Содержание к диссертации
Введение
1 Опасность, характеризующая эксплуатацию технологических установок нефтеперерабатывающих заводов (НПЗ). 7
1.1 Опасность при эксплуатации техногенных объектов. 7
1.2 Опасность технологических установок нефтеперерабатывающих (НПЗ). 9
1.2.1. Потенциальная опасность установок НПЗ 9
1.2.2. Риск как комплексная мера опасности 17 1.2.3 Методики расчета отдельных параметров, характеризующих опасность установок НПЗ 21
1.3 Интегральный параметр опасности. 25
1.3.1 Фактор взрывопожароопасности 27
1.3.2 Фактор токсичности 33
2. Фактор надежности оборудования как составляющая интегрального параметра опасности
2.1 Методика оценки риска методами теории надежности 38
2. 2Фактор отказа оборудования как оценка надежности нефтезаводскогооборудования . 41
2.3 Определение весомости факторов, составляющих интегральный параметр, методом экспертных оценок. 42
2.3.1. Метод экспертных оценок 42
2.3.2. Определение весомости факторов, составляющих интегральный параметр методом экспертных оценок. 45
3 Геоинформационные системы, как инструмент визуализации и анализа опасных производственных объектов. 54
3.1 Геоинформационные системы в промышленной безопасности 54
3.2 Геоинформационная система «ИнГео» 60
3.3 Модуль анализа и тематической визуализации пространственных данных «Анализ зон разрушения опасных производственных объектов» 62
3.4. Создание базы данных опасных производственных объектов НПЗ 69
4 Сопряжение ГИС и опасных производственных объектов 73
4.1 Распределение интегрального параметра в зоне ОПО на примере технологической установки. 73
4.2 Распределение интегрального параметра в зоне реального воздействия объекта в случае реализации аварии . 81
Общие выводы и предложения 87
Список источников 89 Приложения 100
- Опасность технологических установок нефтеперерабатывающих (НПЗ).
- 2Фактор отказа оборудования как оценка надежности нефтезаводскогооборудования
- Геоинформационная система «ИнГео»
- Распределение интегрального параметра в зоне реального воздействия объекта в случае реализации аварии
Опасность технологических установок нефтеперерабатывающих (НПЗ).
На территории Российской Федерации сохраняется высокий уровень техногенной и природной опасности. В России насчитывается около 45 000 опасных промышленных объектов различного типа. В зонах непосредственной угрозы жизни и здоровью в случае возникновения техногенных чрезвычайных ситуаций (ЧС) проживает около 80 млн. человек, что составляет 55% населения страны. Суммарный экономический ущерб от аварий и катастроф за последние три десятилетия сопоставим со среднегодовым валовым внутренним продуктом России. Средний годовой рост социальных и экономических потерь от природных и техногенных ЧС за этот период составил: по числу погибших - 4%, пострадавших -8% и материальному ущербу -10%. Средний уровень индивидуального риска для населения России на два порядка превышает допустимый уровень, принятый в развитых странах ми-ра[10].
В мировом сообществе, особенно в странах с развитой экономикой, начиная с 1980-х годов, произошла смена акцентов государственной политики в сторону решения задач по снижению природных и техногенных рисков, смягчению последствий ЧС. По расчетам международных экспертов и ученых РАН, необходимые затраты на прогнозирование и обеспечение готовности к катастрофам в 10-15 раз меньше величины предотвращенного ущер-ба[98]. Рисунок 1.1 иллюстрирует эффективность государственного регулирования риска от ЧС на примере стран Западной Европы [98].
В результате осуществления государственных мер регулирования рисками ЧС число аварий на потенциально опасных объектах экономики в некоторых странах Западной Европы уменьшилось за десять лет в 7- 10 раз [107]. С точки зрения перспективы дальнейшего развития общества следует предвидеть будущие угрозы, комплексно изучать существующие техногенные опасности, в последующем нормировать и регулировать опасность [11].
