Разработка комплекса мероприятий по обеспечению противопожарной защиты газоперерабатывающего предприятия в городе Уфа

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Характеристика газоперерабатывающего предприятия в городе Уфа

2. Технология производства газоперерабатывающего предприятия

2.1 Применение сжиженных углеводородных газов

2.2 Физико-химические свойства сжиженных углеводородных газов, обуславливающие возникновение аварии

2.3 Переработка газа

2.4 Статистика чрезвычайных ситуаций на предприятиях нефтегазового комплекса

2.5 Анализ пожаровзрывоопасности газоперерабатывающего производства

2.6 Предотвращение взрывов и взрывозащита производственного оборудования, зданий, сооружений и технологических процессов предприятий нефтегазопереработки

3. Оценка риска аварий на газофракционирующей установке

3.1 Разработка сценариев развития чрезвычайной ситуации методом построения дерева отказов

3.2 Краткое описание рассматриваемой чрезвычайной ситуации

4. Пожаровзрывозащита газофракционирующей установки газоперерабатывающего предприятия

4.1 Анализ производства по пожаровзрывоопасности. Характеристика используемых в производстве веществ и материалов попожаровзрывоопасности

4.2 Описание расчетного сценария аварии

4.3 Расчет показателей пожаровзрывоопасности газофракционирующей установки

4.3.1 Расчет параметров волны давления

4.3.2 Расчет размеров зон, ограниченных нижним концентрационным пределом распространения (НКПР) газов

4.3.3 Расчет интенсивности теплового излучения при образовании «огненного шара»

4.3.4 Расчет интенсивности теплового излучения при пожаре пролива

4.4 Разработка мероприятий по предупреждению пожаров и взрывов на газофракционирующей установке

4.4.1 Разработка автоматической системы пожаротушения

4.4.1.1 Огнетушащие средства, используемые при тушении сжиженных углеводородных газов

4.4.1.2 Автоматические стационарные установки пожаротушения

4.4.1.3 Расчет расхода раствора пенообразователя

4.4.1.4 Расчет расхода воды на охлаждение резервуаров

4.4.1.5 Расчет количества пенообразующих устройств

4.4.2 Системы автоматической пожарной сигнализации

5. Планирование и технология выполнения аварийно-спасательных работ при ликвидации пожара на газоперерабатывающем предприятии

5.1 Перечень превентивных мероприятий при авариях на пожаро- и взрывоопасных объектах

5.2 Планирование, технология выполнения аварийно-спасательных работ в зоне аварии

5.3 Районы расположения формирований и время их выдвиже-ния в зону чрезвычайной ситуации

5.4 Организация разведки в зоне ЧС

5.5 Организация пожаротушения

5.5.1 Особенности тушения открытых технологических установок

5.5.2 Выбор способов прекращения горения и огнетушащих веществ

5.5.2.1 Водоснабжение

5.5.2.2 Расчет сил и средств пожаротушения

6. Организация управления ликвидацией ЧС

6.1 Оповещение и сбор руководящего состава при возникновении чрезвычайной ситуации на газоперерабатывающем предприятии

6.2 Структура управления ликвидацией чрезвычайной ситуации на газоперерабатывающем предприятии

6.3 Решение председателя комиссии по чрезвычайным ситуациям и обеспечению пожарной безопасности - директора газоперера-батывающего предприятия при ликвидации чрезвычайной ситуации

6.4 Организация взаимодействия сил ликвидации чрезвычайной ситуации

7. Разработка мер по обеспечению экологической безопасности

7.1 Меры безопасности при работах по тушению пожаров на объектах нефтегазоперерабатывающей отрасли

7.2 Меры безопасности при проведении работ в завалах

7.3 Меры безопасности при работах в условиях плохой видимости

7.4 Выбор методов и средств индивидуальной защиты спасателей

7.5 Организация обеспечения медицинской помощи

7.6 Анализ воздействия поражающих, опасных и вредных факторов, возникающих при взрыве и пожаре пролива на газоперерабатывающем предприятии, на организм человека

8. Оценка экономического ущерба при возникновении чрезвычайной ситуации на газоперерабатывающем предприятии

8.1 Расчет затрат на локализацию аварии и ликвидацию ее последствий

8.1.1 Затраты на питание ликвидаторов аварии

8.1.2 Расчет затрат на оплату труда ликвидаторов аварии

8.1.3 Расчет затрат на организацию стационарного и амбулаторного лечения пострадавших

8.1.4 Расчет затрат на топливо и горюче-смазочные материалы

8.1.5 Расчет затрат на амортизацию используемого оборудования и технических средств

8.2 Определение величины экономического ущерба

Заключение

Приложение

Список использованных источников

Введение

Чрезвычайные ситуации, связанные с применением сжиженных углеводородных газов в настоящее время происходят все чаще, в связи с нарастанием объемов производства. Актуальность работы обусловлена тем, что ущерб от пожаров и взрывов в промышленно развитых странах имеет колоссальные размеры и тенденцию постоянного роста. По мере повышения уровня технической оснащенности производства, повышается и его пожаровзрывоопасность. Пожары и взрывы являются составной частью большинства чрезвычайных ситуаций на предприятиях нефтегазопереработки, что обуславливает необходимость и актуальность разработки мер, направленных на их предупреждение.

Целью дипломной работы является обеспечение безопасности, прогнозирование чрезвычайной ситуации и разработка мероприятий по проведению аварийно-спасательных и других неотложных работ на газоперерабатывающем предприятии в городе Уфа.

Для реализации поставленной цели, в работе решаются следующие задачи:

- проведен анализ аварийности на данном и аналогичных производствах, выявлены возможные причины и разработаны сценарии возникновения развития аварийной ситуации на объекте методом построения дерева отказов;

- произведен расчет масштабов воздействия поражающих факторов ЧС;

- предложен комплекс мероприятий по проведению аварийно - спасательных и других неотложных работ в зоне поражения;

- изучена система управления за промышленной безопасностью на объекте и порядок взаимодействия формирований при ликвидации аварии;

- разработаны мероприятия по обеспечению безопасности при работе формирований в зоне поражения и оказанию медицинской помощи пострадавшим;

- рассчитан экономический ущерб от аварии.

