CC BY
215
АНАЛИЗ БЕЗОПАСНОСТИ И ОЦЕНКА РИСКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ПРОИЗВОДСТВА
ЭТАНОЛАМИНОВ
Козлитин Анатолий Мефодьевич
д-р техн. наук, профессор, Саратовского государственного технического университета имени
Гагарина Ю.А., РФ, г. Саратов Е-mail: kammov@gmail.com
SAFETY ANALYSIS AND RISK ASSESSMENT OF THE TECHNOLOGICAL PROCESS OF PRODUCTION OF ETHANOLAMINES
Anatoliy Kozlitin
doctor of Technical Sciences, Professor of Yuri Gagarin State Technical University of Saratov,
Russia, Saratov
АННОТАЦИЯ
В статье рассмотрены особенности анализа и оценки риска аварий в планах локализации и ликвидации аварийных ситуаций в нефтехимической промышленности. Разработан метод анализа и количественной оценки риска перехода аварийной ситуации в технологическом блоке установки на более высокий уровень по степени опасности.
ABSTRACT
The article describes the peculiarities of analysis and evaluation of accident risks in the plans of localization and liquidation of emergency situations in the petrochemical industry. The method for analyzing and quantifying the risk of transition of accident situation of installation technological block to a higher level of hazard has been developed.
Ключевые слова: риск; авария; аварийная ситуация; безопасность; технологический блок; сценарии аварийной ситуации; технический риск; потенциальный риск.
Keywords: risk; accident; accident situation; safety; technological block; accident situation scenarios; technical risk; potential risk.
created by free version of
DociFreezer
Анализ опасности технологического блока заключается в разработке сценариев возникновения аварий и количественной оценке риска их развития. При этом важной составляющей плана локализации и ликвидации аварий (ПЛА) является оценка вероятности перехода аварии в технологическом блоке на более высокий уровень «Б» или «В».
Остановимся более подробно на последовательности анализа опасностей технологического блока для конкретного предприятия оргсинтеза.
С этой целью из всего множества объектов рассматриваемого предприятия органического синтеза выделим для последующего анализа блок слива жидкого аммиака из вагона-цистерны в емкости склада хранения аммиака цеха производства гликолей и этаноламинов (ПГЭ).
Жидкий аммиак поступает на предприятие в вагонах-цистернах. Слив производится на эстакаде слива, которая расположена на отдельном ответвлении ж/д пути.
Определим возможные сценарии развития аварийных ситуаций на стадии слива жидкого аммиака из вагона-цистерны, с помощью типовой схемы построения сценариев (рис. 1).
А-1.1.0._
Разгерметизация трубопроводов, фланцевых соединений, запорной арматуры по линиям слива (налива) аммиака. Коррозионный, физический износ, механическое повреждение, дефекты монтажа
А-1.1.1._
Разгерметизация железнодорожной цистерны с аммиаком. Коррозионный, физический износ, механическое повреждение
Рисунок 1. Схема сценариев развития аварийных ситуаций в блоке слива
жидкого аммиака цеха ПГЭ
created by free version of
DociFreezer
A-l.1.2.
Загазованность территории Б-1.1.0. W.
парами аммиака
с образованием токсичного облака w
Выполним оценку вероятности реализации и дальнейшего развития аварий в блоке слива жидкого аммиака цеха ПГЭ. На представленной схеме сценариев для блока слива жидкого аммиака цеха ПГЭ в качестве исходных стадий аварийных ситуаций рассматриваются: разгерметизация трубопровода и разгерметизация вагона-цистерны жидкого аммиака на открытой площадке территории эстакады слива. Вероятность реализации возможных сценариев аварийной ситуации в технологическом блоке слива жидкого аммиака характеризуется, в соответствии с РД 03-418-01 [4], техническим риском.
Для оценки величины технического риска Rtex воспользуемся в соответствии с нашими исследованиями [1; 2] уравнением следующего вида:
К* =ЛА • [1 - Р(А)] • Р(В), (1)
где: ЯА — вероятность возникновения на рассматриваемом оборудовании аварийной ситуации за год;
Р(А) — надежность работы локализующих систем;
Р (в) = ^ р — вероятность сложного события, характеризующего развитие
к=1
рассматриваемой аварийной ситуации в технологическом блоке;
Pk — вероятности элементарных событий, предопределяющих развитие аварии по рассматриваемому сценарию.
Вероятность возникновения на рассматриваемом оборудовании аварийной ситуации ЯА определяется на основе метода анализа дерева отказов. Дерево отказов вагона-цистерны приведено на рис. 2.
Необходимо, при оценке ЯА, учитывать, что вагоны-цистерны с жидким аммиаком поступают на предприятие по мере необходимости, в среднем 100 вагонов-цистерн в год. При этом поставка и слив на эстакаде из вагона-цистерны жидкого аммиака осуществляется в рабочие дни. Одновременно на эстакаде находится одна вагон-цистерна. Таким образом, вероятность вагона-цистерны оказаться на эстакаде в течение года составляет Рв-ц = 0,0913.
