Прогнозирование последствий аварии с аммиачными веществами на холодильной установке молочного завода

Горючесть	Горючий бесцветный газ
Предел воспламенения ГПВС* при н.у., % объемный	Смесь с воздухом	нижний	14,5
		верхний	26,8
	Смесь с кислородом	нижний	13,5
		верхний	82
Температура воспламенения, 0С	650
Температура вспышки, 0С (смеси, содержащие 9…57 об.% NH3)	1000
Минимальная энергия зажигания, МДж	680
Максимальное давление взрыва, МПа	0,6
Нормальная скорость пламени воздушной смеси, м/с	0,07

3.4 Токсические свойства аммиака

Аммиак является токсичным веществом и согласно ГОСТ 12.1.007 - 76 «ССБТ. Вредные вещества» относится к 4-му классу опасности (Таблица П. 4.1). Запах этого вещества ощущается при содержании его в воздухе в количестве 0,5 мг/м³. Токсические свойства аммиака приведены в таблице 3.3, а также в таблицах П. 4.1…П. 4.3.

Газообразный аммиак вызывает острое раздражение слизистых оболочек, слезоточение, удушье, рвоту. Жидкий аммиак или струя газа, попадая на кожу, вызывают сильные ожоги [2].

В первую очередь аммиак поражает нервную систему, снижая способность нервных клеток усваивать кислород. Также у пораженных резко снижается слуховой порог: даже не слишком громкие звуки становятся невыносимы и могут вызвать судороги. Действие аммиака на дыхательные пути может спровоцировать рефлекторный ларингоспазм. Снижается частота сердечных сокращений вплоть до остановки сердца.

Отравление аммиаком вызывает также сильное возбуждение, вплоть до буйного бреда, а последствия могут быть весьма тяжелыми - до снижения интеллекта и изменения личности.

Таблица 3.3 - Токсические свойства аммиака [4,24]

ПДК, мг/м3	20
Поражающее действие	Поражающая токсодоза Cпор, мг/м3	200
	Время поражающего воздействия tпор, ч	6
Раздражение дыхательных путей при концентрации, мг/м3	300
Раздражение слизистых оболочек, глаз при концентрации, мг/м3	500
Токсический отек лекгих при концентрации, мг/м3	1500
Смертельное отравление	Смертельная токсодоза, Ссмерт, мг/м3	3500
	Время поражающего воздействия tпор, ч	0,5

3.5 Первая медицинская помощь при отравлении аммиаком

При оказании первой помощи пострадавшему следует соблюдать следующие правила:

- немедленно надеть противогаз (при отсутствии промышленных противогазов применяются гражданские противогазы, ватно-марлевые повязки, шарфы, платки, предварительно смоченные водой или 5% раствором лимонной кислоты);

- вынос пострадавшего на незараженную территорию, снятие противогаза и зараженной одежды;

- освобождение от стесняющей дыхание одежды;

- при отсутствии дыхания - искусственное дыхание, преимущественно методом «рот» в «рот»;

- вдыхание теплых водяных паров (лучше с добавлением уксуса или нескольких кристаллов лимонной кислоты), или питье теплого молока;

- при попадании аммиака в желудок необходимо вызвать рвоту;

- при попадании жидкого аммиака в глаза необходимо немедленно промыть их большим количеством воды, приложить примочку из 3-5% раствора уксусной или лимонной кислоты; при болях - закапать в глаза 1-2 капли 1%-ного раствора новокаина.

- при наличии ожогов - введение обезболивающих средств и перевязка;

- обеспечение полного покоя, в холодное время - согревание [2].

3.6 Меры предосторожности при работе с аммиаком и методы перевода его в безопасное состояние

При работе с жидким аммиаком необходимо использовать средства индивидуальной защиты: фильтрующий промышленный противогаз марки «КД», «М» защитный костюм, фартук, резиновые сапоги и перчатки. При больших концентрациях газа использовать изолирующий противогаз типа «ИП» [2].

Локализация, подавление или снижение до минимального уровня воздействия возникших при авариях с выбросом (разливом) аммиака поражающих факторов, осуществляют следующими способами:

1) прекращение выбросов вещества путем перекрытия задвижек с отключением поврежденной части технологического оборудования;

2) постановкой жидкостных завес (водяных или нейтрализующих растворов; используются стационарные системы локализации химических аварий с применением дренажных систем водного орошения);

3) обвалованием пролива вещества;

4) откачкой (сбором) пролившегося вещества в резервные емкости;

5) разбавлением пролива АХОВ водой и нейтрализующими растворами;

6) засыпкой пролива сыпучими твердыми сорбентами; выжиганием пролива [4].

4. Описание технологического процесса

В данном разделе приведена принципиальная схема АХУ, отдельно рассмотрен узел конденсатора и ресивера (являющийся наиболее опасным с точки зрения возможных последствий аварии), приведено описание технологического процесса, размещение основного оборудования по территории завода и распределение опасного вещества по технологическим блокам.

