Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Институт неразрушающего контроля

Кафедра экологии и безопасности жизнедеятельности

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине: Управление профессиональными и аварийными рисками

Тема работы

Оценка профессиональных рисков при возникновении аварийных ситуаций в технологическом процессе переработки нефтешламов

Мелков Дмитрий Николаевич

Томск-2016



Введение

Производственная деятельность человека потенциально опасна, так как связана с проведением технологических процессов, а последние - с энергопотреблением (выработкой, хранением, преобразованием тепловой, механической, электрической и другой энергии).

В современном мире, оценка риска все больше набирает обороты. По последним нормативных технических документациях, для внедрения какого-либо мероприятия, или принятия решения, касающихся возникновению ЧС, необходимо произвести оценку риска.

Зарубежный опыт показывает, что в некоторых странах, например, Польши, Нидерландов, Японии, законодательно закрепили оценку и управление профессиональными рисками. В соответствии с требованиями законодательства, оценка рисков является одним из основных обязательств работодателя. Это обязательство было введено законодательством стран более 10 лет назад в процессе сближения законодательства с правовой системой Европейского Сообщества. [1]

Конечно же и в России, как и во многих других странах, оценка риска становится основным механизмом, влияющим на принятие научно обоснованных решений по уменьшению и предупреждению техногенного воздействия на окружающую среду.

Сегодня в России существует обширная нормативная база по оценке рисков. Проблема в том, что в соответствии с традиционным в нашей стране подходом в качестве главного источника рисков рассматриваются технологические системы и практически не учитывается «человеческий фактор».

В данной курсовой работе, взят технологический процесс переработки нефтешламов на Александровской нефтеперекачивающей станцией Томской области.

Целью курсовой работы является количественная оценка риска гибели рабочего персонала, в случае возникновения ЧС в технологическом оборудовании переработки нефтешламов.

Задачи курсовой работы являются:

- определение возможных сценариев возникновения и развития аварийных ситуаций, вероятности их реализации;

- оценка времени растекания нефтешлама.

- оценка зон теплового поражения человека при пожарах разлития нефтешлама;

- оценка риска гибели персонала.

чрезвычайный нефтешлам пожар аварийный



1. Методика оценки рисков

Опасность - объективно существующая возможность негативного воздействия на объект или процесс, в результате которого может быть причинен какой-либо ущерб, вред, ухудшающий состояние, придающий развитию нежелательные динамику или параметры (характер, темп, формы и т. д.); состояние, когда не обеспечена защищенность жизненно важных средств субъектов от возможности снижения пользы или причинения вреда.

Опасность техногенная - состояние внутренне присущее технической системе, промышленному или транспортному объекту, реализуемое либо в виде поражающих воздействий источника техногенной опасности на человека и окружающую среду при его возникновении, либо в виде прямого или косвенного ущерба для человека и окружающей среды в процессе нормальной эксплуатации объектов [2]. Опасность существует всегда, даже в состоянии нормальной эксплуатации технических объектов или в повседневной жизнедеятельности. Мерой опасности является риск - величина, учитывающая как вероятность появления опасности, так и наносимый ею ущерб (вред), у.е./год:

R = W·Y, (1.1)

где W - частота, т. е. вероятность появления опасности за определенный промежуток времени, обычно один год, год^-1;

Y - величина наносимого ущерба, выражаемая в рублях, долларах, условных единицах. Рассмотрим количественные показатели риска [2]. Технический риск - вероятность отказа технических устройств с последствиями определенного уровня (класса) за определенный период функционирования опасного производственного объекта. Потенциальный риск - ожидаемая частота поражения определенной тяжести реципиента в результате воздействия совокупности поражающих факторов всех возможных источников чрезвычайной ситуации при условии постоянного нахождения реципиента в этой точке. Индивидуальный риск - частота поражения определенной тяжести представителя выделяемой категории реципиентов в данной точке в результате воздействия совокупности поражающих факторов источников чрезвычайной ситуации с учетом доли времени нахождения в рассматриваемой точке территории за выбранный период, особенностей физиологического восприятия негативного воздействия, адекватности действий при чрезвычайной ситуации, наличия и эффективности систем защиты от соответствующего поражающего фактора.

