CC BY
440
АНАЛИЗ ПРИЧИН АВАРИЙ НА ПРОИЗВОДСТВЕ, СВЯЗАННЫХ С ВЫБРОСОМ АВАРИЙНО ХИМИЧЕСКИ ОПАСНЫХ ВЕЩЕСТВ
С.А. Бокадаров, М.А. Гудков, А.Б. Емельянов, О.С. Бокадарова, Воронежский институт ГПС МЧС России, г. Воронеж
На территории Российской Федерации функционирует свыше 3650 химически опасных объектов, к числу которых относятся предприятия пищевой промышленности, использующие для хладообеспечения и сохранности продукции промышленные аммиачные холодильные установки.
За последние годы на производственных площадях пищевых предприятий,
участились случаи аварийных утечек из технологического оборудования.
Экономическая значимость этой отрасли требует расположения ближе к местам проживания большой численности населения. В крупных городах и вблизи них сосредоточено свыше 80% предприятий пищевой промышленности. Практически все из них имеют запасы аммиака. Поэтому в случае аварии в зону поражения попадает большая численность населения и наносится значительный материальный ущерб, что приводит к возникновению чрезвычайных ситуаций (ЧС). Ликвидация ЧС данного типа имеет свои особенности.
В качестве объекта исследования выбрано предприятие ОАО Молочный комбинат «Воронежский» расположен по адресу: г. Воронеж, ул. 45-й Стрелковой Дивизии, 259.Метод анализа - «дерево отказов», который предполагает наличие известного «главного» последствия от возможных инцидентов.
Цель анализа риска - оценить вероятностные характеристики наступления верхнего нежелательного события (ВНС). При этом обычно каждому базисному событию (т.е. исходному событию или неразложимому конечному событию) приписывается вероятность (частота) его появления. После этого, используя формулы теории вероятностей, получают оценку вероятности наступления ВНС. Для простых технологических процессов выбор ВНС очевиден и не составляет труда. Однако, для сложных многостадийных производственных процессов, в которых участвуют многофазные равновесные системы, а также большое количество взаимодействующих аппаратов, обоснование ВНС иногда требует построения двух и более «деревьев отказов» [1].
Анализ построенных деревьев отказов позволяет выявить события, вызывающие реализацию опасности, т.е. установить локальные участки на предприятии, которые делают его опасным для персонала и населения, проживающего вблизи. Такими недостатками могут быть не только технологические процессы, но и неправильные действия операторов. По некоторым данным до 80% техногенных ЧС обусловлены ошибками персонала ОПО [2].
Основные и типичные для большинства предприятий, эксплуатирующих аммиачные холодильные установки (АХУ), факторы, влияющие на промышленную безопасность:
- техническое состояние оборудования, трубопроводов, запорной и предохранительной арматуры;
- наличие, техническое состояние и организация грамотной эксплуатации приборов автоматической защиты и управления технологическим процессом;
- квалификация персонала и соблюдение технологической и трудовой дисциплины;
- готовность обслуживающего персонала к локализации и ликвидации аварийных ситуаций и аварий;
- оснащенность АХУ средствами противопожарной, а персонала -индивидуальной защиты;
- должный контроль со стороны руководства за состоянием промышленной безопасности и соблюдением нормативных требований при эксплуатации АХУ.
Пренебрежение любым из перечисленных факторов непременно увеличивает опасность эксплуатации ОПО, ставит персонал предприятия в зависимость от воли случая [3]. Одним из важнейших направлений повышения профессионального уровня рабочих и служащих является обучение их действиям в экстремальных условиях. Затраты на подобные мероприятия, как правило, не превышают 1% от величины материального ущерба от возможной аварии [4].
«Дерево отказов», используемое для анализа причин возникновения аварийных ситуаций при работе компрессоров АХУ представлен на рис. 1. Условные обозначения элементов «дерева отказов» представлены в таблице 1, исходные данные для построения «дерева отказов» компрессора представлены в таблице 2 [5].
