Актуальные проблемы обеспечения безопасности технологических процессов и производств для предупреждения техногенных чрезвычайных ситуаций Текст научной статьи по специальности «Прочие технологии»

БЕЗОПАСНОСТЬ В ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЯХ

УДК 658.38 665.3, 628.52

АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И ПРОИЗВОДСТВ ДЛЯ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ ТЕХНОГЕННЫХ ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЙ

А.В. Федоров, В.А. Бармашев, В.Н. Марков, Ш.К. Тагиев

Рассмотрены основные вопросы повышения уровня безопасности технологических процессов в пищевом производстве. Обоснована необходимость более глубокого объединения усилий специалистов различного профиля деятельности в разработке и совершенствовании способов повышения безопасности производственного оборудования, технологических процессов, вспомогательных операции. Показана значимость решения вопросов предупреждения чрезвычайных ситуаций на примере экстракционного производства для увеличения бесперебойного выпуска качественных пищевых продуктов.

Ключевые слова: производство, оборудование, технологический процесс, экстракция, промышленная и пожарная безопасность.

Растительное масло занимает в нашей жизни значительное место. Его обоснованно относят к основной группе пищевых продуктов. Растительное масло является не только источником энергии, но и содержит в удобной для организма форме незаменимые микронутриенты.

Растительные масла используются в пищу непосредственно, являясь основой ряда продуктов, и перерабатываются и употребляются в модифицированной форме. Имеющиеся в открытом доступе данные Росстата по потреблению растительных масел на душу населения очень характерно отражают социально-экономическое состояние нашего государства, это хорошо видно из диаграммы на рис. 1. Подсчет ведется по так называемому «фонду потребления растительного масла», который включает растительное масло (подсолнечное, горчичное, кукурузное, соевое, рапсовое, оливковое и прочее), маргарин, маргариновую продукцию, спрэд,

маслосодержащие продукты питания

(хлебобулочные изделия, кондитерские изделия, рыбные, овощные и закусочные консервы, майонез) в пересчете на масло.

Приказом Минздрава России № 614 от 19.09.2016 по рациональным нормам потребления пищевых продуктов, отвечающих современным требованиям здорового питания, для растительного масла рекомендовано 12 кг/год /человек. Сегодняшний достигнутый уровень не означает, что в сфере маслопроизводства

агропромышленного комплекса нет проблем. В настоящее время идет работа над качеством и снижением себестоимости в условиях жесткой конкурентной среды. Рыночные отношения требуют от организаторов производства уделять большее внимания вопросам, связанным с условиями труда работников, и в первую очередь безопасности применяемых технологий и оборудования.

Рис 1. Потребление растительного масла в

Растительное масло и его производные используются и в так называемых технических целях, это сырье для производства глицерина, моющих средств, смазывающих веществ. Растительное масло может стать и уже становится основой для экологически чистого топлива двигателей внутреннего сгорания. Есть еще достаточно много перспективных направлений применения этого уникального продукта из растительного сырья.

Производство растительных масел уникально тем, что практически безотходно. Обезжиренные материалы, жмыхи и шроты, - это ценнейший продукт для кормопроизводства, а лузга или плодовая оболочка используется как топливо или идет на различные агротехнические цели в сельском хозяйстве.

В итоге и объем, и качество произведенных растительных масел объективно влияют на состояние и развитие пищевой индустрии в целом, а их потребление во многом определяет уровень жизни и здоровья населения.

Растительные масла относятся к так называемому восполняемому ресурсу.

Климатические условия нашей страны позволяют получать их ежегодно в достаточном количестве.