Эффективность государственного регулирования риска от ЧС на примере стран Западной Европы[98]. Механизмом практической реализации основных концептуальных положений государственной политики в области предупреждения ЧС и уменьшения их последствий стала разработанная МЧС России с участием заинтересованных федеральных органов исполнительной власти и органов исполнительной власти субъектов Российской Федерации федеральная целевая программа «Снижение рисков и смягчение последствий чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера в Российской Федерации до 2005 года», утвержденных постановлением правительства РФ№ 1098 от 19.09.1999 года. В рамках выполнения этой программы предусматривается решение многих задач, в том числе: - идентификация и оценка природной и техногенной опасности территорий Российской Федерации и районирование территорий по степени рисков от ЧС природного и техногенного характера; - создание единой государственной системы информационного обеспечения управления риском ЧС с применением новых информационных технологий; - разработка и реализация комплекса неотложных, наиболее эффек тивных мер по предупреждению ЧС в регионах Российской Федерации, имеющих высокие значения показателей комплексного риска[5, 75,88].
Особенностью территории Республики Башкортостан является разнообразие природно-климатических и геологических условий, значительный промышленный потенциал со сложной транспортной инфраструктурой, наличие большого количества источников повышенной опасности предъявляет к ней особые требования с позиций безопасности.
Более 1600 промышленных объектов республики являются потенциально опасными, в зоне поражающих факторов потенциальных чрезвычайных ситуаций проживает около 50 % населения, общая зона возможного заражения химически опасными веществами составляет 5,2 тыс.кв.км, что соответствует 3,6 % территории РБ[88].
Республика Башкортостан входит в группу субъектов Российской Федерации, относящихся к первой степени опасности. По данным МЧС РБ только в 2001 году за период с января по сентябрь по республике произошли 6094 аварийные ситуации, в том числе 2849 в техногенной сфере [49, 69].
Задачей является управление промышленной безопасностью: качественное и количественное определение степени опасности промышленного объекта.
Технологические установки нефтеперерабатывающих заводов характеризуются большим количеством углеводородов, достигающим сотен тонн (таблица 2 приложения 1), температурами, превышающими температуры кипения, достигающими в некоторых случаях до 525 С и давлением, достигающим десятки МПа. Основные технологические параметры установок НУНПЗ сведены в таблицу 1.1.
Таким образом, мы видим, что перерабатываемыми продуктами являются воспламеняющиеся газы, горючие жидкости в парообразном, жидком и перегретом состоянии, при разгерметизации основных технологических аппаратов происходит мгновенный переход жидких углеводородов в парооб 10 разное состояние с образованием взрывоопасного облака, которое при наличии источника воспламенения может привести к взрыву, при разливе жидкой фазы - к возгоранию [39, 46, 64, 82]. Нефтепродукты являются потенциально опасными веществами - веществами, которые вследствие своих физических, химических, биологических или токсикологических свойств, предопределяют собой опасность для жизни и здоровья людей [28, 29].
2Фактор отказа оборудования как оценка надежности нефтезаводскогооборудования
В ноябре 2000 года в отделении приготовления катализаторного комплекса, расположенного в двухэтажной части производственно-бытового здания произошел мощный взрыв с последующим пожаром, в результате которого погибло три человека, один травмирован, полностью разрушено отделение приготовления катализаторного комплекса. Причиной взрыва явилось нарушение аппаратчиком требований технических инструкций и регламента по очередности и контролю проводимых переключений при выполнении периодических операций, что привело к переливу продукта из мешалки с последующим испарением и образованием взрывоопасной смеси. Имело место нарушение производственной дисциплины персоналом бригады, которая одновременно оставила щит управления, рабочие места и находилась в хозяйственной комнате, когда произошел взрыв [103].
Оперативная информация об авариях, произошедших на предприятиях нефтехимии и нефтепереработки России 18.11.99 На АО «НУНПЗ» на установке «Жекса» при гидроочистке дизельного топлива в резервуар попал сжатый (0,6МПа) водородсодер-жащий газ, что вызвало разрушение крыши резервуара. Степень заполнения резервуара дизельным топливом составляла 90%.
17.02.00 В ОАО «Ангарская НХК» на ЭЛОУ-АВТ-3 при ведении технологического процесса произошла разгерметизация насоса, приведшая к истечению бензина и его загоранию в помещении насосной.
05.04.00 В ЗАО «Ново-Куйбышевская нефтехимическая компания» при пуске газофракционирующей установки после ремонта во время розжига печи произошел взрыв газо-воздушной смеси в камере сгорания. В результате частично разрушен каркас печи и травмирован аппаратчик печей.
21.05.00 В ОАО «Ангарская нефтехимическая компания» на установке ЭЛОУ-АВТ-6, на линии подогрева нефти (120-15 0С), при пропуске ее во фланцевое соединение произошло возгорание продукта. Пожар ликвидирован через 2 часа.