4.1 Аммиачная холодильная установка и ее составные части

ОАО «Уфамолзавод» производит пищевую продукцию первой необходимости из собираемого самовывозом из колхозов и совхозов РБ свежего и цельного молока. Специфика изготовляемой продукции и сырья в том, что она является скоропортящейся, таким образом, требуется постоянное поддержание ее в охлажденном состоянии. Для холодообеспечения процесса производства и сохранности молочной продукции на объекте имеется АХУ. В состав аммиачной холодильной установки (АХУ) входят следующие сооружения:

- компрессорный цех;

- помещение линейных ресиверов;

- конденсаторная площадка;

- площадка под аккумуляторные баки;

- основной и производственный корпус.

АХУ предназначена для получения аммиачного холода с параметрами: - 40⁰С, - 20⁰С, -10⁰С, используемого в процессе производства [1].

4.1.1 Общие понятия

Холодильная цепь слагается из звеньев, сочетание которых может быть различным в зависимости от видов сырья.

Холодильник - это промышленное предприятие (или его цех), в помещениях которого с помощью холодильной установки поддерживают определенные режимы, необходимые для обработки и хранения скоропортящихся продуктов.

Классификация холодильников в зависимости от назначения, вида хранимых продуктов, вместимости и этажности:

- заготовительные холодильники;

- производственные холодильники;

- транспортно - экспедиционные холодильники;

- распределительные холодильники;

- перевалочные холодильники;

- торговое холодильное оборудование;

- бытовые холодильники.

На рассматриваемом предприятии ОАО «Уфамолзавод» используется АХУ производственного типа.

Производственные холодильники являются частью пищевых предприятий: мясо- и птицекомбинатов, молочных и консервных комбинатов. почти вся вырабатываемая продукция подвергается холодильной обработке, поэтому производственные холодильники оборудуют мощными устройствами для охлаждения и замораживания [6].

Основные понятия и определения составных частей АХУ представлены в ГОСТ Р 12.2.142 - 99:

Батарея из труб, змеевик - одна из частей холодильной системы, состоящая из изогнутых или прямых труб, прочно смонтированных и служащих теплообменником (испарителем или конденсатором).

Вентиль запорный - вентиль, служащий для открывания или закрывания прохода хладагента или теплоносителя (хладоносителя).

Вентиль регулирующий - специальный вентиль для дросселирования жидкого хладагента с высокого промежуточного давления до давления кипения и заполнения хладагентом испарительной системы.

Воздухоохладитель - теплообменное устройство из оребренных труб для охлаждения помещений при принудительной циркуляции воздуха.

Воздухоотделитель - аппарат для отделения от хладагента неконденсирующихся газов и удаления их из системы [7].

Задвижка - промышленная трубопроводная арматура, в которой запорный или регулирующий орган перемещается возвратно-поступательно перпендикулярно оси потока рабочей среды.

Запорный клапан - клапан, предназначенный для перекрытия потока рабочей среды (ГОСТ 24856 - 81 «Арматура трубопроводная промышленная»).

Защитный комплекс - комплекс, состоящий из защитных ресиверов горизонтального или вертикального типа.

Испаритель холодильной установки - теплообменный аппарат, в котором охлаждение хладоносителя осуществляется за счет кипения жидкого хладагента.

Клапан предохранительный - клапан, открывающийся при повышении давления в аппарате (сосуде) или батарее выше давления испытания на прочность с целью перепуска хладагента на сторону низкого давления или выпуска в атмосферу.

Коллектор - трубчатый или канальный элемент холодильной системы, к которому подсоединяется несколько других трубных или канальных элементов.

Компрессор - устройство, позволяющее механически повышать давление хладагента.

Компрессор объемного действия - компрессор, в котором повышение давления и перемещения пара хладагента происходит при изменении внутреннего объема рабочей камеры сжатия [21].

Конденсатор - теплообменный аппарат, в котором осуществляется конденсация (сжижение) нагретых паров хладагента.

Маслоотделитель - аппарат для отделения смазочного масла от паров хладагента.

Маслосборник - сосуд, в который перепускается масло из одного или нескольких маслоотделителей или аппаратов [7].

Машинное отделение - специальное помещение для установки холодильных компрессоров или совместного размещения компрессоров, аппаратов и насосов.

Обратный клапан - клапан, препятствующий обратному движению хладагента, например, из конденсатора в нагнетательный трубопровод.

Отделитель жидкости - сосуд, устанавливаемый для отделения частиц жидкого хладагента от всасываемых компрессором паров.

Охлаждающие устройства - теплообменные устройства (батареи, воздухоохладители) для отвода тепла из охлаждаемых помещений.

Промежуточный сосуд - теплообменный аппарат для промежуточного охлаждения сжимаемых паров хладагента и охлаждения (переохлаждения) жидкости.

Регулирующая станция - устанавливаемые в машинном отделении на отдельном коллекторе регулирующие и запорные вентили для регулирования подачи хладагента в испарительную систему.

Ресивер циркуляционный - сосуд, служащий в качестве емкости жидкого хладагента, подаваемого насосом в испарительную систему и возвращающегося из нее.

Ресивер дренажный - сосуд для временного приема жидкого хладагента из охлаждающих устройств и аппаратов (сосудов) холодильной установки (при оттаивании, ремонте и т.д.).

Ресивер линейный - сосуд для приема жидкого хладагента, поступающего из конденсатора [3,7].

Ресивер защитный - сосуд для приема поступающего со всасываемыми парами жидкого хладагента и защиты компрессоров от гидравлического удара.

Трубопроводы - трубы и канальное устройство, предназначенные для соединения между собой различных частей холодильной системы.

