Анализ и проектирование безопасности при чрезвычайной ситуации на заводе

Введение

К возникновению ЧС приводят опасные явления и процессы, события возможны независимые так и зависимые от внешнего источника. К сфере, в которой возникает ЧС, не относятся внешние источники опасностей. Например, экологические ЧС могут происходить из – за хозяйственной деятельности человек, а техногенные аварии и катастрофы на объектах экономики – вследствие проявления опасного природного фактора (землетрясение, сильный ветер, снегопад и др.) или конфликтного события (диверсия, забастовка, массовые беспорядки и др.).
К многократным авариям на предприятиях, имеют отношение пожары, взрывы ёмкостей с горючими газами или жидкостями, разрушение и взрывы технологического оборудования, обрушение строительных конструкций, прорывы трубопроводов с газом, нефтью, ХОВ и другими продуктами, разрушение гидротехнических сооружений.
Развитие государства и ЧС катастрофической формы имеют сферы взаимовоздействия. Это воздействие может быть как положительным (возможность регенерации производств на базе последних технологий), так и отрицательным (увеличение риска ЧС – повышение числа опасных производств и технологий, лимит развития экономики и социальной сферы). Негативных сторон значительно больше. В целом на улучшение государства ЧС влияют тормозящее воздействие, которое выражается в следующем:
- проистекает потеря ресурсов, эксплуатируемых на социальное и экономическое улучшение;
- обусловленность от масштабов катастроф настоящие программы развития могут быть прекращены с целью перекачки средств из долгосрочных программ на программы по ликвидации последствий ЧС и осуществление программ реконструкции;
- Инвестиционная картина становится хуже, возможен рост безработицы и упадок рыночного спроса в регионе ЧС, что ведёт к застою в экономике;
- в действительности негативное влияние на приватный сектор экономики, который несет при этом как прямые, так и косвенные утраты.
Таким образом, проблема охраны населения и территорий от ЧС всех видов служит глобальной проблемой и, несомненно, принадлежит к сфере национальной безопасности России.


1. Выбор объекта управления. Анализ вероятных ЧС и их развитие. Оценка риска газофракционирующей установки

В этом разделе содержатся начальные данные о предприятии, обязательные для анализа риска на предприятии, рассмотрены вероятные причины образования аварий на газофракционирующей установке Туймазинского газоперерабатывающего завода.

1.1 Характеристика Туймазинского газоперерабатывающего завода

Туймазинский газоперерабатывающий завод (Туймазинское производство) – филиал открытого акционерного общества «Акционерная нефтяная компания «Башнефть».
Туймазинский газоперерабатывающий завод (ТГПЗ) предназначен для переработки попутного нефтяного газа с месторождений Республик Башкортостан и Татарстан и поступающей по трубопроводам и поступающей по трубопроводам широкой фракции легких углеводородов (ШФЛУ) от Оренбургского газового комплекса и месторождений Сибири.
Завод осуществляет прием и переработку ШФЛУ, поступающей в железнодорожных цистернах от других поставщиков.
Основными товарными продуктами завода являются:
- газы углеводородные (пропан-бутановые фракции) сжиженные топливные для коммунально-бытового потребления;
- изобутановая фракция;
- фракция нормального бутана;
- гексановая фракция;
- бензин газовый.
Опасный производственный объект отнесен к декларируемым объектам по наличию воспламеняющихся газов 805,1 т и горючих жидкостей, находящихся в технологическом процессе 396,6 т [1].
ТГПЗ расположен в Туймазинском районе на удалении 7 км к северо-западу г.Туймазы.
Площадь ТГПЗ 27 га, в т.ч. технологические установки – 11.4 га, товарно-сырьевой парк – 16.4 га.
Климат района – умеренно-континентальный. Рельеф местности сравнительно ровный с редкими лесопосадками. Балок, оврагов, естественных и искусственных водоемов нет. Территория объекта незатопляемая. Землетрясения, сели, лавины, карстовые явления на месте расположения объекта не наблюдались. Территория объекта не является сейсмически опасной [1].
ТГПЗ имеет ограждение по всему периметру. Круглосуточно территория объекта охраняется вневедомственной военизированной охраной.
Температура воздуха:
- среднемесячная самого холодного месяца (январь) – минус 18,4 ˚С,
- среднемесячная самого жаркого месяца (июль) – 25,6 ˚С,
- абсолютный минимум – минус 50 ˚С,
- абсолютный максимум – 40 ˚С,
Среднегодовая температура воздуха 2,8 ˚С,
Преобладающее направление ветра в течении года юго-западное. Среднегодовая скорость ветра – 3,1 м/с [1].
1.3 Разработка сценариев развития чрезвычайной ситуации методом построения дерева отказов

