий 320
5.4.1. Оценка влияния частных параметров Sj на вероятностно-временные показатели системы 323
5.4.2. Оценка влияния вероятностно-временных показателей системы на параметр S фактора пожарозащиты 330
5.4.3. Оценка влияния частных параметров S; на уровень пожароопасности объекта 332
5.5. Оценка экономической эффективности автоматизированной системы противопожарной защиты с применением видеотехнологий 335
5.5.1. Выбор и обоснование метода оценки экономической эффективности автоматизированной системы противопожарной защиты с применением видеотехнологий 335
5.5.2. Оценка экономической эффективности автоматизированной системы противопожарной защиты предприятия нефтеперерабатывающего комплекса с использованием видеотехнологий 338
Выводы по главе 5 345
Заключение
- Анализ пожарной опасности современного нефтеперерабатывающего предприятия на примере Киришского комплекса гидрокрекинга
- Теоретические предпосылки по оценке пожарной опасности емкостных технологических аппаратов
- Анализ нормативно-технических требований для систем охранного телевидения
- Способы противопожарной защиты основных пожароопасных объектов нефтеперерабатывающего завода
Введение к работе
В настоящее время основным энергоресурсом для обеспечения жизнедеятельности человека является нефть и газ. Экономика многих стран построена на добыче, транспортировке и переработке данных полезных ископаемых. Основными составными частями отрасли являются объекты нефтедобычи, транспортировки нефти, нефтепереработки и объекты приема-отгрузки нефти. Кроме того, каждый из приведенных объектов содержит одну или более нефтебазу или резервуарные парки, предназначенные для хранения сырой нефти, промежуточных и товарных нефтепродуктов.
Резервуарное хранение нефти является важным звеном общей технологии нефтяной промышленности, так как обеспечивает непрерывность процесса переработки и повышает надежность нефтепродуктообеспечения. Особенно актуально данный вопрос возникает в период мирового финансового кризиса, который может вызвать определенные сбои в работе объектов нефтепереработки, что является крайне недопустимым ввиду сложности запуска и остановки технологического процесса на нефтеперерабатывающих заводах. Например, современный завод производительностью 12 млн т/год за сутки потребляет более 30 тысяч тонн нефти. Это определяет тенденцию увеличения как общей вместимости резервуарных парков, так и их единичных емкостей.
Ежегодно в мире на нефтеперерабатывающих предприятиях происходит до 1500 аварий, часть из которых приводит к пожару и уносит значительное число человеческих жизней, материальный ущерб составляет более 100 миллионов долларов в год, причем сохраняется четкая тенденция к увеличению этих показателей. Так в США за последние 30 лет число аварий на объектах нефтепереработки увеличилось в 3 раза, число человеческих жертв почти в 6 раз, материальный ущерб - в 11 раз [2].
Пожаровзрывоопасность современных нефтеперерабатывающих
рассматриваемых проблем всей нефтеперерабатывающей отрасли, включая следующие основные направления:
анализ взрывопожарной опасности объектов нефтепереработки с точки зрения оценки пожарных рисков;
разработка способов, технологий и технических средств, позволяющих вести процесс в области допустимого пожарного риска;
совершенствование существующих и разработка новых принципов построения систем противопожарной защиты;
построение автоматизированных систем управления процессом производства и процессом обеспечения пожарной безопасности с использованием последних достижений в области микроэлектроники и вычислительной техники.
Серьезные работы в этом направлении проводились Малининым В.Р., Топольским Н.Г., Абросимовым А.А., Федоровым В.А. в области создания автоматизированных систем управления системой пожарной безопасности предприятий нефтепереработки [2, 11, 43, 51, 63].
С начала XXI века существенное развитие в пожарной автоматике получило направление использования программируемых логических контроллеров и промышленных компьютеров. Данная техника позволяет максимально автоматизировать процесс управления, прогнозировать и своевременно предотвращать аварийные ситуации, взрывы и пожары. При достаточно сложной аппаратной и программной структуре современная автоматизированная система управления противопожарной защитой для конечного пользователя является вполне простой и наглядной. Кроме того, в последнее время существует четкая тенденция к автоматизации и взаимной интеграции технологических, инженерных и охранно-пожарных систем на предприятиях нефтепереработки, однако методики по интеграции, а также законодательная база по данному направлению отсутствует.