Переключающее устройство - трубопроводный вентиль, контролирующий два защитных устройства и выполненный таким образом, чтобы одно из этих устройств могло быть выключенным из работы (при одновременной работе другого).

Плавкая пробка - теплозащитный предохранитель, содержащий материал, который плавится при заданной температуре.

Разрывная мембрана - пластинчатый диск или фольга круглой формы, которые разрушаются под действием предварительно заданного давления (ГОСТ 24856 - 81 «Арматура трубопроводная промышленная»).

Расчетное давление - максимальное избыточное давление, которое может возникнуть при нормальной работе и стоянке системы. Оно не должно быть ниже максимального рабочего давления.

Реле давления (устройство ограничения давления) - прибор, приводимый в действие давлением (например, реле высокого давления), предназначенный для остановки работы узла, создающего давление и позволяющий дать сигнал тревоги. Это устройство не может повлиять на изменение давления при остановке машины.

Система охлаждения с промежуточным хладоносителем - система, в которой тепло от охлаждаемого объекта передается хладагенту через промежуточный хладоноситель.

Сторона высокого давления - часть холодильной системы, функционирующая при давлении приблизительно равном давлению конденсации.

Сторона низкого давления - часть холодильной системы, функционирующая под давлением, приблизительно равном давлению испарения.

Устройство сброса давления - предохранительный клапан или разрывная мембрана, предназначенные для автоматического снижения давления в случае превышения допустимого значения [21].

Хладагент (холодильный агент) - рабочее вещество холодильной машины (например, фреон, аммиак).

4.1.2 Узел конденсатора и линейного ресивера

Один из вариантов этого узла приведен на рисунке П. 1.3.

По нагнетательному трубопроводу ? пар поступает а конденсатор (К-1) 1. Образовавшаяся жидкость по сливному трубопроводу 3 стекает в линейный ресивер (РВ-1) 5. Он предназначен для выполнения различных функций.

1. Линейный ресивер является сборником конденсата, благодаря чему жидкость в конденсаторе не затапливает теплообменную поверхность. Для того, чтобы обеспечить надежный сток жидкости, на АХУ линейный ресивер устанавливается ниже конденсатора, а паровые пространства конденсатора и ресивера уравнительной линией 2, благодаря чему в обоих аппаратах давление выравнивается и жидкость под действием силы тяжести стекает из конденсатора.

2. Линейный ресивер компенсирует неравномерность подачи хладагента в охлаждающие приборы потребителей холода. В соответствии с колебаниями тепловой нагрузки должно изменяться количество хладагента, подаваемого в испарители в единицу времени, а потому линейный ресивер используется как емкость, в которой накапливается хладагент при уменьшении количества подаваемой в испарители жидкости. Кроме того, в линейном ресивере создается запас хладагента, который должен компенсировать возможные утечки его из системы; этот запас периодически пополняют при периодической дозарядке.

3. Линейный ресивер используют также, как емкость для сбора хладагента из испарителей (или охлаждающих приборов) во время их ремонта или остановки на длительный срок.

4. В линейном ресивере создается гидравлический затвор, препятствующий перетеканию пара со стороны высокого давления в испарительную систему, что имело бы следствием уменьшение холодопроизводительности установки.

Как видно на схеме (см. рисунок П. 1.3) жидкий хладагент отводится из линейного ресивера по трубе, опущенной под уровень жидкости, что и предотвращает прорыв пара по этому трубопроводу в испарительную систему.

Контроль за уровнем жидкости в ресивере ведут по указателю уровня. Конденсатор и ресивер снабжены предохранительными клапанами ПК с переключающим вентилем, от предохранительных клапанов выведены трубопроводы для аварийного сброса хладагента в атмосферу. У каждого из этих аппаратов на АХУ имеются отстойники 4 для сбора масла и загрязнений; из отстойников эти примеси могут отводиться в маслособиратель.

Из ресиверов хладагент поступает в охладитель жидкости (переохладитель) 6, который должен включаться после ресивера (см. рисунок П. 1.3).

От коллектора 7 регулирующей станции жидкий хладагент при ручном регулировании распределяется посредством регулирующих вентилей РВ по охлаждаемым объектам (в общем случае - разных температур кипения). В случае применения автоматических регуляторов подачи хладагента в испарительную систему коллектор 7 становится распределительным. При помощи запорных вентилей на этом коллекторе можно прекращать подачу хладагента во все объекты данной температуры кипения или в группу объектов. Регулирующие вентили коллектора могут использоваться при выходе из строя автоматических регуляторов подачи, расположенных у объектов.

Обычно как ручные, так и автоматические регулирующие вентили находятся между двумя запорными вентилями, что позволяет при засорении регулирующего вентиля легко отсоединить его от системы для осмотра и очистки, без нарушения режима работы других объектов. На коллекторе предусматривают вентиль 1' для зарядки и пополнения системы хладагентом.

4.2 Описание технологического процесса

Принципиальная схема АХУ представлена на рисунке П. 1.2. Технологический процесс условно начинается со сжатия паров аммиака холодильными компрессорами марок: АУ200/А-720, АКРАБ 100А, 21 А280-7-3, П-110, 21А410, АУ400/1.