В замкнутую систему производства и переработки растительных масел входят блоки:

• Сельское хозяйство

• Хранение

• Маслодобывание

• Маслопераработка

• Логистика

• Потребление

Каждый из блоков состоит из множества задач, объединенных общей целью. Чем прочнее связи между блоками, тем устойчивее и

кг/год /человек за последние 25 лет

эффективнее работает система на конечный результат. В масштабах государства итогом работы системы можно считать достаточный для обеспечения населения объем и качество продукции. В последние годы эта задача в Российской Федерации ежегодно успешно решается. Сложившаяся система производства и переработки растительных масел обеспечивает не только внутренние потребности страны, но и позволяет выйти с продукцией на международный рынок, а это говорит о возможностях системы как слаженно работающего агропромышленного масложирового комплекса. Вполне понятно, что, как и любая сложная конструкция, система не идеальна, она все время трансформируется, приспосабливаясь к новым обстоятельствам. Большое влияние на систему и ее отдельные элементы оказывают природные техногенные риски.

Наш научный коллектив давно и успешно занимаемся исследованиями в области техники и технологии маслодобывания. Это сложная и тонкая тема. В первую очередь из-за того, что мы имеем дело с растительным сырьем, которое чувствительно к уровню и времени температурного воздействия. Важно следить за степенью возможных нежелательных химических превращений и особенно окислительных процессов продуктов и полупродуктов внутри оборудования.

Предыдущие и последующие звенья системы производства растительных масел оказывают существенное влияние на формирование технологии маслодобывания. Естественно, что на первом месте здесь стоит агропроизводство. Современная селекционная наука и агротехника позволяют сельхозпроизводителям получать высокие урожаи масличных культур с заложенными свойствами продукции. Такими

заданными параметрами могут быть масличность, жирнокислотный и белковый состав. Могут варьироваться структура материала, реологические и физико-химические свойства масличных семян и самого масла. Все это требует гибкости и определенной универсальности от технологии и оборудования для переработки масличного сырья.

Можно считать одним из ключевых звеньев системы производства растительных жиров маслодобывание. Современное промышленное маслодобывание или производство растительных масел включает в себя следующие основные технологические процессы. Очищенный от механического и минерального сора масличный материал, как правило, семена масличных культур, поступают на подготовительные операции. Здесь при необходимости отделяется плодовая оболочка, а семена подготавливаются к влаготепловой обработке, после которой из масличного материала механическим способом извлекается растительное масло, которое принято называть прессовым. После этого из частично обезжиренного материала (жмыха) экстракционным способом извлекают оставшееся в нем растительное масло, которое принято называть экстракционным. Масло извлекается специальным органическим нефтяным растворителем, полученный раствор принято называть мисцеллой. Процедуру удаления растворителя из раствора называют дистилляцией мицеллы. Обезжиренный материал после удаления растворителя в экстракционном производстве называют шротом.

Особый отпечаток на идеологию построения технологических схем маслодобывания оказывает взрыво- и пожароопасность процессов. Это самое важное, что определяет некую консервативность подходов построения технологии маслодобывания. На первый план выходят задачи обеспечения безопасности производства, в какой-то степени тормозящие внедрение новых идей, - и это, в принципе, оправданно. На протяжении многих десятилетий глобально технология

маслодобывания не меняется. И продвижение вперед возможно при детальном изучении безопасности на каждом участке

производственного цикла. Поэтому научное обоснование принципов и способов обеспечения промышленной и пожарной безопасности на предприятиях промышленности является стимулом создания новых технологических процессов и оборудования.

Производство, как правило, непрерывное -круглосуточное, остановки осуществляются только для регламентных работ по обслуживанию оборудования. Цикл переработки: от урожая до урожая. Большой объем перерабатываемого сырья

и выхода готовой продукции относит маслоэкстракционные производства к категории крупных предприятий. В совокупности маслозаводы образуют масложировую отрасль пищевой промышленности, куда входят предприятия разной мощности с полным или неполным циклом маслодобывания и переработки растительных жиров.

Следует отметить, что получение высококачественного и, если так можно выразиться, чистого растительного масла возможно только в условиях большого производственного комплекса, оснащенного современным

автоматизированным оборудованием, имеющего в своем арсенале собственные источники энергии и производственных ресурсов.

К примеру, на многих участках производства растительных масел требуется химически чистый перегретый водяной пар высокого давления, который нецелесообразно транспортировать от сторонних ТЭЦ или технические газы, которые тоже выгоднее генерировать на собственной производственной площадке. Но это, в свою очередь, вызывает более высокие требования к безопасности производства на всех стадиях производства, включая вспомогательные.