Учитывая повышение аппаратной производительности отдельных
производств определяется наличием в технологических установках и емкостном оборудовании большого количества пожароопасных веществ, которыми являются сырье, промежуточные и конечные продукты производства. К осложняющим факторам относятся вертикальная и горизонтальная уплотнительные застройки территории предприятий, увеличение мощностей применяемых установок и аппаратов, приближение технологических параметров проведения процессов к критическим по пожарной опасности.
Типовой нефтеперерабатывающий завод производительностью 10-15 млн.т/год сосредотачивает на своей территории от 200 до 500 тыс. тонн углеводородного топлива, энергосодержание которого эквивалентно 2-5 мегатоннам тратила [11].
В основу технического регламента по пожарной безопасности положено понятие допустимого риска воздействия на людей опасных факторов пожара, который должен быть не менее 10" год" . На основании изучения мировой статистики пожаров на объектах нефтехимии можно сделать вывод о том, что реальная частота пожаров только на резервуарных парках составляет 10" год", причем данная цифра практически неизменна для таких стран, как Россия, Англия и США, что говорит о ее достоверности.
Рядом нормативных документов по пожарной безопасности, действующих до настоящего времени предписывалось обязательное оборудование наиболее пожароопасных объектов нефтехимии системами пожарной автоматики, однако, согласно изученным статистическим данным, практически ни один резервуар с нефтепродуктом не был потушен в автоматическом режиме. Последние, крупные пожары, произошедшие в Китае и Англии, подтвердили данное положение [3].
Для обеспечения требуемого уровня пожарной безопасности на этапе создания новой нормативной базы по пожарной безопасности в соответствии с законом о техническом регулировании необходимо комплексное решение
микропроцессорных устройств и компьютерных систем в целом,
существенное удешевление компонентов ввода/вывода информации,
модернизацию и применение перспективных физических интерфейсов
обмена данными, становится возможным передача и обработка большого
объема данных, которым является видеоинформация, имеющая незаменимый
эффект при ее применении в автоматизированных системах
противопожарной защиты. Актуальность данного направления особенно
остро стоит в области защиты резервуаров с нефтепродуктами и крупных
наружных технологических установок на современных
нефтеперерабатывающих заводах, где применение традиционных средств пожарной автоматики либо недостаточно оправдывает себя с экономической точки зрения, либо приводит к аппаратному усложнению системы и уменьшению надежности ее функционирования.
Приведенные вопросы в комплексе составляют основу серьезной проблемы и определяют новое направление научных исследований по созданию современной и эффективной автоматизированной системы противопожарной защиты с использованием видеотехнологий, которая при применении на предприятиях нефтеперерабатывающего комплекса внесет значительный вклад в развитие экономики страны.
Исследование рассматриваемой научно-технической проблемы позволяет установить закономерности проявления и развития, методы и средства превентивного и текущего управления техногенными явлениями разрушительного и пожароопасного характера, которые могут сопровождаться значительным ущербом, социальной и экологической опасностью на предприятиях нефтеперерабатывающей отрасли, а также других отраслях промышленности, гражданского строительства и транспорта. Научная актуальность данной проблемы состоит в отсутствии до настоящего времени теоретических принципов применения видеотехнологий в системах противопожарной защиты, технических и технологических
решений, необходимых для создания новых технических средств пожарной автоматики, единых концептуальных основ создания автоматизированных систем противопожарной защиты с применением видеотехнологий на объектах нефтепереработки. Практическая значимость исследований может быть выражена в совершенствовании нормативной базы по пожарной безопасности, с последующим выводом автоматизированных систем противопожарной защиты объектов отрасли на качественно новый уровень, при котором будет обеспечено существенное сокращение времени обнаружения пожара средствами пожарной сигнализации, реализованы новые технологии управления пожаротушением и обеспечением безопасности людей при пожаре. Предлагаемые решения в ряде случаев будут являться незаменимым средством для предотвращения террористических актов, заметно участившихся в последнее время.
Цель диссертационной работы: разработка методологических основ совершенствования автоматизированных систем противопожарной защиты предприятий нефтеперерабатывающего комплекса с применением видеотехнологий.
