автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Системный анализ экологической безопасности предприятий по производству технического углерода (на примере Сосногорского ГПЗ)

На правах рукописи

ФРИДРИК ДЕНИС ЕВГЕНЬЕВИЧ

Системный анализ экологической безопасности предприятий по производству технического углерода (на примере Сосногорского ГПЗ)

05.13.01 - Системный анализ, управление и обработка информации (химическая промышленность)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 /. " 1

Москва 2009

003469259

Работа выполнена на кафедре «Эколого-экономического анализа технологий» в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московская государственная академия тонкой химической технологии им. М.В. Ломоносова» (МИТХТ) и в ЗАО «Научно-производственная фирма - Диагностика: информатика: экология: мониторинг» (ДИЭМ).

Научный руководитель кандидат технических наук,

Равикович Виталий Ильич

Официальные оппоненты доктор технических наук, профессор

Кузин Рудольф Евгеньевич

кандидат технических наук, Глазунов Александр Леонидович

Ведущая организация ГОУ ВПО Тамбовский государственный

технический университет

Защита состоится 9 июня 2009 года в 14.00 час. на заседании диссертационного совета Д 212.120.08 при Московской государственной академии тонкой химической технологии им. М.В.Ломоносова по адресу: 119571, г. Москва, пр. Вернадского, 86.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МИТХТ им. М.В. Ломоносова. Автореферат диссертации размещен на сайте www.mitht.ru

Автореферат разослан_апреля 2009 года.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, доцент

К.Ю.Колыбанов

Общая характеристика работы

Актуальность работы. Современная химическая промышленность с ее гигантскими мощностями оказывает все более ощутимое негативное техногенное воздействие на окружающую среду, что вызывает ухудшение условий обитания человека и человечества. Вина за это ухудшение целиком лежит на человеке как элементе глобальной системы, поскольку именно его деятельность вызывает антропогенное воздействие на природу, в том числе и негативное.

Одним из крупнейших источников отрицательных воздействий на природную среду являются предприятия химического профиля, производящие полупродукты для химической промышленности и смежных отраслей. Среди полупродуктов химической промышленности широко используется технический углерод, производимый в значительных объемах и применяемый в резинотехнической, шинной, лакокрасочной и металлургической отраслях промышленности. Типовым представителем такого химического предприятия является Сосногорский ГПЗ, находящийся в республике Коми.

Наряду с военной, социально-экономической, информационной безопасностью, промышленная безопасность в настоящее время выдвигается в число основных характеристик промышленных объектов и является важнейшим компонентом национальной безопасности России. Весьма острой является проблема экологической безопасности (ЭБ) для химических предприятий, представляющих собой сложную, развивающуюся систему химико-технологических, транспортных и других процессов, включающую в себя химико-технологические линии по переработке разнообразного сырья, имеющую значительную протяженность с напряженными параметрами эксплуатации, восприимчивую к весьма широкому спектру внешних и внутренних воздействий и имеющую относительно низкий уровень защищенности. Химическая промышленность, таким образом, в настоящее время остается областью деятельности с высоким уровнем опасности.

С системных позиций техносфера перерабатывающего предприятия химического профиля (ППХП) представляет собой сложную систему. Это существенно осложняет проблему обеспечения промышленной безопасности ведения работ на ППХП. Для повышения промышленной безопасности, снижения уровня потенциальной опасности и защиты производственного персонала от опасных факторов и процессов конкретного вида, приводящих к возникновению аварийных ситуаций (АС), особое значение приобретают вопросы системного анализа АС, имеющие решающую роль при прогнозировании и оценке рисков эксплуатации химико-технологических объектов ППХП.

Изложенное дает основание рассматривать задачу оценки рисков промышленной эксплуатации ППХП на основе системного анализа всей совокупности химико-технологических, транспортных и других процессов, находящихся между собой в самых разнообразных материальных, энергетических и информационных соотношениях, как весьма

1

актуальную. Решение данной задачи на примере Сосногорского перерабатывающего предприятия по получению технического углерода имеет важное научное и практическое значение и большой социальный и экономический эффект.

Промышленной безопасности, включая вопросы экологической безопасности предприятий химического профиля, посвящены работы Л.А.Бахвалова, В.И.Васильева, В.Г.Горского, Б.В.Гидаспова, С.Гуаро, С.А.Дмитриева, А.Ф.Егорова, А.В.Измалкова, Ю.А.Израэля, В.В.Кафарова, В.Ф.Коршошко, К.Ю.Колыбанова, А.В.Кострова, Р.Е.Кузина, Х.Кумамото, В.Маршалла, В.П.Мешалкина, Т.В.Савицкой, А.И.Соболева, Э.Хенли, Д.Химмельблау, В.Д.Шапиро, В.В.Шаталова, Г.А.Ярыгина и др. Значительный вклад в развитие системного анализа внесли отечественные исследователи: Е.С.Вентцель, В.Н.Волкова, Ю.И.Дегтярев, А.А.Емельянов, А.А.Денисов, А.В.Костров, Ф.И.Перегудов, Д.А.Поспелов, Ф.Е.Темников.

Несмотря на безусловные успехи в разработке методов анализа промышленной безопасности и оценки рисков эксплуатации перерабатывающих предприятий химического профиля, анализ научных работ показывает, что в настоящее время единый подход к оценке рисков промышленной эксплуатации ППХП на основе системного анализа всей совокупности химико-технологических, транспортных и других процессов в настоящее время отсутствует.

Из вышесказанного следуют актуальность и необходимость целенаправленных исследований в области совершенствования ЭБ на предприятиях химического профиля. В диссертации на основе исследований современного состояния окружающей среды в зоне влияния объектов Сосногорского ГПЗ и системного анализа причин и частот возникновения аварий на химических предприятиях по производству технического углерода изложены научно-обоснованные технические разработки, имеющие существенное значение для принятия управленческих решений по снижению экологического риска типовых аварий и ликвидации их последствий, что имеет большой экономический и социальный эффект.

Цель работы - разработка на основе системного анализа методов оценки экологического риска функционирования перерабатывающих предприятий химического профиля и основных направлений повышения экологической безопасности при эксплуатации и реконструкции объектов Сосногорского ГПЗ.

Для достижения поставленной цели в диссертационной работе решаются следующие задачи:

1. исследование современного состояния и прогноз изменений окружающей среды в зоне влияния объектов Сосногорского ГПЗ;

2. системный анализ основных факторов, определяющих характер и интенсивность эмиссий Сосногорского ГПЗ в окружающую среду;

3. системный анализ причин и частот возникновения аварий на химических предприятиях по производству технического углерода;

4. разработка экспертной модели возникновения и развития типовых аварии на уровне технологического объекта, основанной на статистическом анализе аварий и отказов при эксплуатации Соспогорского ГПЗ;

5. разработка экспертных моделей принятия управленческих решений по снижению риска типовых аварий на уровне технологического объекта производства технического углерода и ликвидации ее последствий;

6. разработка актуальных и значимых направлений экологической деятельности в процессе реконструкции и эксплуатации модернизированного Соспогорского завода.

В диссертации получены следующие новые научные результаты:

• определены основные системные факторы, определяющие характер и интенсивность эмиссий Соспогорского ГПЗ в окружающую среду;

• установлено, что существующая технологическая схема получения технического углерода является главным фактором значительных эмиссий в окружающую среду при низком показателе (25%) использования сырья;

• проведен экспертно-статистический анализ аварийных ситуаций па предприятиях химического профиля получения полупродуктов;

• обоснована обобщенная модель оценки экологического риска эксплуатации промышленных объектов химического профиля, основанная на сценарном подходе развития аварий, описываемых системой дифференциальных уравнений для вероятностей состояний;

• предложены экспертные модели принятия оперативных и организационных решений по снижению риска типовых аварий на уровне технологического объекта получения технического углерода и ликвидации ее последствий.

Практическая значимость:

• получены оценки современного состояния и прогноз развития экологической ситуации окружающей природной среды в районе действия Соспогорского ГПЗ;

• разработаны для лиц, принимающих решения, интерфейсы информационной системы экологической безопасности в форме графов для подготовки управляющих воздействий по снижению экологического риска;

• разработаны основные направления экологической деятельности в процессе реконструкции и эксплуатации модернизированного завода;

• разработана структурная схема, определены задачи и информационные потоки системы производственного экологического мониторинга Соспогорского ГПЗ.

