Пути управления пожаровзрывобезопасностью на предприятиях нефтяного комплекса

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

1. Причины утечек горючих жидкостей и углеводородного газа

2. Понятие отказа оборудования и его вероятность

3. Меры повышения уровня безопасности функционирования резервуаров

4. Эффективность автоматизированной системы пожаровзрывобезопасности объектов нефтепереработки

Список использованных источников

1. Причины утечек горючих жидкостей и углеводородного газа

утечка газ пожаровзрывобезопасность нефтепереработка

Главной особенностью предприятий по переработке углеводородного сырья является наличие потоков пожаровзрывоопасных продуктов и сырья, создающих опасности возникновения крупных аварий. Отметим, что, несмотря на совершенствование систем ПВБ, количество аварий постоянно возрастает. Установлено, что крупные аварии и сопровождающие их пожары и взрывы на производствах, связанных с переработкой углеводородного сырья, в большинстве случаев происходят из-за утечек горючей жидкости или углеводородного газа, возникающих в основном по следующим причинам:

-- нарушение правил техники безопасности и пожарной безопасности (33%);

-- некачественный монтаж и ремонт оборудования (22%);

-- некачественная защита от молний (3%);

-- нарушение правил технологического регламента (1%);

-- износ оборудования (8%);

-- недостаточно качественные сальниковые уплотнения и фланцевые соединения (1%);

-- прочие причины (2%).

Источниками воспламенения газовоздушных смесей на открытых технологических установках являются:

-- нагретая до высокой температуры поверхность технологического оборудования (36,8%);

-- открытый огонь печей (22,8%);*

-- электрические искры неисправного оборудования (8,9%);

-- открытый огонь при газоэлектросварочных работах (8,8%);

-- повышение температуры при трении (7,6%);

-- самовоспламенение продуктов (7,5%);

-- прочие источники (7,6%).

Характеристика газовых утечек

Размер утечки и (или) скорость накопления взрывоопасной смеси в основном определяются описанными ниже физическими и химическими свойствами, некоторые из них являются характеристиками горючего вещества, другие характеризуют технологический процесс или место эксплуатации. Далее для простоты изложения принято допущение, что при изменении одного параметра все остальные параметры не изменяются.

Интенсивность утечки газа или пара

Чем выше интенсивность утечки, тем больше размер взрывоопасной зоны и скорость накопления взрывоопасной смеси.

Интенсивность утечки определяется следующими свойствами источника утечки:

a) геометрией источника утечки.

Под геометрией имеют в виду физические характеристики источника утечки (например, открытую поверхность жидкости, неплотное фланцевое соединение и др.);

b) скоростью истечения горючего вещества.

Для конкретного источника утечки интенсивность утечки возрастает с увеличением скорости истечения горючего вещества. Если горючее вещество находится внутри технологического оборудования, то скорость истечения зависит от давления рабочего процесса и геометрии источника утечки.

Значительная интенсивность утечки в сочетании с высокой скоростью истечения приводит к возникновению конусообразной струи, которая будет воздействовать на поведение вытекающего газа по крайней мере в непосредственной близости от источника.

Газ, поступающий из источника утечки с высокой скоростью (например, утечка из находящихся под давлением трубы или емкости), вначале будет иметь вид конусообразной струи, направленной от источника утечки. По мере того как расстояние от источника утечки увеличивается, кинетическая энергия струи уменьшается, пока в итоге газ не рассеивается под влиянием ветра, благодаря разнице в плотности с воздухом и в меньшей степени из-за диффузии;

c) содержанием горючего вещества.

На интенсивность утечки влияет содержание горючего газа или пара в вытекающей смеси;

d) испаряемостью горючей жидкости.

Испаряемость зависит от давления насыщенных паров и теплоты парообразования горючей жидкости. Если давление насыщенного пара неизвестно, то следует руководствоваться температурами кипения и вспышки.

Взрывоопасная смесь не может существовать, если температура вспышки значительно превышает максимальную рабочую температуру горючей жидкости. Чем ниже температура вспышки, тем больше размеры взрывоопасной зоны и скорость накопления взрывоопасной смеси.

Не все жидкости (например, некоторые галогенсодержащие углеводороды) характеризуются таким параметром, как температура вспышки, хотя и могут образовать взрывоопасную газовую смесь. В подобных случаях следует сравнивать установившееся значение температуры жидкости, соответствующее концентрации насыщенного пара при нижнем концентрационном пределе воспламенения, с максимальной температурой жидкости.

