CC BY
58
УДК 621.18.003.12
С.А. Хлуденёв, В.В. Новоселов, А.Г. Хлуденёв, Н.М. Рябчиков, С.Х. Загидуллин
Пермский государственный технический университет
АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ОБОРУДОВАНИЯ В ЗАДАЧАХ ОЦЕНКИ АВАРИЙНОГО РИСКА АММИАЧНЫХ ХОЛОДИЛЬНЫХ УСТАНОВОК
Приведены результаты технического диагностирования и анализ технического состояния различных типов теплообменных и емкостных аппаратов аммиачных холодильных установок предприятий химической и пищевой промышленности. Результаты могут быть использованы в задачах оценки риска аммиачно-холодильного оборудования, выработавшего свой проектный ресурс.
В настоящее время большое количество предприятий химической и пищевой промышленности применяют систему холодоснабжения на базе аммиачно-холодильных установок (АХУ). Такие предприятия попадают под действие Федерального закона № 116 «О промышленной безопасности производственных объектов».
Основные опасности АХУ связаны с токсическим и энергетическим потенциалами, возможным их высвобождением в сочетании с воздействием токсических, ударно-волновых и тепловых нагрузок. Аммиачное оборудование пищевых предприятий представляет особую опасность вследствие преимущественного расположения последних на селитебной территории. Так, по нашим расчетам, при аварии с полным разрушением емкостного аммиачного оборудования, например ресивера, установленного без поддона на наружной площадке, при неблагоприятных атмосферных условиях глубина зоны токсического поражения может достигать 1,2 км. В работе [1] показано, что к комплексу вышеперечисленных рискообразующих факторов целесообразно относить и изношенность технологического оборудования вследствие протекания в нем деградационных процессов в условиях длительной эксплуатации. Изношенность формирует техническое состояние оборудования и обусловливает экстремальные условия его функционирования.
Следует отметить, что оборудование АХУ рассматриваемых предприятий в основной своей массе физически устарело и исчерпало свой проектный ресурс.
В работе [2] также отмечается, что «... вероятность появления аварийных ситуаций и размеры соответствующего ущерба возрастают по мере старения оборудования».
Обеспечение приемлемого уровня промышленной и экологической безопасности АХУ может быть достигнуто путем прогнозирования опасностей и их проявлений на основе концепции риска.
Общие методы анализа риска известны [3], их совершенствованию уделяется достаточное внимание. Однако концепция риска стареющего оборудования в настоящее время представлена единичными работами [2, 4]. Так, в работе [4] предложен подход к прогнозированию потенциальных опасностей при эксплуатации изношенного нефтехимического оборудования, основанный на определении частотной составляющей риска с учетом фактического состояния объекта. Подход ориентирован на индивидуальную нагруженность оборудования и его реальное техническое состояние.
В качестве параметра, характеризующего техническое состояние объекта, используется степень износа 8, определяемая как отношение фактического утонения стенки А^ф объекта к максимально возможному А^тах при достижении стенкой расчетной величины:
В этой связи с целью предварительной оценки изношенности основного технологического оборудования АХУ в рамках рассматриваемого подхода к анализу риска нами были проанализированы результаты технического диагностирования (в частности толщинометрии) более трехсот единиц различных типов теплообменных и емкостных аппаратов, входящих в состав АХУ предприятий пищевой и химической промышленности отработавших свой нормативный ресурс. Анализ и обработка результатов диагностирования выполнялись в соответствии с основными положениями математической статистики [5].
Как видно на рис. 1, наибольшей изношенностью, достигающей значения 8 = 0,4, отличаются вертикальные конденсаторы. Для остальных же типов аппаратов степень износа существенно ниже и находится
в пределах 8 = 0,1...0,2. Уместно отметить, что в соответствии с паспортной и ремонтной документацией вертикальные конденсаторы чаще других аппаратов выводятся из эксплуатации и подвергаются ремонтным работам с применением сварки.
0,450 -i---------------------------------------
0,400 - i—i....................................
0,350..........................................
0,300..........................................