Горячие пары аммиака с давлением до 15,5 кгс/см² и температурой до 150 ⁰С, нагнетаемые компрессорами подаются в конденсаторы следующих марок: ИК-125, ТКА-85, ЭВАКО-200.

Сконденсировавшийся жидкий аммиак сливается в шесть линейных ресиверов, расположенных в отдельно стоящем помещении - хранилище.

Из линейных ресиверов жидкий аммиак поступает в баки-аккумуляторы холода, для получения захоложенной воды и на регулирующую станцию высокого давления, расположенную в компрессорном цехе.

Жидкий аммиак с регулирующей станции высокого давления, за счет разности давлений кипения и конденсации дросселируется в батареи охлаждения панельных испарителей марок ИПП-960 и ИПП-320. В последних происходит охлаждение рассола.

Газообразный аммиак с температурой -20 ⁰С из панельных испарителей через отделители жидкости поступает в коллектор всаса аммиачных компрессоров.

Газообразный аммиак с температурой -10 ⁰С из баков-аккумуляторов холода через отделители жидкости поступает в коллектор всаса аммиачных компрессоров.

Жидкий аммиак с регулирующей станции высокого давления подается в змеевики промежуточных сосудов (ПС N1-5), где переохлаждается и подается на регулирующую станцию низкого давления, откуда жидкий аммиак дросселируется до давления испарения и направляется в циркуляционные ресиверы (вертикальные и горизонтальные).

Вертикальные ресиверы 3,5 РДВ N1/N2 и 1,5 РДВ, расположены в аппаратном отделении компрессорного цеха. Из ресиверов жидкий аммиак насосами марки 3Ц-4А-2Г подается к воздухоохладителям, из которых газообразный аммиак с температурой -40 ⁰С поступает на всас компрессоров. Вертикальные ресиверы 3,5 РДВ N2 и 1,5 РДВ используются в качестве защитных ресиверов.

Из горизонтальных ресиверов 2,5 РД N1, N2, жидкий аммиак насосами марки 3Ц-4А-2Г через гидроциклон подается к фризерам, скороморозильным шкафам и воздухоохладителям, из которых газообразный аммиак с температурой -40 ⁰С, через отделители жидкости поступает на всас компрессоров.

По мере потерь аммиака в холодильной системе производится периодическая его закачка в систему от специально оборудованной спецмашины с объемом емкости 5 тонн.

4.3 Размещение основного технологического оборудования и распределение опасного вещества по технологическим блокам

План расположения основного технологического оборудования представлен АХУ ОАО «Уфамолзавод» на рисунке П. 1.1. Расположение основного технологического оборудования выполнено с учетом рациональных технических решений и условий для безопасной эксплуатации холодильного оборудования. Компрессорный цех располагается в здании корпуса вспомогательных служб на первом этаже (см. рисунок П. 1.1). Операторная расположена в отдельном помещении комрессорного цеха в том же здании.

Машинное отделение не отделено от операторной противопожарными стенами и перегородками без проемов, что требуется по нормам. Для обеспечения повышенной безопасности эксплуатации холодильной установки конденсаторы, маслоотделители расположены снаружи вблизи машинного отделения. Линейные ресиверы расположены в отдельном запирающемся здании.

При размещении оборудования в помещениях и на улице обеспечен доступ к нему для обслуживания в соответствии с действующими нормами, однако не предусмотрено достаточного места для ремонта оборудования.

Общее количество аммиака на объекте - 16,59 т. Наибольшее количество аммиака содержится в помещении линейных ресиверов - 6,3 т. Поэтому технологические блоки 1, 1а, 1б, 1в, 2, 2а являются наиболее опасными с точки зрения последствий возникновения ЧС. На безопасность их эксплуатации следует обратить первоочередное внимание.

5. Сценарии возможных аварий

В данном разделе представлены возможные сценарии аварий на АХУ, построено «дерево отказов» компрессора, выявлены наиболее «узкие» места АХУ, на которых наиболее вероятно наступление аварийной ситуации.

5.1 Выявление событий, ведущих к аварии

Статистические данные убеждают нас в том, что задача повышения безопасности техносферы исключительно важна и актуальна. Сделать техносферу абсолютно безопасной невозможно. Однако необходимо снижать вероятность возникновения аварий и катастроф, пытаться исключить или уменьшить действие поражающих факторов, т.е. проводить работу по предупреждению ЧС [2].

Согласно [30], предупреждение чрезвычайных ситуаций - это комплекс мероприятий, проводимых заблаговременно и направленных на максимально возможное уменьшение риска возникновения чрезвычайных ситуаций, а также на сохранение здоровья людей, снижение размеров ущерба окружающей природной среде и материальных потерь в случае их возникновения.

Одной из сфер деятельности, обеспечивающей безопасность в промышленности, является социально-экономическая. В ней задаются условия безопасного развития промышленной активности, определяются требования общества к техносфере. Основной механизм - законодательное регулирование государством всех фаз промышленной активности. Это означает, что на каждой стадии (размещение производства, строительство и эксплуатация) руководство предприятия, его владелец, обязаны предъявлять доказательства безопасности своего объекта.

Таким образом, очевидна необходимость оценки безопасности объекта. При этом должны решаться следующие вопросы:

1) Насколько то или иное предприятие являются потенциально опасным?

2) Какие средства следует использовать для повышения безопасности производства?