Жидкости следует принимать в расчет, когда их температура выше (Тв - DT), К, где Тв - температура вспышки, a DT - запас безопасности. Этот запас безопасности примерно равен 5 К для чистых химических веществ, но он должен быть повышен до 15 К для смесей.

Примечание - Если горючее вещество поступает в воздух таким образом, что образуется туман (например, путем распыления), то образование взрывоопасной смеси возможно при температуре, которая ниже температуры вспышки;

e) температурой жидкости.

Давление насыщенного пара возрастает с увеличением температуры, увеличивая интенсивность утечки вследствие испарения.

Температура жидкости после утечки может возрасти, например, за счет нагретой поверхности оборудования, в контакте с которой она находится, или высокой температуры окружающего воздуха.

Если газ или пар до утечки имел температуру и (или) давление, значительно отличающиеся от температуры окружающей среды и атмосферного давления, то интенсивность утечки и, следовательно, ее поведение, по крайней мере в непосредственной близости от источника, будут иными.

Газ, вытекающий под высоким давлением в атмосферу, может сильно охлаждаться вследствие адиабатического расширения. Подобным же образом утечка сжиженного газа (например, сжиженного нефтяного газа или аммиака) приведет к его охлаждению до точки кипения, которая значительно ниже 0 °С.

Любой вызванный разницей температур поток (например, конвективные потоки от нагретых или холодных поверхностей зданий или технологического оборудования), особенно если он близок к источнику утечки, может повлиять на распространение газовоздушной смеси и ее распределение по высоте. Если в результате утечки создалась очень высокая концентрация горючего газа (выше 100 % НКПР) или имеется поверхность горючей жидкости с низкой температурой вспышки, то интенсивная вентиляция может привести к увеличению объема взрывоопасной смеси.

2. Понятие отказа оборудования и его вероятность

Отказ (повреждение) - это нарушение работоспособности объекта, т.е. система или элемент перестает выполнять целиком или частично свои функции. Приведенное определение отказа является качественным. Обычно возникает вопрос, что является критерием отказа?

Отказом называется событие, заключающееся в переходе объекта с одного уровня работоспособности или функционирования на другой, более низкий, или в полностью неработоспособное состояние. Понятие отказа в теории надежности является одним из основных. По характеру исполнения и функционирования (в зависимости от ремонтопригодности) элементы (объекты) могут быть восстанавливаемые и невосстанавливаемые. Если при возникновении отказа работоспособность объекта может быть восстановлена путем проведения ремонтов и технического обслуживания, то такой объект является восстанавливаемым.

Если же при отказе объект либо не подлежит, либо не поддается восстановлению, то он является невосстанавливаемым. Невосстанавливаемые объекты работают только до первого отказа.

Если основным событием является утечка содержимого, вещества, то последующие события (такие, как воспламенение горючих веществ) можно моделировать. Важнейшими частями метода оценки вероятностей опасных событий являются методы деревьев событий и деревьев ошибок.

Конечным результатом оценки риска является перечень исходов для каждого рассматриваемого случая, при этом рассчитываются частота и количественные характеристики ожидаемых последствий.

Отказом, сопровождающимся разрушением, является разуплотнение сосуда в результате разрыва корпуса, крышки, патрубков или болтового соединения, вследствие чего происходит быстрое истечение большого объема жидкости, находящейся под давлением.

Отказами, не сопровождающимися разрушениями, являются:

-- повреждения (трещины или дефекты), которые могут достичь критических размеров и привести к отказам с разрушениями, однако были вовремя устранены;

-- некритические повреждения (местные дефекты), при которых трещины не достигают критических размеров и не приводят к отказам, сопровождающимся разрушениями.

Причины отказов

Отказы, связанные с распространением трещин, из них:

- трещина усталостная;

- коррозионная;

- дефект существовавший до начала эксплуатации:

- Коррозия;

- Неправильная эксплуатация*, ошибки персонала и др. ;

- Ползучесть;

- Причина отказа неизвестна.

- дефект неизвестного происхождения;

- прочие отказы.