Объектом исследования является предприятие химического профиля по производству технического углерода Соспогорского ГПЗ в качестве источников эмиссий в окружающую природную среду.

Предметом исследования является состояние окружающей природной среды и применение системного анализа для выявления основных составляющих экологического риска предприятий химического профиля. Публикации.

Основное содержание диссертации отражено в 26 научных работах, в их числе: 2 статьи в изданиях по перечню ВАК, 3 статьи в других изданиях, 12 материалов научно-технических конференций, 9 депонированных отчетов о НИР. Апробация работы.

Основные положения и результаты работы были доложены на:

• Научно-техническом Совете инженерно-технического центра экологической безопасности газовой промышленности ИТЦ "Оргэкогаз": «Опыт разработки, внедрение и эксплуатация системы производственной экологической безопасности объектов газовой промышленности» (Москва, декабрь 2000);

• Научно-техническом семинаре НПФ «ДИЭМ»: «Методы и критерии оценки экологического риска в проекте производственного экологического мониторинга» (Москва, сентябрь 2005);

• И-ом Северном социально-экологическом Конгрессе (г.Сыктывкар, 2006 г.);

• Секции Автоматизации и секции Охраны окружающей среды в ОАО «Газпром» (Москва, 2002-2008);

• семинарах по экологическому мониторингу НПО ДИЭМ (Москва, 1997-2008) и МГГУ (Москва, 2000-2008);

• Научно-технического совета ОАО «Газпром» (Москва, 1998-2008);

• Научно-технического совета Управления по транспорту газа и газового конденсата ОАО «Газпром» (Москва, 1998-2007);

• Научно-технического совета Главгосэкспертизы России (Москва, 2002 - 2008);

• II Международной научно-практической конференции «Проблемы геологии, полезных ископаемых и рационального природопользования» (Новочеркасск, 2003);

• Международном симпозиуме "Методы и средства мониторинга состояния окружающей среды МСОС-95". (СтПетербург, 25-28 апреля 1995);

• Конференции «Охрана окружающей среды при освоении углеводородных ресурсов» (Научно-техническое общество нефтяников и газовиков им. акад. И.М. Губкина, 30.09 - 05.10 2003, г. Сочи).

Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 134 страницах машинописного текста. Состоит из введения, 3 глав, заключения и библиографического списка на 132 наименования. Таблиц 35, рисунков 17.

Основное содержание работы.

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы ее цель и решаемые задачи, указаны научная новизна и практическая ценность.

В первой главе «Системный анализ предприятия по производству технического углерода как источника воздействия на окружающую природную среду» приводятся результаты исследования Сосногорского предприятия как основного источника эмиссий в окружающую среду. Исследование опирается на главные принципы системного анализа: полный учет системных факторов и выделение на основе иерархии целей и критериев экологической безопасности (оценок экологического риска) наиболее актуальных и значимых направлений экологической деятельности в процессе реконструкции и эксплуатации модернизированного завода. К системным факторам относится: природно-климатические условия, направления хозяйственного использования территории расположения предприятия, существующее состояние природной среды (вектор фоновых характеристик), характеристика проектируемого объекта и оценка влияния проектируемого объекта на состояние природной среды (ОВОС).

Интегральная оценка перечисленных системных факторов на основе критериев экологического риска позволяет сформировать контур обратной связи в виде совокупности управленческих решений, к числу которых относятся:

• природоохранные мероприятия,

• эколого-экономическая оценка принятых решений,

• система экологического производственного мониторинга.

Город Сосногорск расположен на восточных склонах Тиманского кряжа, разрезанных в меридиональном направлении глубоко разработанными долинами р. Ижмы и ее притока р. Ухты. Склоны холмов и долин покрыты смешанным лесом с преобладанием хвойных пород. Рельеф города среднехолмистый с отметкой в радиусе 10 км 80-150 м. Наибольшая разность высот в пределах города около 40 м. В городе практически нет перепадов высот более 30 м на 1 км. На северо-западе расположена наиболее высокая часть города с абсолютной отметкой 120 м.

Город вытянут вдоль левого берега р. Ижма и ограничен: с юго-востока промплощадками Сосногорского газоперерабатывающего завода и ТЭЦ, с северо-запада р. Ухта. В долине р. Ижмы, в районе лесобазы находится самая низкая точка города с абсолютной отметкой 80 м. Климат района умеренно-континентальный.

Наиболее неблагоприятные условия для рассеивания вредных примесей создаются в холодное время года. В этот период повторяемость приземных инверсий большую часть суток составляет 45+50%, причем повторяемость приземных инверсий в сочетании с малой скоростью ветра (менее 2 м/с) составляет 10%; повторяемость приподнятых инверсий с высотой нижней границы 100+250 м равна 10+15 %. Летом приземные инверсии наиболее часто отмечаются в ночные часы, достигая максимума в июле (61 %), днем их повторяемость незначительна - 1+2 %; повторяемость низких приподнятых инверсий в этот период в ночные часы равна 5+10 %, днем - не более 2 %. Кроме того, в.теплое время года выпадение осадков (70 % от годовой суммы) способствует очищению атмосферного воздуха от вредных примесей.

Контроль качественного состояния атмосферного воздуха в районе г. Сосногорска ведется полуавтоматической станцией "Пост-2" Сосногорского ГПЗ ООО «Газпром переработка» (табл.1). Как видно из таблицы, за период 1998-2004 г.г. произошло снижение фоновых концентраций по всем контролируемым веществам. Так, по сернистому ангидриду снижение почти в 2 раза.

Табл. 1. Фоновые концентрации вредных веществ

Пост наблюдения Период наблюдения Фоновые концентрации по направлениям, мг/м3

серннстый ангидрид оксид углерода диоксид азота

Ленина, 5 1998-2001 г.г. 0,042 1,93 0,094

Ленина, 5 2001-2004 г.г. 0,022 1,82 0,073

Сосногорский газоперерабатывающий завод расположен на четырех промплощадках, связанных трубопроводами. Реконструкция производства газопереработки затрагивает объекты, дислоцированные на двух из них (№1 и №3), размещенные непосредственно на территории муниципального образования "Город Сосногорск". На площадке № 2, расположенной в промышленной зоне г.Ухты, в результате рассматриваемой реконструкции увеличивается объем отгрузки сжиженного углеводородного газа (СУГ). Это обстоятельство, однако, не приведет к изменениям в состоянии окружающей среды, поскольку СУГ хранится под давлением в резервуарах, несвязанных с атмосферой, и наливается в герметичные железнодорожные цистерны.

Завод начал эксплуатироваться с 1948 г. после пуска участка № 1 цеха № 3. Основным сырьем для цехов служит газ и газовый конденсат. Получаемый в цехе № 3 технический углерод представляет собой тонкодисперсионный малоактивный порошок черного цвета. Процесс получения, улавливания и обработки его является закрытым и поточным. В цехе №1 в настоящее время производство гелия прекращено, ведется лишь переработка газа стабилизации. В цехе № 1 из нестабильного конденсата выделяют сжиженный газ, стабильный конденсат и вырабатывают бензин марки «Нормаль-80».

Характеристика современного экологического состояния (оценка загрязнения) почв и грунтов территории Промплощадки №1 дана на основе результатов обследования выполненного в рамках работы «Производственный экологический мониторинг санитарно-защитных зон промышленных площадок Сосногорского ГПЗ», (Ухта, 2006 г.). Влияние Сосногорского ГПЗ на геохимический состав определено по содержанию основных загрязняющих веществ, таких как нефтепродукты, тяжелые металлы, бенз(а)пирен. Интервалы содержания тяжелых металлов и распределение комплексных очагов загрязнения по площади представлены в табл.2.

Табл. 2. Интервалы содержания тяжелых металлов в почвах и грунтах промплощадки

Объект Интервал изменения массовой доли компонента, мг/кг

цинк никель ванадий свинец медь кадмии

Площадка №1 4,2 - 390 1,8-48 2,2-150 0,64 - 92 2,0-1000 <0,5 - 0,6

пдк 23 4 150 32 3 0,6

Максимальное загрязнение почв подвижными формами тяжелых металлов меди, цинка приурочено к участкам свалок металлолома (функциональная зона III). Другим очагом загрязнения почв цинком, медью и никелем являются места разливов нефтепродуктов,

сосредоточенные в функциональной зоне I. Максимальное превышение ПДК по меди (более, чем в 300 раз) обнаружено на участке обработки бакпрепаратами.

