Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Разработка методологии количественной оценки интегрированного риска потенциально опасных объектов нефтегазового комплекса 24
1.1. Основные положения и термины современной концепции промышленной безопасности техносферы 24
1.2. Теоретические основы количественной оценки интегрированного риска техногенных аварий на опасных производственных объектах нефтегазового комплекса 46
1.2.1. Критерии сопоставления и оптимизации инженерных решений с учетом влияния факторов экологической и промышленной безопасности 47
1.2.2. Методика определения интегрированного риска потенциально опасных объектов нефтегазового комплекса 52
1.2.3. Последовательность построения регрессионной модели аварийных выбросов 60
1.3. Математические модели и методы анализа экологических рисков аварий на межобъектовых трубопроводах 71
1.4. Обоснование и применение параметрических законов поражения реципиента при аварийных ситуациях на предприятиях нефтегазовой промышленности 79
1.4.1. Вероятностные законы токсического поражения человека при авариях на промышленных установках 80
1.4.2. Определение фугасного воздействия взрыва на человека, технологическое оборудование, здания и сооружения при аварийных ситуациях
на предприятиях нефтегазовой промышленности 95
1.4.3. Обоснование и применение координатного закона теплового поражения человека и материальных объектов при аварийных ситуациях на предприятиях нефтегазовой промышленности 120
1.5. Показатели опасности промышленных аварий. Критерии приемлемо го риска 124
Глава 2. Теоретическое обоснование и применение физико - матема тических моделей развития аварийных процессов и распространения поражающих факторов в окружающей среде 134
2.1. Анализ методик оценки последствий взрывов на потенциально опас
ных объектах техносферы 135
2.1.1. Определение режима взрывного превращения облака ГПВС по экспертной таблице Института химической физики РАН 136
2.1.2. Анализ методик оценки последствий детонационных взрывов 139
2.1.3. Анализ методик оценки последствий дефлаграционных взрывов 151
2.2. Модели и методы расчета количества опасного вещества, участвую щего в создании поражающих факторов при авариях на потенциально опасных,производственных объектах 161
2.2.1. Модели и методы расчета количества опасного вещества, участвующего в создании поражающих факторов при авариях с выбросом сжиженных газов 161
2.2.2. Модели и методы расчета количества опасного вещества, участвующего в создании поражающих факторов при авариях с выбросом нефти и нефтепродуктов 169
Глава 3. Развитие теории и аналитических методов количественной оценки последствий возможных аварий на объектах нефтегазового комплекса 178
3.1. Теоретическое обоснование, разработка и применение математиче ских моделей и аналитических методов количественной оценки риска со циальных последствий возможных аварий 178
3.1.1. Социальный риск людских потерь при авариях на потенциально опасных объектах техносферы 178
3.1.2. Коллективный риск людских потерь при авариях на потенциально опасных объектах техносферы 183
3.2. Разработка математических моделей и аналитических методов количественной оценки коллективного риска при авариях с токсическими выбросами на объектах нефтегазового комплекса 188
3.3. Разработка математических моделей и аналитических методов коли чественной оценки коллективного риска при авариях на взрывоопасных объектах нефтегазового комплекса 201
Глава 4. Разработка методики анализа опасности технологического блока в составе расчетно-пояснительной записки ПЛАС на объектах нефтегазового комплекса 207
4.1. Разработка методов анализа опасности для установок первичной переработки нефти 209
4.1.1. Определение возможных сценариев возникновения и динамики развития аварийных ситуаций блока №2 установки ЭЛОУ-АВТ-2 209
4.1.2. Анализ условий возникновения и динамики развития аварийных ситуаций в блоке №2 (AT) установки ЭЛОУ-АВТ-2 210
4.2. Оценка вероятности реализации аварийных ситуаций и сценариев их дальнейшего развития в блоке установки 215
4.3. Определение количества опасных веществ, участвующих в создании поражающих факторов при реализации сценариев аварийной ситуации в блоке установки 220
4.4. Расчет вероятных зон действия поражающих факторов при реализации сценариев аварийной ситуации в блоке установки 223
4.4.1. Ситуационные планы аварийной ситуации и основные опасности технологического блока установки 225
4.4.2. Перечень наиболее значимых факторов, влияющих на показатели риска и оценка уровня опасности технологического блока установки 227
4.5. Анализ возможности перехода аварийной ситуации в технологическом блоке установки на более высокий по степени опасности и ожидаемым последствиям уровень «Б» 227
Глава 5. Разработка методов анализа и оценки интегрированного риска технологических установок нефтеперерабатывающих предприятий с учетом специфики возникновения и развития аварийных ситуаций 234
5.1. Определение типовых сценариев возможных аварий на технологических установках получения автомобильных бензинов и очищенного топлива и оценка количества опасных веществ, участвующих в аварии 235
5.2. Расчета вероятных зон действия поражающих факторов при авариях на технологических установках получения автомобильных бензинов и очищенного топлива и оценка возможного числа пострадавших и возможных ущербов 241
5.3. Оценка интегрированного риска аварий на технологических установках получения автомобильных бензинов и очищенного топлива 247
5.4. Анализ наиболее опасных и значимых факторов, влияющих на показатели риска, разработка предложений по внедрению мер, направленных на уменьшение риска аварий 251
Глава 6. Разработка методов анализа риска аварий в составе проект ной документации на примере проекта реконструкции пункта налива нефти 254
6.1. Разработка методологии анализа риска в составе проекта на реконструкцию опасного производственного объекта 260
6.2. Разработка методов анализа, моделей аварийных процессов и обоснование их применения 264
6.2.1. Разработка модели гравитационного растекания цилиндрического слоя жидкости и обоснование метода оценки времени добегания горящей гидродинамической волны прорыва до рассматриваемой точки территории 265
6.2.2. Разработка методов анализа риска аварий с формированием гидродинамической волны прорыва на нефтяных резервуарах 268
6.3. Разработка детерминированных методов количественной оценки опасностей в составе проектной документации на реконструкцию опасного производственного объекта 273
6.4. Разработка методов количественной оценки интефированного риска в составе проектной документации на реконструкцию опасного производственного объекта 286
6.5. Анализ неопределенностей результатов оценки риска 294
6.6. Разработка рекомендаций и мероприятий по уменьшению риска 297
Глава 7. Разработка методов анализа безопасности и оценки интегрированного риска функционирования трубопроводного транспорта нефтегазового комплекса 301
7.1. Разработка детерминированных методов анализа и оценки уровня опасности межобъектовых нефтепроводов 302
7.2. Разработка методов оценки количества опасных веществ, участвующих в аварии на межобъектовых нефтепроводах и расчет вероятных зон действия поражающих факторов 308
7.3. Разработка методов оценки интегрированного риска при авариях на межобъектовых нефтепроводах 324
7.4. Разработка детерминированных методов анализа и оценки последствий аварий на надземном трубопроводном транспорте газа в условиях Заполярья 332
7.5. Разработка стохастических методов анализа и количественной оценки интегрированного риска аварий на трубопроводном транспорте в условиях Заполярья 349
Основные выводы 361
Литература
- Теоретические основы количественной оценки интегрированного риска техногенных аварий на опасных производственных объектах нефтегазового комплекса
- Определение режима взрывного превращения облака ГПВС по экспертной таблице Института химической физики РАН
- Анализ условий возникновения и динамики развития аварийных ситуаций в блоке №2 (AT) установки ЭЛОУ-АВТ-2
- Расчета вероятных зон действия поражающих факторов при авариях на технологических установках получения автомобильных бензинов и очищенного топлива и оценка возможного числа пострадавших и возможных ущербов
Введение к работе
Анализ современного уровня опасности высокорисковых объектов техносферы
Ускорение темпов и расширение масштабов производственной деятельности в современных условиях неразрывно связано с возрастающим использованием энергонасыщенных технологий и опасных веществ. В результате возрастает потенциальная угроза для здоровья и жизни людей, окружающей среды, материальной базы производства.
