CC BY
94
УДК 614.8.084
М.А.ПАШКЕВИЧ, д-р техн. наук, профессор, mpash@spmi. ru
Т.А.АНЦИФЕРОВА, аспирант, tanya.antsiferova@yandex.ru
Национальный минерально-сырьевой университет «Горный», Санкт-Петербург
M.A.PASHKEVICH, Dr. in eng. sc., professor, mpash@spmi.ru T.A.ANTCIFEROVA, post-graduate student, tanya. antsiferova@yandex. ru National Mineral Resources University (Mining University), Saint Petersburg
ОЦЕНКА РИСКА ТЕХНОГЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ПРЕДПРИЯТИЙ ТОПЛИВНО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА
Рассмотрен метод оценки экологической опасности производственных объектов топливно-энергетического комплекса, позволяющий выявлять основные предпосылки и источники сбоев в работе, которые могут привести к авариям или чрезвычайным ситуациям.
Ключевые слова: экологическая опасность, техногенные загрязнения, аварии, чрезвычайные ситуации.
RISK ASSESSMENT OF ANTHROPOGENIC IMPACT OF THE FUEL
AND ENERGY COMPLEX
This paper discusses a method for assessing the ecological risk of production of the fuel and energy complex, to identify key assumptions and sources of failures that can lead to accidents or emergencies.
Key words: environmental hazards, anthropogenic pollution, accidents, emergencies.
В настоящее время безопасность в при-родно-техногенной сфере является важнейшей проблемой во всем мире. События последнего времени отчетливо показали человечеству, что научно-технический прогресс несет не только благо. Интенсивная хозяйственная деятельность, рост промышленного производства, повышение его концентрации и сложности, стремительное развитие городов и промышленных агломераций неразрывно связано с усилением воздействия на окружающую среду, увеличением вероятности возникновения чрезвычайных ситуаций (ЧС) и аварий как техногенного, так и природного характера.
Так, во многих промышленных регионах России сформировалась сложная экологическая обстановка. Опасность сложившейся ситуации характеризуется, в частно-
сти, следующими данными Госкомэкологии России: в настоящее время территория с крайне неблагоприятными экологическими условиями составляет до 17 % общей площади страны и на ней проживает 30-40 % населения России; более 40 % объема сточных вод, сброшенных в водоемы, отнесено к категории загрязненных, и, как следствие, около половины населения России использует для питья воду, не соответствующую гигиеническим нормам. В ряде регионов антропогенные нагрузки давно превысили установленные нормативы. Сложилась критическая ситуация, при которой возникают значительные изменения ландшафтов, происходит истощение и утрата природных ресурсов, значительно ухудшаются условия проживания населения, что в итоге приводит к росту заболеваемости.
В связи с этим в обществе нарастает беспокойство по поводу состояния природной среды, неоправданно интенсивного использования природных ресурсов, уменьшения биоразнообразия и растущей аварийности объектов техносферы. Так, по данным ВЦИОМ, в течение последних четырех лет доля россиян, оценивающих экологическую обстановку в месте своего проживания как благополучную, снизилась с 44 % в 2005 г. до 39 % в текущем году. Как и ранее, преобладают негативные оценки (58 %): 49 % опрошенных состояние окружающей среды кажется скорее неблагополучным, 9 % - катастрофическим.
Одним из наиболее опасных техногенных источников воздействия на человека и объекты природной среды являются предприятия минерально-сырьевого комплекса (МСК), в частности нефтеперерабатывающие предприятия (НПП). НПП являются сложными высокотехнологичными промышленными предприятиями с высокой энергоемкостью и концентрацией токсичных, пожаро- и взрывоопасных веществ. В большинстве случаев, даже при нормальном функционировании этих объектов, имеет место выброс в атмосферу или сброс в водную среду тех или иных загрязняющих веществ*.
Основными веществами, загрязняющими атмосферный воздух в результате деятельности НПП, являются углеводороды (58,5 %); оксиды серы (16,5 %); оксиды азота (1,8 %); оксиды углерода (17,1 %); твердые вещества (4,2 %). Выбросы в атмосферный воздух специфических веществ (аммиака, ацетона, фенола, ксилола, толуола, бензола) составляют приблизительно 2 %.