Коллективный риск - сумма произведений индивидуальных рисков на число реципиентов, подвергшихся этому риску. Социальный риск - зависимость частоты событий, в которых пострадало на том или ином уровне число людей, больше определенного числа людей. Приемлемый риск - риск, уровень которого допустим и обоснован исходя из экономических и социальных соображений развития общества. Понятие приемлемого риска было введено в 1981 г. Международным агентством по атомной энергетике (МАГАТЭ), и в настоящее время только одна страна - Нидерланды - законодательно зафиксировала величину приемлемого риска Rпр = 1 · 10-6 год-1, т.е. недопустимо никакое строительство, модернизация, проектирование, если допустима вероятность гибели одного человека из миллиона. Приемлемый риск в промышленности России составляет 10-4 год-1, т.е. на два порядка выше, чем в Нидерландах. Анализ риска - процесс идентификации опасностей и оценки риска для отдельных лиц или групп населения, имущества или окружающей среды. Оценка риска - процесс, используемый для определения степени риска анализируемой опасности для здоровья человека, имущества или окружающей среды. Оценка риска предусматривает анализ частоты появления события, последствий его появления и их сочетания. Опасная ситуация при определенных условиях может перерасти в чрезвычайную.



1. Идентификация опасностей в технологическом процессе

1.1 Описание установки переработки нефтешлама

Технологический процесс переработки нефти сопровождается образованием опасных в обращении отходов - нефтешламов, относящихся к веществам токсичным и взрывопожароопасным и являющихся одним из источников загрязнения поверхностных и подземных вод, почвенного покрова и атмосферного воздуха.

Ежегодно на Александровской нефтеперекачивающей станцией (далее НПС) в результате производственной деятельности образуется около 800 м³ нефтяных шламов и осадков, содержащих нефтепродукты. Источниками образования нефтешламов являются:

- сбросы нефти и нефтепродуктов со сточными водами с технологических установок, в том числе при проведении ремонтных работ, зачистке аппаратов;

- сбросы в системы оборотного водоснабжения с технологических установок в случае нарушения плотности теплообменной аппаратуры;

- осажденная смесь воды и шламов с товарных и промежуточных резервуаров, а также образующаяся при зачистке резервуаров хранения нефти и нефтепродуктов перед их ремонтом; системы отвода нефтешлама из сооружений механической очистки и водяных блоков, и пены из установок напорной флотации; зачистка загрязненных нефтепродуктами территорий.

Для переработки нефтешламов используется оборудование фирмы «Альфа Лаваль» (рис. 1), предназначенное для отделения смеси нефтяных фракций от воды и механических примесей, с последующим обезвоживанием, включающее в себя [3]:

установки сепарационного оборудования в комплекте с заборным устройством для сбора и утилизации поверхностного слоя нефтешламов с буферного пруда, накопленных за период эксплуатации пруда, а также ходовых нефтешламов, образующихся на территории предприятия в результате производственной деятельности;

приемные резервуары для приема нефтесодержащих шламов, направляемых с буферного пруда и с территории завода, для нагрева и гомогенизации шлама перед подачей его на сепарационный модуль.

Биологическая деструкция нефтесодержащих шламов осуществляется на полигоне, предназначенном для биологической обработки и обезвреживания твердой фазы, образующейся в процессе разделения нефтесодержащего сырья на сепарационной установке.

Наибольшую опасность представляют резервуары для хранения нефтепродуктов, поскольку они содержат большой объем горючей жидкости и работают в сложном напряженно-деформированном состоянии, что при возникновении аварий приводит к катастрофическим последствиям - пожарам, с большим материальным ущербом и гибелью людей.

Рисунок 1. - Схема установки переработки нефтешлама



1.2 Определение возможных сценариев возникновения и развития аварийных ситуаций, вероятности их реализации

Закономерность возникновения и развития аварийных ситуаций представляется последовательностью событий на технологическом блоке, так называемым сценарием развития возможной аварии.

Данная установка является объектом повышенной опасности. Процесс переработки нефтешлама связанный с извлечением нефтепродуктов, что является источником опасности. Нефть, является природным топливом. Температура вспышки нефти варьируется от 35 до 121 ⁰С. [4]

Наиболее вероятные сценарии аварий на комплексе по переработке нефтешламов следующие [5]:

Сценарий С1. Разрушение резервуара. Разлитие нефтешлама в обваловании. Данное развитие проходит по следующему сценарию: полное разрушение резервуара - разлив нефтешлама в обвалование - пожар пролива.

Сценарий С2. Порыв трубопровода перекачки нефтешлама с резервуара ^ неконтролируемая утечка нефтепродукта через аварийное отверстие за время, определяемое временем обнаружения и временем устранения утечки аварийно-восстановительной бригадой.

