Введение к работе
Актуальность проблемы
В ближайшее время в России планируется введение новых нефтехимических мощностей и производств (НХП). Острой проблемой стали техническая отсталость и высокий износ основных фондов. Около 70 % используемых в нефтехимической промышленности технологий физически и морально устарели и только 20 % действующих технологий и оборудования можно считать современными с точки зрения стандартов развитых стран. В связи с этим для обеспечения промышленной безопасности и предупреж-дения экологических техногенных катастроф в регионах, имеющих крупные нефтехимические комплексы, необходима коренная модернизация существу-ющих производств.
К сожалению, проблемы обеспечения промышленной безопасности на стадиях проектирования, строительства новых и модернизации действу-ющих мощностей недостаточно исследованы. Представленная диссерта-ционная работа посвящена обобщению накопленного опыта и разработке новых решений в данной области.
Нефтехимическая промышленность сильно загрязняет окружающую среду. Одними из основных загрязнителей атмосферы являются летучие органические соединения, доля которых в выбросах достигает 20 %. Большое количество воды, используемой в технологических процессах, приводит к загрязнению сточных вод. Хранение некоторых видов отходов сопряжено с загрязнением природных водоемов, многие хранилища-накопители переполнены или требуют ревизии. К мероприятиям по модернизации производства нефтехимического комплекса относятся:
- разработка оборотного водоснабжения промышленных предприятий с полной стопроцентной рециркуляцией сточных вод и с устойчивым функционированием системы, с учетом запаздываний изменения регулируемых параметров жидкости в системе трубопроводов;
- изменение состава и улучшение качества выпускаемой продукции;
- комплексное использование сырья и снижение потребления ресурсов, производство которых связано с загрязнением окружающей среды;
- очистка сбрасываемых промышленных газов;
- совершенствование технологических процессов и внедрение малоотходных и безотходных технологий.
Разработка технологического процесса, разделение технологической схемы на отдельные технологические блоки, ее аппаратурное оформление, выбор типа отключающих устройств и мест их установки, средств контроля, управления и противоаварийной защиты (ПАЗ) при обоснованной технологической целесообразности должны обеспечивать минимальный уровень взрывоопасности технологических блоков, входящих в технологическую систему.
Оптимальные методы и средства автоматической защиты выбираются на основе анализа опасностей технологических объектов, условий возникновения и развития возможных аварийных ситуаций, особенностей технологических процессов и аппаратурного оформления. Рациональный выбор средств и методов для систем автоматической защиты осуществляется с учетом их надежности, быстродействия и т.п.
Ведение взрывопожароопасных технологических процессов осуществляется в соответствии с технологическими регламентами на производство продукции, которые предусматривают анализ, последовательный учет всевозможных рисков и управление ими. Управление рисками включает в себя действия, направленные на компенсацию, диссипацию, уклонение и их локализацию. Для оценки вероятности наступления риска необходимо использовать статистические и экспертные методы анализа, а также разработать математическое и имитационное моделирование процессов.
Основным содержанием процедур по корректирующим мероприятиям являются выявление фактической проблемы и ее регистрация; определение подразделения, ответственного за решение проблемы; формирование аудиторской группы анализа проблемы; проведение анализа, установление и регистрация причины возникновения проблемы; определение, разработка и внедрение корректирующих действий; контроль выполнения действий и оценка их эффективности.
В соответствии с Правилами безопасности ПБ-09-540-03 предприятие определяет для себя следующие требования к технологическому оснащению: оборудование, используемое для выпуска готовой продукции, должно обеспечивать соблюдение технологии, промышленной безопасности, экологических нормативов на вредные выбросы в атмосферу (минимизация воздействия на природу), нормы охраны труда и техники безопасности, быть ремонто-
пригодным и иметь определенный уровень автоматизации.
Цель работы - разработка научных основ обеспечения промышленной безопасности при создании автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП) на предприятии нефтехимического комплекса.
Для решения поставленной цели были сформулированы следующие основные задачи:
1. Обобщение опыта, анализ средств и методов обеспечения промышленной безопасности нефтехимических комплексов;
2. Теоретический анализ факторов, влияющих на промышленную безопасность технологических процессов на предприятиях нефтехимического комплекса;
3. Оценка качества функционирования технических средств обеспечения промышленной безопасности предприятий нефтехимического комплекса, оснащенных автоматизированными системами управления технологическими процессами;
4. Анализ математических методов количественных оценок характеристик техногенных рисков на предприятиях нефтехимического комплекса;
5. Разработка новых методов расчета надежности эксплуатации технологических блоков НХП с учетом восстановления и различных методов резервирования технологического оборудования;
6. Компьютерное моделирование функционирования систем оборотного водоснабжения;
7. Оценка устойчивости и надежности функционирования систем
очистки промышленных стоков;
8. Оптимизация вариантов очистки промышленных стоков в режиме цикличности функционирования нефтехимического производства (в режимах штатной работы и технического обслуживания по технологическому регламенту).
Методы решения поставленных задач
Поставленные в диссертационной работе задачи решены путем разработки теоретических методов анализа процессов, выявления и оценки степени значимости факторов, влияющих на промышленную безопасность, компьютерного моделирования ряда технологических блоков и циклов, лабораторных исследований и опытно-промышленных испытаний.
Научная новизна
1. Впервые обобщен опыт и проанализированы технические средства обеспечения промышленной безопасности нефтехимических производств.