Задачи исследования:
провести комплексный анализ существующих и перспективных подходов к обеспечению пожарной безопасности предприятий нефтеперерабатывающего комплекса, эффективности применения систем автоматической противопожарной защиты на действующих и строящихся объектах отрасли, тенденций развития современных технических средств пожарной автоматики в России и за рубежом;
определить и обосновать основные принципы совершенствования автоматизированных систем противопожарной защиты с использованием видеотехнологий на пожароопасных объектах нефтепереработки;
- исследовать процессы возникновения пожара на технологических
установках повышенной пожарной опасности и способы его обнаружения с
помощью современных технических средств пожарной сигнализации;
- разработать принципы построения и структурные схемы новых видов
устройств обнаружения пожара с применением видеотехнологий;
разработать основные принципы концептуального проектирования автоматизированной системы противопожарной защиты нефтеперерабатывающего завода с применением видеотехнологий;
разработать обобщенную структуру интегрированной автоматизированной системы управления противопожарной защитой предприятия;
разработать метод и критерии оценки эффективности применения видеотехнологий в автоматизированных системах противопожарной защиты;
разработать методики и провести технико-экономическую оценку эффективности применения новых технических решений в системах противопожарной защиты объектов нефтепереработки.
Научная новизна:
- на основании проведенного экспертного анализа исследованы и
обобщены причины, снижающие эффективность систем пожарной
автоматики на стадиях их проектирования, монтажа и эксплуатации;
- впервые определены принципы функциональной интеграции цифровых
видеотехнологий в систему противопожарной защиты предприятий
нефтеперерабатывающего комплекса;
предложена новая теоретическая модель автоматического обнаружения пожара в емкостном оборудовании с пожароопасной жидкостью и наличием паровоздушного пространства, построенная на основе новых физических моделей горения в системе пожарной безопасности;
- разработан способ и на его основе - устройство обнаружения пожара с
визуальным подтверждением факта срабатывания (защищено патентом РФ
на полезную модель);
на основе анализа существующих методов видеодетекции и практических проверок предложена и обоснована функциональная схема алгоритмической обработки видеосигнала для целей пожарообнаружения;
разработан способ и на его основе - устройство комбинированного пожарного видеоизвещателя (защищено патентом РФ на полезную модель);
впервые разработан обобщенный алгоритм функциональной интеграции автоматической системы обнаружения и тушения пожара на примере резервуарного парка с применением пожарных видеоизвещателей;
- разработана структурная схема усовершенствованной интегрированной
автоматизированной системы управления противопожарной защитой
предприятия с использованием видеотехнологий (защищено патентом РФ на
полезную модель);
- на основе комплексного метода определены критерии и проведена
оценка эффективности автоматизированных систем противопожарной
защиты с применением извещателей пламени с визуальным подтверждением
и пожарных видеоизвещателей.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждена значительным объемом аналитических и экспериментальных исследований, согласованностью полученных результатов с известными данными других исследований.
Реализация результатов работы. Представленные в диссертации результаты исследований нашли практическое применение на промышленных объектах нефтеперерабатывающего комплекса, в проектных и научно-исследовательских институтах, а также в учебном процессе высших учебных заведений пожарно-технического профиля, в том числе:
- в ООО «ПО «Киришинефтеоргсинтез» (ООО «КИНЕФ») - с целью
повышения уровня взрывопожарной безопасности предприятия реализованы:
методология комплексного подхода к обеспечению
пожаровзрывобезопасности нефтеперерабатывающего производства;
разработана и предложена концепция применения систем противопожарной защиты вновь проектируемого и строящегося завода глубокой переработки нефти на территории ООО "КИНЕФ";
в ООО "РН-Туапсинский НПЗ" - с целью разработки комплексной системы пожарной безопасности с учетом вынужденных отступлений от действующего законадательства РФ, а также построения системы эффективного обнаружения пожара и противопожарной защиты объектов нового завода мощностью 12 млн. тонн в год;
в ООО "Ленгипронефтехим" - с целью разработки эффективных проектных решений систем противопожарной защиты с применением современных методов обнаружения и тушения пожара на основе видеотехнологий для проектируемых заводов нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности;
в ООО "ВНИПИНефть" - с целью разработки эффективных проектных решений систем противопожарной защиты завода глубокой переработки нефти ООО "КИНЕФ";
в "CB&I-Lummus Global L.t.d" - с целью разработки основных проектных решений интегрированной автоматизированной системы управления противопожарной защитой Киришского комплекса гидрокрекинга и других заводов, в том числе за рубежом;
в ООО "НТЦ "Пожнефтегазпроект" - с целью разработки типовых проектных решений интегрированных автоматизированных систем противопожарной защиты предприятий нефтегазовой отрасли с применением видеотехнологий;
в ООО «Пожнефтехим» - с целью оптимизации инвестиций при проектировании и строительстве систем противопожарной защиты Таманьского нефтяного терминала с применением современных методов и средств;
в ООО «Пожинжиниринг» - с целью разработки оптимальной
структуры обеспечения пожарной безопасности новых объектов ОАО «НК «Роснефть» с учетом технико-экономических показателей на современном этапе развития России.