Решение этих задач позволит повысить безопасность функционирования предприятия и его устойчивость к возникновению чрезвычайных ситуации, путем предложения комплекса мероприятий по снижению рисков возникновения аварий.



1. Характеристика газоперерабатывающего предприятия в городе Уфа

Газоперерабатывающее предприятие - филиал открытого акционерного общества «Акционерная нефтяная компания «Башнефть».

Предприятие предназначено для переработки попутного нефтяного газа с месторождений Республик Башкортостан и Татарстан и поступающей по трубопроводам и поступающей по трубопроводам широкой фракции легких углеводородов (ШФЛУ) от Оренбургского газового комплекса и месторождений Сибири.

Завод осуществляет прием и переработку ШФЛУ, поступающей в железнодорожных цистернах от других поставщиков.

Основными товарными продуктами завода являются:

- газы углеводородные (пропан-бутановые фракции) сжиженные топливные для коммунально-бытового потребления;

- изобутановая фракция;

- фракция нормального бутана;

- гексановая фракция;

- бензин газовый.

Опасный производственный объект отнесен к декларируемым объектам по наличию воспламеняющихся газов 805,1 т и горючих жидкостей, находящихся в технологическом процессе 396,6 т [2].

Газоперерабатывающее предприятие расположено в Туймазинском районе на удалении 7 км к северо-западу г. Туймазы.

Площадь предприятия 27 га, в т.ч. технологические установки - 11.4 га, товарно-сырьевой парк - 16.4 га.

Климат района - умеренно-континентальный. Рельеф местности относительно ровный с редкими лесопосадками. Балки, овраги, естественные и искусственные водоемы отсутствуют. Территория объекта незатопляемая. Землетрясения, сели, лавины, карстовые явления на месте расположения объекта не наблюдались. Территория объекта не является сейсмически опасной [2]. Имеет ограждение по всему периметру. Круглосуточно территория объекта охраняется вневедомственной военизированной охраной.

Температура воздуха:

- среднемесячная самого холодного месяца (январь) - минус 18,4?С,

- среднемесячная самого жаркого месяца (июль) - 25,6?С,

- абсолютный минимум - минус 50?С,

- абсолютный максимум - 40?С,

Среднегодовая температура воздуха 2,8?С,

Преобладающее направление ветра в течении года юго-западное. Среднегодовая скорость ветра - 3,1 м/с [2].

На газоперерабатывающем предприятии общая численность персонала составляет 228 человек, наибольшей рабочей смены - 130 человек, средняя численность - 114 человек, таблица 2.1.

Таблица 1

Составляющие декларируемого объекта	Численность, чел
	Средняя смена	Наибольшая смена
компрессорная станция	9	17
эстакада	8	13
лаборатория	4	9
заводоуправление	36	36
участок переработки газа	17	28
товарно-сырьевой парк	6	8
ремонтно-механическая мастерская	11	32
Контрольно-измерительные приборы и аппараты	6	16
электроцех	7	14
лаборатория наладки и измерения	2	5
участок водоснабжения	3	7
котельная	4	6
экологическая лаборатория	1	3
транспортный участок	9	19
медицинский пункт	1	1
газоспасательный пункт	5	10



2. Технология производства газоперерабатывающего предприятия

2.1 Применение сжиженных углеводородных газов

Сжиженные газы широко применяют в качестве сырья для нефтехимической промышленности, используют как моторное топливо, а также бытовое топливо для газификации населенных пунктов, предприятий, животноводческих ферм и т.д.

Основной потребитель сжиженных газов в настоящее время - это нефтехимические производства. Этан, пропан, н-бутан, а также газовый бензин и гексан служат сырьем для производства этилена, из которого получают этиловый спирт, глицерин, этиленгликоль, дихлорэтан, хлористый этил и др. При дальнейшей переработке этих веществ получают лаки, растворители, красители, моющие средства, синтетический каучук, полиэтилен, полипропилен [1].

В промышленности сжиженные углеводородные газы используются для термической обработки и резки черных металлов, для сварки и пайки цветных металлов, для поверхностной закалки и сушки. Применение газа для технологических нужд промышленности снижает стоимость топлива, способствует повышению производительности и улучшению качественных показателей работы агрегатов, а в химической промышленности улучшает технико-экономические показатели производства и позволяет уменьшить использование других веществ.

Сжиженные газы получают из попутного нефтяного газа, который добывается вместе с нефтью на нефтяных месторождениях.

Добытый на месторождениях нефтяной газ представляет собой смесь различных углеводородов, водяных паров, азота, а иногда и кислых компонентов: углекислоты и сероводорода. Транспортировать такой газ по трубопроводам на относительно большие расстояния и под давлением выше 0,7 МПа практически невозможно, так как водяные пары и тяжелые углеводороды при понижении температуры конденсируются, образуя жидкостные, ледяные и гидратные пробки, поэтому нефтяной газ подвергается переработке на газоперерабатывающих заводах [3].

При больших масштабах производства и переработки углеводородного сырья возрастают вероятность и степень опасности взрывов и пожаров. Размеры ежегодного материального ущерба от пожаров и взрывов во всех технически развитых странах имеют тенденцию к неуклонному росту. При этом увеличиваются размеры материального ущерба от каждого отдельного случая взрыва или пожара, так как с непрерывным ростом масштабов производства увеличиваются единичная мощность установок и концентрация на производственных площадях горючих и взрывоопасных продуктов и, прежде всего, сжиженных углеводородных газов. Наибольшее число крупных пожаров и взрывов на складах и открытых площадках обусловлено утечкой ЛВЖ и сжиженных углеводородных газов. Для выявления причин аварий на предприятиях газоперерабатывающей отрасли необходимо рассмотреть физико-химические свойства газа, особенности технологических процессов, статистику характерных чрезвычайных ситуаций в России и в мире [4].