Следовательно, учитывая рассчитанную на основе дерева отказов вероятность разгерметизации вагона-цистерны 4,7х10-4 год-1 и вероятность нахождения ее в течение года на эстакаде 0,0913, получим частоту исходного события А-1.1.1 — разгерметизация вагона-цистерны с аммиаком на эстакаде, которая составит ^а = 4,29х10-5 год-1.
Рисунок 2. Дерево отказов вагона-цистерны
Вероятности реализации исходных аварийных ситуаций в технологическом блоке слива жидкого аммиака цеха ПГЭ, приведены в таблице 1.
Таблица 1.
Вероятности реализации аварийных ситуаций в блоке
Стадия аварии Аварийная ситуация Вероятность аварийной ситуации, 1/год
А-1.1.0. Разгерметизация трубопроводов, фланцевых соединений, запорной арматуры по линиям слива (налива) аммиака 5,0х10-3
А-1.1.1. Разгерметизация вагона-цистерны с аммиаком 4,29х10-5
При выбросах токсичных сжиженных газов последствия аварии будут зависеть от уровня подготовки оператора, от надежности и эффективности
локализующих систем, а также систем сигнализации и связи. Поэтому вероятности, характеризующие развитие аварийной ситуации в технологическом блоке слива жидкого аммиака для каждого из рассматриваемых сценариев, определялись с использованием диаграммы «причин-последствий». Диаграмма «причин-последствий» для определения вероятностей сценариев дальнейшего развития аварийных ситуаций в технологическом блоке, показана на рис. 3.
Рисунок 3. Диаграмма «причин-последствий,» при авариях в технологическом блоке слива жидкого аммиака
Элементарные события Рк определяются для соответствующего сценария с использованием дерева событий.
Дерево событий для определения вероятностей сценариев дальнейшего развития аварийных ситуаций в технологическом блоке слива жидкого аммиака, показано на рис. 4.
0,25
Ликвидация утечки жидкой фазы аммиака
Разгерметизация 0?2 Локализация
блока 0,75 Вылив аварийной ситуации
жидкой фазы аммиака 0,8 Образование
токсичного облака
Рисунок 4. Дерево событий при авариях в технологическом блоке слива
жидкого аммиака
Частоты реализации сценариев аварийных ситуаций в технологическом блоке слива жидкого аммиака с учетом диаграммы «причин-последствий» (рис. 3) и дерева событий (рис. 4), представлены в таблице 2.
Таблица 2.
Технический риск сценариев аварийных ситуаций
Стадия аварии Сценарий Технический риск, год-1
К*Р(В) К**Р(В)
А-1.1.2 Загазованность территории парами аммиака при разгерметизации трубопроводов, фланцевых соединений, запорной арматуры по линиям слива аммиака 2,24х10-3 7,65х10-4
при разгерметизации вагона-цистерны с жидким аммиаком на эстакаде 1,92х10-5 6,56х10-6
Возникновение и развитие аварии в блоке при: Я*-Р(В) - надежной работе локализующих систем; Я**-Р(В) — отказе локализующих систем
Для оценки ожидаемых последствий при осуществлении рассматриваемых сценариев в блоке слива жидкого аммиака цеха ПГЭ необходимо определить количество опасного вещества, участвующего в создании поражающих
факторов. При этом предполагается, что разгерметизация единичного аппарата технологического блока приводит к выбросу всего опасного вещества, обращающегося в данном аппарате и формированию поражающих факторов.
Данные о количестве опасного вещества, участвующего в аварии при аварийной разгерметизации технологического блока для рассмотренных выше сценариев приведены в таблице 3.
Таблица 3.
Количество опасного вещества, участвующего в аварии
Стадия аварии Последствия Основной поражающий фактор Количество опасного вещества, участвующего
в аварии, т в создании поражающих факторов, т
А-1.1.2 Загазованность территории парами аммиака при разгерметизации трубопроводов, фланцевых соединений, запорной арматуры Токсическое воздействие 5 1,8
при разгерметизации вагона-цистерны с аммиаком на эстакаде 34 34
Выполним расчет вероятных зон действия поражающих факторов при реализации сценариев аварийной ситуации в блоке слива жидкого аммиака цеха ПГЭ. Результаты расчета вероятных зон действия поражающих факторов при реализации сценариев аварийной ситуации в блоке слива жидкого аммиака приведены в таблице 4.
Таблица 4.
Основные результаты расчета вероятных зон действия поражающих
Параметр Результаты расчета для сценария А-1.1.2.