В первую очередь это относится к объектам нефтегазового комплекса, где наблюдаются постоянная интенсификация технологий, связанная с возрастанием температур и давлений, укрупнение единичных мощностей установок и аппаратов, наличие в них больших запасов взрыво-, пожаро- и токсикоопасных веществ.
Отсюда, как следствие, возможен рост числа аварий со все более тяжелыми социальными, экономическими и экологическими последствиями.
Крупнейшие техногенные аварии и катастрофы, которые произошли в последние годы в Европе и России, унесли десятки и сотни человеческих жизней, нанесли значительный, во многих случаях невосполнимый урон окружающей среде.
Достаточно назвать аварии на АЭС Три-Майл-Айленд (США), в Чернобыле (Украина), в Хамме (Германия), на химических предприятиях в Фликсбо-ро (Великобритания), Севезо (Италия), Мехико (Мексика), Бхопале (Индия) и Базеле (Швейцария), на взрывопожароопасных объектах в Тулузе (Франция), в Энсхеде (Нидерланды), крупные транспортно-промышленные катастрофы в Арзамасе, Свердловске, под Уфой (Россия), крупнейшую чрезвычайную ситуацию с выбросом в реки Тису и Дунай высококонцентрированных цианистых соединений с трансграничными экологическими последствиями (Румыния).
Поскольку наряду с природными катастрофами увеличивается число техногенных аварий, к середине наступившего столетия может оказаться, что в совокупности они будут нивелировать усилия по развитию экономики. Поэтому большинство развитых стран переходит на новую стратегию обеспечения безопасности, основанную на принципах прогнозирования и предупреждения техногенных аварий. В этой связи можно утверждать, что оценка риска и разработка мероприятий по снижению последствий техногенных аварий являются фундаментальной научной основой достижения устойчивого развития общества.
0.2. Обзор исследований по методам оценки и обоснованию безопасности опасных 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» (1992 г), «О защите населения и территорий от 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 и экологической безопасности [160-174, 225-227] 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 [245].
Публикации в данной области весьма обширны и вместе с тем недостаточны для разработки и практической реализации методов анализа риска потенциально опасных объектов техносферы.
С одной стороны, это объясняется очень большой сложностью проблемы, по сути решающей вопросы моделирования и прогнозирования функционирования 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 управления уровнем указанной опасности на основе экономического механизма, включающего инструмент страхования.
Исследование, посвященное комплексному подходу для решения поставленной цели, по имеющейся у нас информации, ставится в России впервые. К этому следует добавить, что значительная часть литературы анализируется в конкретных разделах настоящей работы. Поэтому в настоящем разделе рассматриваются наиболее общие источники, которые освещают те или иные аспекты проблемы и закладывают основы для понимания и разработки методов оценки потенциально опасных объектов на основе риска и системы страхования таких объектов.
Обеспечение безопасности, защиты населения и объектов народного хозяйства, в том числе от негативных воздействий техногенного и природного характера, является одной из основных функций любого правового государства. До настоящего времени практическая деятельность по реализации этой функции базировалась на концепции «абсолютной надежности» или «нулевого риска», оказавшейся на деле недостижимой. Более того, отчетливо проявилась присущая данной концепции внутренняя опасность психологического характера, обусловившая во многих случаях неготовность к эффективным действиям по предотвращению и ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций, особенно при крупномасштабных катастрофах (Спитак, Чернобыль и т.д.). Следствием данной технологической концепции, требующей огромных материальных затрат, стало недостаточное внимание многих ведомств и специалистов к другим возможностям обеспечения безопасности, в частности, к превентивным мероприятиям по инженерной защите от аварий на потенциально опасных объектах. На ликвидацию негативных последствий техногенных аварий и природных процессов обычно требуются усилия и средства, значительно превышающие первоначально необходимые для осуществления профилактических мер.
Государственная политика обеспечения безопасности в Нидерландах, Великобритании, Японии, США и в некоторых других высокоразвитых странах в конце 80-х годов прошлого столетия стала строиться на концепции приемлемого, или допустимого (для общества и природы) риска как в технических (технологических), так и в природных системах, которая сменила концепцию «абсолютной надежности». В России новая концепция допустимого или приемлемого риска стала активно разрабатываться в последнее десятилетие.