Кроме того, основные результаты диссертационной работы нашли отражение в монографиях и патентах РФ на полезную модель, а именно:
монография «Новые методы и технические средства обнаружения пожара»;
монография «Физические модели горения в системе пожарной безопасности»;
монография «Системы и технические средства раннего обнаружения пожара».
патент РФ на полезную модель «Устройство для обнаружения пожара с визуальным подтверждением»;
патент на полезную модель "Устройство для обнаружения пожара на промышленных объектах";
- патент РФ на полезную модель "Автоматизированная система
управления противопожарной защитой".
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы отражены в выступлениях, обсуждены и получили одобрение в 2004-2008 г.г. на научно-технических конференциях различного уровня в т.ч.: на 13-ой, 14-ой, 15-ой и 17-ой научно-технических конференциях «Системы безопасности» (Москва, АГПС МЧС России 2004 -2008 гг.); Международный опыт подготовки специалистов пожарно-спасательного профиля (Санкт-Петербург, ИГПС МЧС России, 2004); Проблемы обеспечения безопасности при ЧС (Санкт-Петербург, ИГПС МЧС России, 2004); Пожарная безопасность многофункциональных и высотных зданий и сооружений (Москва, ВНИИПО МЧС России, 2005) "Информатизация и информационная безопасность правоохранительных органов" (Москва, Академия управления МВД России, 2007) и др., а также на
совместных заседаниях кафедр пожарной автоматики, кафедры автоматизированных систем и связи в АГПС МЧС России и др.
Публикации. По результатам исследований опубликовано 42 работы, 3 монографии, получено 3 патента РФ на полезную модель.
Личный вклад автора. В совместных публикациях автору принадлежит: постановка и формализация задач исследования, разработка методов и конструктивных решений, теоретическое обобщение и прикладные расчеты, участие в технической реализации и внедрении разработок. В совместных публикациях и изданиях имеет место неделимое единство.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из ведения, пяти глав, заключения, списка использованных источников из 193 наименований, приложений. Основное содержание работы изложено на 326 листах машинописного текста, содержит 54 рисунка и 59 таблиц.
Анализ пожарной опасности современного нефтеперерабатывающего предприятия на примере Киришского комплекса гидрокрекинга
Киришский комплекс гидрокрекинга завода глубокой переработки нефти (ЗГПН) в составе ООО «КИНЕФ» размещается в Киришском промышленном узле Ленинградской области. Размещение объектов завода выполнено на свободной от застройки площадях и на вновь прирезаемой территории восточнее действующего предприятия в сторону реки Черная. Вновь отводимый под строительство участок расположен в залесенной и частично заболоченной местности, в лесах 1 группы. Рельеф местности в районе площадки строительства равнинный с плавным понижением отметок в сторону ручья Жалень. Абсолютные отметки колеблются в пределах от 25 м до 27,5 мив сторону ручья Жалень абсолютные отметки понижаются до 23 м.
Общая численность персонала завода глубокой переработки нефти составляет 1722 человек. Численность наибольшей работающей смены составляет 1041 человек. Количество людей в близлежащих объектах и населенных пунктах составляет 66486 чел. Режим работы технического персонала - трехсменный круглосуточный.
