автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.03, диссертация на тему:Оценка массы парогазового облака, образующегося при аварийной разгерметизации оборудования нефтеперерабатывающих предприятий

Введение

1. Анализ опасностей установок НПЗ и методик по их оценки

1.1 Анализ потенциальной опасности оборудования нефтеперерабатывающих предприятий

1.1.1 Анализ основных параметров технологических процессов нефтепереработки

1.1.2 Анализ опасностей установок предприятий НПЗ

1.2 Анализ аварийных ситуаций на установках НПЗ

1.2.1 Виды аварий

1.2.2 Анализ причин аварий

1.3 Примеры развития аварийных ситуаций

1.3.1 Разрушение сосуда, содержащего сжатые горючие газы

1.3.2 Крупномасштабные взрывы паровых облаков в незамкнутом пространстве

1.4 Выявление сценария протекания аварийной ситуации, связанной с разгерметизацией оборудования

1.5 Методы оценки опасности оборудования НПЗ

1.5.1 Общие принципы количественной оценки взрывоопас-ности технологических блоков

1.5.2 Методика оценки последствий аварий на пожаровзры-воопасных объектах

1.5.3 Методика оценки последствий химических аварий

1.5.4 Определение предельного количества опасного вещества на основе Федерального закона

2 Практическое исследование процессов испарения нефтепродуктов

2.1 Характеристики испытуемых веществ и описание лабораторной установки

2.2 Последовательность проведения эксперимента

2.3 Результаты эксперимента

2.4 Графическая интерпретация результатов эксперимента

3 Разработка метода оценки количества нефтепродукта в парогазовом облаке

3.1 Описание механизма испарения жидкости

3.2 Факторы, влияющие на процесс испарения нефтепродукта

3.3 Некоторые моменты, возникающие при определении массы парогазового облака на основе утвержденной методики

3.4 Вывод зависимости, определяющей количество углеводородов в облаке

3.5 Определение количества мгновенно испаряющегося перегретого нефтепродукта

3.6 Определение количества испаренной нефти на основе эмпирических зависимостей

3.7 Определение количества паров, образовавшихся в результате диффузионного испарения пролитого нефтепродукта

3.8 Расчет геометрических характеристик парогазового облака, образующегося при испарении нефтепродукта

4 Разработка метода оценки площади розлива жидкостного нефтепродукта

4.1 Расчет площади растекания нефтепродукта

4.2 Истечение из емкости при постоянном напоре

4.3 Истечение из емкости при переменном напоре

5 Анализ реальных аварийных ситуаций и расчет их последствий

5.1 Оценка последствий возможной аварийной разгерметизации технологических емкостей, содержащих бензин

5.2 Расчет последствий аварийного выброса пропилена при разгерметизации магистрального трубопровода

5.3 Расчет последствий аварийной разгерметизации магистрального трубопровода со сжиженным нефтяным газом

5.4 Оценка последствий аварийной разгерметизации железнодорожной цистерны с изобутаном

5.5 Оценка последствий аварийного разрушения технологического трубопровода с моновинилацетиленом

5.6 Последствия разлива бензина при разрушении уплотнения люка экстрактора

5.7 Последствия аварийного выброса парогазовой смеси (пропан-бутиленовая фракция)

5.8 Последствия разрушения автоцистерн, содержащих сжиженные углеводородные газы

5.9 Последствия выброса сжиженного газа через разрушенное фланцевое соединение

5.10 Сопоставление расчетных результатов с официальными

В настоящее время доля нефти и газа среди первичных энергоносителей достигает 70 %. Значительно возросла энергонасыщенность современных заводов - типовой нефтеперабатывающий завод мощностью 10. 15 млн. т./год, сосредотачивает на своей промышленной площадке 300.500 тыс. т. углеводородного топлива. Постоянная интенсификация технологий обуславливает повышение и приближение к критическим величинам таких важнейших технологических параметров, как температура, давление, содержание опасных веществ. Увеличение объемов переработки нефти и газа, а также необходимость в более полном отборе светлых нефтепродуктов привело к увеличению единичной мощности аппаратов, и соответственно -к увеличению количества находящихся в них опасных веществ.