Исследованиям в области анализа опасностей и оценки риска промышленных аварий и катастроф посвящены работы отечественных и зарубежных авторов, в их числе: М.В. Бесчастнов, Н.Н. Брушлинский, А.А. Быков, А.Н. Елохин, В.А. Еременко, Р.Х. Идрисов, А.В._Измалков, В.И. Измалков, В.А. Котляревский, И.Р. Кузеев, И.И. Кузьмин, X. Кумамото (Hiromitsu Кшпа-moto), В.И. Ларионов, В.А. Легасов, М.В. Лисанов, И.И. Мазур, В. Маршалл (V.C. Marshall), Н.А. Махутов, Г.Э. Одишария, СМ. Пайтерсен (СМ. Pietersen), А.С Печеркин, А.И. Попов, Б.Е. Прусенко, B.C. Сафонов, В.И. Сидоров, И.С Таубкин, Э. Дж. Хенли (Ernest J. Henley), А.Н. Черноплеков, А.А. Шаталов, А.А. Швыряев и ряда других крупных специалистов преимущественно в области промышленной безопасности.
Отечественные исследования по рассматриваемой проблеме 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» [22]. В эти годы значительный вклад в разработку нормативно-методической документации по промышленной безопасности и анализу риска аварий внесли специалисты ГУП «НТЦ «Промышленная безопасность» [12, 124, 140, 141, 174, 203, 206]. В руководящем документе Госгортехнадзора России РД 03-418-01 [225] сформулированы основные методические принципы, термины и понятия анализа риска, определены общие требования к процедуре и оформлению результатов 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.
Теоретические и практические вопросы анализа риска потенциально опасных объектов изложены на русском языке в ряде переводных [150, 268, 271] и отечественных [5, 7, 32, 43, 44, 68-72, 82, 83, 135, 136, 140, 154, 237, 284] изданиях.
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 [204, 237, 284]. 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 [137]. В данной работе вероятность поражения людей вследствие воздействия поражающего фактора, вычисляется по формуле этой территории - есть средний показатель индивидуального риска R d. В отличие от индивидуального риска, средний показатель индивидуального риск размерная величина. По определению средний индивидуальный риск это удельный показатель ожидаемой смертности - число смертей на человека (или 1000 чел.) в год в пределах определенной территории по причине возможной аварии на ОПО, следовательно он не может являться вероятностью смерти индивидуума в рассматриваемой точке этой территории.
Однако R d используется в [137] и ряде других публикаций для зонирования территории вокруг потенциально опасного объекта по уровню риска. Анализируя сказанное, можно констатировать, что не совсем корректно ис 13 пользовать средний индивидуальный риск для зонирования прилегающей к опасному производственному объекту территории.
В промышленной безопасности, согласно работы [135] в ряде случаев используется понятие общий риск - общее число смертей в год в расчете на тысячу человек среднего по возрасту населения. Общий риск включает в себя социально-экономический и техногенный риск.
Социально - экономический риск Rc„3 - общее число смертей в год в расчете на тысячу человек, обусловленное недостаточным уровнем развития экономики, уровнем питания, уровнем жизни. Величину Rc.3 можно представить как функцию, зависящую главным образом от годового дохода человека.
Повторяемость в формуле (0.8) численно равна частоте или статистической вероятности события А и выражается числом «отказовых» случаев за единицу времени (отказов/месяц, аварий/год, оползней/год и т.д.). Для нее применимы основные теоремы вероятностей. Риск, определенный по формуле (0.8), предлагается называть комбинированным или приведенным (к единице времени) в соответствии с классификатором риска, предложенным в статье [221]. Вводится понятие стоимостного R и событийного риска (R ).
Событийный риск представляет собой одну из характеристик опасности негативного события. В отличие от него стоимостной риск является показателем уязвимости объекта системы (населения, жилой застройки и т.д.) при воздействии опасности определенной интенсивности.
Первое понятие риска используется в промышленной безопасности (например, [150]). Хотя более строго следует называть событийный риск опасностью. Размеры ущерба, или стоимостного риска, в каждом конкретном случае зависят, с одной стороны, от интенсивности негативного события (объем и скорость перемещения масс пород, снега, воды, объем выброса, разлива, зоны поражения и т.д.), а с другой - от уязвимости поражаемого объекта. Под уязвимостью понимается степень возможных потерь объекта или его отдельных элементов (люди, здания, дороги, угодья, флора, фауна и т.д.), обусловленных действием на него поражающих факторов определенной интенсивности.
В качестве показателя данного свойства объекта предлагается использовать степень уязвимости, представляющую собой отношение пораженных (разрушенных) объектов (элементов) к общему их числу в зоне поражения, зафиксированное для события определенной интенсивности.
Последнее уточнение является принципиальным, так как степень уязвимости одного и того же объекта может существенно различаться при событиях разного энергетического класса.
Степень уязвимости определяют, как правило, отдельно для каждого объекта по эмпирическим зависимостям ущерба в социальной, экономической или экологической сферах от интенсивности этих процессов, полученным по результатам статистической обработки фактических данных или по данным моделирования негативных событий.
С учетом степени уязвимости объекта формула (0.8) для комбинированного риска примет вид:
R(A) = Р(А)Су(А)Уп(А). (0.9)
где Су(А) - 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.
Формула является общей, но в каждом случае надо учитывать конкретную специфику событий и системы, их особенности.
Социальный риск, т.е. количество людей, подверженных летальному исходу (пораженных и т.д.) - чел/год, можно вычислить по следующей модифицированной формуле:
Re = Р(А)Р(Н)ССу(А)Н, (0.10)
где Р(Н) - вероятность нахождения группы людей (населения, работников отрасли, туристов и т.д.) в зоне поражения; ССу - степень социальной уязвимости этой группы; Н - численность группы, соответствующая условному полному ущербу Уп(А) в формуле (0.9).
Индивидуальный риск представляет собой вероятную характеристику возможности гибели, ранения и (или) потери здоровья одного человека из оп 16
ределенной группы в определенный отрезок времени по естественным причинам или в результате негативного воздействия:
RH(A) = Р(А)Р(Н,)Р(И)ССУ(А)Н, (0.11)
где P(Hi) - вероятность нахождения конкретного или типичного индивидуума в зоне поражения, соответствующая фактору занятости по В. Маршаллу [150]; Р(И) - вероятность оцениваемого негативного события для одного индивида из определенной группы.
Индивидуальный риск может рассчитываться как для типичного, так и для конкретного представителя группы. С целью разграничения этих случаев риск, определенный для типичного индивидуума, предлагается называть риском первого рода или индивидуальным риском 1, а для конкретного индивида -индивидуальным риском второго рода или риском 2.