Содержание бенз(а)пирена в техногенных почвах и почвах естественного сложения изменяется от отсутствия компонента до 2000 мкг/кг, то есть до 100 ПДК. Очаги загрязнения бенз(а)пиреном зафиксированы в интервалах глубин 0,01 - 0,2 м в большом количестве проб, отобранных из песков насыпных с большим содержанием "свежей" сажи, т.е сажи почти не подвергшейся химическим превращениям, биологической деградации и фотохимической деструкции. Интервалы превышения ПДК в таких пробах составляют от 2 до 100 раз.

На состояние атмосферного воздуха г. Сосногорск оказывают влияние различные источники вредных выбросов, находящиеся как на территории жилой зоны, так и за ее пределами. Для оценки состояния атмосферного воздуха и влияния выбросов завода, использованы материалы наблюдений за 2007 г. на посту наблюдения, расположенного в зоне влияния предприятия (табл.3).

Табл. 3. Результаты наблюдений на ПОСТ-2 за 2007 г.

Вещество ПДК, мг/м3 Концентрация, мг/м3 Фоновая концентрация, мг/м3

Оксид углерода 5,00 0,72 1,93

Углеводороды 5,00 1,58 -

Диоксид азота 0,20 0,030 0,073

Диоксид серы 0,50 0,006 0,022

Сажа 0,15 0,001 -

Проведенный анализ по среднемесячным концентрациям за весь период наблюдений показывает, что наиболее холодные сезоны года (осень - зима) характеризуются более высоким содержанием вредных веществ по сравнению с теплыми (весна - лето), что согласуется с общепринятыми понятиями о влиянии температуры воздуха.

Минерализация поверхностных вод не имеет значительных разбросов и колеблется от 40 до 120 мг/дм3, что характеризует воды как пресные и ультра пресные. Минимальное значение суммарной минерализации относится к водам р. Ижма. Железо является значимым биогенным элементом, активно участвующим в жизнедеятельности водных организмов. Во всех водах рассматриваемой территории наблюдается превышение содержания железа относительно ПДКрх. (0,1 мг/дм3), концентрация изменяется в пределах 0,13+2,1 мг/дм3, кратность превышения ПДК достигает 21 раза. Максимум содержания железа зафиксирован в нижнем течении руч. Половинный.

Сосногорский южный промышленный узел находится в зоне избыточного питания с величиной среднегодовых атмосферных осадков 540 мм, с сезонным типом питания с устойчивым зимним промерзанием. В гидрогеологическом отношении участок расположен в пределах Канино-Тиманского бассейна трещинных вод, в его области граничащей с Ижма-Печорским артезианским бассейном второго порядка. В связи с тем, что основную техногенную нагрузку испытывают грунтовые воды и частично верх нижележащих водоносных горизонтов, ниже приводится характеристика только верхней части зоны активного водообмена (Табл.4).

Табл.4. Показатели интенсивности загрязнения грунтовых вод.

Характеристика загрязненности грунтовых вод Пределы содержания компонента, мг/дм3

М, г/дм3 С1 во. N114 нефтепродукты метанол фенол

Естественный фон ДО 0,3 до 10 до 20 0 0 0 0

Воды со следами загрязнения 0,14-0,4 9,9-35 6-122 0,5-2,9 0-3,4 0-1,6 0-0,004

Сильно загрязненные воды 0,3-1,56 5,3-753 3,5-46 0,3-29 0,9-1455 0-4,2 0-0,32

Характеристика проектируемого объекта. В настоящее время на Сосногорском ГПЗ производится 20 тыс. т/год печного техуглерода П701(Ы772) на двух участках, состоящих из 7 технологических линий на каждом (по одной линии на каждом участке находится в резерве). Каждая линия состоит из двух печей-реакторов, где при неполном горении природного газа в воздухе при температуре 1200-1250 °С образуется сажегазовый аэрозоль, переходных колен, активатора и скруббера-холодильника для охлаждения сажегазового аэрозоля до 300 "С.

Улавливание сажи происходит при помощи морально и физически устаревших электрофильтров (один блок электрофильтров на каждый участок). Гранулирование техуглерода осуществляется сухим способом в 12 барабанах устаревшей конструкции. Отходящие газы, содержащие водород и моноокись углерода, дожигаются перед выбросом в атмосферу, их химический и тепловой потенциал не используется. Такой подход является экономически и экологически неоправданным.

Удельный расход природного газа на производство 1 т печного техуглерода составляет 6500 нм3. Недостатком технологии производства техуглерода при неполном горении природного газа является невысокий выход продукта (25%) в расчёте на потенциальное количество углерода в исходном сырье. Уже сейчас себестоимость производства техуглерода близка к цене реализации продукции, вследствие чего производство техуглерода становится нерентабельным. Ведущие мировые фирмы производят малодисперсные марки техуглерода из жидкого углеводородного сырья с выходом продукта 50-60%.

Изменение сырьевой базы Сосногорского ГПЗ, а именно, вовлечение в переработку нефтяных месторождений, обуславливает целесообразность использования жидкого углеводородного сырья для производства печного техуглерода П701(Ы772). В настоящее время на заводе только на одной линии из 14 можно получать печной техуглерод П701(Ы772) из газожидкостного сырья (смесь природного газа и остаточных фракций газового конденсата). Применение в качестве сырья смеси природного газа и остаточных фракции газового конденсата позволит увеличить объем производства печного техуглерода до 37-40 тыс. т/год на 7 технологических линиях за счет повышения выхода продукта.

Реконструкцией производства печного техуглерода предполагается строительство принципиально нового участка производства печного техуглерода с последующей консервацией ранее эксплуатировавшегося оборудования (участок № 2). Новый участок производства технического углерода печным способом будет включать семь технологических линий, состоящих из реактора, рекуперативного воздухоподогревателя, скруббера-холодильника и системы улавливания, включающей в себя циклон и рукавный фильтр.

Принципиальная схема производства печного техуглерода после реконструкции приведена на рис. 1.

НЗ-1

С/

Ц'

И 3-2 {' >

НВ-4 ! | : |..г-

Г~>\ .....

ИЗ-7

СУ

СХ-2

V

С/-1

и-*г—

"и

£

ц-6[-

Л-

Г- !

э-

Ы:

сш

"ИД-

I

ИЯ

I л

1.И

БСК-2 1

| .....г

.Л

ЗК-1 | [ЗК-2

ВАГОНЫ-ХОППЕРЫ

водопровод

ЁЧЮК& 1ОДГО(ОВ)М СЫрьЯ

• - воздух

> - жидкое сырье

> • природный газ - веда

• - отходящие газы

Рис. 1. Схема процесса производства техуглерода

НВ 1... 8 - нагнетатель воздушный; Р 1... 7 - реактор; РПВ I... 7 - рекуперативный подогреватель воздуха; СХ 1...7 - скруббер-холодильник; Ц 1...7-циклон; РФ 1... 7 - рукавный фильтр; СШ - сборный шнек; ТЛГ 1...3 - турбо-лопастной гранулятор; БСК 1...3 - барабан-гранулятор; ЗК 1...2 - закрытый конвейер; А

аспирация

В связи с переходом с газового на газожидкостное сырье предполагается строительство блока подготовки жидкого сырья (рис.2), включающего в себя сырьевую емкость, аппарат для предварительного подогрева и перемешивания сырья, а также аппараты для очистки сырья от механических примесей и капельной влаги.