2. Выполнен теоретический анализ факторов, влияющих на промышленную безопасность технологических процессов на НХП.
3. Впервые проведена оценка качества функционирования технических средств обеспечения промышленной безопасности предприятий нефтехимического комплекса, оснащенных автоматизированными системами управления технологическими процессами.
4. Проведен анализ математических методов количественной оценки характеристик техногенных рисков на предприятиях нефтехимического комплекса.
5. Разработаны новые методы расчета надежности эксплуатации технологических блоков НХП с учетом восстановления и различных методов резервирования технологического оборудования.
6. Впервые реализовано компьютерное моделирование функционирования систем оборотного водоснабжения.
7. Проведена оценка устойчивости и надежности функционирования систем очистки промышленных стоков.
8. Разработан способ оптимизации систем очистки промышленных стоков в режиме цикличности функционирования нефтехимического производства (в режимах штатной работы и технического обслуживания по технологическому регламенту).
На защиту выносятся:
1. Результаты обобщения опыта, научно-технического анализа методов и средств обеспечения промышленной безопасности нефтехимических комплексов.
2. Теоретические оценки степени значимости факторов, влияющих на промышленную безопасность технологических процессов на НХП.
3. Оценка факторов, влияющих на качество функционирования технических средств обеспечения промышленной безопасности предприятий нефтехимического комплекса, оснащенных автоматизированными системами управления технологическими процессами.
4. Математические методы количественных оценок характеристик техногенных рисков на НХП.
5. Методы расчета надежности эксплуатации технологических блоков НХП с учетом восстановления и резервирования технологического оборудования.
6. Результаты компьютерного моделирования функционирования систем оборотного водоснабжения.
7. Результаты оценки устойчивости и надежности функционирования систем очистки промышленных стоков.
8. Способы оптимизации систем очистки промышленных стоков в режиме цикличности функционирования нефтехимического производства.
Практическая ценность и реализация результатов работы
Теоретическая и практическая ценность работы заключается в:
- разработке и реализации мероприятий, направленных на повышение промышленной безопасности нефтехимических комплексов;
- выработке рекомендаций по размещению предприятий нефтехимического комплекса при выборе промышленных площадок для строительства НХП;
- разработке мероприятий по обеспечению совместимости отечественного и импортного технологического оборудования, выполненного по международным стандартам;
- создании компьютерных моделей оптимизации функционирования технологического оборудования очистных сооружений нефтехимического производства;
- разработке и внедрении в нефтехимическом комплексе системы экологического менеджмента по международным стандартам.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечивается за счет использования теоретически обоснованных методов анализа процессов, выявления и оценки степени значимости факторов, влияющих на промышленную безопасность, компьютерного моделирования ряда технологических процессов и циклов, лабораторных исследований и опытно-промышленных испытаний.
Разработанные линейные и кольцевые каскадные буферные накопители, обеспечивающие эффективное сглаживание по величине изменения во времени концентраций вредных веществ, и новая система подготовки загрязненных сточных вод на входе биологического фильтра защищены патентами РФ на изобретения (№ 81956, 10.04.2009 г.; № 81955, 10.04.2009 г.;
№ 2390501, 27.05. 2010 г., № 2392233, 20.06. 2010 г.) и внедрены в единственном в России полиэфирном комплексе ОАО «ПОЛИЭФ».
Компьютерное моделирование функционирования автоматизированных систем управления технологическими процессами на нефтехимических предприятиях с оборотным водоснабжением внедрено в учебный процесс кафедры «Безопасность жизнедеятельности и охрана окружающей среды» Башкирского государственного университета.
Результаты диссертационной работы использованы при разработке Проекта РФФИ № 08-01-97021-р_поволжье_а и Государственного контракта № 14.740.11.0429 на выполнение работ в рамках Федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009 – 2013 годы.
Апробация работы
Основные положения работы докладывались на Всероссийских научно-методических конференциях «Инновации и наукоемкие технологии в образовании и экономике» (Уфа, 2008 г., 2009 г., 2010 г.); Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы технических, естественных и гуманитарных наук» (Уфа, 2008 г.); XXI Международной научно-технической конференции «Химические реактивы, реагенты и процессы малотоннажной химии» РЕАКТИВ-2008 (Уфа, 2008 г.); Всероссийской научно-практической конференции «Безопасность человека: проблемы и пути решения в современных условиях» (Уфа, 2009 г.); на секции A «Проблемы ресурсо- и энергосбережения в технологиях освоения трудноизвлекаемых запасов углеводородов» в рамках VIII Международного конгресса нефтегазопромышленников России (Уфа, 2009 г.); Международном форуме «Новые информационные технологии и менеджмент качества» (Египет, Шарм-эль-Шейх, 2009 г.); на научно-практических конференциях «Проблемы и методы обеспечения надежности и безопасности систем транспорта нефти, нефтепродуктов и газа», «Проблемы и методы рационального использования нефтяного попутного газа» в рамках XVIII международной специализированной выставки «Газ. Нефть. Технологии – 2010» и на Десятой Всероссийской научно-практической конференции «Энергоэффективность. Проблемы и решения» в рамках X Юбилейного российского энергетического форума (Уфа, 2010 г.).
Публикации
По материалам диссертации опубликовано 38 печатных работ, в том числе 12 статей в центральных рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК РФ. Получено 4 патента.
Структура и объем работы