3. Меры повышения уровня безопасности функционирования резервуаров

На основе обобщения технического опыта можно выделить ряд мероприятий по повышению уровня безопасности. В случае крупной аварии с утечкой углеводородной фракции или разрывом резервуара-хранилища важно не допустить распространения взрывоопасного облака до потенциального источника загорания и воздействия на другие объекты с возникновением цепной последовательности аварий (эффекта "домино"). На основании проведенного анализа развития возможных аварий разработаны меры повышения уровня безопасности функционирования резервуаров, включающие:

· замену ручных (механических) вентилей на входах в емкости, приемных линиях к насосам, продуктопроводах и другой запорной арматуре на автоматические;

· замену существующих шлангов на более надежные;

· улучшение защиты от пожара помещения насосной установлением дистанционно-управляемой арматуры;

· специальную подготовку персонала для повышения уровня обслуживания ГРС;

· установку эффективных защитных систем пожаротушения и рассеивания газовых облаков.

Незащищенные наземные хранилища жидких конденсированных газов обладают сравнительно низким уровнем ПВБ, и поэтому необходимы эффективные меры, локализующие возможные аварии и сводящие к минимуму их последствия. С этой целью необходимо обеспечить: земляную обваловку вокруг резервуаров-хранилищ; рвы-сборники около хранилищ; безопасные расстояния между отдельными резервуарами, другими объектами, установками, источниками загорания и т.д.; создание систем эффективного охлаждения резервуаров; покрытие поверхности резервуаров изолирующими термостойкими покрытиями; установку систем рассеивания образовавшегося паровоздушного облака. Наибольший эффект обеспечивается сочетанием нескольких защитных мер.

При выбросе большой массы углеводородных фракций происходит мгновенное испарение части выброшенного вещества, а оставшаяся часть в виде жидкости разливается по поверхности. Дальнейшее испарение происходит с поверхности образовавшегося разлива, для уменьшения площади которого и интенсивности испарения около резервуаров создаются рвы-сборники. Кроме того, сжиженные газы при выбросе из резервуара развивают мощное кипение при контакте с обваловкой, что приводит к выбросу парожидкостной смеси с одновременным образованием паровоздушного облака.

Для уменьшения опасности возникновения эффекта "домино" необходимо предусматривать размещение резервуаров с учетом их потенциальной опасности на соответствующих безопасных расстояниях друг от друга.

С целью увеличения безопасности резервуарного парка емкости должны располагаться на соответствующих расстояниях от окружающих зданий, источников загорания, помещений КИПиА и т.д. Учитывается и рельеф площадки предприятия, при этом резервуары с конденсированными газами не должны располагаться на более высоких уровнях по сравнению с имеющимися на территории стационарными источниками загорания (например, трубчатые печи и т.п.), а также с установками, для восстановления которых после аварии требуются длительное время и большие затраты.

При загорании на территории ГРС во избежание перехода пожара на соседние резервуары обычно используются системы охлаждения. При этом необходимо наличие эффективных систем защиты, так как применяемые обычно предохранительные клапаны обеспечивают защиту от превышения давления в резервуаре только в условиях переполнения или незначительного нагревания. При значительных внешних термических нагрузках происходит ослабление оболочки резервуара, ее отказ возможен при более низком давлении, чем рабочее давление предохранительного клапана. При эффективной системе водяного охлаждения резервуар должен выдерживать без отказа оболочки не менее 90 мин в условиях внешнего пожара. Эффективность системы зависит от ее оптимальной конструкции и необходимой плотности орошения. Системы водяного охлаждения резервуаров являются весьма эффективными средствами защиты, однако при условии их немедленного включения в начале пожара и безотказной работы сопел и водяных труб.

4. Эффективность автоматизированной системы пожаровзрывобезопасности объектов нефтепереработки

Основой для формирования автоматизированных систем противопожарной защиты таких объектов служит система сбора и обработки информации о состоянии объекта - автоматическая пожарная сигнализация. Ее главной задачей является раннее обнаружение возгорания, когда возможна своевременная эвакуация людей и ликвидация пожара без значительных экономических и экологических последствий.

В настоящее время одним из приоритетных направлений научных исследований является разработка новых методов и технических средств обнаружения пожара, уменьшение времени обнаружения пожара. Основное внимание уделяется разработке новых и совершенствованию существующих пожарных извещателей. Однако существуют и другие важные факторы, оказывающие не менее значительное влияние на время реагирования на появление пожароопасной ситуации. Исследование этих факторов и разработка научно обоснованных предложений по их учету и использованию должно обеспечить повышение эффективности системы противопожарной защиты объектов нефтепереработки.