Учитывая все свойства обращающихся веществ и особенности технологического режима, рассматривая причины возникновения аварийных ситуаций, было составлено дерево отказов развития аварийных ситуаций, которое представлено на рисунке 1:
Прекращение подачи электроэнергии приведет к резкому увеличению температуры теплоносителя в змеевиках печи, переполнению емкостей орошения и подъему давления в колоннах и емкостях.
Прекращение подачи воздуха КИП и А приводит к отказу в работе регуляторов уровней, давлений и температуры, отказ в работе КИП и А приведет к переполнению колонн и емкостей, повышению давления и температуры в аппаратах.
Прекращение подачи воды оборотного водоснабжения приведет к повышению давления в колоннах и емкостях вследствие прекращения конденсации паров продуктов в конденсаторах-холодильниках.
Выход из строя насосов приведет к переполнению емкостей орошения и подъему давления в аппаратах [1].
2343151358265Аварийные ситуации на рассматриваемом объекте возникают вследствие разрушения (полного или частичного) колонн, емкостного оборудования, трубопроводов, поэтому именно эти варианты аварий и выбираются в качестве типовых сценариев.

Рисунок 1 – «Дерево отказов» развития аварии на газофракционирующей установке.
2. Выбор объекта проектирования. Численность населения, которая может пострадать в результате воздействия факторов ЧС

В соответствии с санитарными нормами СанПиН 2.2.1/2.1.1.1031-01 ТГПЗ относится к предприятиям 2 класса, нормативная санитарно-защитная зона для которых установлена 500 м. Нормативная и фактическая санитарно-защитная зона для ТГПЗ 500 м. В пределах санитарно-защитной зоны жилые застройки отсутствуют.
Ближайшие объекты от Туймазинского газоперерабатывающего завода расположены на расстоянии:
Газонаполнительная станция (ГНС) «Туймазы-Газ» - 200 м к северо-западу
Туймазинский участок Октябрьского филиала «СГ-Транс» - 250 м к северо-западу
ЧП «Ахмитдинов» - возле РСУ
Специализированное строительно-монтажное управление (ССМУ) – возле РСУ 200 м к западу
Автозаправочная станция – 300 м к востоку
Туймазинский завод технического углерода – 400 м к востоку
Туймазинский участок хранения химреагентов Октябрьской базы Башнефтеснаба – 800 м к юго-востоку
ЗАО «Торговый дом» Туймазинское медстекло – 1100 м к востоку
ДООО «Железобетон» - 1200 м к северо-востоку
ПЧ-147 – 200 м к западу [1].
На Туймазинском газоперерабатывающем заводе общая численность персонала составляет 228 человек, наибольшей рабочей смены – 130 человек, средняя численность – 114 человек.
3. Анализ производства по пожаровзрывоопасности. Характеристика используемых в производстве веществ и материалов по пожаровзрывоопасности

В нефтегазовом комплексе используется и перерабатывается большое количество горючих и взрывоопасных материалов. Для повышения безопасности технологических процессов необходима правильная оценка взрыво- и пожароопасности этих процессов и выполнение ряда мероприятий, направленных на более рациональное проектирование и безопасную эксплуатацию.
Участок переработки газа относится к взрывопожароопасным производствам категории «А». Производства, относящиеся к данной категории, связаны с применением или получением горючих газов, нижний предел воспламенения которых составляет 10 % и менее по отношению к объему воздуха, жидкостей с температурой вспышки паров до 28 градусов при условии, что указанные газы и пары могут образовывать взрывоопасные смеси.
Основными факторами, определяющими опасность участка, являются:
а) наличие и применение в больших количествах сжиженных и газообразных углеводородов.
б) применение открытого огня в печах для нагрева теплоносителя и абсорбента.
в) ведение процесса при сравнительно высоких давлениях (до 1,6 МПа) и высоких температурах (до 250º С).
г) применение тока высокого напряжения для электродвигателей.
д) возможность образования зарядов статического электричества при движении газов и жидкостей по аппаратам и трубопроводам [2].
Пожаровзрывоопасность газофракционирующей установки обусловлена физико-химическими свойствами перерабатываемых веществ и получаемых продуктов