Рис.2. Принципиальная схема подготовки жидкого сырья

СЕ - сырьевая емкость; ЦН-1, 2 - центробежные насосы; АПП - аппарат подогрева и

перемешивания;

ФГ - фильтр гидравлический; ФВВ - фильтр-водоотделитель вертикальный;

ТПН-1,2 - трехплунжерные насосы

Отходящие газы производства печного техуглерода поступают на теплоутилизационную установку и используются для производства электрической и тепловой энергии для нужд предприятия. Блок утилизации отходящих газов предназначен для огневого обезвреживания отходящих газов производства технического углерода, содержащего вредные компоненты: окись углерода, углеводороды, частицы технического углерода, а также для использования энергетического потенциала отходящих газов в энергогенерирующей установке. Энергогенерирующая установка использует тепло дымовых газов, образующихся при сжигании низкокалорийного отходящего газа, для производства электрической и тепловой энергии. Пар используется на технологические и хозяйственно-бытовые нужды. Дымовые газы выбрасываются в атмосферу. Очистка воздуха, отводимого от технологического оборудования и от местных отсосов, осуществляется в отделении аспирации.

Производство техуглерода термическим способом. Термический техуглерод получают при пиролизе углеводородного сырья (в частности, природного газа) без доступа воздуха в печах-реакторах периодического действия. Реактор представляет собой вертикальную печь, футерованную изнутри и заполненную насадкой из огнеупорных кирпичей. Процесс является периодическим с чередованием стадий разогрева насадки и разложения. В рамках данной работы предлагается организовать топку газогенераторов отходящими газами пиролиза, а также осуществить подогрев сырьевого газа и воздуха (рис.3).

В стадии топки в газогенератор подается подогретый в теплообменнике до 600 °С воздух и природный газ при температуре 0 °С. Дымовые газы топки поступают в теплообменник для подогрева воздуха. Подогретый до 110 °С сырьевой газ проходит тот же путь пиролиза, как и в существующей технологии. Ожидаемый объем дымовых газов, образующихся при сжигании топлива в печах, рассчитывается на основе анализа сухих дымовых газов, отходящих из печи (табл.5).

Рис.3. Предлагаемая схема производства (с подогревом воздуха и сырья)

Вид топлива Элементарный состав, % об.

N2 О, СО, н,о СО 1ЧОх

Отходящий газ 77,34 ' 3,12 6,98 12,56 0,002 0,005

Выполнены расчеты рассеивания вредных веществ в атмосферу от источников | загрязнения. Для расчета рассеивания загрязняющих веществ использовалась унифицированная программа "ЭКОЛОГ-ГАЗПРО, вер.3.0", входящая в реестр автоматизированных программ расчета и согласованная Главной геофизической обсерваторией им. А.И. Воейкова Госкомгидромета РФ.

0301 мот(¡V) онид Очота дчомвд)

О 1000 2000 3000 5000 6000 'ООО 8000

Рис.4. Карта полей концентраций по изолиниям ПДК по диоксиду азота (0301) Выводы из системного анализа Соспогорского предприятия по производству технического углерода как мощного источника эмиссий в окружающую среду.

1. Выполнены исследования основных системных факторов, определяющих характер и интенсивность эмиссий Сосногорского ГПЗ в окружающую среду.

2. Установлено, что существующая технологическая схема получения технического углерода является главным фактором значительных эмиссий в окружающую среду при низком показателе (25%) использования сырья.

3. Установлено, что производство технического углерода, особенно с учетом недостатков существующей технологической схемы, является опасным объектом для окружающей природной среды.

4. Показано, что Сосногорский ГПЗ является промышленным предприятием с высоким уровнем опасности. Значительные объемы перерабатываемого углеводородного сырья, большая территориальная распределенность, большое количество обслуживающего персонала в совокупности с наличием значительных энергетических и транспортных потоков делает проблему промышленной безопасности эксплуатации Сосногорского ГПЗ весьма актуальной.

5. Таким образом, установлено, что оценка интегральных, пространственно распределенных рисков эксплуатации Сосногорского ГПЗ представляет собой сложную задачу системного анализа.

Во второй главе «Анализ рисков промышленной и экологической безопасности Сосногорского ГПЗ» отмечается, что необходимость исследования экологического риска определяется требованиями Федерального Закона РФ "О защите населения и территорий от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера" и Федерального Закона РФ "О промышленной безопасности". Этими законодательными актами предусмотрено информирование населения об опасностях и рисках, связанных с возможными авариями на промышленных объектах. Законом "О промышленной безопасности" предписывается проведение анализа риска, как основного инструмента, позволяющего на количественной основе судить о состоянии безопасности на промышленном объекте.

Основным рабочим понятием, которое будет использоваться в дальнейшем, является понятие «экологический риск». Это понятие является смысловым антиподом понятия «экологическая безопасность», имея в виду, что чем меньше экологический риск эксплуатации исследуемых объектов, тем выше их экологическая безопасность. Рабочим определением, принятым в диссертации, является: риск - это "двумерная величина", зависящая от вероятности наступления нежелательного события и возможных потерь от его наступления. В общем случае, если имеется некоторое множество событий, образующих "полную группу" (в смысле теории вероятности), вместе с их (событий) вероятностями и размерами ущерба от их наступления, то риск, понимаемый как величина ожидаемого ущерба, вычисляется по формуле:

R = fJP{Al)-U(A¡), (!)

i-l

где Ai, Аг, ..., An - полная группа событий; Р(А|), Р(Аг), ..., Р(Ам) - вероятности событий; U(Ai), и(Аг),..., U(An) - размеры ущерба, связанные с наступлением событий.

Далее предполагается:

исследуемый объект может находиться всего в двух состояниях: Sn (нормальное состояние) и Sa (аварийное состояние);

вероятность аварий измеряется величиной Ра, а вероятность нормального состояния -величиной Рп;

в нормальном состоянии Sn ущерб измеряется величиной (Jn, а в аварийном состоянии Sa ущерб зависит от сценария развития аварии; - развитие аварии (в состоянии Sa) возможно по одному из ш сценариев Sai, Sa2,..., Sam;

- указанные сценарии также образуют полную группу, а их вероятности равны соответственно P(S(a,)), P(S(a2)),..., P(S(am));

- указанным сценариям соответствуют ущербы U(S(a ¡)).

С учетом перечисленных условий величина риска может быть вычислена с помощью выражения:

R = Рп ■ U {Sri) + £ P(S{at) ■ U(S(а,)), (2)

1-1

В диссертации развивается подход к обоснованию структуры модели оценки экологического риска, основанный на рассмотрении Марковского процесса с пуассоновским потоком отказов для внутризаводского трубопровода, который имеет небольшую "нормальную" течь в безаварийном режиме и большую течь в режиме аварийном. Течь в данном случае моделирует утечки или выбросы промпродуктов в нормальном и аварийном режиме эксплуатации комплекса аппаратов. Условно такая система изображена на рис.5. Здесь Si и S2 соответственно безаварийное и аварийное состояния трубопровода или другого аппарата. Аппарат, находящийся в состоянии Si, либо остается там же через время h с вероятностью 1-ЛЬ, либо переходит в течение интервала времени h в аварийное состояние с вероятностью Mi.

Рис. 5.

Если аппарат находится в состоянии 82 (аварийное состояние), то через промежуток времени И он либо будет восстановлен с вероятностью цИ (и перейдет в состояние БО, либо останется в состоянии 82 (авария) с вероятностью 1-цЬ. Такому процессу соответствует система линейных дифференциальных уравнений с постоянными коэффициентами:

р; (о = -ЯР, (о+ирг (о,

/-</(0 = ^,(0-^(0, где Р^) и Р2(0 - вероятности нахождения комплекса аппаратов в состояниях 81 и 82 соответственно. Кроме того, Р^) и Р2(0 связаны соотношением

Р,(1) + Р2(1) = 1 (4)

Предполагается, что аппарат в состоянии 81 имеет "нормальную" течь, которая оценивается расходом VI, а в состоянии Бг аппарат имеет течь с расходом у2.. Если обозначить 11(0 - количество выброшенного продукта за время I, то дифференциальное уравнение для функции 11(0 будет иметь вид:

1/'(0 = у,Л(0+у2/,2(0 (5)

Решение системы уравнений (3) с начальными условиями

Р,(0) = 1,Р2(0) = 0 (6)

имеет вид

т=

/л + Я ц + Я (7)

¿и + Я ¡.1 + Я

Установившиеся значения для вероятностей P|(t) и Рг(Ц будут равны

(8)

fi + X ц + Х.