Объектом взрывопожарозащиты (ВПЗ) является промышленная территория открытых технологических установок, а также любое здание, сооружение, аппарат, на котором возможно возникновение взрыва и (или) пожара. Для обеспечения взрывопожаробезопасности объект в соответствии с действующими нормами и правилами оснащается сигнализаторами довзрывоопасных концентраций (СДК), устройствами противоаварийной защиты (УПАЗ), установками пожаротушения (УП), установками пожарной сигнализации (УПС) и другим специальным оборудованием, располагаемым как непосредственно на промышленной территории, так и в специально выделенных помещениях (операторных, диспетчерских пунктах, помещениях газоспасательной службы и объектовой пожарной части).

К технологическому оборудованию ВПЗ, размещенному на промышленной территории, в защищаемых помещениях и аппаратах (резервуарах), относятся: датчики сигнализаторов довзрывоопасных концентраций, датчики метеопараметров, устройства создания паровых и водяных завес, пожарные извещатели, оросители, порошковые насадки-распылители, генераторы огнетушащего аэрозоля (ГОА), трубопроводная арматура, световые и звуковые оповещатели и т. д.

К технологическому оборудованию ВПЗ, размещенному в операторных технологических установок, диспетчерских газоспасательного отряда и объектовой пожарной части, станциях пожаротушения, помещениях узлов управления, относятся: вторичные приборы датчиков СДК, приемно-контрольные приборы пожарной сигнализации, программируемые контроллеры, щиты управления, пожарные насосы, насосы-дозаторы, контрольно-пусковые устройства, батареи газового и порошкового пожаротушения, устройства отображения и регистрации информации, запорная арматура.

Под технологическим процессом ВПЗ понимается: при аварийной загазованности -- обнаружение и оповещение о наличии взрывоопасных смесей в воздухе промышленной территории и рабочей зоны производственных помещений; включение средств защиты и представления информации; прогнозирование опасности аварийной загазованности; обеспечение эвакуации людей; при пожаре -- обнаружение и оповещение о пожаре; генерация и транспортирование огнетушащего вещества определенной концентрации за заданное время; обеспечение эвакуации людей; при отсутствии пожара и взрывоопасных смесей в воздухе промышленной территории и рабочей зоны производственных помещений - поддержание технологического оборудования ПЗ в состоянии готовности к обнаружению, оповещению, локализации и тушению пожара и эвакуации людей.

АСУ ТП ВПЗ -- это система, обеспечивающая эффективное функционирование технологического объекта управления взрывопожарозащиты (ТОУ ВПЗ) с целью противовзрывной и противопожарной защиты, в которой сбор и обработка, необходимой информации осуществляются с применением средств вычислительной техники.

Система пожаровзрывобезопасности (СПВБ) нефтеперерабатывающего завода создается в соответствии с законом РФ "О пожарной безопасности" и представляет собой совокупность взаимоувязанных сил и средств, а также мер правового, организационного и научно-технического характера, направленных на борьбу с пожарами и сопровождающими их объемными огненными взрывами топливно-воздушных смесей.

Общие требования систем пожарной безопасности объектов различного назначения устанавливаются ГОСТом. Пожаровзрывобезопасность должна обеспечиваться на всех стадиях жизненного цикла опасного объекта: при разработке нормативно-технической документации, проектировании, строительстве и эксплуатации.

СПВБ, обобщенная структура представляет собой сложную совокупность взаимоувязанных мер, сил и средств, в которой ключевую роль играет автоматизация, позволяющая повысить эффективность защиты людей и материальных ценностей от угрозы пожаров и взрывов.