Переработка нефти на заводе начинается с перегонки или фракционирования сырой нефти в отдельные углеводородные группы [32]. Полученные в результате продукты непосредственно связаны с характеристиками обрабатываемой сырой нефти. Большая часть этих продуктов перегонки далее преобразуются в более полезные продукты путем изменения их физических свойств и структур молекул под действием крекинга, реформинга и других процессов преобразования. Эти продукты последовательно подвергаются различным процессам очистки и разделения, таким как извлечение, гидроочистка и очистка от активной серы, с целью образования конечных продуктов. Основные технологические процессы рассматриваемого НПЗ представлены в табл. 1, прил. 1.
После перегонки нефти используются последующие процессы нефтепереработки с целью изменения молекулярных структур фракций с целью получения требуемых продуктов [16-18, 32, 33]. Один из этих процессов - крекинг, нарушает (или расщепляет) более тяжелые и с более высокой температурой кипения нефтяные фракции на более ценные продукты, такие как газообразные углеводороды, бензин, компонены смешения бензина, газойль и мазут. Во время этого процесса некоторые молекулы объединяются (полимеризируются) с целью формирования молекулы большего размера. Основные типы крекинга - термический крекинг, каталитический крекинг и гидрокрекинг.
Гидрокрекинг - это процесс деструктивной гидрогенизации тяжелых нефтяных остатков, обедненных водородом, в легкие дистилляты. Тяжелые остатки нефтепереработки подвергают гидрокрекингу при 250-400С под давлением водорода до 10 МПа.
Как правило, с помощью гидрокрекинга перерабатывают тяжелый газойль и мазут. Механизм этой реакции обычен для каталитического деструктивного гидрирования и включает стадии расщепления и изомеризации молекул исходного сырья с участием кислотных центров катализатора с насыщением образовавшихся осколков водородом из газовой фазы на катализаторе гидрирования. В состав катализатора обычно включают оксид алюминия и соединения кобальта, молибдена и никеля. Между крекирующей и гидрирующей функциями катализатора существует оптимальное соотношение. При слишком быстром крекировании образовавшиеся осколки молекул не успевают присоединить водород и конденсируются с образованием кокса и высокомолекулярных продуктов, отравляющих катализатор. В то же время ускоренное гидрирование подавляет реакции изомеризации промежуточных карбокатионов, ухудшая качество продуктов, предназначенных для производства моторного топлива. Гидрокрекинг имеет много общего в технологическом отношении с риформингом. Оба процесса используют сходное оборудование, проводятся под давлением в присутствии водорода, хотя при гидрокрекинге водород
исходное вещество, а при риформинге - продукт дегидрирования сырья в арены. Гидрокрекинг происходит с преобладанием экзотермических реакций гидрирования, тепловой эффект которых превышает поглощение тепла при деструкции углерод-углеродных связей. Риформинг - в целом эндотермический процесс, обусловленный большой долей идущих с поглощением тепла реакций дегидрирования. Гидрокрекинг двухступенчатый процесс, сочетающий каталитический крекинг и гидрирование, при котором фракции дистиллята расщепляются в присутствии водорода и специальных катализаторов с целью создания более желанных продуктов. Гидрокрекинг имеет преимущество по сравнению с каталитическим крекингом в том, что исходное сырье с высокой концентрацией серы может обрабатываться без предварительной десульфурации. При данном процессе тяжелое ароматическое исходное сырье преобразуется в более легкие продукты при очень высоких давлениях и довольно высоких температурах. Когда исходное сырье имеет высокое содержание парафина, водород предотвращает образование полициклических ароматических углеводородов, уменьшает образование гудрона и предотвращает накапливание кокса на катализаторе. Гидрокрекинг производит относительно большие количества изобутана для исходного сырья для алкилирования и также вызывает изомеризацию для контроля над температурой текучести, при этом оба показателя являются важными характеристиками высококачественного топлива для реактивных двигателей. На первом "этапе исходное сырье смешивается с оборотным водородом, нагревается и посылается в первичный реактор, где большое количество исходного сырья преобразуется в средние дистилляты.