Важнейшим сегментом современного производства являются совершенные

аналитические лаборатории, решающие задачи контроля качества сырья, полупродуктов и готовых продуктов на молекулярном уровне. Такие лаборатории чаще всего уже становятся основой исследовательских центров для создания собственных конкурентоспособных технологий. Все это возможно только в условиях крупного промышленного предприятия.

Основной целью наших исследований является кардинальное совершенствование действующих и создание новых технологий. Учитывая масштабы отрасли и значимость продукции, решаемые проблемы производства становятся в ряд общегосударственных.

Важной задачей особенно остро становится разработка и совершенствование способов повышения безопасности производственного оборудования, технологических процессов, вспомогательных операций и условий труда работников.

Таким образом, реальное обеспечение страны масложировыми ресурсами возможно только при условии развития крупных предприятий, на которых четко работают все звенья производства, включая организацию безопасных условий труда. Процесс получения растительных масел должен осуществляться в

соответствии с действующими нормативными документами. В первую очередь, это правила промышленной безопасности в производстве масел методом прессования и экстракции (ПБ 09-524-03), разработанные с участием специалистов ВНИИЖиров.

Экстракционное производство для получения растительных масел в соответствии с Федеральным законом «О промышленной безопасности опасных производственных объектов», утвержденным Государственной думой РФ 20.06.97 г. № 116-ФЗ (в редакции от 04.03.13 № 22-ФЗ.) [1], относится к опасным производственным объектам и подлежит регистрации в государственном реестре опасных производственных объектов. Повышение уровня безопасности производственного оборудования, технологических и трудовых процессов лежит в основе управления безопасностью труда. В деле повышения уровня безопасности большую значимость занимает системы стандартов безопасности труда. Стандарты безопасности труда устанавливают требования к производственным процессам, оборудованию по видам вредных и опасных производственных факторов, а также средствам индивидуальной и коллективной защиты. Система стандартов по безопасности труда является техническим законом для производства.

Характерными особенностями аварий на маслоэкстракционных заводах являются пожары, взрывы и токсические выбросы.

Опасными факторами в процессе переработке масличных семян экстракционным способом является наличие взрывопожароопасных материалов, таких как семена, ядро, лузга (шелуха), шрот, семенная и шротовая пыль, масла, растворитель и его пары, мисцелла.

Значительные выделения органической пыли и паров растворителя являются причиной аварийности на предприятиях маслодобывающего производства.

Причинами возникновения аварийных ситуаций могут быть:

• несоблюдение правил и параметров ведения технологического процесса, правил проведения огневых и газоопасных работ;

• отсутствие приборов экспресс-анализа качества сырья, продуктов и полупродуктов его переработки, вспомогательных продуктов и материалов, воздушной среды;

• отсутствие систем диагностики состояния технологического оборудования и коммуникаций в режиме реального времени;

• несоответствие требованиям правил безопасности функциональных возможностей приборов, средств и систем автоматизации

технологических процессов;

• неполное соответствие требованиям правил безопасности средств противоаварийной защиты (ПАЗ);

• отсутствие или неправильное использование средств индивидуальной защиты;

• человеческий фактор;

• значительно деформированная, ранее централизованная система разработки и сопровождения персонифицированной по предприятиям нормативно-технической и технологической документации. И, как следствие, неправильно ориентированный контроль со стороны надзирающих органов.

Системы контроля и управления технологическими процессами: аналитического и приборного контроля, автоматического и дистанционного управления, системы

противоаварийной защиты должны обеспечивать надежность и безопасность проведения технологических процессов.

Мы неоднократно обращались к теме безопасности технологических процессов. Путями повышения безопасности технологических процессов могут быть: [3]

• разработка, усовершенствование датчиков запыленности, загазованности помещений;

• разработка, усовершенствование приборов слежения за уровнем материала и жидкостей в емкостных аппаратах;

• разработка усовершенствованных систем автоматизированного управления технологическим процессом (АСУТП);

• организация правильного обучения и проверок знаний обслуживающим персоналом: правил безопасного ведения процессов, правил проведения опасных работ.