при разгерметизации трубопроводов, фланцевых соединений, запорной арматуры при разгерметизации вагона-цистерны с аммиаком на эстакаде
Токсическое поражение. Методика «Токси 2.2»
Размер зоны смертельных поражений, м 188 627
Размер зоны пороговых поражений, м 729 2443
Токсическое поражение. Методика «ЯЕЛР8-КЕЛ» РЭА
Глубина зоны при надежной работе систем локализации аварийной ситуации, м
смертельного поражения 105 364
тяжелого поражения 134 467
Параметр Результаты расчета для сценария А-1.1.2.
при разгерметизации трубопроводов, фланцевых соединений, запорной арматуры при разгерметизации вагона-цистерны с аммиаком на эстакаде
поражения средней тяжести 169 587
порог поражения 424 1471
Глубина зоны при отказе систем локализации аварийной ситуации, м
смертельного поражения 188 654
тяжелого поражения 241 837
поражения средней тяжести 303 1054
порог поражения 760 2642
Основная опасность технологического блока слива жидкого аммиака связана с токсическим заражением прилегающей территории парами аммиака. В данной статье рассмотрим наиболее тяжелые последствия при разгерметизации оборудования блока слива жидкого аммиака для стадии развития аварийной ситуации А-1.1.2 — загазованность территории парами аммиака с образованием токсичного облака. Поражающие факторы аварии выходят за границы территории предприятия, рис. 5.
Рисунок 5. Зоны токсического поражения людей при разгерметизации
вагона-цистерны с аммиаком
Краткое описание сценария аварии в блоке слива жидкого аммиака:
Разрушение вагона-цистерны на эстакаде с выбросом жидкого аммиака. Отказ систем локализации. Образование токсичного облака. Загазованность территории парами аммиака. Технический риск аварии — 6,56х10-6 год-1. Максимально возможный аварийный выброс жидкого аммиака 34 т. Основной поражающий фактор — токсическое поражение. В зоне токсического воздействия паров аммиака может оказаться прилегающая к объекту селитебная территория. Аварийная ситуация на этой стадии может перейти на уровень «В».
Оценим последствия перехода аварийной ситуации на уровень «В». С этой целью определим распределение потенциального риска на прилегающей к объекту территории, используя изложенные в работах [1; 2; 3] методы количественной оценки техногенных рисков.
Результаты выполненных расчетов приведены на рис. 6 и рис. 7.
Рисунок 6. Распределение потенциального риска на прилегающей к объекту
территории
1 -ю 1 .10" 1 ю" 1 -10"
-5
I
о К Си
1 -10. 10
-ю -11 -12 -13 -14 -15 -16 -17 -18 -19 -20 -21
^елитеоная территория —>
\
I
1
0.5
1 1.5
Расстояние, км
2.5
Г, км Риск, 1/год
l 0.109 1.39-10
2 0.218 1.391-10-6
3 0.327 1.391-10-6
4 0.436 1.3910 <3
5 0.545 9.822-10-7
6 0.654 2.886-10-7
7 0.764 7.363-10-8
8 0.873 2.029-10-8
9 0.982 6.106-10-9 A
10 1.091 1.967-10-9 с* cd X о
11 1.2 6.647-10-Ю
12 1.309 2.312-10-Ю 0) H s <D
13 1.418 8.139-10 -П
14 1.527 2.85-10 -П
15 1.636 9.743-10-12 V
Он
Рисунок 7. График потенциального риска в функции расстояния от места
аварии
Выводы
По результатам картирования потенциального риска можно видеть, что вероятность поражения населения близлежащих жилых массивов и производственного персонала других организаций пренебрежимо мала и ниже приемлемого уровня риска 10-8 1/год с учетом вероятности нахождения людей в зонах поражения, что позволяет не рассматривать для селитебной территории уровень «В» аварийной ситуации.
Однако при разрушении вагона-цистерны с аммиаком на эстакаде с образованием токсичного облака, риску токсического поражения парами аммиака подвергается персонал соседних цехов с вероятностью, превышающей 10-6 1/год. Следовательно, аварийная ситуация на этой стадии переходит на уровень «Б».
Список литературы:
1. Козлитин А.М. Аналитические методы количественной оценки коллективного риска людских потерь при авариях на химически опасных
created by free version of
DociFreezer
объектах техносферы // Технические науки - от теории к практике: сб. ст. по материалам XXXVI Междунар. науч.-практ. конф. (Россия, г. Новосибирск, 23 июля 2014 г.) № 7 (32). Новосибирск: Изд. «СибАК», 2014. — С. 137—145.
2. Козлитин А.М. Теория и методы анализа рисков сложных технических систем: монография. Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2009. — 200 с.
3. Козлитин А.М., Козлитин П.А. Чрезвычайные ситуации техногенного характера. Прогнозирование, анализ и оценка опасностей техносферы: учеб. пособие. Саратов: Издательский Дом «Райт-Экспо», 2013. — 136 с.
4. РД 03-418-01. Методические указания по проведению анализа риска опасных производственных объектов. Утверждены Госгортехнадзором России Постановлением от 10.07.2001 г. № 30.
^ created by free version of
S DociFreezer