3) Куда именно (в какие производственные процессы, мероприятия и т.п.) следует вкладывать эти средства.

Для решения этих вопросов необходима оценка, анализ, идентификация опасностей [2].

Идентификация опасностей - это выявление нежелательных событий, влекущих за собой реализацию опасности, механизмов возникновения подобных событий, а также определение масштабов последствий и вероятности любого события, способного оказать поражающее действие.

Приемлемый риск аварии - риск, уровень которого допустим и обоснован исходя из социально-экономических соображений. Риск эксплуатации объекта является приемлемым, если ради выгоды, получаемой от эксплуатации объекта, общество готово пойти на этот риск.

Риск аварии - мера опасности, характеризующая возможность возникновения аварии на опасном производственном объекте и тяжесть ее последствий. Основными количественными показателями риска аварии являются:

1) технический риск - вероятность отказа технических устройств с последствиями определенного уровня (класса) за определенный период функционирования опасного производственного объекта;

2) индивидуальный риск - частота поражения отдельного человека в результате воздействия исследуемых факторов опасности аварий;

3) потенциальный территориальный риск (или потенциальный риск) - частота реализации поражающих факторов аварии в рассматриваемой точке территории;

4) коллективный риск - ожидаемое количество пораженных в результате возможных аварий за определенное время;

5) социальный риск, или F/N-кривая, - зависимость частоты возникновения событий F, в которых пострадало на определенном уровне не менее N человек, от этого числа N. Характеризует тяжесть последствий (катастрофичность) реализации опасностей;

6) ожидаемый ущерб - математическое ожидание величины ущерба от возможной аварии, за определенное время [30].

5.2 Оценка риска возникновения аварии

Оценка аварийной опасности любого объекта должна начинаться с выявления множества событий, способных привести к реализации опасности.

Очевидно, что можно перечислить:

1) все элементы технологического оборудования, которые содержат запасенную энергию и могут стать источником ее неконтролируемого выхода;

2) их сочетания и режимы высвобождения накопленной энергии.

Наиболее распространенный метод анализа риска - построение «дерева отказов». Он предполагает наличие известного «главного» последствия от возможных причин (инцидентов). Как правило, 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» [14].

Анализ построенных деревьев отказов позволяет выявить события, вызывающие реализацию опасности, т.е. те «узкие» места на предприятии, которые делают его опасным для персонала ОПО и населения, проживающего вблизи ОПО. Такими «узкими местами» 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 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 [13]. 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 [2].

Пример «дерева отказов», используемого для анализа причин возникновения аварийных ситуаций при работе компрессоров АХУ представлен на рисунке 5.1. Условные обозначения элементов «дерева отказов» представлены в таблице 5.1, исходные данные для построения «дерева отказов» компрессора представлены в таблице 5.2 [16]. В данном случае рассматривалась возможная аварийная ситуация, сложившаяся в результате гидравлического удара в цилиндрах компрессора. Как следствие, выброс аммиака из технологического блока.

Таблица 5.1 - Условные обозначения элементов «дерева отказов»

Название (логический знак), значение	Графическое изображение
«ИЛИ» означает, что вышестоящее событие может произойти вслествие возникновения одного из нижестоящих
«И» означает, что вышестоящее событие возникает при одновременном наступлении нижестоящих событий (соответствует перемножению их вероятностей для оценки вероятности вышестоящего события)
Промежуточные события
Постулируемые исходные события-предпосылки

Таблица 5.2 - Исходные данные для построения «дерева отказов» компрессора

№п/п	Событие или состояние модели	Вероятность события, Pi
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

Рисунок 5.1 - «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.

Если же это происходит в совокупности с грубыми отклонениями от нормативных требований, нарушением технологической и трудовой дисциплины, отсутствием у персонала ОПО должных навыков и умения быстро и правильно ликвидировать аварию, то последствия могут быть самыми трагичными [13].

5.3 Основные возможные причины возникновения и развития аварий

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.

Основные негативные факторы, которые могли бы инициировать и способствовать развитию аварийных ситуаций на резервуарах:

1) длительные отключения энерго- и водоснабжения;

2) отказ конструкции резервуаров, цистерн;

3) отказы компрессорного оборудования;

4) срабатывание предохранительных клапанов на резервуарах, цистернах;

5) отказы трубопроводов системы АХУ;

6) отказы приборов контроля и автоматики (КИП и А);

7) ошибки персонала ОПО [14].

5.3.1 Длительные отключения электроэнергии, пара и водоснабжения

Отключения электроэнергии, пара и водоснабжения даже на длительное время не могут непосредственно привести к разрушению технологических блоков АХУ. Однако отключения электроэнергии от всех имеющихся источников могут вызвать недопустимое повышение давления в резервуаре, привести к необходимости сброса аммиака в дренажные ресиверы или даже в атмосферу с образованием облака. Однако одновременное длительное отключение всех имеющихся источников электроснабжения является крайне маловероятным.

5.3.2 Отказ конструкции технологических блоков АХУ

Отказ конструкции технологических блоков АХУ может быть вызван дефектами конструкции, коррозией или неправильным выбором металла.

Опасности, связанные с коррозией, незначительны, так как для изготовления резервуара использована низколегированная сталь с мелкозернистой структурой, обладающая хорошей свариваемостью и устойчивостью к коррозионному растрескиванию в среде аммиака.