В нашем случае рассматривалась возможная аварийная ситуация, сложившаяся в результате гидравлического удара в цилиндрах компрессора. Как следствие, выброс аммиака из технологического блока.
Таблица 1
Условные обозначения элементов «дерева отказов»
Название (логический знак), значение Графическое изображение
«ИЛИ» означает, что вышестоящее событие может произойти вслествие возникновения одного из нижестоящих о
«И» означает, что вышестоящее событие возникает при одновременном наступлении нижестоящих событий (соответствует перемножению их вероятностей для оценки вероятности вышестоящего события) □
Промежуточные события 1 1
Постулируемые исходные события-предпосылки о
Таблица 2
Исходные данные для построения «дерева отказов» компрессора
№п/п Событие или состояние модели Вероятность события,
1 Система автоматической защиты оказалась отключенной 0,0005
2 Обрыв цепей передачи сигнала от датчиков уровня жидкого аммиака в циркуляционном ресивере 0,00001
3 Ослабление сигнала о превышении допустимого уровня жидкого аммиака в циркуляционном ресивере 0,0001
4 Отказ усилителя-преобразователя сигнала о превышении допустимого уровня жидкого аммиака в циркуляционном ресивере 0,0002
5 Отказ уровнемера 0,00005
6 Отказ датчика уровня 0,0002
7 Оператор не заметил световой индикации о неисправности системы автоматической защиты (ошибка оператора)
8 Оператор не услышал звуковой сигнализации об отказе системы автоматической защиты (ошибка оператора) 0,001
9 Оператор не знал о необходимости перекрытия задвижкой трубопровода при превышении допустимого уровня жидкого аммиака в циркуляционном ресивере 0,001
10 Оператор не заметил индикации уровнемера о превышении допустимого уровня жидкого аммиака в циркуляционном ресивере 0,004
11 Отказ уровнемера 0,00005
12 Отказ автоматического перекрытия трубопровода задвижкой 0,00001
13 Обрыв цепей управления электроприводом задвижки 0,00001
б©©00© ©©©©©©© Рис. 1. «Дерево отказа» компрессора
Самыми опасными по своим последствиям считаются аварии:
- связанные с разрушением компрессоров при гидравлических ударах в цилиндре;
- разгерметизацией емкостного оборудования (ресиверы, конденсаторы, испарители)
- разгерметизация трубопроводов на стороне высокого давления, особенно жидкостных [3].
Принимая во внимание количества образующегося в процессах аммиака, размеры оборудования, трубопроводов и арматуры, даже небольшие в процентном отношении к общему потоку утечки аммиака могут привести к образованию токсичного облака, действие которого может распространиться за пределы ограждения предприятия.
Количество сценариев определяется рядом факторов:
- погодными условиями;
- местом расположения объекта;
- временем года и суток [4].
При разработке сценариев и оценке масштабов аварии помимо рассмотрения основных поражающих факторов следует также учитывать возможный «эффект домино».
Определение сценариев возникновения и динамики развития аварийных ситуаций проводилась с помощью блок-схемы, представленной ранее.
В зависимости от инициирующего события, условий обращения опасных веществ, условий окружающей среды указанные выше поражающие факторы могут реализоваться при следующих опасностях:
1) образование первичного токсичного облака аммиака (вероятность возникновения Р;= 3,4 10-6);
2) образование первичного и вторичного токсичного облаков аммиака (Р= 2,75-10-6).
Несмотря на то что аммиак относится к пожаровзрывоопасным веществам [6], в данной статье не рассматриваются сценарий с образованием пожаров проливов и взрывов облаков аммиачно-воздушной смеси.
Для данного предприятия наиболее типичной могут оказаться аварии с образованием токсичного облака. При этом наиболее опасными технологическими блоками являются линейные и дренажные (в случае, если они задействованы) ресиверы, поскольку в них находится наибольшее количество жидкого аммиака.