Основными источниками высокой категорийности производства являются: значительное выделение органической пыли (хранение, транспортировка, переработка масличных материалов) и паров растворителя (транспортировка и хранение растворителя, процесса экстракции, транспортировка, хранение и дальнейшая обработка мисцелл и масел).

Как правило, причинами возникновения аварийных ситуаций являются:

• Нарушение или несоблюдение правил и норм технологического процесса;

• Отсутствие приборов экспресс-анализа качества сырья, продуктов его переработки, вспомогательных продуктов и материалов;

• Отсутствие систем диагностики состояния технологического оборудования и коммуникаций в режиме реального времени;

• Несоответствие требованиям правил безопасности перечня и функциональных возможностей приборов, средств и систем автоматизации технологических процессов;

• Неполное соответствие средств ПАЗ (противоаварийной защиты) требованиям правил безопасности и др.

По сути дела, необходимость применения приборов, средств и систем автоматизации технологических процессов сводится к корректировке отклонений параметров реальных технологических процессов, связанных, в частности, с отсутствием их математических моделей и средств их реализации, несовершенством технологического оборудования (некомплектные линии), нестабильностью качества сырья и вспомогательных продуктов, колебаниями параметров энергоносителей и др.

Мы усматриваем причины такого явления в следующем:

• Специалисты новой генерации, пришедшие на масложировые предприятия, не обладают достаточным опытом видения всех аспектов сложных технологических процессов;

• Характерный для наших предприятии остаточный принцип финансирования всех аспектов деятельности, связанных со службами КИП и А и промышленной безопасности, включая кадровые;

• Заниженные требования стандартов безопасности импортного оборудования (процессов) в сравнении с российскими. Закупая то или иное единичное или комплектное оборудование у инофирм, покупатель ограничивается тем стандартом, который предлагает продавец, либо в целях экономии и под предлогом дооснащения оборудования отечественными приборами и средствами автоматизации (СА) снижает эти требования.

Общая картина структуры систем автоматического контроля и управления технологическими процессами и средств ПАЗ на предприятиях отрасли имеет весьма пестрый характер: релейные, аналоговые,

микропроцессорные, смешанные. Поэтому мы не будем останавливаться на преимуществах и недостатках тех или иных систем контроля и управления на различных стадиях технологического процесса, позволяющих свести к минимуму риски производства, визуализировать технологический процесс и, в конечном итоге, создать не просто автоматизированную систему

управления, а оптимизированную под конечный продукт технико-экономическую систему управления (СУ) того или иного производства и/или их совокупности.

Помимо вышеуказанных причин большое значение имеет «человеческий фактор», особенно для взрывопожароопасных производств.

Таким образом, характерные ошибки, о которых мы упомянули выше, довольно часто встречаются как в регламентах, представляемых во ВНИИЖ на согласование, так и на предприятиях, обследуемых на предмет разработки производственного технологического регламента.

Анализ аварийных случаев на маслодобывающих заводах показал, что наиболее часто аварийные ситуации возникают при пуске, остановке предприятия, при проведении планово предупредительного и капитального ремонтов, а причиной их, в основном, является человеческий фактор.

Одним из направлений исследований является изучение причин, анализ причин и предпосылок аварий. Развитие аварийной или опасной ситуации в подавляющем большинстве реализаций носит вероятностный характер. Что наглядно подтверждается последовательной моделью развития несчастного случая предложенной авторами [2]. Мы изучили возможности метода и считаем, что этот подход применим для маслоэкстракционных предприятий.

В модели рассматриваются этапы восприятия (1) и осознания (2) опасности, принятия (3) и реализации решения (4) по защите от нее. Из рисунка видно, что на каждом этапе присутствует элемент случайности из-за возможных ошибок восприятия, неправильного или запоздавшего осознания опасности, ошибочного решения по способу защиты и ошибок в процессе реализации решения.

Дерево опасностей строится с использованием 6 стандартных логических символов и 6 стандартных символов событий.