. Сильная зависимость параметров газа от температуры является основным источником опасностей в газовом хозяйстве
Сжиженные углеводородные газы, находящиеся под сверхатмосферным давлением при температуре выше или равной температуре окружающей среды в сосудах, резервуарах и другом технологическом оборудовании, являются перегретыми жидкостями. Сжиженный пропан относится к веществам с критической температурой выше, а точкой кипения ниже чем в окружающей среде. Его особенностью является "мгновенное" (очень быстрое) испарение части жидкости при разгерметизации и охлаждение оставшейся доли до точки кипения при атмосферном давлении. Аварийное вскрытие емкостей с негорючей или горючей перегретыми жидкостями сопровождается взрывом и опасным действием осколков [4].
Анализ свойств перерабатываемых веществ на производстве, причин аварий и неполадок на газофракционирующей установке, а также на аналогичных объектах показал, что самым неблагоприятным сценарием аварии является мгновенная разгерметизация резервуара или емкости, выброс углеводородных смесей с формированием парогазового облака, с последующим его загоранием и взрывом, а также образование пожара пролива.
4.Оценка последствий от воздействия вредных факторов
4.1 Краткое описание рассматриваемой чрезвычайной ситуации

Анализ имеющихся данных, природно-климатических сведений о районе расположения завода показал, что наиболее опасным вариантом развития аварии будет полная разгерметизация емкости орошения с пропаном объемом 16 м3 на открытой площадке.
Сжиженный пропан в емкости орошения находится под давлением 1,6 МПа, при температуре 50ºС. Причиной разгерметизации емкости орошения послужили нарушение технологического процесса (прекращение подачи воды оборотного водоснабжения привело к прекращению конденсации паров продуктов в конденсаторах-холодильниках, это привело к повышению давления в емкости орошения), нарушение герметичности аппарата (коррозия сварного шва) и отказ предохранительного клапана.
Произошел залповый выброс сжиженного пропана, часть пропана мгновенно испарилась, образовав облако паровоздушной смеси, жидкая фаза вылилась на подстилающую поверхность, образовав зеркало пролива.
Источником воспламенения послужила искра, созданная падающими конструкциями разрушенной емкости. При воздействии источника воспламенения произошел взрыв облака паровоздушной смеси и пожар пролива.
Авария произошла летом, месяц - июль, в 15.30, смена находится на рабочих местах и воздействию опасных факторов подвержено максимальное количество людей, скорость ветра – 1 м/с. Вследствие воздействия поражающих факторов взрыва, здания на различном расстоянии от центра взрыва будут подвержены полным, сильным, средним и слабым разрушениям. Люди, находящиеся на открытых площадках, в зданиях и сооружениях получат смертельные и травмирующие поражения.
4.2 Оценка риска аварий на газофракционирующей установке