2.2 Физико-химические свойства сжиженных углеводородных газов, обуславливающие возникновение аварии

Давление паровой фазы. Пары сжиженных углеводородных газов обладают значительной упругостью (давлением), которая возрастает с повышением температуры. Для жидкой фазы углеводородов характерен высокий коэффициент объемного расширения, она может охлаждаться до отрицательных температур. Паровая фаза имеет плотность, значительно превышающую плотность воздуха, обладает медленной диффузией, способна накапливаться в низких местах и колодцах, особенно при отрицательных температурах воздуха, в отличие от других газов имеет низкую температуру воспламенения и низкие значения пределов взрываемости (воспламеняемости) в воздухе, способна образовывать конденсат при низких температурах воздуха или при повышении давления.

Сжиженные углеводородные газы в закрытых сосудах и газопроводах находятся под давлением, которое соответствует упругости их паров при данной температуре. Давление в сосудах изменяется пропорционально температуре [5].

Обеспечение герметичности сосудов, газопроводов, запорной и регулирующей арматуры, а также их соединений является условием полной безопасности и безаварийности при хранении, розливе и транспортировке сжиженных газов. При заполнении сосудов сжиженными газами сверхдопустимого возможно повышение давления, приводящее к аварии, поэтому резервуары и баллоны полностью не заполняют, а оставляют некоторый объем, занимаемый парами сжиженных газов. Степень заполнения резервуаров и баллонов принимается в зависимости от марки газа, разности его температур во время заполнения и при последующем хранении. При разности температуры до 40°С степень заполнения принимается 85%, а при большей разности она должна соответственно снижаться [5].

Конденсатообразование. Нагрев жидкой фазы вызывает ее испарение, увеличение массы насыщенных паров при одновременном повышении их температуры и давления (упругости). При охлаждении паровой фазы возникает обратный процесс - конденсатообразование. В связи с периодическими понижениями и повышениями температуры окружающей среды (воздуха, земли) в течение суток и года, а также в результате отбора паровой фазы в резервуарах и баллонах, заполненных сжиженными углеводородными газами, непрерывно происходит процесс тепломассообмена между жидкой и паровой фазами. Он более интенсивен, если жидкая и паровая фазы находятся в различных температурных условиях (например, подземные резервуары групповых установок в зимнее время находятся в зоне более высоких температур, чем выходящие из земли газопроводы). В установках сжиженного газа, смонтированных без учета процесса конденсатообразования в паровой фазе, газоснабжение нарушается и возникают аварии [5].

Для предупреждения указанных нарушений необходимо резервуары и трубопроводы насыщенных паров располагать в зоне одинаковых температур, предусматривать возможность беспрепятственного стока конденсата из газопроводов обратно в резервуар. Значительную опасность представляет конденсат, образующийся в трубопроводах паровой фазы перед компрессорами, Для предотвращения попадания конденсата в компрессоры предусматривается обязательная установка конденсатоотводчиков на всасывающих трубопроводах смеси углеводородов. Насыщенные пары конденсируются при понижении температуры или повышении давления, поэтому они не могут транспортироваться по трубопроводам без постоянного отвода конденсата или дополнительного подогрева.

Для предотвращения конденсатообразования входы в здания должны быть наружными, цокольными, утепленными. Подземные газопроводы от резервуарных установок с искусственным испарением, оборудованные нагревателями-регазификаторами, необходимо прокладывать ниже глубины промерзания или с тепловым спутником, обеспечивающим положительную температуру сжиженного газа [5].

Охлаждающее действие сжиженных газов. В зимнее время сжиженные углеводороды могут охлаждаться до температур ниже точки кипения и сохранять при этом свойства жидкости. Это объясняется тем, что пропан отвердевает при -189°С, а н-бутан при -135°С. Переохлажденные жидкости в испарение сжиженных углеводородов сопровождается отбором тепла из окружающей среды, что служит дополнительной причиной глубоких обмораживаний. Одной из особенностей сжиженных углеводородных газов является значительное понижение температуры при испарении жидкой фазы в летнее время.

Пожаро- и взрывоопасностъ. Пожароопасность сжиженных газов характеризуется следующими свойствами: высокой температурой горения, значительной теплотой, выделяющейся при сгорании газовоздушной смеси, низкими пределами воспламеняемости (взрываемости) и температурой воспламенения паровой фазы, потребностью большого количества воздуха при горении [6].

Под концентрационными пределами воспламеняемости понимается минимальное (нижний предел) и максимальное (верхний предел) содержание в воздухе горючих газов, за пределами которого их воспламенение любыми источниками огня невозможно. Пределы воспламеняемости выражаются в процентах по объему при нормальных условиях газовоздушной смеси. С увеличением температуры газовоздушной смеси пределы воспламеняемости расширяются.

При горении углеводородных газов в большом количестве образуются продукты сгорания, которые содержат мало кислорода, необходимого для дыхания человека. Сжиженные углеводородные газы тяжелее воздуха и при утечках распространяются по земле, заполняя низкие места (впадины, колодцы, приямки и другие подземные коммуникации). Таким образом, газ может распространиться на значительные расстояния (до нескольких сотен метров).

Большую опасность представляют хранилища газа в наземных резервуарах и баллонах. При пожарах в случае возгорания газов характерны быстрое развитие огня, высокая интенсивность тепловыделения, возможность взрывов баллонов и резервуаров, малая эффективность обычных средств пожаротушения.

Часто пожару предшествует взрыв, возникающий в результате воспламенения и горения газовоздушной смеси в ограниченном объеме: производственном помещении, подвале, канале, колодце, резервуаре, топке котла или печи. Горение в этом случае сопровождается нагревом и расширением газов, что приводит к быстрому повышению давления, влекущему за собой разрушение строительных конструкций [6].

Для газоснабжения согласно ГОСТ 20448-90 «Газы углеводородные сжиженные топливные для коммунально-бытового потребления» используют сжиженные углеводородные газы нескольких марок: СПБТЗ - смесь пропана и бутана технических зимняя, СПБТЛ - смесь пропана и бутана технических летняя и БТ - бутан технический (табл. 1 приложения А).

Газы углеводородные сжиженные топливные образуют с воздухом взрывоопасные смеси при концентрации паров в % объемных от 1,5 до 9,5%. Характеристики углеводородов в составе сжиженных газов приведены в табл.2 приложения А [7].

Взрывоопасность газоперерабатывающего производства определяется не только объемами и свойствами обращающихся веществ, но в значительной мере характером и особенностями технологических процессов.