Отечественный и зарубежный опыт эксплуатации резервуаров для хранения жидкого аммиака, а также научно-исследовательские работы в этой области показывают, что при условиях хранения коррозионное растрескивание в них практически отсутствует. Понижение температуры хранения в изотермических резервуарах до минус 20 °С и ниже практически полностью подавляет этот процесс.

Вероятность отказа корпуса резервуара в соответствии со статистическими данными, приведенными для подобных хранилищ оцениваются не более чем 5·10^-8 в год [5].

5.3.3 Срабатывание предохранительных клапанов резервуара

Срабатывание предохранительных клапанов, предусмотренных на отдельных участках АХУ возможно из-за недопустимого повышения давления в технологических блоках:

- при отказе цилиндров компрессора и продолжении приема аммиака в циркуляционный ресивер;

- при приеме аммиака с повышенной температурой, когда компрессор не справляется с повышенной нагрузкой по газообразному аммиаку.

Срабатывание предохранительных клапанов также возможно и из-за отказа их конструкции [21].

5.3.4 Отказы трубопроводов

По данным, опубликованным в зарубежной печати, и данным анализа аварий на предприятиях азотной промышленности, примерно половина аварийных выбросов происходит из-за разрушения трубопроводов. К основным типам отказов трубопроводов, приводящим к значительным утечкам, следует отнести образование протяженных трещин с эквивалентным диаметром более 20 мм.

5.3.5 Отказы приборов контроля и автоматики (КИП и А)

Следствием отказов КИП и А может явиться:

- недопустимое повышение давления в резервуаре и, как следствие, срабатывание предохранительных клапанов и выброс газообразного аммиака в атмосферу, а при отказе предохранительных клапанов и дальнейшее повышение давления;

- нарушение целостности корпуса резервуара и выброс жидкого аммиака в обвалование;

- недопустимое повышение уровня жидкого аммиака в резервуаре (перелив), которое при тепловом расширении жидкого аммиака и отказе предохранительных клапанов может привести к нарушению целостности и даже разрушению резервуара.

Повышение давления до давления срабатывания предохранительных клапанов возможно как при заполнении резервуара, так и при хранении. Переполнение резервуара может произойти вследствие отказа системы контроля над уровнем жидкого аммиака [21].

5.3.6 Ошибки (неправильные действия) персонала, которые могут стать причинами аварийных ситуаций

К основным ошибкам (неправильным действиям) персонала, которые могут привести к аварийным ситуациям на АХУ, относятся:

- неудовлетворительный технический надзор за состоянием оборудования;

- ошибки при ведении ремонтных работ;

- непрофессионализм или недостаточный опыт персонала ОПО.

Неудовлетворительный технический надзор за состоянием оборудования и ошибки при проведении ремонтных работ (некачественное их исполнение) могут привести к:

- нарушению целостности оборудования (уменьшению толщины стенок до недопустимых размеров, развитию недопустимых концентраторов напряжения в корпусах резервуаров, развитию трещин сварных швов, металла корпуса, штуцеров, люков, трубопроводов, нарушению разъемных соединений и т.д.) и выбросу в атмосферу больших количеств аммиака;

- выходу из строя компрессорного и насосного оборудования, недостаточности их холодопроизводительности, повышению давления в резервуаре выше предельно допустимого и выбросам аммиака через предохранительные клапаны;

- выходу из строя ответственных элементов системы контроля за определяющими безопасность процесса технологическими параметрами, системы противоаварийной защиты (недопустимому повышению давления, уровня, температуры в резервуаре и, как следствие, срабатыванию предохранительного клапана, выбросу в атмосферу значительных количеств аммиака).

В связи с высокой надежностью систем контроля и защиты, на безопасность эксплуатации АХУ могут оказывать влияние практически только преднамеренные действия, направленные на нарушение требований технологического регламента и рабочих инструкций: отключения имеющихся систем защиты и намеренное непринятие соответствующих мер при получении аварийных сигналов о нарушениях технологических параметров [5].

5.4 Определение сценариев возможных аварий

После идентификации опасностей разрабатываются сценарии их развития и оцениваются масштабы последствий. Количество сценариев определяется рядом факторов:

- погодными условиями;

- местом расположения объекта;

- временем года и суток [2].

Сценарий аварии - полное и формализованное описание следующих событий: фазы инициирования, включая инициирующее событие, аварийного процесса, создавшейся ЧС, потерь при аварии, включая специфические количественные характеристики, пространственные и временные параметры и причинные связи событий аварий.

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 проводилось с помощью блок-схемы, представленной на рисунке П. 2.1.

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 P_i = 3,4·10^-6);

2) образование первичного и вторичного токсичного облаков аммиака (P_i = 2,75·10^-6).

Несмотря на то, что аммиак относится к пожаровзрывоопасным веществам [25], в данном проекте не рассматриваются сценарии 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

Полное 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 ОПО и населения

В данном случае рассматриваются резервуары (линейные, дренажные ресиверы), в которых находится наибольшее количество жидкого аммиака (в соответствии с таблицей 4.2).

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 ОПО 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 ОПО 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.

6. Оценка величины ущерба

В данном разделе проведено прогнозирование масштабов заражения местности аммиаком при аварии, развивающейся по сценарию А (наиболее опасному). Приведена оценка ущерба от данной аварии.