Теоретические предпосылки по оценке пожарной опасности емкостных технологических аппаратов
Развитие нефтеперерабатывающих производств, обладающих высокой энергонасыщенностью, сопровождается ростом количества и масштабов пожаров и объемных взрывов топливо-воздушных смесей, наносимого ущерба как самим предприятиям, так и окружающим сооружениям, населению, природной среде. Часто этому предшествует образование взрывоопасных концентраций паров углеводородных топлив с воздухом как внутри технологического аппарата, так и снаружи при его разгерметизации. Основную пожарную опасность на предприятии нефтеперерабатывающей отрасли представляет собой емкостное оборудование для хранения нефтепродуктов. Данная пожарная опасность характеризуется большим содержанием веществ на единице площади, причем за расчетный вариант пожара, согласно действующим нормативным документам, принимается горение в резервуаре с нефтепродуктом.
В последнее время существует тенденция к применению резервуаров с защитной стенкой, которую используют вместо устройства обвалования, как предписано документом [22]. В данном случае отсутствует достаточный опыт по их эксплуатации и статистике пожаров. Кроме того, не установлены требования к системам противопожарной защиты данных объектов.
До настоящего времени в системах обнаружения пожара обычных стальных цилиндрических резервуаров для хранения нефтепродуктов применяли тепловые пожарные извещатели максимального принципа действия, которые устанавливали на крыше резервуара. Однако, как показывает статистика, в 60% случаев пожар в резервуаре начинается с подрыва крыши, что вызывает выход из строя системы пожарной сигнализации до момента ее срабатывания и следовательно, всей системы автоматического пожаротушения.
Для совершенствования существующих и разработки новых методов обнаружения пожара, а также их реализации в технических устройствах пожарной сигнализации возникает необходимость теоретической проработки вопроса возникновения и развития пожара в емкостном оборудовании с пожароопасной жидкостью.
В настоящее время оценку пожарной опасности технологических процессов предприятий нефтеперерабатывающей промышленности принято проводить на основании методик, изложенных [20, 27]. Методики, приведенные в данных документах, предназначены для оценки и классификации по пожарной опасности производственных и складских помещений, а также наружных технологических установок, что ограничивает их применение для расчетов взрывоопасных зон в паровоздушном пространстве замкнутых технологических аппаратов. Для общей оценки уровня пожарной опасности того или иного объекта вопрос исследования кинетики образования паровоздушных взрывоопасных концентраций с точки зрения обеспечения пожарной безопасности не является основным и лишь усложнит принцип категорирования. Однако процесс образования горючих паровоздушных концентраций в замкнутых объемах неразрывно связан с технологическими операциями при эксплуатации аппаратов с переменным уровнем жидкости, изменяющимися температурой и давлением, что приводит к неоднородности состояния горючей среды к моменту воспламенения, а также кинетике ее сгорания.
В действующих нормативно-технических документах по категорированию помещений и наружных установок по взрыво-пожароопасности и по расчету паровоздушных концентраций, образующихся в результате испарения ЛВЖ и ГЖ, в основном используются эмпирические зависимости, в которые не входят параметры, учитывающие кинетику насыщения, например коэффициент диффузии паров не входит вообще [66]. С помощью них оценивается только конечное состояние паровоздушной среды, которое наступает через длительный промежуток времени. Однако, горючие паровоздушные концентрации могут образовываться практически сразу при разливе и испарении ЛВЖ, либо ГЖ, нагретой выше температуры вспышки, при эксплуатации аппаратов с переменным уровнем жидкости, температурой и давлением.
Затруднения в применении имеющихся моделей для расчета паровоздушных концентраций, с учетом динамики их образования, вызваны недостаточной проработки вопроса к настоящему моменту в области нормативной документации и не учета такого показателя, существенно влияющего на кинетику испарения, как коэффициент диффузии паров пожароопасных жидкостей в воздухе. Особенно, трудности возникают с расчетом для жидкостей сложного состава, что существенно снижает качество прогноза образования взрывоопасных зон при разработке противопожарных мероприятий, проведении пожарно-технических экспертиз и выявлении причин произошедших пожаров.
Для определения максимального избыточного давления взрыва рассчитывают концентрацию паров, образующихся в результате испарения ЛВЖ в воздухе, согласно методу, регламентируемому в ГОСТ [21]. Для этого определяют количество разлитой и испарившейся жидкости. Принимают, что происходит полное разрушение одной из наибольших емкостей, в результате чего вся содержащаяся в ней жидкость поступает в помещение и испаряется.