К техническим причинам аварии относятся: конструктивное несовершенство мешалок, отсутствие клапана на трубопроводе вывода катализатор-ного комплекса из монжусов в алкилаторы, проектная недоработка по установке в помещении приготовления катализаторного комплекса сигнализаторов довзрывных концентраций паров углеводородов, несовершенство технологического процесса приготовления катализаторного комплекса из-за частого забивания трубопроводов.
Другой пример, в полной мере иллюстрирующий опасность установок НПЗ - авария на установке производства серной кислоты АО «Уфанефте-хим». Установка предназначена для получения серной кислоты методом «мокрого катализа» [104].
В 1996 г. ПКО АО «Уфанефтехим» разработан проект новой станции нейтрализации. Проектом предусматривался демонтаж трубопроводов и резервуара старой станции нейтрализации. 24 ноября 2000 г. на установке производства серной кислоты произошла авария с групповым несчастным случаем.
При дренировании из поддонов оросительных холодильников кислой воды на станцию нейтрализации (примерно в 11 ч 10 мин) произошло выделение сероводорода в районе между оросительными холодильниками и станцией нейтрализации с западной стороны СКУ на нулевой отметке. В результате аварии три человека получили смертельное отравление, один в тяжелом состоянии доставлен в больницу, 8 человек были отправлены на детальное обследование, после чего выписаны.
В ходе расследования причин аварии комиссией установлено, что инициатором развития аварии явилось разрушение чугунной трубы змеевика оросительного холодильника диаметром 118 мм, толщиной 9 мм вследствие интенсивной коррозии, из-за чего около 7 т серной кислоты температурой 90С вылилось в оборотную воду 1-го поддона. В 1-м и 4-м поддонах образовалась закисленная вода с температурой, близкой к температуре кипения воды, которая аппаратчиком была самотеком сброшена на станцию нейтрализации в емкость Е-6 и железобетонный резервуар старой станции нейтрализации. При воздействии горячей серной кислоты с гидросульфитом аммония и недостаточно нейтрализованной сероводородной флегмы, поступившей из сепаратора С-4, сероводород выделился через неплотности и создал загазованную зону на открытой площадке вблизи оросительных холодильников Х-1, Х-2, Х-3 и железобетонной нейтрализаторной станции. Концен-трация сероводорода в 11 ч 30 мин в этой зоне достигла 200 мг/м .
Технические причины аварии: недостатки змеевиков оросительных холодильников, выполненных из чугуна, обладающего низкой коррозионной стойкостью. Следует так 16 же отметить, что существующая конструкция оросительных холодильников не обеспечивает безопасность при ремонтных работах по замене прокорро-дированных участков змеевика холодильника; существующая схема вывода и нейтрализации сероводородной флегмы из сепараторов С-1 и С-4 не соответствует современным требованиям экологической безопасности; отступление от проекта 1996 г., выполненного ПКО АО «Уфа-нефтехим», в части неотглушения железобетонного резервуара от действующих коммуникаций; отсутствие сигнализаторов предельных концентраций и нижнего концентрационного предела взрываемости на станции нейтрализации кислых стоков и сероводородной флегмы.
Вышеперечисленные примеры иллюстрируют аварии, не имеющие катастрофических последствий для персонала предприятий и населения близлежащих населенных пунктов. Однако, в публикациях достаточно полно описаны катастрофические последствия аварий на нефтеперерабатывающих предприятиях [1, 2, 3, 4, 14, 53, 90]. Кроме того, довольно часто на установках НПЗ происходят неполадки и отказы оборудования, которые не развиваются до масштабов аварии и фиксируются только заводской службы охраны труда и производственного контроля. В таблице 1.4 приведен перечень работ повышенной опасности на предприятиях АО «Башнефтехим».
Геоинформационная система «ИнГео»
Индивидуальный риск - вероятность поражения индивидуума в результате воздействия факторов опасности. Результаты анализа отображаются на карте в виде линий равных значений. На рисунке 1.5 приведены результаты расчета риска опасного производственного объекта (нефтебаза), цифрами обозначены объекты на генплане, цветной заливкой - уровень риска.
Именно этот показатель наиболее часто используется за рубежом как мера потенциальной опасности объекта при зонировании прилежащей территории. Индивидуальный риск учитывает весь комплекс опасностей, сопровождающих данного индивидуума при перемещении его в пространстве. Величина индивидуального риска служит психологическим индикатором для человека и может являться уровнем приемлемого риска. Пороговая величина риска 10"6 легла в основу стандартов безопасности некоторых стран, а также ГОСТов по безопасности персонала и населения (например, ГОСТ 12.1.004-85).