6.1 Прогнозирование масштабов заражения аммиаком при аварии на ОАО «Уфамолзавод»

Оценка масштаба заражения аммиаком проведена в соответствии с методикой прогнозирования возможной обстановки при авариях на ХОО (Приложение 3) Исходные данные аварии приведены в таблице 6.1.

При развитии аварии по сценарию А происходит разгерметизация технологического блока №1 (линейного ресивера 3,5РВ). Инициирующим фактором данной аварии может явиться обвал стены помещения линейных ресиверов (здание кирпичное, постройки 1960 г.). В результате обвала, элементы несущей конструкции могут повредить герметичность резервуаров.

При прогнозировании масштабов химического заражения рассматривался случай разгерметизации резервуара, с выбросом всего количества аммиака, находящегося в технологическом блоке №1 (таблица 4.2).

Таблица 6.1 - Исходные данные для оценки возможной обстановки при аварии на ХОО

Тип АХОВ	аммиак
Условия хранения АХОВ	жидкость под давлением
Количество АХОВ, разлившегося при аварии, Q0	1,621 т
Высота обвалования резервуара, Н	2 м
Время, прошедшее от начала аварии, N	1 ч
Плотность населения в районе чрезвычайной ситуации, вызванной аварией, Р	10253 чел./км2
Метеоусловия
Температура воздуха, Тв	20 0С
Степень вертикальной устойчивости атмосферы	инверсия
Скорость ветра, Vв	1 м/с
Время аварии	00:00

6.1.1 Прогнозирование глубины зон заражения аммиаком

1. Эквивалентное количество вещества, перешедшего в первичное облако, т:

,

где Q₀ - количество выброшенного (разлившегося) при аварии вещества, т;

К₁ - 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 (таблица П. 3.1)

К₇ - коэффициент, учитывающий влияние температуры воздуха.

Значения коэффициентов К₁, К₃, К₇ определяются по таблице П. 3.2.

=0,007295 т.

2. Эквивалентное количество вещества по вторичному облаку рассчитывается по формуле:

где: К₂ - коэффициент, зависящий от физико-химических свойств аммиака (таблицаП.3.3);

К₄ - коэффициент, учитывающий скорость ветра (таблица П. 3.4);

d - плотность аммиака, т/м³

h - толщина слоя аммиака (для сосудов с жидкостью, имеющих собственное обвалование), м.

= 2 - 0,2 =1,8 м.

где H - высота обвалования, м.

К₆ - коэффициент, зависящий от времени, прошедшего после начала аварии N

,

где N - время, прошедшее от начала аварии, ч;

Значение коэффициента К₆ определяется после расчёта продолжительности испарения вещества с площади разлива:

== 49 ч.

Так как N < T, то = 1

Тогда =0,001084 т.

6.1.2 Расчет глубины зоны заражения при аварии на ХОО

1. Полная глубина зоны заражения, обусловленная воздействием первичного и вторичного облака АХОВ:

,

где Г' - большее из полученных значений Г₁ и Г₂, км;

Г» - меньшее из полученных значений Г₁ и Г₂, км.

Г₁, Г₂ - максимальные значения глубин зон заражения первичным (вторичным) облаком АХОВ при авариях на ХОО (таблица П. 3.3).

Интерполируем табличные значения для глубины зон возможного заражения:

,

где Г_Х - искомое значение глубины зоны возможного заражения (Г_м < Г_х < Г_б), км.

Глубина зоны возможного заражения первичным облаком:

= 0,2772 км.

Глубина зоны возможного заражения вторичным облаком:

=0,0412 км.

Т.к. Г₁>Г₂, полная глубина зоны заражения, обусловленная воздействием первичного и вторичного облаков аммиака равна:

=0,2772 + 0,5·0,0412 = 0,2978 км.

2. Предельно возможное значение глубины переноса воздушных масс:

= 1·5 =5 км.

где V - скорость переноса переднего фронта ЗВ (таблица П. 3.5), км/ч

За окончательную расчётную глубину зоны заражения принимаем Г = 0,2978 км, т. к. Г < Г_п.

6.1.3 Определение площади зоны заражения

1. Площадь зоны возможного заражения первичным (вторичным) облаком АХОВ, км²:

,

где ? - угловые размеры зоны возможного заражения в зависимости от скорости ветра (Табл. П. 3.6).

=0,14 км².

2. Площадь зоны фактического заражения, км²:

,

К₈ - коэффициент, зависящий от степени вертикальной устойчивости воздуха (таблица П. 3.2).

=0,00718 км².

Результаты расчетов приведены в таблице 6.2.

Зоны глубина зоны заражения, а также зоны возможного и фактического заражения аммиаком, представлены на рисунке П. 2.2

Таблица 6.2 - Масштабы заражения аммиаком при аварии на ХОО

Толщина слоя разлившегося аммиака, h	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

6.1.4 Определение возможных потерь

Учитывая то, что очаг заражения находится в черте города, общее количество человек, попадающих в зону заражения АХОВ составит:

,

где P - средняя плотность населения в данном районе города (для Советского района г. Уфы);

Тогда, =74 чел.