2.3 Переработка газа

Попутные нефтяные газы выделяются с нефтью при ее добыче из нефтяных скважин. С каждой тонной добываемой нефти получают в среднем около 50 м³ газов. Некоторая часть из них уходит сразу же при извлечении нефти на поверхность земли. Другая часть газов остается растворенной в нефти и их затем отгоняют на специальных установках. Попутные газы содержат смесь различных углеводородов, водяные пары, азот, а иногда кислые компоненты: углекислоту и сероводород. Транспортировать такой газ по трубопроводам на относительно большие расстояния и под давлением выше 0,7 МПа практически невозможно, так как водяные пары и тяжелые углеводороды при понижении температуры конденсируются, образуя жидкостные, ледяные и гидратные пробки [1].

На газоперерабатывающих заводах с полным технологическим циклом существуют пять основных технологических процессов:

- прием, замер и подготовка нефтяного газа к переработке, т.е. сепарация, очистка, осушка;

- компримирование газа до давления, необходимого для переработки и транспортирования по магистральным газопроводам до потребителей;

- отбензинивание газа, т.е. извлечение из него нестабильного газового бензина;

- разделение нестабильного бензина на газовый бензин и индивидуальные технически чистые углеводороды пропан, изобутан, н-бутан;

- прием, хранение и отгрузка железодорожным транспортом или по трубопроводам жидкой продукции завода [1].

Основным технологическим процессом газоперерабатывающего завода является процесс отбензинивания. Применяют четыре способа отбензинивания:

- компрессионный,

- низкотемпературная конденсация и ректификация,

- абсорбционный,

- адсорбционный.

Компрессионный способ отбензинивания основан на сжатии и последующем охлаждении газа в воздушных и водяных холодильниках; при этом некоторая часть тяжелых углеводородов и паров воды, входящих в состав газа, конденсируется, а затем отделяется в сепараторах [1].

Компрессионный способ как самостоятельный применяют крайне редко и только для отбензинивания очень «жирных» газов с содержанием С₃Н₈+ высшие от 1000 г/м³ и выше. Этот способ не обеспечивает достаточной глубины извлечения целевых компонентов из газа и обычно сочетается с другими способами отбензинивания.

В процессе низкотемпературной конденсации сжатый газ охлаждается до низких температур специальными хладагентами (пропаном, аммиаком), в результате чего значительная часть газа конденсируется. Углеводородный конденсат, содержащий все углеводороды, входящие в состав исходного газа, отделяется в сепараторе и затем подается в ректификационную колонну - деэтанизатор. Сверху колонны отводится метан и этан, а снизу - нестабильный газовый бензин [1].

Применение способа низкотемпературной конденсации целесообразно, когда в сырьевом газе содержание С₃Н₈+ высшие превышают 300 г/м³ и из газа извлекают гелий.

Низкотемпературная ректификация отличается от процесса низкотемпературной конденсации тем, что процесс ректификации происходит при более низкой температуре и в ректификационную колонну поступает двухфазная смесь: охлажденный газ и выпавший из него углеводородный конденсат. Сверху колонны уходит отбензиненный газ, а снизу - деметанизированный углеводородный конденсат. Этан из конденсата отделяют во второй колонне - деэтанизаторе.

Абсорбционный способ отбензинивания основан на различной растворимости компонентов газа в жидких нефтепродуктах, применяемых в качестве абсорбентов - поглотителей.

Процесс отбензинивания проводят в цилиндрической колонне, называемой абсорбером. Абсорбер по высоте разделен поперечными перегородками - барботажными тарелками, на которых происходит контактирование восходящего снизу вверх потока газа и стекающего вниз абсорбента. По мере подъема газа от нижней тарелки до верхней, содержащиеся в газе тяжелые углеводороды постепенно растворяются в абсорбенте, и сверху абсорбера отводится отбензиненный газ, почти не содержащий тяжелых углеводородов [1].

Снизу абсорбера отводится насыщенный абсорбент, который направляется на следующую стадию - десорбцию. На этой стадии благодаря нагреву и снижению давления происходит отпарка из абсорбента поглощенных из газа углеводородов, которые, покидая десорбер сверху, проходят через конденсаторы-холодильники, где конденсируются и образуют нестабильный газовый бензин. Применение абсорбционного способа наиболее рационально для отбензинивания газов, содержащих от 200 до 300 г углеводородов С₃Н₈+ высшие в 1 м³.

При переработке нефтяных газов с содержанием С₃Н₈+ высшие от 50 до 100 г/м³ применяют адсорбционный способ отбензинивания. Он основан на свойстве твердых пористых материалов поглощать пары и газы. В качестве адсорбента обычно используют активированный уголь, который поглощает из газа преимущественно тяжелые углеводороды и постепенно насыщается ими. Для отгонки поглощенных углеводородов и восстановления адсорбционной способности насыщенный уголь обрабатывают перегретым водяным паром. Смесь водяных и углеводородных паров, отогнанных из адсорбента, охлаждается и конденсируется. Полученный нестабильный бензин легко отделяется от воды [1].

Полученный в результате переработки осушенный и отбензиненный нефтяной газ можно транспортировать до потребителей по трубопроводам под высоким давлением на расстояние в сотни и тысячи километров.

Технологические процессы переработки газа осуществляются при высоких температурах и высоком давлении, что создает предпосылки для возникновения ЧС, положение усугубляется существенным износом оборудования и пожаровзрывоопасными свойствами перерабатываемого сырья и получаемых продуктов [8].

2.4 Статистика чрезвычайных ситуаций на предприятиях нефтегазового комплекса

Анализ характера и причин аварий в нефтегазовой промышленности показывает, что в последнее десятилетие большинство из них (около 95 %) связано со взрывами: 54% в аппаратуре, 46% в производственных зданиях и на открытых технологических площадках. Статистика ЧС за 2000-2005 гг показывает, что из общего количества взрывов в 42,5% случаев происходят взрывы сжиженных углеводородных газов. При залповых выбросах горючих 7 % не сопровождаются воспламенением, 35% завершаются взрывами, в 23% случаев взрывы сочетаются с пожарами, 34% сопровождаются только пожарами (рисунок 1) [9].