0,250..........................................
0,200......ГП..................................
0,150...............П...г—.....................
0,100.............................ГП ГП |—i
0,050..........................................
0,000 II—1,1—1, LI, LI, LI, LI, LI, LI, LI
123456789
Рис. 1. Гистограмма степени износа емкостного оборудования АХУ: 1 - конденсаторы вертикальные (КВ-150, КВ-250); 2 - сепараторы; 3 - конденсаторы (ИКТ, КТГ и др.); 4 - транспортные емкости; 5 - испарители; 6 - маслоотделители; 7 - ресиверы (различных типов); 8 - отделители жидкости; 9 - промежуточные сосуды
Представляет интерес распределение значений 8 по высоте корпуса конденсатора (рис. 2). Как видно на рис. 2, степень износа стенок конденсаторов, начиная от высотной отметки Н = 700.800 мм, возрастает по мере приближения к нижней трубной решетке. Максимальное значение степени износа 8 = 0,4 наблюдается в сечении на высоте Н = 200 мм. Такая картина износа характерна для группы конденсаторов, эксплуатирующихся в ОАО «Пермский хладокомбинат ’’Созвез-дие„», ОАО «Галоген».
Одной из возможных причин отмеченного характера распределения значений 8 по высоте корпуса конденсаторов может служить частичная конденсация паров аммиака на внутренней поверхности нижней части корпуса, обусловливающая повышенный эрозионнокоррозионный износ аппарата. Это обстоятельство подтверждается выполненными нами тепловыми расчетами, некоторые результаты которых представлены на рис. 3 и 4.
Рис. 2. Распределение значений степени износа по высоте корпуса конденсаторов:
- конденсатор вертикальный КВ-150 (ОАО «Созвездие»);
■ - конденсатор вертикальный КВ-250 (ОАО «Галоген»)
Рис. 3. Распределение значений толщины пленки 5 по высоте корпуса конденсатора, мм
Рис. 4. Распределение значений критерия Рейнольдса пленочного по высоте корпуса конденсатора, мм
Результаты тепловых расчетов свидетельствуют о том, что на внутренней поверхности нижней части корпуса конденсатора, начиная от высотной отметки Н = 740 мм, существует зона пленочного течения
жидкости, обусловленная конденсацией аммиака. Толщина пленки жидкости (рис. 3), а также степень ее турбулизации, характеризуемая значением критерия Рейнольдса пленочного (рис. 4), возрастают по мере приближения к нижней трубной решетке.
Вид кривых на рис. 3 и 4, характеризующих пленочное течение жидкости, аналогичен картине износа конденсаторов на рис. 2.
Наблюдаемый повышенный эрозионно-коррозионный износ в жидкой фазе (пленке конденсата) по сравнению с парогазовой корреспондирует с данными работы [4], в которой отмечено существенное влияние агрегатного состояния технологических сред на кинетику износа оборудования.
Вышеизложенное показывает, что учет реального состояния аммиачного оборудования при оценке его потенциальной опасности является важной задачей и необходимым условием повышения эффективности анализа риска АХУ.
Список литературы
1. Анализ риска объектов химического профиля на основе информации о техническом состоянии оборудования / А. Г. Хлуденев, Н. М. Рябчиков, С. А. Хлуденев [и др.] // Безопасность труда в промышленности. 2006. № 3. С. 28-33.
2. Лисанов М. В.. Анализ риска в управлении промышленной безопасностью опасных производственных объектов нефтегазового комплекса: дис. ... д-ра техн. наук. М., 2002.
3. Методические указания по проведению анализа риска опасных производственных объектов: РД 03-418-2001: утв. Госгортехнадзором РФ 10.07.2001.
4. Хлуденев С. А. Оценка воздействия нефтехимических производств на объекты окружающей среды при различных условиях функционирования: дис. ... канд. техн. наук. Пермь, 2007.
5. Ахназарова С. Л., Кафаров В. В. Методы оптимизации эксперимента в химической технологии. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Высш. шк., 1985. 327 с.
Получено 17.06.2009