Коллективный риск - определяет ожидаемое количество смертельно травмированных людей в результате потенциальных аварий за определенное время. Социальный риск - характеризует зависимость частоты событий, в которых пострадало на том или ином уровне людей, больше определенного, от этого числа людей [57].
Другой комплексной мерой риска, характеризующей опасный объект (и территорию), является потенциальный территориальный риск - пространственное распределение частоты реализации негативного воздействия определенного уровня. "----.... .so a so
Потенциальный территориальный риск не зависит от факта нахождения объекта воздействия в данном месте пространства. Вероятность нахождения объекта воздействия равна 1. Потенциальный риск не зависит от того, находится ли опасный объект в многолюдном или пустынном месте и может меняться в широком интервале и выражает собой потенциал максимально возможного риска для конкретных объектов воздействия, находящихся в данной точке пространства. На практике определяют распределение потенциального риска для отдельных источников опасности и для отдельных сценариев аварий [57].
Таким образом, рисковый подход к управлению промышленной безопасностью предполагает, что для каждого опасного производства должны быть выделены и количественно определены основные опасности и риски, определены критерии приемлемого риска, и на основании сравнения определенных рисков с приемлемыми рисками приняты решения о необходимости снижения риска. Кроме перечисленных классических понятий риска в настоящее время используются и другие совершенно не стыкующиеся друг с другом определения. К примеру, специалисты НТЦ «Промышленная безопасность» применяют понятие коллективный риск - произведение вероятности события вызывающего техногенную аварию на количество погибающих при этом людей. В [96] под коллективным риском понимается отношение между частотой происшествия и общим количеством людей, которым причинен вред. 1.2.3 Методики расчета отдельных параметров, характеризующих опасность установок НПЗ.
Рассмотрим подход к определению опасности объекта, основанного на количестве и свойствах используемого на объекте опасного вещества. Если это количество больше определенного значения, определенного нормативным документом в качестве порогового [57], объекту присваивается определенная категория опасности. На этом подходе основано определения опасных объектов в «Директиве Севезо», Конвенции ООН о трансграничном воздействии промышленных аварий, подписанной Россией, № 116 - ФЗ [38, 40, 44, 87,88].
В приложении 2, к ФЗ-116, регламентируются предельные количества опасных веществ, наличие которых на производственном объекте является обоснованием для признания объекта опасным и является обоснованием для обязательной разработки декларации промышленной безопасности.
Проведенный для наиболее широко используемых в промышленности опасных веществ анализ показал [49], что если в аварии будет участвовать предельное для данной категории количество вещества, то зона действия поражающих факторов, приводящих к смертельному поражению, распространяется на 500-1000 метров. Поэтому логично учитывать суммарное количество вещества в случае, если расстояние между опасными производственными объектами менее 500м.
Было определено количество опасных веществ, обращающихся на установках НУНПЗ согласно методике [56].
Для оценки опасности установок НПЗ по [54] расчетным методом определяются энергетические потенциалы технологических блоков и радиусы возможных полных, сильных, слабых зон разрушения.
Одним из основных энергетических показателей технологической установки НПЗ является общий энергетический потенциал взрывоопасности в общем виде выражающийся зависимостью
Распределение интегрального параметра в зоне реального воздействия объекта в случае реализации аварии
Самым трудоемким был этап векторизации, то есть перевода изображения в виде сканированного рисунка в векторный вид. Поскольку ГИС хранит информацию о реальном объекте в виде набора тематических слоев, различные объекты НПЗ находятся в различных слоях цифровой карты и отображены различными стилями. Список слоев располагается справа на рабочем окне программы, изображенном на рисунке 3.1.
В результате подготовительных работ была выполнена цифровая карта северной промышленной зоны, включающая слои:
По мнению диссертанта, выполненная таким подробным образом топографическая основа позволяет учесть специфические особенности каждой установки, взаимное расположение технологических блоков, трубопроводных эстакад, поражение сопредельных зданий и объектов при различных моделях реализации аварийных ситуаций, токсическое заражение прилегающей зоны.