Сценарий А. Разрушение сосуда под давлением, содержащего аммиак.
Нарушение норм режима и обслуживания ^ выход параметров за предельные значения ^ разгерметизация технологического блока установки ^ выброс продукта из технологического блока ^ образование первичного облака ^ образование разлития ^ образование вторичного облака ^ интоксикация персонала и населения.
В данном случае рассматриваются резервуары (линейные, дренажные ресиверы), в которых находится наибольшее количество жидкого аммиака.
Сценарий В. Выброс аммиака из технологических блоков.
Нарушение норм режима и обслуживания ^ выход параметров за предельные значения ^ разгерметизация технологического блока установки ^ выброс продукта из технологического блока ^ образование первичного облака ^ интоксикация персонала и населения
В данном случае рассматриваются технологические блоки, в которых содержится газообразный аммиак (например, компрессоры). При реализации подобного сценария аварии происходит образование только первичного облака аммиака.
Сценарий С. Утечки аммиака через отверстия, образовавшиеся в результате износа оборудования. Нарушение норм режима и обслуживания ^ износ оборудования ^ образование свищей, щелей, неплотностей ^ утечка продукта через образовавшиеся щели ^ образование токсичного облака ^ интоксикация персонала и возможно населения.
Перечисленные сценарии не являются независимыми, так как реализация одного из них, как правило, порождает условия возникновения инициирующих событий для реализации других сценариев.
В соответствии с типовой схемой постадийного анализа условий возникновенияи развития аварий. При развитии аварии по сценарию А происходит разгерметизация технологического блока линейного ресивера.
Инициирующим фактором данной аварии может явиться гидравлический удар. Согласно статистическим данным это происходит в 75 из 100 [13].
Таблица 3
Исходные данные для оценки возможной обстановки при аварии на ХОО
Тип АХОВ аммиак
Условия хранения АХОВ жидкость под давлением
Количество АХОВ, разлившегося при 1,6 т
аварии, р0
Высота обвалования резервуара, Н 2 м
Время, прошедшее от начала аварии, N 1 ч
Плотность населения в районе чрезвычайной 10253 чел./км2
ситуации, вызванной аварией, Р
Метеоусловия
Температура воздуха, Тв 20 0С
Степень вертикальной устойчивости атмосферы инверсия
Скорость ветра, Ув 1 м/с
Время аварии 00:00
В качестве руководящего документа взят РД 52.04.253-90 «Методика прогнозирования масштабов заражения сильнодействующими ядовитыми веществами при авариях (разрушениях) на химически опасных объектах и транспорте». Расчет параметров заражения проводился в программной среде «АХОВ».
1. Эквивалентное количество вещества, перешедшего в первичное облако, т:
к • к • к • к • а, (1)
где Q0 - количество выброшенного (разлившегося) при аварии вещества, т;
К]- коэффициент, зависящий от условий хранения АХОВ;
К3 - коэффициент, равный отношению пороговой токсодозы хлора к пороговой токсодозе данного АХОВ;
К5 - коэффициент, учитывающий степень вертикальной устойчивости воздуха;
К7- коэффициент, учитывающий влияние температуры воздуха.
< = 0,18 • 0,025 ■ 1 ■ 1 ■ 1,621 = 0,007295 т.
2. Эквивалентное количество вещества по вторичному облаку рассчитывается по формуле:
<2Э = С1 - К1 ) • К2 • Кз • К4 • К5 • К6 • К
Э2 "" "2 "3 "4 и • а, (2)
где К2 - коэффициент, зависящий от физико-химических свойств аммиака; К4— коэффициент, учитывающий скорость ветра; й - плотность аммиака, т/м3;
И - толщина слоя аммиака (для сосудов с жидкостью, имеющих собственное обвалование), м.
к = Н - 0,2 = 1,8 м.
где Н - высота обвалования, м.