Сценарий С3. Пожар на установке сепарационного оборудования.

Принимая во внимание надежность резервуаров и другие данные, можно оценить вероятную частоту возникновения аварии. Оценка частоты аварий различного масштаба может быть сделана из опыта эксплуатации, поэтому в работе целесообразно было бы использовать данные, относящиеся непосредственно к рассматриваемому производству, а не среднестатистические. Но статистических данных об авариях в производстве нет. Поэтому при построении «деревьев отказов» (рисунок 2, 1.1.3, 1.1.4, 1.1.5, 1.1.6) использовались данные из литературы.



Рисунок 2. - Дерево отказов анализа причин аварийной ситуации и вероятности ее проявления для резервуара

Конструктивный отказ включает в себя отказы связанные с дефектами заводами изготовителями (дефекты сварочных швов, хрупкое разрушение металла и т.п.)

Рисунок 3. - дерево событии разрушения резервуара с нефтешламом

2.3. Расчет зоны воздействия пожара пролива

Для расчетов использовались приведенные ниже характеристики резервуара РВС-400:



Таблица 1 - Характеристики РВС 400

Диаметр резервуара, м	8,53
Масса вещества, участвующего в аварии, Q, кг	348000
Площадь обвалования, Sобл м2	542,9
Высота обвалования, м	1,0
Площадь, занимаемая резервуарами, Sр, м2	114
Площадь зеркала разлития в обваловании, Sрзл, м2	486
Толщина слоя разлития в обваловании после разрушения резервуара Hсл, м	0,66

При оценке времени растекания нефтепродуктов рассматривается случай мгновенного раскрытия резервуара с полным выбросом содержимого в окружающую среду [5], исходя из предположения, что «цилиндрический» слой жидкости, образовавшийся в результате мгновенного разрушения резервуара, растекается под действием только гравитационных сил (рис. 4).

Рисунок 4. - Принципиальная схема расчета гравитационного растекания «цилиндрического» слоя жидкости

Приведем уравнение материального баланса для скорости гравитационного растекания «цилиндрического» слоя жидкости (см. [6] План по предупреждению и ликвидации аварийных разливов нефти и нефтепродуктов).



(1)

где g - ускорение свободного падения, м/с2;

h(t) и h_min - текущая и минимальная толщина слоя жидкости, м;

t - время, с.

Текущая толщина слоя h(t) для данного объема растекающейся жидкости зависит от массы вещества, участвующего в аварии, его плотности при заданной температуре, текущего значения площади зеркала разлива и определяется выражением [7]:

(2)

где Q - масса вещества, участвующего в аварии, кг;

р - плотность вещества, кг/м³ равное 980 кг/м³ [4];

R - текущее значение радиуса зеркала разлива в i-й момент времени, м.

С учетом этого дифференциальное уравнение первого порядка имеет вид [7]:

(3)

Время добегания нефтешлама t_p, с, до точки, расположенной на расстоянии R_i от аварийного резервуара, находится из уравнения (3):

,(4)

где R - максимальный радиус зеркала разлития при полном растекании нефтешлама по подстилающей поверхности до минимальной толщины слоя жидко-сти, м;

r_рез - радиус аварийного резервуара, м.

Подставляя численные значения величин в уравнение (4) вычисляем время «добегания» нефтешлама до рассматриваемой точки:

Зависимость расстояния растекания нефтешлама от рассчитанного времени (5) приведена на рис. 5

Рисунок 5. - Зависимость расстояния растекания нефтешлама от времени



2.4 Определение зон теплового поражения человека при разливах нефтешлама, находящегося в резервуарах

При разливе нефтешлама из резервуара часто происходит его возгорание. Для обеспечения безопасности людей необходимо определить вероятные зоны теплового поражения, которые определяют величину профессионального риска.

Оценку проводили для зон возможного теплового поражения человека от места аварии на расстоянии: 50 м, где находятся места временного пребывания обслуживающего персонала (помещение оператора установки); 77 и 123 м - для мест постоянного пребывания обслуживающего персонала.