Рисунок 1 - Диаграмма последствий залповых выбросов СУГ

Аварийность промышленных предприятий имеет тенденцию к росту, о чем свидетельствует статистика аварий в Российской Федерации и в мире.

В 1984 в пригороде Мехико Сан-Хуан в хранилище сжиженных нефтяных газов в результате утечек большого их количества из трубопровода и резервуара произошло несколько взрывов, начался пожар. Погибло более 500 человек, больше 7000 получили травмы [10].

В 2000 году в Якутске произошел пожар в результате несанкционированного отбора продукции с эксплуатационной колонны оператором ГПЗ. Отбор производился в месте, где расположен уровнемер. Температура продуктов в колонне на момент аварии составляла 77⁰С (тогда как при атмосферном давлении температура кипения получаемой продукции 38⁰С), т.е. фактически производился слив кипящего раствора, что является грубейшим нарушением правил пользования газофракционирующей установкой. Канистра, в которую непосредственно направлялся кипящий раствор, разорвалась и произошло воспламенение. Причиной возгорания продукта предположительно является искра, возникшая либо в результате разряда статического электричества, либо в результате удара оторвавшейся горловины канистры о находящееся внутри газофракционирующей установки оборудование [11].

В 2002 году на Сосновском газоперерабатывающем заводе (Вуктыльский район Коми) во время ремонтных работ по устранению свища в одной из веток конденсатопровода произошел взрыв, при этом погиб один человек и шестеро получили ожоги различной степени тяжести [11].

В 2004 в Алжире на газоперерабатывающем заводе в результате коррозии взорвался резервуар со сжиженным пропаном, 27 человек погибло, 74 человека получили травмы различной степени тяжести.

В 2005 году в Муравленко (Ямало-Ненецкий автономный округ, ЯНАО) на газоперерабатывающем заводе при вскрытии тепловой камеры произошла вспышка паров газа без распространения пламени и горения, в результате которой пострадали 4 человека [13].

В 2005 году на Ново-Уфимском нефтеперабатывающем заводе прогремел сильный взрыв, причиной взрыва стал прорыв трубопровода газовой магистрали в цехе гидроочистки бензина. Жертв и пострадавших нет [13].

На основании вышеизложенных данных можно сделать вывод, что к наиболее тяжелым последствиям приводят аварии, связанные с разрушением сборников, содержащих сжиженные газы, или со взрывами газовых смесей внутри резервуаров при их переполнении, повышении температуры сверхдопустимой, применении несоответствующих материалов и низком качестве изготовления сосудов. Основными причинами аварий являются ошибки и нарушение правил техники безопасности персоналом, неисправность и изношенность оборудования (рисунок 2) [12].



Рисунок 2 - Причины возникновения аварий на предприятиях нефтегазопереработки

1 - ошибки персонала (30%); 2 - нарушение технологического процесса (25%); 3 - отказы средств регулирования и защиты (20%); 4 - пропуск через фланцевые соединения (10%); 5 - коррозия (5%); 6- механические повреждения (5%); 7 - сои в подаче электроэнергии (5%).

2.5 Анализ пожаровзрывоопасности газоперерабатывающего производства

Характерные аварии в газоперерабатывающей промышленности подразделяются на взрывы на открытых установках и в производственных помещениях, вызванные выбросами по каким-либо причинам горючих и взрывоопасных веществ в атмосферу, и взрывы внутри технологического оборудования, сопровождаемые его разрушением и выбросом горючих продуктов, что влечет за собой вторичные взрывы или пожары в атмосфере.

Основное количество аварий связано с ведением химико-технологических процессов (81%) , с подготовкой оборудования к ремонту, ремонтными работами или приемом оборудования из ремонта (13%), по другим причинам (6%).

Аварии в газоперерабатывающей промышленности являются следствием несовершенства отдельных технических средств, недостатков проектов, а также ошибочных действий производственного персонала. На основании обобщения и анализа результатов технического расследования аварий на предприятиях отрасли выявлены следующие основные причины и условия возникновения и развития аварий [14]:

- пожаровзрывоопасные свойства применяемого сырья, конечных и побочных продуктов;

- аппаратное оформление - наличие на установке аппаратов, находящихся под давлением, высокая плотность расположения оборудования (вероятность развития сценария с эффектом «домино»), значительные объемы взрывоопасных материалов, находящихся в аппаратах;

- ведение процесса при сравнительно высоких давлениях (до 1,6 МПа) и высоких температурах (до 250 єС);

- выход параметров технологического процесса за критические значения - изменение давления, изменение температуры, изменение уровня жидкости, изменение состава сырья, изменение дозы и скорости подачи сырья;

- нарушение герметичности оборудования. Наибольшее число случаев разгерметизации технологических систем связано с повышенной скоростью коррозии металла, сверхдопустимым износом оборудования и трубопроводов, некачественным выполнением сварных швов, пропуском через прокладки фланцевых соединений, недостаточным уплотнением сальниковых набивок, конструктивными недостатками аппаратов, сброс продукта через предохранительные клапана в атмосферу без сжигания;

- неисправность средств регулирования и противоаварийной защиты процессов. Пятая часть взрывов, пожаров и загораний на предприятиях газоперерабатывающей промышленности обусловлена несовершенством, неисправностью или необоснованным отключением контрольно-измерительных приборов, блокировок и других средств автоматического управления процессом. Наибольшую опасность представляют отказы в работе средств регулирования заданных параметров: температуры, давления, уровней жидкости в аппаратуре, скорости дозирования и состава материальных сред, которые, в конечном итоге, приводят к разгерметизации технологического оборудования, выбросам в атмосферу взрывоопасных продуктов и крупным авариям. Многие отклонения режима, вызванные отказами и средств регулирования, являются также и причиной возникновения источников воспламенения или импульсов взрыва [22];

- непрофессиональные и ошибочные действия обслуживающего персонала, в том числе, при проведении сварочных и ремонтных работ, неудовлетворительная ревизия состояния оборудования и трубопроводов; нарушение правил технической эксплуатации, а также некомпетентность при принятии решений в экстремальных ситуациях;

- невыполнение на предприятиях графиков планово-предупредительного ремонта оборудования, некачественный монтаж или ремонт оборудования;

- возможность появления источника воспламенения - образование зарядов статического электричества при движении газов и жидкостей по аппаратам и трубопроводам, применение тока высокого напряжения для электродвигателей, применение при производстве работ инструментов, дающих при ударах искру, производство ремонтных работ с применением открытого огня, неисправность или отсутствие средств молниезащиты и защиты от статического электричества, нарушение правил противопожарной дисциплины, неисправность заземления и изоляции электрооборудования, неисправность средств пожаротушения, открытые форсунки печей [19].