Номенклатура выпуска нефтехимического или химического завода с передовой технологией содержит тысячи веществ, многие из которых чрезвычайно ядовиты, токсичны, горючи и взрывоопасны. Создаются индустриальные комплексы, содержащие узлы энергораспределения, тепло- и газоснабжения, транспортные магистрали, которые, как правило, размещаются в местах непосредственного проживания населения.

Перечисленные особенности современного состояния промышленности обуславливают масштаб аварийности и последствия аварий, ведущих к травмам производственного персонала, значительному (или полному) разрушению технологического оборудования и промышленных помещений, и, как показывает практика, близлежащих жилых массивов.

Отсюда крайне важной становится оценка уровня токсико-, взрыво- и пожароопасности нефтеперерабатывающих и нефтехимических производств, от которой зависит безопасность промышленного персонала и совокупность мероприятий, направленных на обеспечение безопасности эксплуатации технологического оборудования. Важно уметь правильно определять уровень промышленной безопасности, поскольку при его неадекватной оценке под угрозой могут оказаться как промышленное оборудование, так и жизни людей, а также возможно необоснованное завышение (занижение) затрат на обеспечение безопасности.

Как показывает проведенный анализ, одной из наиболее характерных опасностей нефтехимического производства является образование парогазового облака, с дальнейшей инициацией взрыва/пожара от внешнего источника воспламенения или токсическое заражение близлежащих территорий. Это событие ведет к наиболее значительным разрушениям и соответственно - материальному ущербу, и нередко, как показывает современная статистика, - к гибели персонала. Именно поэтому очень важно иметь возможность достоверно оценивать возможные последствия таких катастроф, чтобы на основе этой оценки разработать соответствующие и своевременные мероприятия по обеспечению безопасности.

Одним из наиболее важных моментов при проведении подобной оценки является определение величины массы парогазового облака, образующегося в результате аварийной разгерметизации оборудования нефтеперерабатывающих предприятий. Существующие же на сегодняшний день методики способны достаточно точно определять массу облака для индивидуальных углеводородов, в то время как для сложных смесей углеводородов, которыми как раз и являются получаемые на нефтеперерабатывающих предприятиях нефтепродукты, при проведении расчетов наблюдаются значительные отклонения расчетных результатов от действительных. Сравнение результатов, полученные расчетным путем на основе утвержденной методики /82/, с результатами, описывающими аварийные ситуации, имевшие место в действительности показывает, что разброс величин при определении массы образующегося облака находится в пределах 5,7.92,0 %. Методик, позволяющих рассчитывать площадь разлива, которым сопровождается аварийный выброс нефтепродукта, на сегодняшний день нет и, по7 этому, при проведении расчета ее величина принимается достаточно приблизительно, по усмотрению лица осуществляющего расчет.

Таким образом, для более точного соответствия величины расчетного количества углеводородов в образующемся парогазовом облаке ее действительному значению, а также получения возможности вычислять площадь растекания нефтепродукта при разгерметизации оборудования, требуется создание расчетного алгоритма, позволяющего корректно решать эти актуальные для нефтеперерабатывающей промышленности вопросы.

Автор выражает благодарность, доценту кафедры ТНА, к.т.н. Хус-ниярову М.Х. как научному консультанту за оказанную помощь при выполнении диссертационной работы, заведующему кафедрой МАХП, профессору Кузееву И.Р., а также к.т.н. Стороженко Ю.В. за критическое обсуждение работы и ценные замечания и всем, кто оказывал содействие в ее выполнении.

1. Абросимов A . A . Экологические аспекты производства и применения нефтепродуктов. М.: 1999. - 7 - 41.

3. Абузова Ф.Ф., Черникин В.И. Потери нефтепродуктов от испарения из подземных резервуаров. М.; Недра, 1966. - 62 - 63.

4. Альперт Л.З. Основы проектирования химических установок. М.:Высшая школа, 1970. - 328 с.

5. Альтшуль А.Д. Гидравлические сопротивления. М.: Недра, 1982.- С . 167- 174.

6. Альтшуль А.Д. Местные гидравлические сопротивления придвижении вязких жидкостей. М.: Гостоптехиздат, 1962. - 34 - 44.