По аналогии с индивидуальным риском вводится дополнительно понятие удельного экономического риска от события А:
Ry(A)=RM(A), (0.12)
где RM(A) - экономический (материальный) риск от события A; S - площадь зоны поражения при этом событии.
Как видно из (0.12), 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.
Риск от любого негативного события по-разному проявляется в социальной, экономической и экологической сферах. Очевидно, что полный социаль-но-эколого-экономический риск от события А будет равен сумме рисков от этого события в указанных сферах:
Rn(A) = Rc(A) + RM(A) + R3(A), (0.13)
По мнению автора работы [175], такой полный риск может быть установлен только по результатам детальных специализированных комплексных изысканий и исследований для отдельно ограниченных площадей и в случае выра 17 жения всех полученных для разных сфер значений риска в единых стоимостных показателях, что является трудноразрешимой задачей исследования.
Вопросы технической надежности систем различного назначения (энергетика, химия, машиностроение, газодобывающая промышленность и др.) рассмотрены в [68, 87, 237, 268]. Анализ экологического и технического риска при проектировании объектов добычи, транспорта и переработки природного газа подробно рассмотрены в работах сотрудников РАО «ГАЗПРОМ» и ДАО «ВНИПИгаздобыча» [177, 178, 237].
За прошедшие годы отмечается бурное развитие исследований в данном направлении [3, 4, 6, 12, 21, 27, 32, 40, 41, 71, 72, 74, 82, 137, 140, 151, 154, 174, 203, 205, 284], в том числе и выполненных автором.
Успехи в становлении этого важного научного направления несомненны [230]. Четко просматриваются перспективы его дальнейшего развития [22, 63, 278]. 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 аварийного риска в России находит всё более широкое использование.
Активная политика государства в области решения проблем промышленной безопасности, принятие Федерального закона «О промышленной безопасности опасных производственных объектов», утверждение Госгортехнадзором России Методических указаний по проведению анализа риска опасных производственных объектов [РД 03-418-01], разработанных специалистами ГУП «НТЦ «Промышленная безопасность», 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 и научного обоснования критериев приемлемого риска. 0.3. Цели и задачи исследования
Актуальность темы исследования обосновывается современными тенденциями развития общественных отношений, основанных на понимании реальных масштабов и социально-экономических последствий крупных промышленных аварий и катастроф, переходом к разработке, проектированию, созданию и эксплуатации производственных объектов на базе новых критериев и методов анализа опасностей и риска. 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, в том числе при декларировании безопасности и страховании ответственности, 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.
В этой связи, как составная часть центральной проблемы промышленной безопасности, проводимые исследования в области обеспечения безопасности объектов нефтегазового комплекса, эксплуатация которых осуществляется с повышенным риском аварий, связанным с процессами добычи, транспортировки, хранения, переработки углеводородного сырья и реализации газа, нефти, и нефтепродуктов, весьма актуальны и существенны для настоящего времени.
Однако проведенный обзор и анализ выполненных исследований показал, что методология анализа риска потенциально опасных объектов нефтегазового комплекса остается не до конца разработанной, несмотря на самое пристальное внимание исследователей. 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.
Основное направление работы заключается в решении проблемы комплексной оценки уровня опасности в технических системах - интегрированного риска, отражающего конечный предполагаемый эффект в виде ожидаемого ущерба, выраженного в едином стоимостном эквиваленте и интегрирующего риск социального, материального и экологического ущербов. Разработанная система принципов и вероятностных количественных методов анализа и оценки опасностей позволила установить единый методологический подход к провидению анализа интегрированного риска аварий на опасных производственных объектах нефтегазового комплекса, основанного на системном подходе, статистическом анализе данных, разработке сценариев возможных аварийных ситуаций и математическом моделировании.
Предлагаемый методологический подход позволяет, на базе системного представления и изучения взаимосвязей составляющих компонентов производства, а также современных научных критериев и разработанных методов анализа риска провести всесторонний анализ возможностей и масштабов развития и реализации опасностей, связанных с крупными промышленными авариями, сопровождаемыми взрывами, пожарами и/или выбросами опасных химических веществ и количественно оценить интегрированный риск ожидаемого ущерба для объектов нефтегазового комплекса.
Целью работы является развитие теории и методов комплексного анализа уровня опасности сложных технических систем на основе интегрированного риска для повышения промышленной безопасности опасных производственных объектов на примере объектов нефтегазового комплекса.
Для достижения поставленной цели в работе решались следующие основные задачи:
1. Разработка методологии количественной оценки интегрированного риска, в том числе теоретическое обоснование и методическое определение комплексного показателя потенциальной опасности объектов нефтегазового комплекса.
2. Развитие теории и аналитических методов количественной оценки риска последствий возможных аварий на объектах нефтегазового комплекса.
3. Теоретическое обоснование и применение физико-математических моделей развития аварийных процессов и распространения поражающих факторов в окружающей среде.
4. Разработка методов анализа опасности возможных аварийных ситуаций в составе планов локализации и ликвидации аварийных ситуаций (ПЛАС) на объектах нефтегазового комплекса.
5. Разработка методов анализа и выполнение количественной оценки интегрированного риска установок нефтеперерабатывающих предприятий с учетом технологических особенностей, схемных решений, специфики возникновения и развития аварийных и чрезвычайных ситуаций.
6. Разработка методов и выполнение анализа риска аварий в составе проектной документации на примере проектов реконструкции опасных производственных объектов.
7. Разработка методов анализа безопасности и оценки интегрированного риска функционирования трубопроводного транспорта нефтегазового комплекса.
Научные положения, выносимые на защиту:
1. Теория и методы комплексного анализа уровня опасности сложных технических систем, разработанные с учетом специфики опасных производственных объектов нефтегазовой отрасли.
2. Математическая модель и метод количественной оценки интегрированного риска.
3. Методика картирования потенциального, индивидуального и коллективного риска, позволяющая получить пространственное распределение уровней каждого из рисков.
4. Методика построения регрессионной модели технического риска, с учетом взаимосвязи физических и вероятностных процессов в технической системе.
5. Математические модели параметрических и координатных законов токсического и фугасного поражения реципиента.
6. Анализ риска аварий, выполненный в декларациях промышленной безопасности, в составе проектной документации, в составе планов локализации и ликвидации аварийных ситуаций ряда действующих и проектируемых опасных производственных объектов нефтегазового комплекса.