Со сточными водами нефтеперерабатывающих предприятий в водоемы поступает значительное количество нефтепродуктов, сульфидов, хлоридов, соединений азота, фенолов, солей тяжелых металлов, взвешен-
Абросимов А.А. Экология переработки углеводородных систем: Учебник / Под. ред. М.Ю.Доломатова, Э.Г.Теляшева. М., 2002. 608 с.
Abrosimov A.A. Ecology of hydrocarbon material processing: Textbook / Ed. by M.Yu.Dolomatov, E.G.Telyashev, Moscow, 2002. 608 p.
226
ных веществ и др. На нефтеперерабатывающих заводах наблюдается загрязнение почвенного слоя нефтепродуктами на значительную глубину, а в подпочвенных горизонтах образуются линзы нефтепродуктов, которые мигрируя с грунтовыми водами, загрязняют окружающую среду и создают аварийные ситуации на водозаборных сооружениях.
В результате этих выбросов и сбросов в зоне влияния НПП сегодня имеет место превышение среднегодовых предельно-допустимых концентраций в атмосферном воздухе и поверхностных водных объектах, загрязнение подземных вод. Высокая степень загрязнения атмосферного воздуха и воды приводит к накоплению загрязняющих веществ в почвах.
Но наиболее масштабные и опасные техногенные загрязнения происходят при авариях и ЧС. Так, аварийные выбросы и сбросы (разливы) нередко приводят к катастрофическим последствиям. Известно, что ежегодно в мире на нефтеперерабатывающих предприятиях происходит до 1500 аварий, 4 % которых связаны с массовой гибелью людей; материальный ущерб в среднем составляет свыше 100 млн долларов в год. Аварийность предприятий непрерывно растет. Так, в США за 30 лет число аварий в нефтепереработке увеличилось в 3 раза, число человеческих жертв - почти в 6 раз, материальный ущерб - в 11 раз**. Не лучше обстоят дела и в российской нефтеперерабатывающей промышленности. Ежегодно на предприятиях отрасли происходит около 50 крупных аварий и 20 тыс. случаев, сопровождающихся значительными разливами нефти, гибелью людей, большими материальными потерями. Ситуация осложняется тем, что на отечественных объектах по переработке нефти часто отсутствуют надежные системы предотвращения и локализации аварийных ситуаций.
Модели и механизмы управления безопасностью / В.Н.Бурков, Е.В.Грацианский, С.Е.Дзюбко, А.В.Щепкин. М., 2001. 160 с.
Models and mechanisms for managing safety / V.N.Burkov, E.V.Gratsiansky, S.I.Dzyubko, A.V.Schepkin. Moscow, 2001. 160 p.
ISSN 0135-3500. Записки Горного института. Т.203
Таким образом, в настоящее время проблема предупреждения техногенных происшествий (аварий и ЧС) на НПП приобретает особую актуальность. Для решения этой проблемы необходимо проводить изучение и оценку экологической ситуации, прогнозирование развития опасной ситуации, а также выявлять виды опасности и оценивать уровень риска их возникновения.
Как правило, основной причиной возникновения аварийных ситуаций с опасными веществами является несоблюдение правил техники безопасности обслуживающим персоналом. Опасности, связанные с переработкой опасных веществ, кроме того, могут быть обусловлены аварийными ситуациями с оборудованием и трубопроводами. К оборудованию, которое может служить потенциальным источником возникновения аварийных ситуаций, можно отнести резервуары, емкости, трубопроводы, производственные технологические установки, насосные и компрессорные станции и другое. Не исключены и внешние опасности, которые могут стать причиной возникновения аварийной ситуации: лесные пожары, смерчи и ураганы, удары молнии, а также террористические акты и авиакатастрофы.