Таким образом, выявленные основные причины, условия возникновения и развития взрывов показывают, что низкий уровень обеспечения взрывопожаробезопасности отдельных предприятий создает повышенную вероятность возникновения на них взрыва.



2.6 Предотвращение взрывов и взрывозащита производственного оборудования, зданий, сооружений и технологических процессов предприятий нефтегазопереработки

Взрывобезопасность производственных процессов, зданий, сооружений, производственного оборудования обеспечивают мерами по взрывопредупреждению и взрывозащите, организационными и организационно-техническими мероприятиями в соответствии с действующими нормативно-техническими документами.

Взрывопредупреждение - комплекс организационных и технических мер, предотвращающих возможность возникновения взрывов и направленных на исключение условий образования взрывоопасных газовоздушных смесей и источников их зажигания [24].

Взрывозащита - комплекс технических мер, предотвращающих воздействие на людей опасных и вредных факторов взрыва и обеспечивающих сохранение производственного оборудования, зданий, сооружений, сырья и готовой продукции. Так как необходимым и достаточным условием возникновения взрыва является наличие взрывоопасной газовоздушной (смеси с содержанием горючего в пределах области воспламенения) и источника инициирования взрыва (источника зажигания смеси достаточной мощности и температуры), то для предотвращения взрыва необходимо исключить эти условия или хотя бы одно из них. Основные направления мероприятий по взрывопредупреждению представлены на рисунке 3.

Для обеспечения защиты людей и материальных ценностей при возникновении взрыва должны быть предусмотрены меры, предотвращающие воздействие следующих опасных факторов взрыва:

- пламени и высокотемпературных продуктов горения;

- давления взрыва;

- высокоскоростных газовоздушных потоков;

- ударных волн;

- обрушившихся конструкций зданий и сооружений и разлетающихся элементов строительных конструкций, производственного оборудования и коммуникаций [24].

Основные направления технических мер по взрывозащите представлены на рисунке 4.

Рисунок 3 - Мероприятия по взрывопредупреждению на газоперерабатывающем предприятии



Рисунок 4 - Мероприятия по пожаровзрывозащите

Таким образом, в разделе произведен анализ аварийности объектов газоперерабатывающей промышленности, рассмотрены особенности технологического процесса, пожаровзрывоопасные свойства сжиженных углеводородных газов, выявлены причины возникновения аварий и условия их возникновения.

3. Оценка риска аварий на газофракционирующей установке

Прогнозирование частоты аварий проводится на основе статистический данных. В разделе 1 приведена статистика ЧС на предприятиях нефтепереработки и причин их возникновения. Аварийные ситуации, связанные со взрывами и пожарами на газоперерабатывающих заводах, как правило, влекут за собой значительные потери среди людей, разрушения технологического оборудования, а также значительный материальный ущерб. Крупные аварии обычно характеризуются комбинацией случайных событий, которые возникают с различной частотой и на разных стадиях развития аварии. Для выявления причинно-следственных связей между ними используется метод логико-графического анализа «дерево событий».

Следует отметить, следующие общие специфические особенности СУГ [10]:

- при температуре окружающей среды содержимое резервуара, представляет собой двухфазную среду (жидкость-пар) с давлением, превышающим атмосферное (иногда в 7-8 раз);

- разгерметизация резервуара в любой её точке приводит к истечению жидкой или парообразной среды с образованием в окружающем пространстве взрывоопасного паровоздушного облака;

- при истечении жидкой фазы определенная часть её (в некоторых случаях до 40%) мгновенно испаряется, остальная часть жидкости образует зеркало пролива, из которого происходит интенсивное испарение продукта;

- СУГ являются горючими веществами, минимальные энергии зажигания смесей паров которых с воздухом низки;

- сгорание взрывоопасных паровоздушных облаков приводит к образованию ударных волн с тем или иным разрушением окружающих объектов.

Сжиженный пропан относится к жидкостям, у которых критическая температура выше, а точка кипения ниже окружающей среды. Основное отличие жидкостей данной категории заключается в явлении «мгновенного испарения», которое возникает тогда, когда в системе, включающей жидкость, находящуюся в равновесии со своими парами, понижается давление. Через некоторое время устанавливается новое состояние равновесия, причем температура кипения жидкости будет ниже. Доля мгновенно испарившейся жидкости зависит от температуры окружающей среды. Мгновенное испарение протекает интенсивно. Как только внешняя поверхность массы жидкости освобождается от своего пара, и внешний слой распадается, происходит освобождение нижнего слоя. При этом образующийся при расширении пара импульс приводит к выносу пара в окружающую атмосферу, где он смешивается с воздухом, образуя облако паровоздушной смеси. Размер парового облака, образующегося при полном разрушении резервуара со сжиженным газом, будет зависеть от степени заполнения сосуда жидкостью в момент разрыва. Чем меньше степень заполнения резервуара, тем меньше возрастает первоначальный объем пара.

При пробое резервуара выше уровня жидкости, выброс пара при давлении в резервуаре будет продолжаться до тех пор, пока вся жидкость не испарится. Хотя при этом от окружающей среды подводится тепло, содержимое будет охлаждаться до температуры, зависящей от размера отверстий.

При пробое резервуара ниже уровня жидкости в отверстии плоской стенки, скорее всего можно ожидать появление однофазного потока жидкости. При этом мгновенное испарение будет происходить с внешней стороны места утечки.

Образование парового облака может привести к трем типам опасностей: крупному пожару, взрыву парового облака, токсическому воздействию [10].