Научная новизна работы заключается в следующем:
1. Впервые поставлена и решена научная проблема комплексного анализа уровня опасности объектов нефтегазовой отрасли на основе интегрированного риска возникновения и развития аварий в сложных технических системах, выраженного в едином стоимостном эквиваленте и объединяющего риски социального, материального и экологического ущербов.
2. Разработан метод количественной оценки интегрированного риска, основанный на использовании стохастической модели возникновения и развития аварии в сложной технической системе, локальных характеристик степени воздействия поражающих факторов на реципиента в форме координатных и параметрических законов поражения, а также удельных стоимостных характеристик прямых потерь и цены спасения жизни человека.
3. Разработана и доведена до практического применения оригинальная методика картирования потенциального, индивидуального и коллективного риска, позволяющая на основе учета стохастических процессов возникновения, развития и воздействия поражающих факторов аварии, получить пространственное распределение уровней каждого из рисков и выявить зоны, в пределах которых необходимо принятие определенных мер, направленных на повышение уровня промышленной безопасности.
4. Предложена и используется на практике методика, позволяющая на основе декомпозиции возможной аварийной ситуации и метода регрессионного анализа построить для рассматриваемой сложной технической системы модель технического риска, определяющую опасность объекта как источника аварийных выбросов с помощью кривой плотности распределения относительных частот.
5. Показано, что задачи оценки последствий воздействия поражающих факторов на реципиента могут быть сведены к моделированию ситуации с помощью распределения Вейбулла. Выполнен анализ эмпирико-статистических данных о характере воздействия поражающих факторов на человека, технологическое оборудование, здания и сооружения, и получены аналитические зависимости параметрических и координатных законов поражения реципиента, в основу которых положено трехпараметрическое распределение Вейбулла. Определены численные значения параметров соответствующих параметрических и координатных законов поражения реципиента.
6. Разработана и теоретически обоснована методика технико экономического расчета эффективности инженерных решений обеспечения
безопасности объектов нефтегазового комплекса, в которой предложен крите 22 рий выбора решений, направленных на повышение уровня промышленной безопасности, включающий величину интегрированного риска.
7. Обоснован метод анализа риска аварий с возникновением гидродинамической волны прорыва на нефтяных резервуарах. Построена модель гравитационного растекания цилиндрического слоя жидкости, и разработана методика оценки времени добегания горящей гидродинамической волны прорыва до рассматриваемой точки территории.
Практическая ценность работы заключается в разработке:
- методик картирования на топографической карте прилегающих селитебных территорий потенциального, индивидуального и коллективного риска гибели людей при авариях на потенциально опасных объектах нефтегазового комплекса;
- методики анализа и количественной оценки риска перехода аварийной ситуации в технологическом блоке установки на более высокий по степени опасности и ожидаемым последствиям уровень «Б» для разработки ПЛАС;
- методики расчета высотных взрывов газопаровоздушных смесей при залповых выбросах горючей среды на большой высоте из колонных аппаратов;
- методики анализа риска аварий с формированием гидродинамической волны прорыва на нефтяных резервуарах.
Основные результаты выполненных теоретических исследований и разработанные методики внедрены в ОАО «Саратовский НПЗ» и ОАО «Саратовнеф-тепродукт» для использования при анализе и количественной оценке риска аварий в декларациях промышленной безопасности, в планах по предупреждению и ликвидации аварийных разливов нефти и нефтепродуктов, в планах локализации и ликвидации аварийных ситуаций.
Практическая ценность работы также заключается в использовании теоретических положений и разработанных методик при проведении практических занятий по дисциплине «Безопасность жизнедеятельности» для студентов всех специальностей Саратовского государственного технического университета.
Методы исследования. В основу теоретических исследований были положены методы и концепции теории вероятностей и математической статистики, теории подобия и математического моделирования, теории матриц и теории множеств, исследования операций, 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, Maple 9ХР, Statistica 6, SPSS 11, Statgraphics Plus 5 и других.
Теоретические основы количественной оценки интегрированного риска техногенных аварий на опасных производственных объектах нефтегазового комплекса
Как известно, сооружение и функционирование энергонасыщенных и химически опасных промышленных объектов всегда сопряжено с риском разрушительного высвобождения собственного энергозапаса или неконтролируемого выброса химически опасных веществ, что может привести к потерям материальных ценностей, гибели людей и окружающей природной среды.
Достаточно назвать аварии на АЭС Три-Майл-Айленд (США), в Чернобыле (Украина), в Хамме (Германия), на химических предприятиях в Фликсбо-ро (Великобритания), Севезо (Италия), Мехико (Мексика), Бхопале (Индия) и Базеле (Швейцария), крупные транспортно-промышленные катастрофы в Арзамасе, Свердловске, под Уфой (Россия).
При этом ущерб от возможных аварий может быть выше финансовых возможностей предприятия, и носит случайный характер.
Именно в этих условиях возникает необходимость в экологическом страховании и страховании гражданской ответственности потенциально опасных предприятий. Использование страхового механизма позволяет компенсировать негативные последствия аварийного, крупномасштабного воздействия на окружающую природную среду, население и прилегающие территории, повысить тем самым финансовую устойчивость предприятия [287, 288].
Экономические методы управления риском и регулирование промышленной безопасности потенциально опасных объектов возможны при условии введения экономической ответственности государственных, акционерных, частных компаний, а также отдельных предпринимателей за ущерб, который они могут нанести в результате аварии или катастрофы на управляемых ими производствах.
В международной практике такая ответственность закреплена законодательно в принятой странами ЕЭС «Директиве по Севезо» [298]. В России экономическая ответственность закреплена Федеральным законом «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» [192]. В соответствии с этим законом, организации, эксплуатирующие опасный производственный объект, обязаны, с одной стороны страховать ответственность за причинение вреда жизни, здоровью или имуществу других лиц и окружающей природ ной среде в случае аварии. С другой стороны процессы страхования требуют изыскивать возможности повышения надежности, безопасности и живучести самих производственных объектов за счет новых технических, технологических и организационных решений.
В этих условиях необходимы новые научно-технические подходы к определению целесообразности, технико-экономической обоснованности и оптимальности принимаемых инженерных решений, направленных на обеспечение промышленной безопасности, соответствующей критериям риска и удовлетворяющей направлениям экологической политики и интересам фирм-производителей [191,192].