В заключении отметим: - создана геоинформационная база данных опасных производственных объектов НУНПЗ, где в масштабе 1 : 500 в цифровом виде отображены: здания и сооружения, технологическое оборудование, трубопроводы, резервуарные парки, и так далее всего 152 слоя цифровой карты. Выводы к третьей главе:
1. Наиболее удобным инструментом анализа риска и опасностей (причем с детализацией вплоть до расположения задвижки, разделяющей техно 71 логические блоки и расстояний от корпуса аппарата до отсекающей арматуры) являются геоинформационные системы, имеющие практически безграничные возможности ввода, хранения, манипулирования и анализа пространственно распределенной информации.
2. Создан модуль к геоинформационной системе «ИнГео», который решает следующие задачи: модуль воспринимает объекты цифровой карты (такие как колонны, печи, резервуары, емкости или другое оборудование НПЗ), как опасные производственные объекты; - анализирует семантическую информацию, характеризующую каждый объект карты: количество перерабатывающегося, хранящегося или использующегося опасного вещества в оборудовании, найденный интегральный параметр опасности либо любую другую информацию; - анализирует площадь цифровой карты, ограниченную радиусом, который мы задаем сами: это может быть 500 метров по приложению 2 [81], может быть радиус сильных, полных разрушений, определенных по [61], либо любое другое число; - обрисовывает территорию опасного производственного объекта изолиниями равной опасности, что позволяет получить карту опасности. 4. Сопряжение ГИС и опасных производственных объектов.
Распределение интегрального параметра в зоне ОПО на примере технологической установки.
Рассмотрим распределение интегрального параметра, характеризующего опасность эксплуатации опасного производственного объекта, на примере одной из наиболее распространенных технологических установок. На АО «Башнефтехим» действует 18 установок АВТ.
План расположения основного технологического оборудования ЭЛОУ-АВТ. Прежде всего, определим основные опасности этой установки. Для этого рассмотрим технологический процесс, его аппаратурное оформление, свойства и количества веществ, обращающихся в процессе.
Атмосферно-вакуумная трубчатка с блоком электрообессоливания и обезвоживания состоит из трех блоков: - блок электрообессоливания и обезвоживания; - блок атмосферной перегонки нефти; - блок вакуумной перегонки мазута. Основные опасности при эксплуатации установки ЭЛОУ-АВТ: 1. Взрывопожароопасность и токсичность продуктов, обращающихся на установке. Наличие вышеуказанных продуктов в аппаратах в большом количестве. 2. Применение в технологическом процессе нагревательной печи, являющейся источником открытого огня, где продукт нагревается до высокой температуры и находится под давлением. 3. Выполнение производственных операций по включению в работу и отключению аппаратов с продуктами, нагретыми до высоких температур и под большим давлением. 4. Наличие насосов, перекачивающих токсичные и перегретые взрыво-пожароопасные продукты. В качестве сырья используется сырая нефть, с добавлением газового конденсата, керосиногазойлевой фракции. Получаемыми продуктами являются: бензин прямой перегонки, керосиновая фракция, дизельное топливо, вакуумный газойль, мазут прямой перегонки, гудрон, прямогонный газ. В качестве реагентов используются токсичные вещества: леканол, раствор кальцинированной соды, раствор едкого натра и аммиака.
Сырая нефть нагревается до 55-85 С и подается в деэмульгаторы (го-ризонтальные аппараты V= 160 м ), где под действием деэмульгатора и электрического поля высокого напряжения происходит обезвоживание и обессо-ливание нефти. Обезвоженная нефть предварительно подогревается в теплообменниках, затем в трубчатой печи и подается в ректификационную колонну К-1, где поддерживается температура до 230 С, Р= 0,2-0,4 МПа. Данные о распределении опасных веществ по оборудованию, количество и физические условия содержания опасного вещества приведены в таблице 1 Приложения 5.
На втором этапе находим интегральный параметр опасности, согласно разработанной диссертантом методике в каждом аппарате установки. Для определения фактора пожароопасности в каждом аппарате определены критерий аддитивности (количество опасного вещества в тоннах, отнесенное к пороговому количеству этого вещества по № 116 - ФЗ) и степень перегретости пожароопасного вещества представляющее собой отношение температуры опасного вещества в этом аппарате к температуре воспламенения этого вещества с учетом давления.
Если по условиям технологического процесса в аппарате единовременно находятся несколько горючих веществ и материалов, отличающихся друг от друга пожароопасными свойствами, то расчеты проводят по наиболее неблагоприятному для ликвидации пожара веществу или продукту.