Учитывая характер поведения сжиженного пропана, построено блок-схема развития различных аварийных ситуаций на газофракционирующей установке, на основании блок-схемы, построено дерево событий (рисунок 5).

Вероятность возникновения инициирующего события - разрушение емкости с выбросом пропановой фракции, принята равной 1.

Значение частоты возникновения отдельного события или сценария пересчитывается путем умножения частоты возникновения инициирующего события на условную вероятность развития аварии по конкретному сценарию.

Значение частоты возникновения сценария аварийной ситуации при разрушении резервуара содержащего пропановую фракцию, с образованием огненного шара равно:

Р_о.ш. = Р₁· Р₁₃ · Р₃₇ · Р₇₁₂ = 1·0,2·0,1·0,03= 6·10^-4 (1)

Вероятность возникновения факельного горения:

Р_фак = Р₁·Р₁₂·Р₂₅ = 1·0,8·0,4= 0,32 (2)

Вероятность возникновения пожара пролива:

Р_п.п. = Р₁·Р₁₃·Р₃₇·Р₇₁₃ =1·0,2·0,1·0,03= 6·10^-4 (3)

Рисунок 5 - Дерево событий возникновения аварий на газофракционирующей установке

1 - разрушение резервуара с выбросом пропана;

2 - длительное истечение продукта;

3 - мгновенная разгерметизация;

4 - образование парогазовоздушного облака;

5 - факельное горение;

6 - нет источника воспламенения;

7 - есть источник воспламенения;

8 - рассеяние облака;

9 -взрыв газовоздушной смеси;

10 - рассеяние облака;

11 - взрыв газовоздушной смеси;

12 - огненный шар;

13 - пожар пролива.

Вероятность возникновения взрыва:

Р_взрыв = Р₉+Р₁₁= Р₁·Р₁₂·Р₂₄·Р₄₉+ Р₁·Р₁₃·Р₃₇·Р₇₁₁ =1·0,8·0,4·0,2+

+1·0,2·0,1·0,03= 6,4·10^-2+6·10^-4=6,46·10^-2 (4)

Таким образом, наиболее вероятным сценарием развития аварии является факельное горение при длительном истечении продукта, но, учитывая статистику ЧС, связанных с разрушением резервуаров, наибольшие разрушающие последствия имеют залповые выбросы больших объемов продукта (мгновенная разгерметизация) с последующим взрывом, поэтому будет рассматриваться именно этот сценарий.

3.1 Разработка сценариев развития чрезвычайной ситуации методом построения дерева отказов

Учитывая все свойства обращающихся веществ и особенности технологического режима, рассматривая причины возникновения аварийных ситуаций, было составлено дерево отказов развития аварийных ситуаций, которое представлено на рисунке 6:

Прекращение подачи электроэнергии приведет к резкому увеличению температуры теплоносителя в змеевиках печи, переполнению емкостей орошения и подъему давления в колоннах и емкостях.

Прекращение подачи воздуха КИП и А приводит к отказу в работе регуляторов уровней, давлений и температуры, отказ в работе КИП и А приведет к переполнению колонн и емкостей, повышению давления и температуры в аппаратах.

Прекращение подачи воды оборотного водоснабжения приведет к повышению давления в колоннах и емкостях вследствие прекращения конденсации паров продуктов в конденсаторах-холодильниках.

Выход из строя насосов приведет к переполнению емкостей орошения и подъему давления в аппаратах [2].

Аварийные ситуации на рассматриваемом объекте возникают вследствие разрушения (полного или частичного) колонн, емкостного оборудования, трубопроводов, поэтому именно эти варианты аварий и выбираются в качестве типовых сценариев.

3.2 Краткое описание рассматриваемой чрезвычайной ситуации

Анализ имеющихся данных, природно-климатических сведений о районе расположения завода показал, что наиболее опасным вариантом развития аварии будет полная разгерметизация емкости орошения с пропаном объемом 16 м³ на открытой площадке.

Сжиженный пропан в емкости орошения находится под давлением 1,6 МПа, при температуре 50єС. Причиной разгерметизации емкости орошения послужили нарушение технологического процесса (прекращение подачи воды оборотного водоснабжения привело к прекращению конденсации паров продуктов в конденсаторах-холодильниках, это привело к повышению давления в емкости орошения), нарушение герметичности аппарата (коррозия сварного шва) и отказ предохранительного клапана.

Рисунок 6 - «Дерево отказов» развития аварии на газофракционирующей установке.

Произошел залповый выброс сжиженного пропана, часть пропана мгновенно испарилась, образовав облако паровоздушной смеси, жидкая фаза вылилась на подстилающую поверхность, образовав зеркало пролива.

Источником воспламенения послужила искра, созданная падающими конструкциями разрушенной емкости. При воздействии источника воспламенения произошел взрыв облака паровоздушной смеси и пожар пролива.

Авария произошла летом, месяц - июль, в 15.30, смена находится на рабочих местах и воздействию опасных факторов подвержено максимальное количество людей, скорость ветра - 1 м/с. Вследствие воздействия поражающих факторов взрыва, здания на различном расстоянии от центра взрыва будут подвержены полным, сильным, средним и слабым разрушениям. Люди, находящиеся на открытых площадках, в зданиях и сооружениях получат смертельные и травмирующие поражения. Расчет воздействия поражающих факторов ЧС проводится в разделе 4.



4. Пожаровзрывозащита газофракционирующей установки газоперерабатывающего предприятия

4.1 Анализ производства по пожаровзрывоопасности. Характеристика используемых в производстве веществ и материалов по пожаровзрывоопасности

В нефтегазовом комплексе используется и перерабатывается большое количество горючих и взрывоопасных материалов. Для повышения безопасности технологических процессов необходима правильная оценка взрыво- и пожароопасности этих процессов и выполнение ряда мероприятий, направленных на более рациональное проектирование и безопасную эксплуатацию.

Участок переработки газа относится к взрывопожароопасным производствам категории «А». Производства, относящиеся к данной категории, связаны с применением или получением горючих газов, нижний предел воспламенения которых составляет 10% и менее по отношению к объему воздуха, жидкостей с температурой вспышки паров до 28єС при условии, что указанные газы и пары могут образовывать взрывоопасные смеси.