Прогнозирование частоты аварий проводится на основе статистический данных. Аварийные ситуации, связанные со взрывами и пожарами на газоперерабатывающих заводах, как правило, влекут за собой значительные потери среди людей, разрушения технологического оборудования, а также значительный материальный ущерб. Крупные аварии обычно характеризуются комбинацией случайных событий, которые возникают с различной частотой и на разных стадиях развития аварии. Для выявления причинно-следственных связей между ними используется метод логико-графического анализа «дерево событий».
Следует отметить, следующие общие специфические особенности СУГ [3]:
При температуре окружающей среды содержимое резервуара, представляет собой двухфазную среду (жидкость-пар) с давлением, превышающим атмосферное (иногда в 7-8 раз);
Разгерметизация резервуара в любой её точке приводит к истечению жидкой или парообразной среды с образованием в окружающем пространстве взрывоопасного паровоздушного облака;
При истечении жидкой фазы определенная часть её (в некоторых случаях до 40 %) мгновенно испаряется, остальная часть жидкости образует зеркало пролива, из которого происходит интенсивное испарение продукта;
СУГ являются горючими веществами, минимальные энергии зажигания смесей паров которых с воздухом низки;
Сгорание взрывоопасных паровоздушных облаков приводит к образованию ударных волн с тем или иным разрушением окружающих объектов.
Сжиженный пропан относится к жидкостям, у которых критическая температура выше, а точка кипения ниже окружающей среды. Основное отличие жидкостей данной категории заключается в явлении «мгновенного испарения», которое возникает тогда, когда в системе, включающей жидкость, находящуюся в равновесии со своими парами, понижается давление. Через некоторое время устанавливается новое состояние равновесия, причем температура кипения жидкости будет ниже. Доля мгновенно испарившейся жидкости зависит от температуры окружающей среды. Мгновенное испарение протекает интенсивно. Как только внешняя поверхность массы жидкости освобождается от своего пара, и внешний слой распадается, происходит освобождение нижнего слоя. При этом образующийся при расширении пара импульс приводит к выносу пара в окружающую атмосферу, где он смешивается с воздухом, образуя облако паровоздушной смеси. Размер парового облака, образующегося при полном разрушении резервуара со сжиженным газом, будет зависеть от степени заполнения сосуда жидкостью в момент разрыва. Чем меньше степень заполнения резервуара, тем меньше возрастает первоначальный объем пара.
При пробое резервуара выше уровня жидкости, выброс пара при давлении в резервуаре будет продолжаться до тех пор, пока вся жидкость не испарится. Хотя при этом от окружающей среды подводится тепло, содержимое будет охлаждаться до температуры, зависящей от размера отверстий.
При пробое резервуара ниже уровня жидкости в отверстии плоской стенки, скорее всего можно ожидать появление однофазного потока жидкости. При этом мгновенное испарение будет происходить с внешней стороны места утечки.
Образование парового облака может привести к трем типам опасностей: крупному пожару, взрыву парового облака, токсическому воздействию [3].
Наиболее вероятным сценарием развития аварии является факельное горение при длительном истечении продукта, но, учитывая статистику ЧС, связанных с разрушением резервуаров, наибольшие разрушающие последствия имеют залповые выбросы больших объемов продукта (мгновенная разгерметизация) с последующим взрывом, поэтому будет рассматриваться именно этот сценарий.

4.3 Описание расчетного сценария аварии
Отключение подачи воды оборотного цикла привело к прекращению конденсации паров продукта в холодильниках, вследствие чего повысилось давление внутри емкости орошения с пропаном, которая была подвергнута коррозионному износу, вследствие отказа предохранительного клапана произошла разгерметизация емкости по сварному шву, жидкая фаза продукта вылилась на подстилающую поверхность, мгновенно испарившийся пропан образовал газовоздушную смесь. Произошел взрыв от искры созданной падающими конструкциями разрушенного резервуара и пожар пролива.
Авария произошла летом, месяц - июль, в 15.30, смена находится на рабочих местах и воздействию опасных факторов подвержено максимальное количество людей, скорость ветра – 1 м/с, температура воздуха - 20ºС. Происходит взрыв образовавшегося облака взрывоопасной смеси и пожар пролива. Объем емкости Vе= 16 м3, степень заполнения емкости 80%, давление в емкости p=1,6 МПа, температура в емкости 50ºС, плотность пропана при давлении 1,6 МПа и температуре 50ºС ρе=450 кг/м3.Масса пропана, находящегося в емкости m=0,8· Vе· ρе= 0,8·16·450 = 5760 кг
Будем считать, что при мгновенной разгерметизации емкости с пропаном, вся масса пропана выйдет в окружающее пространство, при этом часть пропана мгновенно испарится, а другая часть выльется на подстилающую поверхность.
По графику (рисунок 2) определяем долю мгновенно испарившегося пропана:


0,6

0,5

0,4

0,3

0,2

0,1
-100 -50 0 50 100 t вещества., 0С
- доля мгновенно испарившейся жидкости
Рисунок 2 - Доля мгновенно испарившейся жидкости для пропана при мгновенной разгерметизации оборудования
При 50 ºС доля мгновенно испарившегося пропана будет составлять 0,4 от общей массы пропана