7. Арнольд Л.В., Михайловский Г.А., Селиверстов В.М. Техническая термодинамика и теплопередача. М.: Высшая школа, 1979. - 38 40.

8. Баратов А.Н., Пчелинцев В.А. Пожарная безопасность. - М.: издво АСВ, 1997. - 176 с.

9. Бард В.Л., Кузин A . B . Предупреждение аварий в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности. - М.: Химия, 1984. - 315 с.

10. Баскаков А.П., Гуревич М.И. и др. Общая теплотехника. М.: Государственное энергетическое издательство, 1963. - 389 с.

11. Башта Т.М., Руднев С, Некрасов Б.Б. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы. М.: Машиностроение, 1982. - 48 - 50, 106 - 118.

12. Бережковский М.И. Трубопроводный транспорт химическихпродуктов. - Л.: Химия, 1979. - 240 с.

13. Берлянд М.Е. Прогноз и регулирование загрязнения атмосферы.Л.: Гидр омете о из дат, 1985. - 178 с.

14. Беспамятнов Г.П. Предельно допустимые концентрации вредных веществ. - Л.: Химия, 1972. - 9, 86.

15. Бесчастнов М.В. Взрывобезопасность и противоаварийная защита химико-технологических процессов. М.: Химия, 1983. - 472 с.

16. Бесчастнов М.В. Промышленные взрывы. Оценка и предупреждение. М.: Химия, 1991. - 432 с.

17. Брейман М.И. Инженерные решения по технике безопасности впожаро- и взрывоопасных производствах. М.: Химия, 1974. - 342 с.

18. Бударов И.П. Потери от испарения моторных топлив при хранении. М.: ВНИИСТ, 1961. - 48 - 56.

19. Валевский Н.В. Борьба с потерями светлых нефтепродуктов.Баку: Анефтеиздат, 1937. - 22 - 74.

20. Взрывные явления. Оценка и последствия, /под ред. ЗельдовичаЯ.Б. Москва, Мир, 1986. - 157-181.

21. Волков О.М. Пожарная безопасность резервуаров с нефтепродуктами. - М.: Недра, 1984. - 151 с.

22. Волков О.М. Пожарная профилактика и тушение пожаров нефтяной и газовой промышленности / Пожарная охрана. М.: 1978, № 2. - С 103 - 1 2 9 .

23. Галеев В.Б. Исследование потерь нефтепродуктов от испарения.- дисс. канд. техн. наук. - Уфа,: УНИ, 1975. - 142 с.

24. Галиаскаров Ф.М. Расчет ректификации нефтяных смесей. Уфа,изд-во Башкирского университета, 1999. - 83 - 98.

25. Гареев А.Г., Иванов И.А., Абдуллин И.Г. и др. Прогнозированиекоррозионно-механических разрушений магистральных трубопроводов. М.: Информационно-рекламный центр газовой промышленности, 1997. - 138 - 153.

26. Годжелло М.Г. Взрывы промышленных пылей и ихпредупреждение. - М.: МКХ РСФСР, 1952. - 142 с.

27. ГОСТ 12.1.007-76. Вредные вещества. Классификация и общиетребования безопасности.

28. ГОСТ 1756-52. Определение давления насыщенных паров нефтепродуктов.

29. ГОСТ 2177-82. Определение фракционного состава нефтепродуктов.

30. ГОСТ 3900-47. Определение плотности нефтепродуктов.

31. ГОСТ 7163-63. Определение динамической вязкости нефтепродуктов.

32. Гуревич И.Л. Общие свойства и первичные методы переработкинефти и газа. М.: Химия, 1972. - 34 - 46.

33. Доброчеев О.В., Кулешов A . A . , Черноплеков А.Н., Киселев М.Н.Математическая модель рассеивания инертных облаков тяжелых газов при авариях на промышленных объектах. - М.: Препринт ИАЭ-4789/1 , 1989. 36 с.

34. Жидкие углеводороды и нефтепродукты. /Под ред. Шахпаранова М.И. и Филиппова Л.П. М.: Изд-во Московского университета. 1989. - 33 - 54.