Создание и внедрение автоматизированных систем пожаровзрывобезопасности (АСПВБ) опасных объектов является сложным и трудоемким процессом. Это объясняется необходимостью внедрения прогрессивных и сложных методов управления, многокомпонентностью АСПВБ, системностью подхода при разработке отдельных обеспечивающих подсистем, сложностью поставленных задач и комплекса технических средств, а также наличием на действующих объектах автоматизированных систем различного назначения: управления предприятием (АСУП) и технологическим процессом (АСУТП), научных исследований (АСНИ), проектирования (САПР) и др. Усложняет задачу и то, что при разработке АСПВБ объектов переработки углеводородных систем нельзя воспользоваться обычной технологией внедрения новой техники: создание опытного образца, его проверка, корректировка проекта по результатам проверки, создание окончательного варианта. До введения в эксплуатацию верхнего уровня автоматизированного комплекса (АК) проверку работоспособности автоматизированной системы пожаровзрывобезопасности осуществить невозможно. Это резко повышает значение первоначальных решений при разработке АСПВБ.

АСПВБ входит в состав системы пожаровзрывобезопасности как его информационно-управленческая часть, которая обеспечивает автоматизированное выполнение функций СПВБ, увязку отдельных элементов, обеспечивающих пожаровзрывобезопасность предприятия, в единую систему, их необходимое функциональное взаимодействие и функциональную интеграцию» Образно говоря, АСПВБ является, мозгом и нервами системы пожаровзрывобезопасности, ее интеллектуальным ядром. Рассматривая систему пожаровзрывобезопасности сложного многофункционального нефтеперерабатывающего и нефтехимического предприятий в целом, трудно найти такую ее отдельную функциональную систему нижестоящего уровня, которая не нуждалась бы во внедрении человеке-компьютерных, автоматизированных систем и средств. Совокупность всех автоматизированных систем и средств СПВБ по существу представляет собой единую взаимоувязанную автоматизированную информационно-управленческую систему.

Однако здесь необходимо иметь в виду, что в отдельных функциональных системах СПВБ (пожаротушения, противодымной защиты и др.) автоматизированные функции настолько тесно переплетаются и сочетаются с автоматическими функциями, а одни и те же компьютеры могут использоваться для решения задач как в автоматизированных, так и в автоматических режимах, что провести четкую, однозначную границу между автоматизированными и автоматическими частями этих функциональных систем не представляется возможным.

Положив в основу обобщенную структуру СПВБ, можно предложить следующую схему ее автоматизированной информационно-управленческой части -- АСПВБ.

Эффективность автоматизированной системы пожаро-взрывобезопасности объекта нефтепереработки -- это ее способность выполнять заданные функции, удовлетворять заданным требованиям.. АСПВБ защищаемого объекта является сложной системой, которая выполняет ряд функций и должна удовлетворять многим требованиям, поэтому оценка ее эффективности сводится к оценке ряда, различных показателей, в том числе:

-- вероятностей автоматизированного выполнения отдельных функций (по предотвращению пожаров и взрывов, тушению пожаров, эвакуации людей и др.);

-- показателей надежности АСПВБ в целом и ее отдельных функциональных автоматизированных систем и технических средств:

-- стоимости затрат на создание и эксплуатацию АСПВБ и ее отдельных элементов;

-- предотвращенных людских потерь и материального ущерба за счет внедрения АСПВБ в целом и ее отдельных элементов;

-- степени улучшения показателей эффективности системы противопожарной защиты в целом и ее составных частей (времени тушения пожара, времени локализации и подавления взрыва, времени эвакуации людей из горящих зданий и др.) за счет внедрения АСПВБ и автоматизированного выполнения функций по обеспечению пожаровзрывобезопасности.

Методология расчетной оценки эффективности таких сложных систем, к которым можно отнести и АСПВБ объектов нефтепереработки и нефтехимии, представляет собой сложную область науки, основанную на широком использовании сложнейших математических моделей. На сегодняшний день "наиболее разработанными являются вопросы оценки эффективности сложных технических систем и математического моделирования происходящих в них процессов.

Список использованных источников

1. Абросимов А.А. "Экология переработки углеводородных систем". М: Химия, 2002. - 608 с.

2. Абросимов А.А. Управление промышленной безопасностью. - М: КМК Лтд., 2000. - 320с.

3. Абросимов А.А., Топольский Н.Г., Федоров А.В. Автоматизированные системы пожаровзрывобезопасности нефтеперерабатывающих производств. - М.: Академия ГПС МВД России, 2000.- 239 с.

4. Абросимов А.А., Топольский Н.Г., Федоров А.В. Автоматизированные системы управления противопожарной защитой нефтеперерабатывающих производств. - М.: Академия ГПС МВД России, 2000.- 240с.

Размещено на Allbest.ru