С помощью (5) и (8) можно вычислить установившееся значение выброса полупродуктов

U (9)

ц + Я. ц+Я

Если эта система является сравнительно надежной в том смысле, что вероятность восстановления существенно выше вероятности аварии, то есть то правую часть (9)

можно записать в виде

U =\>I+V2P2 (Ю)

Последнее выражение дает нам структуру критерия, который позволяет учитывать экологический риск как для аварийного режима (член P2V2), так и для безаварийного режима (член vi). В выражении (10) второй член в точности воспроизводит критерий модели-прототипа: здесь есть и вероятность аварии, и то, что влечет за собой авария. И все же в окончательном виде мы будем использовать не выражение (10), а следующее выражение

R = C + k{AB), (11)

где С - член, оценивающий экологические последствия безаварийного режима работы аппаратуры завода, А - оценка возможности аварии; В - оценка экологических последствий аварии;

к- функция для сопоставления экологических последствий безаварийного и аварийного режимов эксплуатации;

R - общая экспертная оценка экологического риска эксплуатируемого ППХП. Для исследования оценки возможности аварии (переменная А в (11)) в диссертации проведено обобщение литературной информации по крупным авариям и отказам на объектах химико-технологического профиля и ее систематизация по ряду характерных признаков. Следует подчеркнуть, что количество аналитических обзоров в этой области весьма ограничено. В основном были использованы обзоры фирм "TNO" - Нидерланды - (Goos D. and Blokker E.F., Data Bank of Events with Rijmond Process Industry, Fifth Eurodata Conferrence, Heidelberg, April 9-11, 2006 ) и "M&M Consultants" - CHIA - G.Mahoney Large Property Damage Losses in the Hydrocarbon - Chemical Industries. A Thirty-Year Review. 1999 -2004.

Из 2997 зарегистрированных в Нидерландах случаев аварий за период времени с 1976 по 2005 гг. наибольшее число (562) приходилось на аварии с выбросом токсических газов, примерно такое же число аварий было связано с пожарами (526), далее следуют аварии, связанные с проливами жидкостей из технологического оборудования и хранилищ на воду (402) и землю (387). Большинство зарегистрированных аварий имели место во время производственной деятельности. Из общего числа аварий (2997) наибольшее число было отмечено на технологических устройствах, связанных с процессами дистилляции, разделения и очистки (1023), а также в производствах нефтехимии (734). В табл. 6 приведено распределение аварий по причинам их возникновения.

Таблица 6

Причина аварии Число аварий %

Отказ или поломка элемента или компонента 938 31,3

Ошибки человека 635 21,2

Комбинированные причины (без ошибок человека) 400 13,3

Комбинированные причины (с ошибками человека) 396 13,2

Другие причины (коррозия; замерзание влаги в трубах; 168 5 6

чрезмерное повышение температуры и т.д.)

Ошибки в проектировании 135 4,5

Внешние причины (отказ в системах энерговыделения; 55 1 8

экстремальные погодные условия и др.)

Неизвестные 270 9,0

Всего 2997 100,0

Американской компанией "М энд М протекши консалтентс" (Чикаго) были проанализированы более 500 аварий на предприятиях по переработке углеводородов, расположенных в основном в странах Южной Америки, США и Канаде и в меньшей степени в Западной Европе за почти 30-тилетний период, из которых были отобраны 100 характерных случаев, где имелась наиболее полная и достоверная информация (табл.7).

Таблица 7

Тип аварии

Объект :Взрывы на установках % Пожары % Взрывы паровых облаков % Прочие % %

Нефтеперерабатывающие заводы 13 52 32 3 100

Нефтехимические заводы 42 12 46 0 100

Терминалы/нефтебазы 21 42 32 5 100

Заводы по производству искусственного каучука 29 29 42 0 100

Химические заводы 75 8 17 0 100

Газоперерабатывающие заводы 0 40 60 0 100

Прочие 0 67 33 0 100

На основе анализа разнообразных моделей и причин развития крупномасштабной аварии на перерабатывающем предприятии была построена экспертная модель развития аварии на Сосногорском ГПЗ. Такое исследование было выполнено с использованием методики построения "деревьев отказов", суть которых сводится к построению логической

схемы развития интегрального (критического) события из совокупности элементарных событий отказов отдельных звеньев с учетом технологической специфики объекта.

(1)

Рис. 5. Экспертная схема анализа вероятных моделей возникновения и развития аварий применительно к Сосногорскому ГПЗ.

Основные выводы из анализа экологического риска Сосногорского ГПЗ:

1. Статистический анализ аварий и отказов на объектах заводской переработки углеводородного сырья показывает, что основными причинами аварий являются отказ или поломка элемента или компонента оборудования, ошибки человека, комбинированные причины. В совокупности указанные причины составляют более 78 % всех аварий.

2. Как следует из формулы (11) комплексной оценки экологического риска, основным способом снижения риска может быть только снижение вероятности аварии. Влиять на такую вероятность можно, используя информационные возможности производственного экологического мониторинга.

3. Из экспертной схемы анализа вероятных моделей возникновения и развития аварий следует, что значительная часть возникающих аварий инициируется протечками аппаратуры, напрямую связанными с коррозионным износом ее элементов. Усиление контроля над коррозионными процессами также должно являться одной из функций производственного экологического мониторинга. Кроме того, необходимо переходить на более совершенные аппаратурные решения, что может быть обеспечено за счет реконструкции основного производства.

4. Стремительность развития большинства аварий требует обеспечить компетентных лиц оперативными средствами подготовки управляющих решений. Возможные разнообразные варианты должны разрабатываться группами экспертов и представляться затем в виде графов, учитывающих многообразие связей и инструкций поведения в условиях аварии.

В третьей главе «Основные научно-технические решения по обеспечению экологической безопасности Сосногорского ГПЗ в результате реконструкции действующих производств» исследуются направления по снижению экологического риска, определенные во второй главе.

Для сокращения выбросов в окружающую среду при производстве печного углерода в проекте предусмотрен блок утилизации отходящих газов. Блок утилизации отходящих газов предназначен для огневого обезвреживания отходящих газов производства технического углерода, содержащего вредные компоненты: окись углерода, углеводороды, частицы технического углерода, а также для использования энергетического потенциала отходящих газов в энергогенерирующей установке.

На площадке производства печного и термического техуглерода предусмотрено два вида канализации:

- система хозяйственно-бытовой канализации;

- система производственной канализации.

Таким образом, локализуются все виды сточных вод и предотвращается возможность их попадания без очистки в окружающую среду (на рельеф или поверхностные водотоки).

Плата за выбросы загрязняющих веществ в размерах, не превышающих установленные природопользователю предельно допустимые нормативы выбросов, определяются путем умножения соответствующих ставок платы на объем загрязнения и путем суммирования полученных произведений по видам загрязняющих веществ (табл.8).

Нормативы платы за выбросы, коэффициенты, учитывающие экологические факторы приняты в соответствии с постановлением Правительства РФ №344 от 12.06.2003 г. и Постановлением Правительства РФ № 410 от 01.07.2005 г.

Табл.8. Плата за выбросы в атмосферу

Загрязняющее вещество Норматив платы, руб/т Плата в пределах установленных нормативов, руб.

№ Наименование Код 2003 г. 2005 г. за выбросы при строительстве при эксплуатации в год

1 Оксиды железа (в пересчете на железо) 0123 52 - 32,11 -

Загрязняющее вещество Норматив платы, руб/т Плата в пределах установленных нормативов, руб.

№ Наименование Код 2003 г. 2005 г. за выбросы при строительстве при эксплуатации в год

2 Марганец и его соединения^ пересчете на марганца (IV) оксид) 0143 2050 - 93,45 -

3 Азота диоксид (Азот (IV) оксид) 0301 52 - 1729,72 27494,54

4 Углерод (Сажа) 0328 - 80 840,22 -

5 Сера диоксид (Ангидрид сернистый) 0330 - 21 284,59 -

6 Углерод оксид 0337 0,6 - 50,06 360,13

7 Фтористые соединения газообразные (фтористый водород) (в пересчете на фтор) 0342 410 - 15,29 -

8 Бенз/а/пирен (3,4-Бензпирен) *2/ 0703 2049801 - 543,64 -

9 Углеводороды (керосин) 2732 - 5 101,64 -

10 Пыль неорганическая: 70-20% двуокиси кремния 2908 21 - 0,87 -

Всего: 3691,59 27854,67

При реконструкции производства на площадке №1 с целью контроля окружающей природной среды необходимо проведение экологического мониторинга.