35. Жимерин Д.Г., Мясников В.А. Автоматизированные и автоматические системы управления. - М.: Энергия, 1979. - 592 с.

36. Закон Российской Федерации "О пожарной безопасности", 1995.

37. Зельдович Я.Б. Взрывные явления. Оценка и последствия. М.:Мир, 1986.-213 с.

38. Зельдович Я.Б., Баренблатт Г.И., Либрович В.Б., МахвиладзеГ.М. Математическая теория горения и взрыва. - М.: Наука, 1980. - 478 с.

39. Земенков Ю.Д. Испарение нефти с открытой поверхности приотказах на магистральных нефтепроводах. Дисс. канд. техн. наук. - Уфа,: УНИ, 1986.-202 с.

40. Зубова А.Ф. Надежность машин и аппаратов химических производств. Л.: Машиностроение, 1978. - 215 с.

41. Иванов E . H . Противопожарная защита открытых технологических установок. М.: Химия, 1986. - 28 с.

42. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям.М.: Машиостроение, 1975. - 558 с.

43. Илембитова Р.Н. Разработка метода расчета теплофизических ифизико-химических свойств нефтяных фракций и нефтепродуктов, 1984. 12-14, 1 4 2 - 153.

46. Карманов В.Г. Математическое моделирование. М.: Наука,1988 . -С . 25 -46.

47. Карелоу Г., Егер Д. Теплопроводность твердых тел. М.: Наука,1964.- 485 с.

48. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. М.: Химия, - 1971. - 784 с.

49. Кафаров В.В, Мешалкин В.П., Грун Г., Нойманн В. Обеспечениеи методы оптимизации надежности химических и нефтеперерабатывающих производств. М.: Химия, 1987. - С . 272 с.

50. Коваленко М.Ф., Бронштейн И.С. Методы определения потерьнефти и нефтепродуктов от испарения и области их применения. - Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов. Сб. науч. тр. ВНИИСПТнефть, Уфа,: 1971, вып. 8 . - С . 67-90.

51. Кравец В.А. Системный анализ безопасности в нефтяной и газовой промышленности. - М.: Недра, 1984. - 117 с.

52. Красовский Г.И., Филаретов Г.Ф. Планирование эксперимента.Минск, изд-во БГУ им. В.И, Ленина, 1982. - 300 с.

53. Кубо Р. Термодинамика. М.: Мир, 1 9 7 0 . - С . 153 - 156.

54. Кудрявцев Е.А. Проблемы пожаро- и взрывозащигы технологического оборудования. М.: ВНИИПО, 1977. - 75 - 76.

55. Кузмичев И.И. Волохов И.И. Анализ пожаров в зданиях и сооружениях промышленных предприятий / Сборник научных трудов "Горение и проблемы тушения пожаров". М.; ВНИИПО М В Д СССР, 1977. - 4 4 - 4 9 .

57. Кузьмин В.Г., Волков О.М. Исследование наружных взрывоопасных зон у нефтяных подземных резервуаров / Сб. научных трудов "Проблемы горения и тушения". - М.: ВНИИПО М В Д СССР, 1974. - ч. 11 1 3 0 - 134.

58. Кушелев В.П. Основы техники безопасности на предприятияххимической промышленности. М.: Химия, 1968. - 40 - 45.

59. Кушнырев В.И., Лебедев В.И., Павленко В.А. Техническая термодинамика и теплопередача. М.: Стройиздат, 1986. - 374 - 376, 438 442.

60. Лазарев Н.В. Вредные вещества в промышленности. - М.: Химия, 1965 - С . 5 7 - 67.

61. Лазарева В.Н., Левина Э.Н. Вредные вещества в промышленности. - Л.: Химия, 1976. - 320 с.

63. Легасов В.А., Чайванов Б.Б., Черноплеков А.Н. Научные проблемы безопасности современной промышленности / Безопасность труда в промышленности. М.: 1988, № 8. - С 44 - 5 1 .

65. Лурье М.Ю., Михайлов Н. М. Испарение воды со свободной поверхности. Изв. Всесоюзного технологического института им. Ф.Э. Дзержинского, 1935. №3. - 23 - 33.