Головным событием дерева опасностей (верхом дерева) является производственная авария или НС. Само дерево состоит из последовательности событий, которые ведут к конечному событию и соединяются логическими знаками. Построение дерева ведется до исходных событий. При построении дерева опасностей следует заменять абстрактные события менее абстрактными, разделять события на элементарные, точно определять причину событий, находить совместно действующие причины и точно указывать место отказа элемента.

На рис. 1 приведен пример дерева отказов для сравнительно простого несчастного случая

вследствие взрыва аппарата. Для эффективной профилактики аварий и несчастных случаев необходимы, во-первых, выявление или идентификация опасностей, во-вторых, их количественная оценка, в-третьих, достоверное прогнозирование возникновения опасных ситуаций

и, в-четвертых, обоснованный выбор мероприятий по предупреждению аварий и катастроф.

Идентификация вредных и опасных факторов на производстве осуществляется в соответствии со статьёй №10 Федерального закона «О специальной оценке условий труда».

Рис. 2. Дерево опасностей для маслоэкстракционного производства

процессе опасности

Установленные в

предварительного анализа

классифицируются по 4 группам:

• Пренебрежимые, обычно ошибки персонала и недостатки конструкции, которые не ведут к существенным нарушениям и несчастным случаям;

• Граничные, которые хотя и нарушают функционирование объекта, но могут быть компенсированы или взяты под контроль;

• Критические, требующие принятия немедленных мер;

• Катастрофические опасности, ведущие к авариям и несчастным случаям.

Идентификация отказов предусматривает их отнесение к одной из следующих четырёх

категорий:

•

жертвам;

потенциально приводящие

к

приводящие к невыполнению

основной задачи;

• приводящие к задержкам или снижению работоспособности;

• приводящие к дополнительному обслуживанию.

Применение перечисленных методов позволяет выделить наиболее значимые опасности, для количественной оценки которых используется метод построения и анализа дерева отказов (или по другой терминологии - дерева неполадок, опасностей, причин). В основе построения дерева опасностей лежит логико-аналитический метод установления причинно-следственных связей между опасными событиями, что обеспечивает возможность вычисления вероятности каждого такого события.

Количественной мерой опасности стала концепция индивидуального риска. Методы количественной оценки индивидуального риска базируются на теории надежности технического средства и широко используют ее основные понятия и полученные ею количественные характеристики надежности конкретных

технических элементов и устройств (вероятность отказов, время наработки на отказ и т.д.). Перед проведением расчетов уточняется перечень опасных факторов и определяются элементы технического оборудования и этапы технологического процесса (имеются ввиду периодические процессы с этапами загрузки и

Основные причины возникновения аварийных ситуаций техногенного характера

выгрузки реагентов и т.д.), которые требуют повышенного внимания с точки зрения БЖД.

На рис. 2 мы постарались представить основные причины возникновения аварийных ситуаций техногенного характера на предприятиях масложирового комплекса.

Недостаточная оснащенность приборами и системами автоматического контроля и ПАЗ

Физический и моральный износ приборов контроля технол. процесса и систем ПАЗ

Отсутствие или недостаточная оснащенность средствами прогнозирования и

предупреждения аварийных ситуаций

Физически изношенное технологическое оборудование

Низкое качество

ремонта технологического оборудования

Нарушение регламентированной

технологической дисциплины в угоду объемам выработки и (или) недостаточной

квалификации персонала различных уровней

Значительная концентрация энергетических мощностей на ограниченных площадях

Динамичное усложнение технологических процессов и, как

следствие, технологического оборудования

Ослабленный надзор за состоянием сооружений, коммуникаций, оборудования и трубопроводов

Второстепе нное отношение высшего менеджмента к перечисленным факторам

Частая смена владельцев данного бизнеса

Рис. 3. Причины возникновения аварий

Достоверное прогнозирование

возникновения опасных ситуаций остается важнейшей задачей для специалистов отрасли, ответственных за обсечение безопасности производственных объектов. Самое важное - это тесное взаимодействие специалистов разных областей знаний.