При подготовке управляющих решений контроль осуществляется как путем непрерывных измерений (с помощью автоматических средств контроля), так и периодически - посредством отбора проб для проведения последующих анализов в аналитической лаборатории. Информационно-измерительная сеть представляет собой комплекс технических и программных средств, предназначенных для сбора и первичной обработки измерительных данных об экологических параметрах контролируемых компонентов природной среды (рис.6).

Полученная во второй главе экспертная модель аварий на уровне технологических объектов ППХП и данные по экспертной оценке причин возникновения и предупреждающих факторов позволяют разработать фундаментальную экспертную модель принятия решений по управлению промышленной безопасностью. Разработка модели проводилась группой экспертов в составе главного инженера предприятия, главного технолога, начальников и технологов цехов, заместителя главного инженера по безопасности, инженера-эколога и автора диссертации. Данная модель является основой для построения автоматизированной системы безопасности эксплуатации Сосногоского ГПЗ, так как она с одной стороны определяет структуру данных этой системы, а с другой стороны определяет формализованные процедуры принятия решений в этой системе.

Решения, предлагаемые в этой модели, разбиты на 2 группы:

• предупреждающие мероприятия, которые влияют прежде всего на потенциальный уровень возникновения аварий (группа "П");

• оперативные мероприятия, которые позволяют снизить масштабы аварии и уровень потерь в ее результате (группа "О")

В табл. 9 приведены результаты экспертного анализа способов и средств снижения потенциального уровня и масштабов аварий на технологических объектах ППХП.

с

1_£нгр ма-мтори-га сила\лы ПЗ\Л

ЛПР

И-окенер-экапог

7

Г^ххраммноатаратт-ьй ксмплэ<с центра мснлтсри-га

Пхгра\лм1-ьв КОМПГЕКСЫ

Ахврап-ьй ксмпгшс

У

АРМ пункта обора де+ьк

И-рмэ-ер-экагсг

Г^сгрэмм-ье ксмпгв<сы

Атврап-ьй комплекс

I

Т

Сгецлэ-ерная экогсп/мэская гвбсротср/и

ЛРМ лзбсрента

ГЬредижная экагсги-еская габсратср/я

ге&рента

ГЪреноа-ье средрша кснтрогя

параметров и гаэс&х в=£россв

техногсгктнеских агрегатов

ГЬсгкснтрога загазсва+оон атмосферного вз^зуха

ОзедргваАСУТП

покснгропо р©ки\лсв работы ГГА

ОзедргваАСУТП покснгрспо

расход сто+ьквод

Оедртва д/сгащ/п+ьк набгкнэ-млза геогсги-есгатли

грсцвссаим, рагтмгегы-ьм и ио/воп-ьм миром

Измерительные звенья

Внешние и привлечённые источники информации

Рис.6. Структурная схема информационно-управляющей подсистемы.

№ Вершина графа Наименование операции, действия по предупреждению и локализации аварий Узел воздействий

1. П1 Дооснащение технологических процессов средствами контроля, управления и противоаварийной защиты (1) (2)

2. 112 Повышение надежности и эффективности систем контроля и управления. Внедрение интегрированной АСУТП (1) (2)

3. ПЗ Исключение источников зажигания (6) (12)

4. 114 Оснащение предохранительными устройствами, автоматическими системами активного подавления взрыва (5) 0)

5. П5 Повышение прогностных характеристик аппаратуры (2) (5)

6. П6 Применение оборудования повышенной надежности. Повышение эффективности защитных покрытий и противокоррозийной защиты (2) (1)

7. П7 Развитие базы диагностирования и дефектоскопии технологического оборудования (7) (1)

8. П8 Совершенствование системы планово-предупредительного ремонта (1) (2)

9. П9 Планировка технологических систем с хорошо проветриваемой площадкой (4)

10. П10 Оснащение помещений эффективной вентиляцией, приборами контроля за состоянием воздушной среды (4) (11)

11. ПИ Оснащение технологических установок эффективными осадительными и заградительными системами (И) (4)

12. П12 Оснащение установок эффективными средствами пожаротушения, средствами сигнализации и связи (9) (13)

13. П13 Оснащение емкостей средствами: аварийного опорожнения; сброса на факел; орошения; охлаждения; установка защитных экранов. (8) (9)

14. П14 Рациональная планировка промплощадки, вынос зданий административного, бытового и вспомогательного значения из опасной зоны. Установка систем оповещения и систем безопасной остановки производства в аварийной ситуации (14)

15. 01 Флегматизация взрывоопасной среды инертными газами, введение ингибирующих добавок (3)

16. 02 Блокирование аварийной аппаратуры, ограничение площади пролива жидкой фазы и ее отвод в закрытые системы. Слив жидкой фазы »3 аппаратуры в аварийную емкость (4)

17. ОЗ Сброс газовой фазы на факел (4)

18. 04 Вывод людей из опасной зоны (15) (9) (6)

19. 05 Прогноз распространения токсического облака (П)

20. Об Включение в действие ВГСО, ГСС, ДГСД и пр. по спасению людей (9) (6) (15)

21. 07 Организация и ввод в действие чрезвычайной комиссии и штаба ГО (13)

П - предупредительные действия.

О - оперативные мероприятия.

На рис.7 отображен граф, соответствующий выполненному экспертному анализу н составляющий основу для разработки рекомендаций лицам, принимающим решения (заместитель главного инженера по безопасности и инженер - эколог) по снижению экологического риска.

Заключение.

В заключении сформулированы основные результаты работы:

1. Выполнен системный анализ факторов, определяющих характер и интенсивность эмиссий Сосногорского ГПЗ в окружающую среду.

2. Установлено, что существующая технологическая схема получения технического углерода является главным фактором значительных эмиссий в окружающую среду при низком показателе (25%) использования сырья.

3. Показано, что Сосногорский ГПЗ является промышленным предприятием с высоким уровнем опасности. Значительные объемы перерабатываемого углеводородного сырья, большая территориальная распределенность, большое количество обслуживающего персонала в совокупности с наличием значительных энергетических и транспортных потоков делает проблему промышленной безопасности эксплуатации Сосногорского ГПЗ весьма актуальной.

4. Установлено, что оценка интегральных, пространственно распределенных рисков эксплуатации Сосногорского ГПЗ представляет собой сложную задачу системного анализа.

5. Статистический анализ аварий и отказов на объектах заводской переработки углеводородного сырья показывает, что основными причинами аварий являются отказ или поломка элемента или компонента оборудования, ошибки человека, комбинированные причины. В совокупности указанные причины составляют более 78% всех аварий.

6. Как следует из формулы (11) комплексной оценки экологического риска, основным способом снижения риска может быть только снижение вероятности аварии. Влиять на такую вероятность можно, используя информационные возможности производственного экологического мониторинга.

7. Из экспертной схемы анализа вероятных моделей возникновения и развития аварий следует, что значительная часть возникающих аварий инициируется протечками аппаратуры, напрямую связанными с коррозионным износом ее элементов. Усиление контроля над коррозионными процессами также должно являться одной из функций производственного экологического мониторинга. Кроме того, необходимо переходить на более совершенные аппаратурные решения, что может быть обеспечено за счет реконструкции основного производства.

8. Стремительность развития большинства аварий 1ребует обеспечить компетентных лиц оперативными средствами подготовки управляющих решений. Возможные разнообразные варианты должны разрабатываться группами экспертов и представляться затем в виде графов, учитывающих многообразие связей и инструкций поведения в условиях аварии.

9. В результате реконструкции действующих производств будет обеспечено значительное сокращение выбросов загрязняющих веществ в атмосферу - на 83%. При незначительном увеличении выбросов диоксида азота на 117 т произойдет снижение выбросов оксида углерода на 34,6 тыс. т. Необходимо отметить, что именно оксид углерода является определяющим загрязняющим веществом при установлении существующей границы санитарно-защитной зоны.

10. В результате реконструкции и увеличения выбросов оксидов азота их концентрация с учетом суммирующего действия на границе селитебной зоны г. Сосногорска составит 0,54ПДК, а концентрация оксида углерода, напротив, снизится до 0,38ПДК. В целом уровень воздействия на границе селитебной зоны составит с учетом всех веществ 0,1-^0,15 ПДК - это практически минимальный уровень влияния по СанПиН 2.2.1/2.1.1.1200-03.