Основными факторами, определяющими опасность участка, являются:

- наличие и применение в больших количествах сжиженных и газообразных углеводородов;

- применение открытого огня в печах для нагрева теплоносителя и абсорбента;

- ведение процесса при сравнительно высоких давлениях (до 1,6 МПа) и высоких температурах (до 250єС);

- применение тока высокого напряжения для электродвигателей;

- возможность образования зарядов статического электричества при движении газов и жидкостей по аппаратам и трубопроводам [3].

Пожаровзрывоопасность газофракционирующей установки обусловлена физико-химическими свойствами перерабатываемых веществ и получаемых продуктов. Сильная зависимость параметров газа от температуры является основным источником опасностей в газовом хозяйстве (таблица 2).

Таблица 2

Т °С	Пропан
	Рабс, МПа	ж, кг/м3	n, кг/м3
-60	0,04	606	1,11
-55	0.05	598	1.36
-50	0,06	593	1,81
-45	0,09	587	2.07
-40	0,11	581	2.61
-35	0.14	575	3.25
-30	0.17	565	3,87
-25	0.20	559	4.62
-20	0.24	553	5,48
-15	0.29	548	6.40
-10	0,34	542	7.57
-5	0,41	535	9.05
0	0.47	528	10,37
5	0,55	521	11,90
10	0.63	514	13.60
15	0.73	507	15,51
20	0.83	499	17.74
25	0.95	490	20.15
30	1.07	483	22.80
35	1.21	474	25,30
40	1.37	464	28.60
45	1.53	451	34,50
50	1,70	446	36,80
55	1.89	437	40.22
60	2,10	434	44,60

Сжиженные углеводородные газы, находящиеся под сверхатмосферным давлением при температуре выше или равной температуре окружающей среды в сосудах, резервуарах и другом технологическом оборудовании, являются перегретыми жидкостями. Сжиженный пропан относится к веществам с критической температурой выше, а точкой кипения ниже чем в окружающей среде. Его особенностью является "мгновенное" (очень быстрое) испарение части жидкости при разгерметизации и охлаждение оставшейся доли до точки кипения при атмосферном давлении. Аварийное вскрытие емкостей с негорючей или горючей перегретыми жидкостями сопровождается взрывом и опасным действием осколков [13]. Основные физико-химические свойства пропана, обуславливающие его пожаровзрывоопасность, приведены в таблице 3.

Таблица 3

Параметры	Пропан
Химическая формула	С3Н8
Молекулярная масса	44
Плотность жидкой фазы при температуре 0° С и давлении 101,3 кПа, кг/м3	528
Температура кипения при атмосферном давлении, 0С	-42,17
Теплота сгорания в газообразном состоянии, МДж/м3	85
Температура самовоспламенения, 0С	466
Пределы воспламеняемости в смеси с воздухом при нормальных атмосферных условиях, % объема:
Нижний	2,4
Верхний	9,5

Анализ свойств перерабатываемых веществ на производстве, причин аварий и неполадок на газофракционирующей установке, а также на аналогичных объектах показал, что самым неблагоприятным сценарием аварии является мгновенная разгерметизация резервуара или емкости, выброс углеводородных смесей с формированием парогазового облака, с последующим его загоранием и взрывом, а также образование пожара пролива.



4.2 Описание расчетного сценария аварии

Отключение подачи воды оборотного цикла привело к прекращению конденсации паров продукта в холодильниках, вследствие чего повысилось давление внутри емкости орошения с пропаном, которая была подвергнута коррозионному износу, вследствие отказа предохранительного клапана произошла разгерметизация емкости по сварному шву, жидкая фаза продукта вылилась на подстилающую поверхность, мгновенно испарившийся пропан образовал газовоздушную смесь. Произошел взрыв от искры созданной падающими конструкциями разрушенного резервуара и пожар пролива.

Авария произошла летом, месяц - июль, в 15.30, смена находится на рабочих местах и воздействию опасных факторов подвержено максимальное количество людей, скорость ветра - 1 м/с, температура воздуха - 20єС. Происходит взрыв образовавшегося облака взрывоопасной смеси и пожар пролива. Объем емкости V_е=16м³, степень заполнения емкости 80%, давление в емкости p=1,6 МПа, температура в емкости 50єС, плотность пропана при давлении 1,6 МПа и температуре 50єС с_е=450 кг/м³.

Масса пропана, находящегося в емкости:

m=0,8·V_е с_е= 0,8·16·450 = 5760 кг

Будем считать, что при мгновенной разгерметизации емкости с пропаном, вся масса пропана выйдет в окружающее пространство, при этом часть пропана мгновенно испарится, а другая часть выльется на подстилающую поверхность.

По графику (рисунок 7) определяем долю мгновенно испарившегося пропана:

При 50єС доля мгновенно испарившегося пропана будет составлять 0,4 от общей массы пропана.



0,6

0,5

0,4

03

0,2

0,1

-100 -50 0 50 100 t _{вещества.,} ⁰С

- доля мгновенно испарившейся жидкости

Рисунок 7 - Доля мгновенно испарившейся жидкости для пропана при мгновенной разгерметизации оборудования

Так как происходит мгновенное воспламенение, именно эта часть будет участвовать в образовании взрыва или огненного шара, остальная часть образует пожар пролива.

Таким образом, во взрыве примет участие 2304 кг пропана, а в пожаре пролива 3456 кг.

4.3 Расчет показателей пожаровзрывоопасности газофракционирующей установки

Методика расчета критериев пожарной опасности при сгорании взрывоопасной пыли определена в ГОСТ Р 12.3.047-98 «Пожарная безопасность технологических процессов. Общие требования. Методы контроля», а также НПБ 105-03 «Определение категорий помещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности».

4.3.1 Расчет параметров волны давления

Избыточное давление p, кПа, развиваемое при сгорании газопаровоздушных смесей, рассчитывают по формуле:

(5)

где р₀ - атмосферное давление, кПа (допускается принимать равным 101 кПа);

r - расстояние от геометрического центра газопаровоздушного облака, м;

m_пp - приведенная масса газа или пара, кг, рассчитанная по формуле:

m_пр = (Q_сг / Q₀)m_г,п Z (6)