Анализ нормативно-технических требований для систем охранного телевидения
В нашей стране существует действующий стандарт на систему охранного телевидения [101]. На его основе приведена достаточно скромная классификации как систем охранного телевидения (СОТ), так и объектов защиты (табл. 3.1).
Как правило, категорию значимости охраняемого объекта определяют по наиболее важному фрагменту охраняемого объекта и в соответствии с ней выбирают состав и характеристики системы в целом. К сожалению, других официальных классификация систем замкнутого телевидения позволяющих из применять в законодательном плане в системах противопожарной защиты не существует.
Назначение охранного телевидения состоит в повышении уровня безопасности объекта, т.е. в минимизации возможных последствий нежелательных воздействий на людей, на материальные ценности и на информационные ресурсы. Нежелательные воздействия из внешней (по отношению к охраняемой зоне) среды могут быть как осознанными (со стороны криминальных элементов), так и результатом техногенных катастроф или стихийных бедствий. В общем виде систему охранного телевидения можно рассматривать как замкнутую систему управления, которая состоит из набора Анализирующее устройство воспринимает воздействие из внешней среды (оптическое изображение объекта на ПЗС-матрице видеокамеры) и преобразует его к виду, приемлемому для принятия решения, т.е. является устройством ввода видеоизображения.
Устройство видеорегистрации служит для организации протокола событий, т.е. записи видеосигналов, поступающих с анализирующего устройства, что позволяет проводить расследование произошедших событий. Кроме того, видеозапись позволяет уменьшить и влияние «человеческого фактора» охраны.
Эффективность системы безопасности определяется скоростью ее отработки на внешние воздействия: для исключения развития событий по неблагоприятному сценарию скорость ответных действий сил реагирования должна быть выше, чем скорость нежелательных воздействий из внешней среды. С этой целью, для торможения действий криминальных элементов, используются средства механической укрепленности объекта и вандалозащищенности оборудования систем охранного телевидения (специальное крепление, скрытая прокладка кабелей, антитамперные датчики и пр.), поскольку для их нейтрализации злоумышленникам требуется время. С этой же целью применяется резервное электропитание.
Кроме того, следует иметь в виду, что такие параметры эффективности, как необходимая разрешающая способность системы охранного телевидения и скорость обновления визуальной информации определяются конкретной задачей, вытекающей из особенностей установки видеокамер - длиной так называемой ближней зоны (главным образом, условно мертвой зоны) и расстоянием до дальней зоны.
Если в качестве решающего устройства выступает человек, то на выходе анализирующего устройства (на экране видеомонитора) должно присутствовать изображение контролируемой зоны; в этом случае реализуется функция видеонаблюдения. Если решающим устройством является электронное устройство, в частности, компьютер, то на выходе анализирующего устройства должен быть соответствующий видеосигнал.
Устройство памяти хранит априорную информацию о возможной опасности. Человек помнит изображения «своих», учитывает характерные признаки опасных субъектов, знает, в какое время в контролируемой зоне могут находиться люди, а когда не должны, и пр. В устройстве памяти электронного прибора или компьютера могут храниться пороговые значения напряжения или кода, соответствующие тревожной ситуации, информация о разрешенных временных «окнах» и пр.
Решающее устройство (на входы которого приходят сигналы с двух предыдущих устройств) вырабатывает сигнал тревоги при выполнении установленных условий - в этом случае реализуется функция видеоконтроля. В качестве решающего устройства, как правило, используется человек, однако в последнее время ему на помощь все больше приходят различного рода видеодетекторы. Решающее устройство вырабатывает сигнал для исполнительного устройства; с целью получения большей информации оно может автоматически изменять режим работы анализирующего устройства на заранее установленный.
Исполнительное устройство может автоматически воздействовать на внешнюю среду - по тревоге включать сирену, строб-вспышку, исполнительные механизмы, и т.п., кроме того оно может включать устройство видеорегистрации, а также управлять работой устройств связи.
Устройство связи служит для передачи тревожной информации силам реагирования. Передача информации может осуществляться с помощью локальных компьютерных сетей, Интернета, электронной почты, телефонных сетей, SMS-сообщений и пр.