Целесообразность инженерных решений, влияющих на экологическую и промышленную безопасность, в конечном итоге должна быть выгодной товаропроизводителю, но при выполнении всех требований нормативных документов по безопасности.
Таким образом, с одной стороны безопасность человека, требующая значительных капитальных вложений в системы промышленной безопасности, которые на первый взгляд, не приносят дохода, с другой стороны заинтересованность товаропроизводителя в максимальной прибыли. Поэтому возникает необходимость в согласовании этих противоречивых факторов. Цель технико-экономического анализа в этом случае - найти оптимальное решение задачи, т.е. отыскать наиболее рациональное техническое или организационно-управленческое решение при максимальных финансовых результатах.
Для оценки обоснованности принимаемых инженерных решений, направленных на повышение безопасности объекта используется метод сравнения, суть которого сводится к сопоставлению в сравниваемых вариантах затрат, отличающихся капитальными вложениями и ежегодными издержками, в том числе вызванными страхованием на случай аварийных и чрезвычайных ситуаций.
Введем, в соответствии с [211], целевую функцию П, характеризующую эффективность рассматриваемого варианта: Ц = П( - ЕИНКІ , (1.1) где ПІ - прибыль (доход), остающейся в распоряжении предприятия после выплаты всех затрат, налогов, дивидендов и страховых платежей в і - ом варианте, руб; Еин - коэффициент эффективности капитальных вложений (инвестиций), относящийся к рассматриваемому инженерному решению,, направленному на повышение экологической и промышленной безопасности, год"1.
Вполне очевидно, что конкурирующим и возможно более приемлемым является тот вариант, для которого выполняется соотношение: Пб ПІ5 (1.2) где Пб - целевая функция базового варианта.
Следовательно из множества рассматриваемых технических вариантов оптимальное инженерное решение, направленное на повышение экологической и промышленной безопасности, будет соответствовать максимуму целевой функции П, то есть: П- -max. (1.3)
В случае решения оптимизационных параметрических задач, при условии непрерывности и монотонности функции П, ее экстремум по искомому параметру X может определяться аналитически: дії Л д2П . ,. ..
В качестве искомого параметра могут быть самые различные параметры рабочих тел (характеристики оборудования, схемные решения), в системах и комплексах, влияющих на уровень безопасности рассматриваемого варианта.
При получении целевой функции П не накладывалось никаких ограничений с точки зрения специфики решаемых задач, поэтому любая задача, связанная с технико-экономическим обоснованием инженерных решений, направленных на изменение безопасности объекта, может решаться на основе использования предложенного критерия. Естественно основную трудность представляют последующие этапы, вскрывающие взаимосвязи между техническими, технологическими, конструктивными и стоимостными показателями в реальных условиях функционирования экономики.
Определение режима взрывного превращения облака ГПВС по экспертной таблице Института химической физики РАН
При выполнении расчетов необходимо различать взрывы твердых (конденсированных) взрывчатых веществ, взрывы газопаровоздушных смесей (ГПВС) горючих жидкостей или сжиженных газов и взрывы пылевых обла-ков.Аварии в промышленности с выбросом горючих жидкостей или сжиженных газов могут происходить как в замкнутых объемах различных помещений производственных зданий и сооружений, так и в неограниченном пространстве на открытых технологических установках.
В данном параграфе анализируются методики, используемые в нормативной и справочной литературе для оценивания последствия взрывов неорганизованных облаков газопаровоздушных смесей горючих веществ.
Различают два основных типа взрыва газопаровоздушных смесей - детонационный и дефлаграционный. При аварийных выбросах горючих веществ на открытых технологических установках невозможно заранее предсказать тип и скорость взрывного превращения облака ГПВС, так как условия для возникновения детонации или дефлаграции с соответствующей скоростью фронта пламени будут определяться множеством случайных внешних факторов. К данным факторам можно отнести уровень чувствительности опасного вещества к инициированию взрывного процесса, наличие ограничения окружающего пространства различными преградами и препятствиями (наличие домов, сооружений, стен и т.п.), время и место возникновения и мощность источника зажигания, степень отклонения локального состава смеси от стехиометрического в момент воспламенения эволюционирующего по направлению ветра облака ГПВС и т.д. Поэтому, при прогнозировании последствий аварий на пожаров-зрывоопасных объектах необходимо предварительно идентифицировать наиболее вероятный режим взрывного превращения облака ГПВС.
Анализ литературных источников позволяет утверждать, что в настоящее время нет апробированных математических моделей взрывного превращения газопаровоздушной смеси, позволяющих однозначно предсказать скорость распространения в облаке фронта пламени. В этой связи целый ряд авторов и внутриведомственных методик [161, 166, 237] предлагают для прогнозных оценок режима горения использовать экспертную таблицу Института химической физики РАН, в которой вещества, способные к образованию горючих смесей с воздухом, разделены по чувствительности к инициированию взрывных процессов, а окружающее пространство разбито на классы в соответствии со степенью его загроможденности.
По классу пространства, окружающего место воспламенения облака ГПВС (табл.2.1) и классу вещества, участвующего во взрыве (табл.2.2) по экспертной таблице Института химической физики РАН (табл.2.3) определяется класс режима горения вещества.
По классу режима горения вещества определяется режим взрывного превращения облака ГПВС и диапазон скоростей распространения фронта пламени со, м/с (табл. 2.4).
Приведенная экспертная оценка диапазона скоростей распространения фронта пламени при взрывных превращениях облака ГПВС позволяет для трудноформализуемых исходных данных о поведении газопарового облака горючего вещества в окружающем пространстве количественно оценивать последствия развития возможных аварий на прилегающей к потенциально опасному объекту территории по той или иной модели взрыва.
Используемая эмпирическая зависимость со = к-М,/6 оценивает диапазон «малых» скоростей ( 100 м/с) распространения фронта пламени в облаке горючих газопаровоздушных смесей для малочувствительных к инициированию взрывных процессов веществ в слабо загроможденном или свободном пространстве, рис.2.1.
Здесь необходимо сделать ряд замечаний по поводу использования зависимости со = f(M).
Во-первых, дефлаграционные процессы приводят к появлению воздушных ударных волн, обладающих поражающим действием только при видимых скоростях фронта пламени свыше 100 м/с, что соответствует максимальному избыточному давлению на фронте воздушной ударной волны APmax 15 кПа. Выход на такие режимы сгорания наиболее вероятен при ограничении пространства или наличии препятствий [325].