Так как авария произошла поздним вечером, примем, что 20% населения находится на открытом воздухе (15 чел.) и 80% в зданиях (59 чел.) Оценим возможные потери. Приняв во внимание, что на открытом воздухе пострадает 100% населения, попавшего в зону химического заражения, а в домах - 50% составим структуру возможных потерь (таблица 6.3).

Таблица 6.3 - Структура возможных потерь в очаге поражения АХОВ

	На открытой местности	В домах и простейших укрытиях	Общее число возможных потерь
Пострадавшие	15	30	45
Санитарные потери легкой формы тяжести (25%)	4	8	12
Санитарные потери средней и сильной формы тяжести (40%)	6	12	18
Безвозвратные потери (35%)	5	10	15

В соответствии с [29] ЧС, сложившаяся в результате подобной аварии, носит муниципальный характер. Количество пострадавших - 45 человек. Полученные возможные последствия от аварии не совпадают с данными, приведенными в Декларации безопасности АХУ. Это может быть связано с тем, что прогнозирование последствий рассматривалось в соответствии с другим сценарием аварии или рассчитывалось по другой методике.

6.2 Оценка величины возможного ущерба

Оценка возможного ущерба в случае реализации сценария А (т.е. при разгерметизации линейного ресивера 3,5 РВ и образовании первичного и вторичного облаков) проведена в соответствии с методикой расчета ущерба (Приложение 5). В декларации безопасности АХУ ОАО «Уфамолзавод» приведены следующие данные: в случае аварии предполагаемые затраты на восстановление разрушенных объектов ОАО «Уфамолзавод» могут составить до 650 тыс. рублей. Учитывая, тот факт, что эти данные приведены для 1998 года, и учитывая влияние инфляции, на 2007 год эти затраты составят около 2 млн. рублей. Эта сумма относится к прямым потерям предприятия.

Необходимо также учесть затраты на локализацию и ликвидацию аварии; социально-экономические потери, которые складываются из ущерба, нанесенного персоналу установки в случае его гибели или травмирования. Это выплаты на содержание детей, пенсий по случаю утери кормильца, погребение - в случае гибели людей, расходы на лечение, профессиональное переобучение, выплаты компенсаций - в случае травмирования в результате аварий. А также необходимо учесть экологический ущерб, нанесенный окружающей среде. В целом величина возможного ущерба составит 4…5 млн. рублей. Таким образом, в отношении материального ущерба данная ЧС также носит муниципальный характер.

7. Технические решения, направленные на обеспечение безопасности объекта

В данном разделе приведены технические решения, направленные на обеспечение безопасной эксплуатации АХУ ОАО «Уфамолзавод»; мероприятия по защите персонала в случае возникновения ЧС; мероприятия по предупреждению ЧС на объекте и защите населения, проживающего в зоне возможного заражения АХОВ, система оповещения при возникновении ЧС.

7.1 Обеспечение безопасности объекта

В соответствии с [1], для обеспечения безаварийной работы АХУ на ОАО «Уфамолзавод» предусмотрены следующие мероприятия:

1) Процесс осуществляется по непрерывной схеме и в герметичных аппаратах. Расчетные значения избыточного давления в системе и температуры аппаратов выше регламентированных.

2) Установка разделена на технологические блоки. Отключение блоков осуществляется с применением средств ручного управления. Имеется возможность локализации в случае аварии отдельных единиц оборудования.

3) Контроль и управление компрессорами осуществляется комплексами средств автоматизации (КСА), входящими в комплект компрессорного аппарата. На передних панелях КСА расположены надписи, кнопки, тумблеры и сигнальные светодиоды.

4) Осуществляется автоматическая блокировка с отключением компрессорных агрегатов в случае выхода технологических параметров за допустимые пределы.

5) В помещении компрессорного цеха имеется операторная. В операторной расположены извещатели световой и звуковой сигнализации нарушений технологических параметров (повышения уровня жидкости в промежуточных сосудах, отделителях жидкости, понижения общего расхода водына охлаждение к компрессорам), прибор дистанционного контроля за температурой в холодильных камерах. Имеется кнопка группового останова компрессоров в случае аварии.

6) На установке отсутствуют постоянные выбросы загрязняющих и взрывоопасных веществ в атмосферу. Условия проведения технологического процесса и примененное оборудование не требуют организации местных отсосов. Воздух и другие неконденсирующиеся газы выпускаются из системы в сосуд с водой.

7) Ограниченное количество аммиака выходит в атмосферу при вскрытии оборудования для ремонта, а также через возможные неплотности технологической системы, образующиеся в процессе эксплуатации.

8) Все технологические системы и узлы после капитального ремонта (монтажа) подвергаются испытанию на герметичность с оформлением соответствующей документации.

9) На аппаратах, где возможно повышение давления до максимально допустимого, установлены предохранительные клапаны.

10) Линейные ресиверы расположены в отбортованном приямке в специальном кирпичном сооружении.

11) Для зарядки системы аммиаком предусмотрены стыковочные узлы.

12) На нагнетательных трубопроводах насосов и компрессоров установлены обратные клапаны.

13) На трубопроводах жидкого аммиака из линейных ресиверов установлены запорные автоматические клапаны.

14) При соблюдении требований правил монтажа и эксплуатации установленные компрессоры не являются источником шума, вибрации и загазованности, превышающие установленные нормы в зоне их обслуживания.