11. Проведенная эколого-экономическая оценка принятых решений позволяет планировать снижение платы за выбросы загрязняющих веществ в атмосферу на 60,8 тыс. руб./год, но при этом произойдет увеличение налога за пользование водными объектами на 82,8 тыс. руб.

12. Системой производственного экологического мониторинга предусмотрен контроль за источниками воздействия объектов завода, включая проектируемое производство, на окружающую среду.

13. По материалам «Декларация о намерениях в расширение производства техуглерода на Сосногорском ГПЗ с использованием жидкого углеводородного сырья» прошли общественные слушания в Администрации муниципального района «Сосиогорск». На слушаниях присутствовали представители: администрации MP «Сосногорск», Сосногорского городского комитета по ООС, ГУ «Сосногорское лесничество», УАиГ Минархстрой РК, «Севернипигаз», Сосногорского ГПЗ, общественности. После обсуждений материалов общественные слушания признаны состоявшимися.

Основные публикации. По перечню ВАК

1. Загвоздкин В.К., Равикович В.И., ФридрикД.Е., Чиковани М.А. Об особенностях массового аналитического контроля при производственном экологическом мониторинге в нефте- и газодобывающих отраслях промышленности. // Экология и промышленность России, №10,2007, с.38^12.

2. Лукьянов О.В., Погорелый A.M., Фридрик Д.Е. Информационная поддержка химического экологического мониторинга выбросов перерабатывающих и транспортных предприятий газовой промышленности. // Сб. «Вестник Костромского ГУ им. Н.А.Некрасова» // Серия «системный анализ. Теория и практика», № 2, 2006, с.22-26.

Другие научные издания

3. Равикович В.И., Фридрик Д.Е., Ярыгин Г.А., Системы производственного экологического мониторинга на крупных промышленных объектах // Экология производства, № 1,2005, стр. 58-61

4. ДзюбаС.А., Равикович В.И., Фридрик Д.Е., Ярыгин Г А. Системы производственного экологического мониторинга магистральных газопроводов. // Экономика региона: динамика, трансформация и проблема управления / Сборник научных трудов. - Владимир: ВГПУ, 2004, с.22-28

5. Фридрик Д.Е., Членов А.В., Равикович В.И. Принципы построения систем ПЭМ объектов газодобывающей промышленности. // Труды ВлГУ. Владимир, 2006, стр. 36-42.

Формат бумаги 60x90 1/16. Объем 1 п л. Тираж 100 экз. Заказ № 168 Отпечатано в ООО "Фирма блок"

107140, г.Москва, ул. Краснопрудная, вл.13. т. 8-499-264-3073

Введение.

1. Системный анализ предприятия по производству технического углерода как источника воздействия на окружающую природную среду.

1.1. Проблемная ситуация.

1.2. Природно-климатические условия.

1.3. Хозяйственное использование территории.

1.4. Существующее состояние природной среды.

1.4.1. Земельные ресурсы.

1.4.2. Геохимическое состояние почв.

1.4.3. Атмосферный воздух.

1.4.4. Водная среда.

1.5. Характеристика проектируемого объекта.

1.5.1. Основная идея модернизации.

1.5.2. Основные технические решения.

1.6. Оценка степени влияния проектируемого объекта на окружающую среду.

1.6.1. Воздействие на воздушную среду.

1.6.2. Оценка воздействие на водные ресурсы.

1.6.3. Воздействие на почву и растительность при строительстве площадных объектов.-.

1.6.4. Шумовое воздействие.

1.6.5. Воздействие на население и персонал.

1.6.6. Оценка воздействия при складировании (утилизации) отходов производства.

Актуальность работы. Современная химическая промышленность с ее гигантскими мощностями оказывает все более ощутимое негативное техногенное воздействие на окружающую среду, что вызывает ухудшение условий обитания человека и человечества. Вина за это ухудшение целиком лежит на человеке как элементе глобальной системы, поскольку именно его деятельность вызывает антропогенное воздействие на природу, в том числе и негативное.

Одним из крупнейших источников отрицательных воздействий на природную среду являются предприятия химического профиля, производящие полупродукты для химической промышленности и смежных отраслей. Это -крупнотоннажные предприятия со сложными химико-технологическими процессами и сложными сетями транспорта продуктов. Одним из важных полупродуктов химической промышленности является технический углерод, производимый в значительных объемах и применяемый в резинотехнической, шинной, лакокрасочной и металлургической отраслях промышленности. Типовым представителем такого химического предприятия является Сосногорский ГПЗ, находящийся в республике Коми. I

Наряду с военной, социально-экономической, информационной безопасностью, промышленная безопасность в настоящее время выдвигается в число основных характеристик промышленных объектов и является важнейшим компонентом национальной безопасности России. Это обстоятельство особо подчеркивается в принятых Правительством Федеральных целевых научно-технических программах "Химическая безопасность России", "Экологическая безопасность России", в которых поставлена задача безотлагательного решения широкого круга вопросов, связанных с технологической и экологической безопасностью энергетики и химии.

Весьма острой является проблема экологической безопасности (ЭБ) для химических предприятий, представляющих собой сложную, развивающуюся систему химико-технологических, транспортных и других процессов, включающую в себя химико-технологические линии по переработке разнообразного сырья, имеющую значительную протяженность с напряженными параметрами эксплуатации, восприимчивую к весьма широкому спектру внешних и внутренних воздействий и имеющую относительно низкий уровень защищенности. Химическая промышленность, таким образом, в настоящее время остается областью деятельности с высоким уровнем опасности.

С системных позиций техносфера перерабатывающего предприятия химического профиля (ППХП) представляет собой сложную систему, специфика которой проявляется в наличии большого числа разнородных элементов, находящихся между собой в самых разнообразных отношениях, интерпретируемых как материальные, энергетические и информационные потоки, а изменение ее состояний происходит под влиянием причинно-следственных связей. Все это существенно осложняет проблему обеспечения промышленной безопасности ведения работ на ППХП. Помимо этого, этапы мониторинга опасных ситуаций и управления риском не увязаны в единую систему, в силу чего отсутствуют оценки адекватности информационного обеспечения принимаемых решений, что делает невозможным проведение непрерывного автоматизированного мониторинга промышленной безопасности на ППХП.

Для повышения промышленной безопасности, снижения уровня потенциальной опасности и защиты производственного персонала от опасных факторов и процессов конкретного вида, приводящих к возникновению аварийных ситуаций (АС), особое значение приобретают вопросы системного анализа АС, имеющие решающую роль при прогнозировании и оценке рисков эксплуатации химико:технологических объектов ППХП (как при их нормальном функционировании так и в аномальных ситуациях) и при принятии оперативных управляющих решений по выходу из аварий.

Изложенное дает основание рассматривать задачу оценки рисков промышленной эксплуатации ППХП на основе системного анализа всей совокупности химико-технологических, транспортных и других процессов, находящихся между собой в самых разнообразных материальных, энергетических и информационных соотношениях, как весьма актуальную. Решение данной задачи на примере Сосногорского перерабатывающего предприятия по получению технического углерода имеет важное научное и практическое значение и большой социальный и экономический эффект.

Промышленной безопасности, включая вопросы экологической безопасности предприятий химического профиля, посвящены работы В.И.Васильева, В.Г.Горского, Б.В.Гидаспова, С.Гуаро, С.А.Дмитриева, А.Ф.Егорова, А.В.Измалкова, Ю.А.Израэля, В.В.Кафарова, В.Ф.Корнюшко, К.Ю.Колыбанова, Р.Е.Кузина, Х.Кумамото, В.Маршалла, Т.В.Савицкой,

A.И.Соболева, Э.Хенли, Д.Химмельблау, В.Д.Шапиро, В.В.Шаталова, Г.А.Ярыгина и др.

В последние годы появились отечественные работы, в которых комплексно ставятся и решаются вопросы системного моделирования деятельности организаций, совершенствования управления на основе информационных технологий, анализа и повышения эффективности использования ресурсов. В "развитие теории современных химико-технологических систем большой вклад внесли Л.А.Бахвалов, Л.С.Гордеев,

B.В.Годин, В.А.Грабауров, В.В.Дик, И.Н.Дорохов, С.В.Емельянов, Е.З.Зиндер,

B.А.Ивлев, В.А.Ириков, Г.Н.Калянов, А.В.Костров, Г.Г.Куликов, О.В.Логиновский, В.П.Мешалкин, Е.Г.Ойхман, Э.В.Попов, Б.Я.Советов,

C.В.Черемных и др.