Исходя из этого, можно выделить три группы причин, способствующих возникновению и развитию аварий:
• отказы технологического оборудования и трубопроводов (отказы оборудования и трубопроводов по причине коррозии, эрозии и усталостных изменений в конструкционных материалах; конструкционные недостатки оборудования и трубопроводов; использование нерегламентированных комплектующих элементов);
• ошибки обслуживающего и ремонтного персонала (собственно ошибочные действия персонала; халатность в проведении технологических операций; нарушение правил техники безопасности; неправильные действия в ликвидации аварий);
• неподдающиеся расчету внешние воздействия природного и техногенного характера (штормовые ветры и ураганы, снежные заносы, ливневые дожди, грозовые разряды, механические повреждения, диверсии и террористические акты).
Задачи, связанные с оценкой экологического риска и разработкой мер по его снижению, требуют учета таких факторов, как вероятность осуществления нежелательных событий и эколого-экономических последствий наступления этих событий (аварий, чрезвычайных ситуаций, утечек и т.д.).
Выделяют качественный и количественный анализ риска возможный аварий. Качественный анализ представляет собой выявление опасностей, определение возможных сценариев аварий, а также причин и факторов их реализации. Выполняя данный анализ, главное - не пропустить важных обстоятельств и подробно описать все возможные аварийные ситуации. По результатам качественного анализа проводится количественное определение вероятности наступления того или иного события, т.е. численное выражение риска.
Как уже было отмечено, главной особенностью НПП является использование в производстве большого количества пожаро-и взрывоопасных веществ. Исходя из их физических и химических свойств, возможны аварии, сопровождающиеся взрывами, пожарами, факельным горением и выбросами токсических веществ. Основными поражающими факторами в случае аварии являются тепловое излучение, открытое пламя, ударная волна и осколки разрушенного оборудования; не исключены отравления персонала и населения химически опасными веществами.
Для определения вероятности того или иного сценария аварии предлагается использовать метод логического анализа ошибок (ЛАО). Основным преимуществом данного метода является возможность выявления системно-логических цепочек, предпосылок и источников сбоев в работе, которые могут привести к авариям. В основе метода лежит выявление логических связей элементарных событий.
Для этого строится дерево событий (ДС), приводящих к аварийной ситуации. Основной целью построения дерева событий является определение всего ряда факторов, непосредственное действие которых может вызвать аварийную ситуацию в последовательности от общих событий к более частным.
Предлагаются следующие этапы построения ДС и анализа исследуемого объекта:
1. Определение верхнего нежелательного события (ВНС). Для определения ВНС реальной аварии используются методы идентификации опасности, выявленной при анализе отказов, нарушений и ошибок операторов, анализ документации по ремонту оборудования, диспетчерских журналов или другой аналогичной информации, накопленной за время многолетней эксплуатации промышленного объекта.
2. Сбор сведений о работе системы, подлежащей анализу, всей информации, которая может помочь разобраться в принципах работы данной системы: принципиальные схемы, карты технологического процесса, схемы трубопроводов и приборного оснащения, технологический регламент, инструкции и т.д.
3. Последовательное определение тех событий, которые привели к ВНС при определенных условиях, и детальное рассмотрение для каждого из этих событий факторов, его вызывающих.
Для количественной оценки риска необходимо произвести расчет вероятности каждого элемента диаграммы ЛАО. Она проводится на основе статистического анализа отказов аналогичного оборудования, показателей надежности и безопасности,
после чего проводится качественный анализ. Он заключается в сопоставлении различных путей развития аварии от начальных событий к ВНС и выявлении критических (наиболее опасных) сценариев, приводящих к аварии. Качественный анализ позволяет выявить исходные события, способствующие наступлению ВНС, и выявить события, наступление которых должно быть исключено для предотвращения ВНС.
Таким образом, метод ЛАО особенно эффективен в тех случаях, когда сложная проблема может быть расчленена на то или иное количество сравнительно простых задач, каждая из которых решается отдельно, после чего производится своеобразный синтез сложного решения. В процессе прогнозирования чрезвычайных ситуаций и их моделирования использование данного метода позволяет выявить основные сценарии аварий, включающих несколько событий, и рассчитать вероятность их реализации, определить количественные характеристики риска, ранжировать по степени опасности звенья технологического процесса.
Работа выполнена в Центре коллективного пользования научным оборудованием Горного университета при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации.
228 -
ISSN 0135-3500. Записки Горного института. Т.203