Библиография

1. О промышленной безопасности опасных производственных объектов: Федеральный закон, утвержденный Государственной думой РФ 20.06.97 г.. № 116-ФЗ (вредакции от 04.03.13 № 22-ФЗ.).

2. Бережной С.А., Романов В.В., Седов Ю.И. Безопасность жизнедеятельности: Учебное пособие. Тверь: ТГТУ, 1996. - 304 с.

3. Лисицын А.Н., Тагиев Ш.К., Бармашев В.А., Марков В.Н. Автоматизация как средство повышения взрывобезопасности производств. Масложировая промышленность, №3,2006 - С. 20 - 22.

Разработка и совершенствование способов повышения безопасности производственного оборудования, технологических процессов, вспомогательных операций и условий труда работников остается острой темой для ученых, инженеров, конструкторов и специалистов, непосредственно занятых выпуском продукции на предприятиях.

References

1. O promyshlennoj bezopasnosti opasnyh proizvodstvennyh ob "ektov: Federal'nyj zakon, utverzhdennyj Gosudarstvennoj dumoj RF 20.06.97 g.. № 116-FZ (v redakcii ot 04.03.13 № 22-FZ.).

2. Berezhnoj S.A., Romanov V. V., Sedov YU.I. Bezopasnost' zhiznedeyatel'nosti: Uchebnoe posobie. Tver': TGTU, 1996. - 304 s.

3. Lisicyn A.N., Tagiev SH.K., Barmashev V.A., Markov V.N. Avtomatizaciya kak sredstvo povysheniya vzryvobezopasnosti proizvodstv. Maslozhirovaya promyshlennost' №3,2006 - S. 20 - 22.

ACTUAL PROBLEMS OF SAFETY OF TECHNOLOGICAL PROCESSES AND PRODUCTIONS TO PREVENT ANTHROPOGENIC EMERGENCY SITUATIONS

The authors discussed the main issues of increasing the level of safety of technological processes in food production. The authors substantiate the need for deeper integration of efforts of specialists of various profile activities in the development and improvement of methods of increase of safety of production equipment, technological processes, auxiliary operations. The authors showed the importance of addressing issues of prevention of emergency situations on the example of the extraction production to increase uninterrupted production of quality food products.

Keywords: production, equipment, process extraction, and industrial and fire safety. Федоров А.В.,

Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет

информационных технологий, механики и оптики

Всероссийский научно-исследовательский институт жиров,

Россия, г. Санкт-Петербург,

+ 7(981) 1069078, +7 (812) 712-27-00,

afedorov@corp.ifmo.ru, pbprs.ifmo.ru, vegoils@vniig.org, www.vniifats.ru Fedorov A. V.,

St. Petersburg National Research University of Information Technologies, Mechanics and Optics

All-Russian Research Institute of Fats, Russia, St. Petersburg.

Бармашев В.А.,

Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет

информационных технологий, механики и оптики

Всероссийский научно-исследовательский институт жиров,

Россия, г. Санкт-Петербург,

+ 7(981) 1069078, +7 (812) 712-27-00

afedorov@corp.ifmo.ru, pbprs.ifmo.ru, vegoils@vniig.org, www.vniifats.ru Barmashev V.A.,

St. Petersburg National Research University of Information Technologies, Mechanics and Optics

All-Russian Research Institute of Fats, Russia, St. Petersburg.

Марков В.Н.,

Всероссийский научно-исследовательский институт жиров, Россия, г. Санкт-Петербург, vegoils@vniig. org, www.vniifats. ru + 7 (812) 712-27-00, Markov V.N.,

All-Russian Research Institute of Fats, Russia, St. Petersburg.

Тагиев Ш.К.,

Всероссийский научно-исследовательский институт жиров, Россия, г. Санкт-Петербург, vegoils@vniig.org, www.vniifats.ru + 7 (812) 712-27-00, Tagiev Sh.K.,

All-Russian Research Institute of Fats, Russia, St. Petersburg.

© Федоров А.В., Бармашев В.А., Марков В.Н., Тагиев Ш.К., 2017