Способы противопожарной защиты основных пожароопасных объектов нефтеперерабатывающего завода
Значительное выделение тепловой энергии при горении ЛВЖ и ГЖ оказывает большое влияние на выбор типа применяемого оборудования в системах пожаротушения, пожаро- и газообнаружения на большинстве объектов типового нефтеперерабатывающего завода. Кроме этого, в связи со сложностью и повышенной пожарной опасностью протекания технологического процесса в ряде случаев требуется увеличение значений расходов средств тушения и водяного орошения по сравнению с нормативными величинами. Опасность увеличения времени свободного развития пожара выражается в создании угрозы людям, возрастании вероятности деформации стенок горящего аппарата и перехода огня на соседние сооружения, порчи дорогостоящих элементов технологических установок и аппаратов.
Для правильного построения и эффективного функционирования системы противопожарной защиты нефтеперерабатывающего завода применяются дополнительные требования по обеспечению пожарной безопасности к различным разделам проекта, таким как: - генеральный план; - компоновочные решения; - технологические решения; - архитектурно-строительные решения; - инженерные решения; - системы противопожарной защиты; - автоматизация и управление системами противопожарной защиты.
Большую часть объектов нефтеперерабатывающего завода можно условно разделить по функциональному признаку противопожарной защиты на следующие типы: - закрытые (в здании) продуктовые насосные по перекачке ЛВЖ и ГЖ; - открытые (постаментные) продуктовые насосные ЛВЖ, ГЖ и СУГ; - компрессорные станции по перекачке ГТ в зданиях; - технологические колонны и аппараты с ЛВЖ, ГЖ, ГТ; - технологическое емкостное оборудование и реакторы; - многофункциональные технологические эстакады и этажерки; - технологические печи и установки по сжиганию углеводородных газов; - помещения и здания контроллерных, аппаратных, операторных; - резервуары с ЛВЖ и ГЖ.
Наиболее пожароопасным объектом с точки зрения большого количества пожарной нагрузки являются резервуары и резервуарные парки для хранения нефтепродукты, которые подразделяются на: - сырьевые (парки хранения сырой нефти); - товарные (парки хранения товарных нефтепродуктов); промпарки (парки для временного хранения продуктов нефтепереработки и некондиции); - парки объектов оборотного водоснабжения и промышленных стоков (данные парки могут содержать разделочные резервуары, в которых хранится отделенный нефтепродукт).
Согласно действующим нормативным документам [22, 23], все стальные цилиндрические резервуары с нефтепродуктом объемом 5000 м и более подлежат защите автоматическими установками пожаротушения и стационарными установками водяного орошения стенки резервуара. Для резервуаров, объемом менее 5000 м3 предусматриваются полустационарная система пенотушения от передвижной пожарной техники.
Типизация объектов защиты (за исключением резервуаров), анализ нормативных требований и предлагаемые способы противопожарной защиты типовых технологических объектов приведены в таблице 4.1.
Тенденции строительства резервуарных парков на территориях современных нефтеперерабатывающих заводов все чаще приводят к использованию стальных цилиндрических резервуаров с защитной стенкой (стакан-в-стакане). В данном случае предполагается, что защитная стенка выполняет функцию защитного обвалования резервуара, как предписано нормативным документом [22]. Однако учитывая, что защитная стенка резервуара выполняется металлической, то в случае пожара ее несущая и ограждающая функция может быть потеряна за короткий промежуток времени. Кроме этого наличие защитной стенки резервуара осложняет процесс тушения и охлаждение резервуара с помощью передаижной пожарной техники. Перечисленные вопросы в совокупности приводят к необходимости разработки новых принципов противопожарной защиты данного сооружения и отражения их в действующих нормативных документах.
Для защиты резервуаров с защитной стенкой и резервуарных парков с применением данных сооружений, наиболее целесообразно применять совокупность следующих систем противопожарной защиты (Рис. 4.2): - автоматическая система пенотушения с подачей огнетушащего вещества сверху в резервуар и в слой нефтепродукта; - стационарная система пенотушения межстенного пространства; - стационарная система водяного орошения основной стенки резервуара с помощью перфорированного кольца орошения; - стационарная система водяного орошения защитной стенки резервуара с помощью перфорированного кольца орошения.
Хранение основного и резервного запаса фторсинтетического пленкообразующего пенообразователя, аппаратура его подачи и дозирования размещается в опорном пункте управления пенотушением (ОПУ).