Во-вторых, при дефлаграционных взрывах максимальное избыточное давление на фронте воздушной ударной волны не зависит от количества (массы) взрывающейся ГПВС. Поэтому понятие тротилового эквивалента при дефла-грационном взрыве не имеет смысла [52].
При детонации процесс горения в облаке ГПВС распространяется со сверхзвуковой скоростью, и после окончания детонации от границы облака взрыва также со сверхзвуковой скоростью начинает двигаться воздушная ударная волна (ВУВ).
Многие исследователи при рассмотрении детонационных взрывов облаков ГПВС пользуются понятием тротилового эквивалента, считая эти взрывы аналогичными взрыву твердых (конденсированных) взрывчатых веществ (ВВ). Однако такой подход лишь приближенно верен при больших расстояниях до взрыва и приводит к серьезным погрешностям в ближней зоне, так как в отличие от взрывов твердых ВВ, являющихся точечными, взрыв облака ГПВС является объемным [26].
Уравнение М.А. Садовского [235], изначально описывающее характер изменения избыточного давления АРФ на фронте ВУВ при взрывах твердых ВВ, в ряде методик приспособлено для оценки последствий детонационных взрывов облаков ГПВС.
В уравнении (2.1), используемом в работах [65, 223,256], масса вещества, участвующего во взрыве Мщ , умножается на коэффициент а, равный для ПТВС а « 0,7 - 1,0 в зависимости от состава смеси. При этом уравнение (2.1) справедливо для расстояний, где АРФ 500 кПа.
Уравнение (2.2), предложенное Б.Е. Гельфандом и описанное в работах [56, 68], также учитывает тротиловый эквивалент взрыва газопаровоздушных смесей горючих веществ. Однако, в отличие от (2.1), уравнение (2.2) позволяет учесть вид горючего вещества, участвующего во взрыве, по его удельной теплоте сгорания. На рис.2.2 приведены графики изменения ДРФ в функции расстояния от центра взрыва облака ГПВС для уравнений (2.1) и (2.2), построенные в Mathcad 2000 Professional.
Используемая для оценки последствий взрывов ПТВС в руководящем документе Госгортехнадзора России ПБ 09-540-03 [197] и работах [25, 129] эмпирическая зависимость применяется в мировой практике для выбора безопасных расстояний от мест хранения бризантных ВВ.
Анализ условий возникновения и динамики развития аварийных ситуаций в блоке №2 (AT) установки ЭЛОУ-АВТ-2
Для каждой возможной стадии развития аварийных ситуаций уровня «А» в блоке №2 (AT) установки ЭЛОУ-АВТ-2, выполнен анализ условий возникновения и динамики их развития, проведена оценка возможных последствий, определены оптимальные средства предупреждения и локализации аварийных ситуаций. Результаты анализа условий возникновения и динамики развития аварийных ситуаций в блоке №2 (AT), представлены в табл.4.1.
Вероятность реализации исходной аварийной ситуации за год А,А. (частота исходного события) хотя бы на одном из п рассматриваемых элементов оборудования і-го вида определялась из следующего известного выражения ,=1-(1- , (4.1) где Л,А. - вероятность реализации рассматриваемой исходной аварийной ситуации за год (частота исходного события) хотя бы на одном из п рассматриваемых элементов оборудования і-го вида; Х{- вероятность возникновения исходной аварийной ситуации за год (частота исходного события) для рассматриваемого элемента оборудования і-го вида; П; - число элементов оборудования і-го вида;
Выполненные расчеты показали, что частота исходного события - разгерметизация блока с выходом парожидкостной фазы в атмосферу, при реализации рассматриваемых аварийных ситуаций в технологическом блоке №2 (AT), составляет 6,36x10" 1 /год.
Исходные предпосылки для определения типовых сценариев возможных аварий. Разгерметизация любого из аппаратов в пределах границ блока приводит к выбросу общей массы горючей парожидкостной фазы аварийного технологического блока, которая участвует в формировании взрывоопасного газопарового облака и создании поражающих факторов. Образование газопарового облака может привести к появлению трех типов опасностей: - токсическому воздействию; - крупному пожару; - взрыву газопаровоздушной смеси.
Анализ аварийных ситуаций показывает, что при аварийной разгерметизации оборудования и при наличии в начальный момент времени источника воспламенения возникает пожар разлития либо вспышечное сгорание облака газопаровоздушной смеси. Возникновение источника воспламенения, когда газопаровоздушная смесь в результате эволюции достигла опасных концентрационных пределов взрываемости, в диапазоне от верхнего предела концентрации (ВКПВ) до нижнего его значения (НКПВ), приводит к взрыву. При отсутствии источника воспламенения в начальный момент времени формируется газопаровое облако, которое рассеивается по направлению ветра, представляя токсическую опасность для прилегающих территорий.
Токсическое заражение. В соответствие с классификацией ГОСТ 12.1.007-76 [54] и данным [305], по степени воздействия на организм человека светлые нефтепродукты (бензин) относятся к малоопасным веществам IV класса опасности и не являются сильнодействующими ядовитыми веществами по определению РД 52.04.253-90 [159].
В соответствии с Федеральным законом №116-ФЗ «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» [192] токсичные вещества - это вещества, способные при воздействии на живые организмы приводить к их гибели и имеющие следующие характеристики: - средняя смертельная доза при введении в желудок от 15 мг/кг до 200_мг/кг; - средняя смертельная концентрация в воздухе от 0,5 мг/л до 2 мг/л.
Средняя смертельная концентрация в воздухе для светлых нефтепродук тов (бензин) CL5o для человека составляет: J - нижний предел - 7 мг/л при t3Kc = 2 ч - верхний предел - 20 мг/л при t3Kc = 24
Средняя смертельная доза при введении в желудок для светлых нефтепродуктов (бензин) DL5o для человека составляет 7345 мг/кг. Основываясь на классификации опасных и ядовитых веществ по ГОСТ 12.1.007-76 и РД 52.04.253-90, и сопоставляя приведенные выше данные о токсичности бензина и данные из определения токсичного вещества по Закону РФ №116-ФЗ «О промышленной безопасности опасных производственных объектов», можно констатировать, что нефтепродукты не является токсичными ве ществами. В этой связи сценарии, описывающие токсическое воздействие паров нефтепродуктов далее не рассматриваются.