Кб - коэффициент, зависящий от времени, прошедшего после начала аварии
N
[ N 0*при _ N < Т
К6 =
Т0 8при _ N > Т ф
где N - время, прошедшее от начала аварии, ч;
Значение коэффициента Кб определяется после расчёта продолжительности испарения вещества с площади разлива:
к - а 1,8• 0,681 ..
Т =-= ----= 49 ч.
К • К • К 0,025-1-1
V - ДТ"0,8 _1 0,8
N<1, то К6 = * =1 , то
1 1
2э =(1 - 0,18)-0,025 • 0,04 • 1-1-1-1-- ,
1,8 -0,681 =0,001084 т.
1. Полная глубина зоны заражения, обусловленная воздействием первичного и вторичного облака АХОВ:
Г = Г'+0,5 - Г" , (4)
где Г' - большее из полученных значений Г1 и Г2, км; Г - меньшее из полученных значений Г1 и Г2, км.
Г\, Г2- максимальные значения глубин зон заражения первичным (вторичным) облаком АХОВ при авариях на ХОО.
Интерполируем табличные значения для глубины зон возможного заражения:
Г - Г / ч ГX = Гм + Г^Г (вх - вм )
- вм , (5)
где ГХ - искомое значение глубины зоны возможного заражения (Гм <Гх< Гб), км.
Глубина зоны возможного заражения первичным облаком: 0 38 - 0
Г = 0 + 0-(0,007295 - 0)= 0,2772 км.
1 0,01 - 0Ч У
Глубина зоны возможного заражения вторичным облаком:
0,38 - 0/ ч
Г = 0 + -(0,001084 - 0) = 0,0412 км.
2 0,01 - 0Ч У
Т.к. Г>Г2, полная глубина зоны заражения, обусловленная воздействием первичного и вторичного облаков аммиака равна:
Г = Г + 0,5 - Г = 0,2772 + 0,5 - 0,0412 = 0,2978 км.
2. Предельно возможное значение глубины переноса воздушных масс:
Г„ = N - V = 1 - 5 = 5 км. (6)
где V - скорость переноса переднего фронта ЗВ, км/ч
За окончательную расчётную глубину зоны заражения принимаем Г = 0,2978 км, т. к. Г <Гп.
Определение площади зоны заражения. Площадь зоны возможного заражения первичным (вторичным) облаком АХОВ, км2:
= 8,72 • 10 3 • Г2 • р ^
где ф - угловые размеры зоны возможного заражения в зависимости от скорости ветра.
^ = 8,72 • 10 3 • 0,29782 480 = 0,14 км2.
2. Площадь зоны фактического заражения, км2:
Бф = К8 • Г2 • , (8)
К8 - коэффициент, зависящий от степени вертикальной устойчивости воздуха.
^ = 0,081 • 0,29782 •10 2 = 0,00718 км2.
Таблица 4
Сводная таблица масштаба заражения аммиаком при аварии
Толщина слоя разлившегося аммиака, к 1,8 м
Эквивалентное количество аммиака по первичному облаку, 0,007295 т
Эквивалентное количество аммиака по вторичному облаку 0,001084 т
Продолжительность поражающего действия АХОВ, Т 49 ч
Глубина зоны заражения первичным облаком АХОВ, Г1 0,2772 км
Глубина зоны заражения вторичным облаком АХОВ, Г2 0,0412 км
Полная глубина зоны заражения, обусловленная воздействием первичного и вторичного облака АХОВ, Г 0,2978 км
Предельно возможное значение глубины переноса воздушных масс, Гп 5 км
Площадь зоны возможного заражения первичным (вторичным) облаком АХОВ 0,14 км2
Площадь зоны фактического заражения 0,00718 км2
Общее количество человек, попадающих в зону заражения АХОВ, Р0 1436
Полученные расчетные данные позволят продолжить исследования в этой области, в частности, подобрать оптимальную схему локализации аварии, а также режим водяных завес.