66. Лыков A . B . Теория сушки. М.: Энергия, 1968. - 285-306. + 43

67. Макаров Г.В. и др. Охрана труда в химической промышленности. М.: Химия, 1977. - 246 - 262.

68. Мановян А.К. Определение физических свойств узких нефтяныхфракций при расчетах ректификационных колонн. - В кн. Технология переработки нефти и газа. Производство топлив. /Тр. ГрозНИИ. - М., вып. 22, 1988 г . - С . 9 6 - 107.

69. Маршалл В. Основные опасности химических производств. Пер.с англ. - М.: Мир, 1989. - 672 с.

70. Методика оценки последствий аварий на пожаро-, взрывоопасных объектах. Москва, 1994. - 11.

71. Методические указания по определению фактических потерьнефти на предприятиях Министерства нефтяной промышленности. - Уфа.: ВНИИСПТнефть, 1972. - 39 с.

72. Миронов О.Г. Краткая характеристика физических факторов,влияющих на судьбу нефти в море. - Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов. 1975, № 1 0 . - С . 34-36.

74. Мозговой Б.И. Ярышев Г.М. Определение потерь нефти от испарения методом моделирования. - Нефтяное хозяйство, 1975, Ш 4. - 5557.

75. Муромцев Ю.Л. Безаварийность и диагностика нарушений вхимических производствах. М.: Химия, 1990. - 1 2 - 2 2 .

76. Налимов В.В. Теория эксперимента. М.: Наука, 1971. - 242 с.

77. Налимов В.В., Голикова Т.И. Логические основания планирования эксперимента. М.: Металлургия, 1976. - 384 с.

78. Нагцокин В.В. Техническая термодинамика и теплопередача. М.:Высшая школа. - 1975. - 20 - 25.

79. Нестеренко А.В. Основы термодинамических расчетов конденсации воздуха. М., Высшая школа, 1971. - 129 - 138.

80. Нефтепродукты. Свойства, качество, применение. /Под ред. Лосикова Б.В. М.: Химия, 1966. - 35 -105.

82. Общие свойства и первичные методы переработки нефти и газа,/под ред. Скобло А.И. М.: Химия, 1972. - 126, 321, 335.

83. Онищенко В.Я. Управление технологическим риском / Безопасность труда в промышленности. М.: 1996, № 12. - С 29 - 31.

84. ОНТП-24 -86 . Определение категории помещений и зданий повзрывопожарной опасности. М.: ВНИИПО МВД СССР, 1987. -29 с.

85. Оценка химической опасности технологических объектов. - Тула, 1992.-42 с.

86. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи покурсу процессы и аппараты химической технологии. Л.: Химия, - 1987. 576 с.

87. Пряников В.И. Техника безопасности в химической промышленности. М.: Химия, 1989. - 282 с.

88. Роев Э.Д. Пожарная защита объектов хранения и переработкисжиженных газов. - М., Недра, 1980. - 184 с.

89. Розловский А.И. Проблемы безопасности при чрезвычайных ситуациях. Выпуск 10. М., 1990. 26 - 28.

90. Россини Ф.Д., Мэйр Б.Дж., Стрейф А.Дж. Углеводороды нефти.Л.: Гостоптехиздат, 1957. - 159 - 160, 234 - 238.

91. Рудин М.Г., Драбкин А.Е. Краткий справочник нефтепереработчика. Л.: Химия, 1980. - 70 - 85.

93. Рябов В.А. Повысить уровень безопасности химических производств. / Безопасность труда в промышленности. 1990. № 5 . -С. 2 - 6 .

94. Савельев П.С. Пожары - катастрофы . - М.: Стройиздат, 1983.315 с.

95. Сарданашвили А.Г., Львова А.И. Примеры и задачи по технологии переработки нефти и газа. М.: Химия, 1973. - 11 - 32.

96. Скобло А.И., Трегубова И.А., Молоканов Ю.К. Процессы и аппараты нефтеперабатывающих и нефтехимических производств. М., Химия, 1982. -584 с.

