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 газофракцио-нирующей 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.