Исходя из выше сказанного и основываясь на физических свойствах нефтепродуктов и анализе возможных причин и факторов, способствующих возникновению и развитию аварий, технологического процесса и технологической схемы блока №2 установки ЭЛОУ-АВТ-2 с позиции определения возможных сценариев развития крупной промышленной аварии, можно констатировать, что технологический блок №2 в большей степени представляет опасность многотонных выбросов нефтепродуктов с последующим образованием пожаров разлития, вспышечного пожара или взрывов паровоздушного облака.
Расчет вероятности реализации сценариев аварийной ситуации в блоке М2. Условные вероятности, характеризующие последовательность дальнейшего развития аварийной ситуации в технологическом блоке №2 (AT) для рассматриваемых возможных сценариев развития аварийных ситуаций, соответствующих уровню «А», определялись с использованием дерева событий методами экспертного оценивания с привлечением специалистов ОАО «Орскнеф-теоргсинтез» и литературных данных [83,127,106, 291, 274].
Расчета вероятных зон действия поражающих факторов при авариях на технологических установках получения автомобильных бензинов и очищенного топлива и оценка возможного числа пострадавших и возможных ущербов
Нефтепродукты в рабочих условиях колонных аппаратов находятся под давлением и температуре, значительно превышающей их атмосферную точку кипения. Такие жидкости ведут себя подобно сжиженным газам при квазимгновенном разрушении технологического оборудования. Как следствие разрушения технологического оборудования с многотонным выбросом воспламеняющихся газов могут возникнуть взрывы надземных газопаровых облаков в случае нарушения герметичности верхней части колонных аппаратов. Такой характер развития аварии наиболее вероятен при воздействии на колонные аппараты теплового излучения от внешних источников - пожара разлития, вспы-шечного сгорания облака газопаровоздушной смеси углеводородов и других источников опасностей, предопределяющих цепной механизм возникновения и развития чрезвычайной ситуации на топливонасыщенном объекте.
Анализ описания аварий на топливонасыщенных объектах, результатов расследования причин и характера протекания аварий и их последствий позволяет утверждать, что авария с катастрофическими последствиями для предприятия, персонала, населения и прилегающей территории возможна при разгерметизации наиболее крупных блоков технологических установок с мгновенным выбросом в окружающую среду всей массы паровой и/или жидкой фазы обращающихся в них опасных веществ.
К наиболее вероятным, типичным авариям, которые в достаточной степени полно характеризуют специфику технологических установок получения автомобильных бензинов и очищенного топлива, можно отнести аварии, связанные с разгерметизацией трубчатых змеевиков нагревательной печи. Наличие открытого пламени в камере печи, при аварийном разрыве трубы змеевика с выливом нефтепродукта приводит к пожару.
Таким образом, на установках получения автомобильных бензинов и очищенного топлива возможны следующие пути возникновения и развития аварий: - пожары разлития; - взрывы облака парогазовой смеси;
Исходя из анализа возможных причин и факторов, способствующих возникновению и развитию аварий и основываясь на технологических особенностях и характере распределения опасных веществ по аппаратам установок получения автомобильных бензинов и очищенного топлива, а, также учитывая, что наибольшие запасы энергоносителей характерны для колонной тепломас-сообменной аппаратуры и емкостных аппаратов, определим типовые сценарии возможных аварий.
1) Сценарии аварий с наиболее тяжелыми последствиями. В качестве таковых рассмотрим сценарии, связанные с разгерметизацией наиболее крупных аппаратов блоков технологических установок с мгновенным выбросом в окружающую среду всей массы паровой и/или жидкой фаз обращающихся в них опасных веществ, сопровождающиеся формированием полей поражающих факторов (открытого пламени, теплового излучения, ударной волны) с риском нанесения социального и материального ущербов.
Группа сценариев Б1. Разгерметизация технологического блока установки получения автомобильных бензинов и очищенного топлива с мгновенным выбросом жидкой фазы опасного вещества на подстилающую поверхность с последующим воспламенением. Пожар разлития.
Разгерметизация технологического блока установки получения автомобильных бензинов и очищенного топлива - выброс в окружающую среду жидкой фазы нефтепродуктов - разлив нагретых до температуры кипения нефтепродуктов на подстилающей поверхности - воспламенение горючего вещества — возникновение пожара разлития -» тепловое воздействие горящего разлития на соседнее оборудование и персонал. При таком варианте развития аварии наиболее вероятны сценарии: Установка Т-22-4 Сценарий Б1-1 - разгерметизация наиболее крупного аппарата блока №2 -ректификационной колонны К-3 (выброс 152 т бензина с температурой 220С); Установка Л-35-11/300 Сценарий Б1-2 — разгерметизация наиболее крупного аппарата блока №4 — отпарной колонны К-1 (выброс 15 т бензина с температурой 200С); Установка ЛГ-35-11/300-95 Сценарий Б1-3 - разгерметизация наиболее крупного аппарата блока стабилизации №3 - стабилизационной колонны К-7 (выброс 15 т бензина с температурой 200С); Установка Л-24-2000-86 Сценарий Б1-4 - разгерметизация наиболее крупного аппарата блока стабилизации дизельного топлива №2 - стабилизационной колонны К-201 (выброс 40 т дизельного топлива с температурой 250С); Установка ГФУ(45-1) Сценарий Б1-5 - разгерметизация наиболее крупного аппарата блока №4 — емкостного аппарата Е-2а (выброс 168 т бензина с температурой 40С); Установка Л-24-Т6 Сценарий Б1-6 - разгерметизация наиболее крупного аппарата блока стабилизации №2 — колонны К-1 (выброс 30 т керосина с температурой 200С);
Группа сценариев Б2. Разгерметизация технологического блока установки получения автомобильных бензинов и очищенного топлива с выбросом парогазовой фазы опасного вещества. Образование первичного парогазового облака. Взрыв облака газопаровоздушной смеси углеводородов.
Разгерметизация технологического блока установки получения автомобильных бензинов и очищенного топлива -» выброс в окружающую среду парогазовой фазы нефтепродуктов - образование газопаровоздушного облака — воспламенение взрывоопасной смеси - взрыв газопаровоздушного облака -» воздействие ударной волны на соседнее оборудование и персонал.