Интенсивность теплового излучения q, кВт/м2, вычислялась по формуле [8]:

(6)

где E_f - среднеповерхностная интенсивность теплового излучения пламени, кВт/м2; принималась равной 40 кВт/м2 на основе имеющихся экспериментальных данных для нефтешлама;

X - Коэффициент пропускания атмосферы;

F_q - угловой коэффициент облученности определялся из соотношения [8]:

(7)

где F_h и F_v -- коэффициенты облученности для горизонтальной и вертикальной площадок соответственно определяли с помощью выражений [6]:



(8)

(9)

где r - расстояние от места пролива до облучаемого объекта, м;

d - эффективный диаметр пролива, м, определяли по формуле [8]:

(10)

H - высота пламени, м, определяли по формуле [6]:

(11)

m - удельная массовая скорость выгорания топлива; принималась равной 0,04 кг/(мЧс) на основе имеющихся экспериментальных данных для нефтепродуктов. [8]

Коэффициент пропускания атмосферы X определяли по формуле [8]:

(12)



Подставляем данные в формулы (8) и (9) получим коэффициентов облученности на расстоянии 50, 77, 123 м.

По формуле (7) определяем угловой коэффициент облученности. Учитывая низкое значение Fh, принимаем значение F = Fv, т. е. данные приведены в таблице 2

Коэффициент пропускания атмосферы вычисляли по формуле (12) и для всех трех расстояний результат получился равным 1.

Интенсивность теплового излучения определяли по формуле (6). Данные расчета приведены в таблице 2.

Таблица 2 - полученные расчетные данные

Расчетный показатель	Расчетные расстояния
	50	77	123
Fh	0,022	0,006	0,001
Fv	0,17	0,08	0,03
Fq	0,175	0,087	0,035
Интенсивность теплового излучения q, кВт/м2	7,0*	3,5**	1,4***
* Степень поражения для персонала - непереносимая боль, ожоги II степени через 20...30 с. ** Степень поражения для персонала - без негативных последствий для человека в брезентовой одежде. *** Степень поражения для персонала - безопасно для персонала без негативных последствий в течение длительного времени.



3. Оценка риска гибели персонала при реализации сценариев

Проведем оценку риска для наиболее опасной ситуации. Данные идентификации показали, что наиболее опасная аварийная ситуация протекает по схеме: полное разрушение резервуара - разлив нефтепродуктов в обвалование - пожар пролива.

Для оценки вероятности реализации данной схемы событий использовались отчеты о статистике аварий и чрезвычайных ситуаций для группы нефтеперерабатывающих и нефтехимических предприятий.

Вероятность реализации данной схемы событий, год^-1, определяем по следующему соотношению [8]:

P(С1)=P_авЧР_мгЧР_ЗЧР_в.п.(13)

где Р_ав - вероятность аварийного выброса горючего вещества (разгерметизация резервуара), год^-1;

Р_мг - вероятность мгновенного воспламенения истекающего продукта;

Р_з - вероятность невыполнения задачи средствами предотвращения пожара;

Р_{в п} - вероятность воспламенения пролива.

Вероятность Р_ав разгерметизации резервуара и выброса горючего вещества в течение года определяли исходя из статистических данных об авариях по формуле [7]:

(14)

где N_а - общее количество аварийных выбросов горючего продукта на установках данного типа;

N_уст - число наблюдаемых единиц установок;

Т - период наблюдения, 43 года.

Вероятность мгновенного воспламенения истекающего продукта определяли по формуле [8]:

(15)

где N_м - число случаев мгновенного воспламенения истекающего продукта при аварийных выбросах, равное 15 случаев.

Вероятность Р_в.п. воспламенения пролива горючих веществ, образовавшихся в результате аварии с разгерметизацией установки, рассчитывали по формуле [8]:

(16)

где Nв -- число случаев воспламенения пролива при авариях на установках данного типа, примем 23 случая;

Nн в -- число аварий, при которых не произошло воспламенения горючих веществ благодаря противопожарным мероприятиям, 32 случая;

Вероятность невыполнения задачи средствами предотвращения пожара определяли по формуле [8]:

(17)

Подставляя численные значения величин в формулу (13), получаем:

P(C1) = 9 * 10^-5 * 0,127 * 0,31 * 0,32 = 1,15 * 10^-6 (18)

Вероятность поражения человека тепловым излучением в случае возникновения и развития аварии по сценарию С1 для постоянного места пребывания персонала (на расстоянии 77 м от места аварии) определим в следующей последовательности [8]:

1) вычислим пробит функцию по формуле:

(19)

где t₀ - характерное время обнаружения пожара, с;

x - расстояние от места расположения человека до аварийной зоны, м;

v - скорость движения человека, м/с;

2) по величине пробит-функции с помощью таблицы П 4.2. [8] определим вероятность поражения человека Р_р = 0,82.