97. Состав и свойства нефтей и бензиново-керосиновых фракций/Сборник работ по изучению состава и свойств нефтей и нефтепродуктов/. М.: издательство академии наук СССР, 1957. - 294 - 313.

98. Справочник нефтепереработчика Под ред. Ластовкина Г.А., Радченко Е.Д., Рудин М.Г. Л.: Химия, 1 9 8 6 . - С . 14-21 .

99. Справочник химика, т. 1. М. : Химия, 1965. - 212, 386.

100. Таубкин С И . , Таубкин И . С Пожаро- и взрывобезопасность пылевидных материалов и технологических процессов. - М.: Химия, 1976. 256 с.

101. Телегин Л.Р., Ким Б.И., Зоненко В.И. Охрана окружающей среды при сооружении и эксплуатации газонефтепроводов. / Учебное пособие для ВУЗов. М.: Недра, 1988. - 188 с.

102. Тепло- и массообмен при фазовых и химических превращениях/под ред. Б.М. Смольского/ Минск, Наука и техника, 1968. - 251 с.

103. Топольский Н.Г., Блудчий Н.П. Основы обеспечения безопасности высокоопасных объектов. - М.: МИПБ МВД России, 1998. - 97 с.

104. Требин Г.Ф., Чарыгин Н.В., Обухова Т.М. Нефти месторождений Советсткого Союза. Справочник - 2-е изд. доп. и перераб. М.: Недра, 1 9 8 0 . - С . 221-253.

105. Уиггинс Д. Потери нефти и нефтепродуктов от испарения притранспорте и хранении. М. - Л.: Изд-во совета нефтяной промышленности, 1924. - 64 - 81.

106. Уиггинс Д. Способы снижения потерь от испарения /пер. сангл. В.К. Левицкого/ - Баку, 1925 г. - 14 - 48.

107. Федеральный закон "О промышленной безопасности производственных объектов". М.: ПИО ОБТ 1999. - 3, 4, 24, 25.

108. Хенли Е. Дж., Кумамото X . Надежность технических систем иоценка риска. М.: Машиностроение, 1984. - 528 с.

109. Химмельблау Д. Обнаружение и диагностика неполадок в химических и нефтехимических процессах. Л.: Химия, 1983. - 352 с.

110. Цедерберг Н.В. Теплопроводность газов и жидкостей. М.: Государственное энергетическое издательство, 1963 г. - 4 0 7 с.

111. Чугаев P.P. Гидравлика. - Л.: Энергоиздат, 1982. - 379 - 382.

112. Шевердин A .B . , Стороженко Ю.В., Хуснияров М.Х. Классификация установок по уровню их потенциальной опасности. Материалы 49-й научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых, посвященной 50-летию УГНТУ, 1998. УГНТУ.

113. Шевердин A . B . , Хуснияров М.Х. Определение массы взрывоопасного облака. Проблемы нефтегазового комплекса: материалы научнометодической конференции. Уфа: Изд-во УГНТУ, 2000. - С . 118-120.

114. Шевердин A . B . , Хуснияров М.Х. Предохранительные устройства оборудования НПЗ: Учебное пособие. - Уфа: Изд-во УГНТУ, 1999, - 49 с.

115. Шевченко Е.Ф., Габинет Л.М. и др. Физико-химические свойства нефтей и газов Украины. М.: Недра, 1971. - 19-25.

116. Эмирджанов Р.Т., Лемберанский Р.А. Основы технологическихрасчетов в нефтехимии и нефтепереработке. - М.: Химия, 1989. - 101 111.

118. Davenport J.A. A study of vapour cloud incidents / 3'^ NationalMeeting in the A lChE l . Houston. - 1977. - 288 p.

119. Grimn Wilhelm E .H . Gase studies of fire and explosions in refineries and petrochemical plants / Loss prevention and safety promot. process Ind. Amsterdam, 1974. - 56-72 p.

120. Guidelines for Chemical Process Quantitative Risk Analysis, Centerfor Chemical Process Safety of the American Institute of Chemical Engineers. New York. - 1989.-451 p.

121. Strehlow R .A . Unconfmed vapour cloud explosions. A n overview.14^ *" Symposium (international) on Combustion. Pennsylvania, 1972. - 356 p.