Риск гибели человека (профессиональный риск) определяли по формуле [8]:

R=P(C1)ЧP_p=1,15Ч10^-6Ч0,82=9,4Ч10^-7(20)

где Рр -- вероятность поражения человека тепловым изучением при реализации сценария C1; Р (C1) -- вероятность реализации сценария С1, год-1.

Вероятность поражения тепловым излучением человека, попавшего в зону непосредственного воздействия пламени пожара пролива, т. е. зону с интенсивностью теплового излучения более 4 кВт/м2 для временного места пребывания персонала (на расстоянии 50 м от места аварии) принималась равной 1 [8].

Риск гибели человека (профессиональный риск) для мест временного пребывания персонала определяли по формуле [8]:

R = P(C1)PpPm = 1,15 * 10^-6 * 1* 0,0016 = 1,8 * 10^-9 год^-1(21)



где Рm - вероятность присутствия персонала на расстоянии 50 м от места аварии, определялась исходя из доли времени нахождения в данной области территории в течение года на основе решений по организации эксплуатации.

Результаты анализа риска аварий на рассматриваемой установке свидетельствуют о том, что граница зоны потенциального риска гибели человека не превышает 9,4 * 10^-7 год ^-1 и не выходит за пределы расположения комплекса по переработке нефтешламов.



Заключение

Наиболее опасный сценарий развития аварийной ситуации протекает по схеме: полное разрушение резервуара - разлив нефтешлама в обвалование - пожар пролива.

Время растекания нефтепродуктов при мгновенной разгерметизации резервуара РВС-400 до исследуемой точки составляет 2,5 с.

Выявлены три зоны возможного теплового поражения персонала:

- на расстоянии 50 м от фронта пламени - степень поражения для персонала - непереносимая боль, ожоги II степени через 20...30 с;

- на расстоянии 77 м от фронта пламени - степень поражения для персонала - без негативных последствий для человека в брезентовой одежде;

- на расстоянии 123 м от фронта пламени - степень поражения для персонала - безопасно для персонала без негативных последствий в течение длительного времени.

Риск гибели персонала не превышает 9,4 * 10^-7 год ^-1

Индивидуальный риск поражения персонала, определяемый как величиной потенциального риска, так и вероятностью нахождения человека в заданной точке пространства относительно источника опасности, вследствие возможных взрывов и пожаров на рассматриваемой установке является приемлемым в рамках установленных действующими нормативными документами критериев приемлемости индивидуального риска.

Данные результаты могут быть использованы при создании ПЛАС и разделов по промышленной безопасности в регламентах и других документах.



Перечень использованной литературы

1. Формирование и внедрение системы управления профессиональными рисками: Учебно-методическое пособие - М.: Российский государственный социальный университет, 2010. - 496 с.

2. РД 03-496-02 Методические рекомендации по оценке ущерба от аварий на опасных производственных объектах.

3. Сумарченкова И. А., Симаков Д. П. Утилизация отходов нефтепереработки с использованием биотехнологии. // Известия Самарского научного центра Российской акад. наук. II Всероссийская научно-практическая конференция «Процессы, технологии, оборудование, опыт переработки отходов и вторичного сырья». / Самара. - 2008 г.

4. Нефть - статья из Большой советской энциклопедии.

5. Козлитин А. М., Попов А. И., Козлитин П. А. Количественный анализ риска возможных разливов нефти и нефтепродуктов. Управление промышленной и экологической безопасностью производственных объектов на основе риска: Междунар. науч. сб. Саратов: СГТУ, 2005. С. 135-160.

6. Постановление Правительства РФ от 21.08.2000 N 613 (ред. от 14.11.2014) "О неотложных мерах по предупреждению и ликвидации аварийных разливов нефти и нефтепродуктов" (вместе с "Основными требованиями к разработке планов по предупреждению и ликвидации аварийных разливов нефти и нефтепродуктов")

7. ГОСТ Р 12.3.047 ССБТ. Пожарная безопасность технологических процессов. Общие требования. Методы контроля. Введ. 2000-01-01. - М.: Госстандарт России: Изд-во стандартов. 2003. - 110 с.

8. Методика определения расчетных величин пожарного риска на производственных объектах. Утв. приказом МЧС России от 10.07.2009 № 404. - 58 с.

Размещено на Allbest.ru