Значительный вклад в развитие системного анализа внесли отечественные исследователи: Е.С.Вентцель, В.Н.Волкова, Ю.И.Дегтярев, А.А.Емельянов, А.А.Денисов, А.В.Костров, Ф.И.Перегудов, Д.А.Поспелов, Ф.Е.Темников. Вопросы экологической безопасности и надёжности предприятий химического профиля, входящих в состав концерна «Газпром», были предметом исследования ученых: Аргасова Ю.Н., Бабенко A.B., Белинского Б.И., Березнякова А.И., Босняцкого Г.П., Бухгалтера Э.Б., Гривы Г.И., Гриценко А.И., Дзюба С.А., Дмитриевского А.Н., Едигарова A.C., Захарова Ю.Ф., Колтыпина С.И., Лимар Е.Е., Лукьянова О.В., Максимова В.М., Мещерина И.В., Набатчикова Н.И., Овчарова C.B., Одишария Г.Э., ОсокинаА.Б., Петрулевича A.A., Сафонова B.C., ТемкинаВ.М., ЧленоваА.В., Шапиро В.Д., Швыряева A.A., Шестернева Н.Р., Ярыгина Г.А. и др.

Несмотря на безусловные успехи в разработке методов анализа промышленной безопасности и оценки рисков эксплуатации перерабатывающих предприятий химического профиля в целом анализ научных работ показывает, что в настоящее время единый подход к оценке рисков промышленной эксплуатации ППХП на основе системного анализа всей совокупности химико-технологических, транспортных и других процессов в настоящее время отсутствует.

Из вышесказанного следуют актуальность и необходимость целенаправленных исследований в области совершенствования ЭБ на предприятиях химического профиля, и этим исследованиям посвящена настоящая диссертация.

В диссертации на основе исследований современного состояния окружающей среды в зоне влияния объектов Сосногорского ГПЗ и системного анализа причин и частот возникновения аварий на химических предприятиях по производству технического углерода изложены научно-обоснованные технические разработки, имеющие существенное значение для принятия управленческих решений по снижению риска типовых аварий и их ликвидации последствий, что имеет большой экономический и социальный эффект.

Цель работы - разработка на основе системного анализа методов оценки экологического риска функционирования перерабатывающих предприятий химического профиля и основных направлений повышения экологической безопасности при эксплуатации и реконструкции объектов Сосногорского ГПЗ.

Для достижения поставленной цели в диссертационной работе решаются следующие задачи:

• исследование современного состояния и прогноз изменений окружающей среды в зоне влияния объектов Сосногорского ГПЗ;

• исследование основных системных факторов, определяющих характер и интенсивность эмиссий Сосногорского ГПЗ в окружающую среду;

• системный анализ причин и частот возникновения аварий на химических предприятиях по производству технического углерода;

• разработка экспертной модели возникновения и развития типовых аварий на уровне технологического объекта, основанной на статистическом анализе аварий и отказов при эксплуатации Сосногорского ГПЗ.

• разработка экспертных моделей принятия управленческих решений по снижению риска типовых аварий на уровне технологического объекта производства технического углерода и ликвидации ее последствий;

• разработка - актуальных и значимых направлений экологической деятельности в процессе реконструкции и эксплуатации модернизированного завода.

В диссертации получены следующие новые научные результаты:

• определены основные системные факторы, определяющие характер и интенсивность эмиссий Сосногорского ГПЗ в окружающую среду;

• обоснована обобщенная модель оценки экологического риска эксплуатации промышленных объектов химического профиля, основанная на сценарном подходе развития аварий, описываемых системой дифференциальных уравнений для вероятностей состояний;

• обобщена экспертная модель экологического риска эксплуатации промышленных объектов химической промышленности, основанная на экспертной оценке возможности аварии и ее экологических последствий, новизна которой заключается в системной формализации причинно-следственных взаимосвязей факторов аварийности предприятий на основе учёта статистической и экспертной информации;

• предложены экспертные модели принятия оперативных и организационных решений по снижению риска типовых аварий на уровне технологического объекта получения технического углерода и ликвидации ее последствий.

Практическая значимость:

• получены оценки современного состояния и прогноз развития-экологической ситуации окружающей природной среды в районе действия Сосногорского ГПЗ;

• созданы методики экспертно-статистического анализа аварийных ситуаций на предприятиях химического профиля получения полупродуктов;

• разработаны для лиц, принимающих решения, интерфейсы информационной системы экологической безопасности в форме графов для генерирования управляющих воздействий по снижению экологического риска;

• разработаны основные направления экологической деятельности в процессе реконструкции и эксплуатации модернизированного завода.

Объектом исследования являются предприятия химического профиля по производству технического углерода в качестве источников эмиссий в окружающую природную среду.

Предметом исследования является состояние окружающей природной среды и применение системного анализа для выявления основных составляющих экологического риска предприятий химического профиля.

Публикации. Основное содержание диссертации отражено в 30 научных работах, в их числе: 2 статьи в изданиях по перечню ВАК, 3 статьи в других изданиях, 4 авторских свидетельств и патентов РФ, 12 материалов, научно-технических конференций, 9 депонированных отчетов о НИР.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы представлены на:

• Научно-техническом Совете инженерно-технического центра экологической безопасности газовой промышленности ИТЦ "Оргэкогаз": «Опыт разработки, внедрение и эксплуатация системы производственной экологической безопасности объектов газовой промышленности» (Москва, декабрь 2000);

• научно-техническом семинаре НПФ «ДИЭМ»: «Методы и критерии оценки экологического риска в проекте производственного экологического мониторинга» (Москва, сентябрь 2005);

• П-ом Северном социально-экологическом Конгрессе (г.Сыктывкар, 2006 г.); секции Автоматизации и секции Охраны окружающей среды в ОАО «Газпром» (Москва, 2002-2008); семинарах по экологическому мониторингу НПО ДИЭМ (Москва, 19972008) и МГГУ (Москва, 2000-2008 ); научно-техническом совете ОАО «Газпром» (Москва, 1998-2008); научно-техническом совете Управления по транспорту газа и газового конденсата ОАО «Газпром>>(Москва, 1998-2007); научно-техническом совете Главгосэкспертизы России (Москва, 1998 -2008);

II Международной научно-практической конференции «Проблемы геологии, полезных ископаемых и рационального природопользования» (Новочеркасск, 2003);

Международном симпозиуме "Методы и средства мониторинга состояния окружающей среды МСОС-95". (СтПетербург, 25-28 апреля 1995); Межрегиональной конференции-совещании «Каспий - настоящее и будущее», (Астрахань, 16-17 ноября 1995); конференции «Охрана окружающей среды при освоении углеводородных ресурсов» (Научно-техническое общество нефтяников и газовиков им акад. И.М. Губкина, 30.09 - 05.10 2003г., г. Сочи).

3.5. Выводы по третьей главе. Основные ожидаемые результаты по снижению экологического риска после реконструкции Сосногорского ГПЗ.

1. В результате реконструкции действующих производств произойдет значительное сокращение выбросов загрязняющих веществ в атмосферу - на 83%. При незначительном увеличении выбросов диоксида азота на 117 т произойдет снижение выбросов оксида углерода на 34,6 тыс. т. Необходимо отметить, что именно оксид углерода является определяющим загрязняющим веществом при установлении существующей границы санитарно-защитной зоны.

2. В результате реконструкции и увеличения выбросов оксидов азота их концентрация с учетом суммирующего действия на границе селитебной зоны г. Сосногорска составит 0,54ПДК, а концентрация оксида углерода, напротив, снизится до 0,38ПДК. В целом уровень воздействия на границе селитебной зоны составит с учетом всех веществ 0,1ч-0,15 ПДК — это практически минимальный уровень влияния по СанПиН 2.2.1/2.1.1.1200-03. Суммарное сокращение выбросов является результатом более полной утилизации отходящих газов производства технического углерода. Дожег отходящих газов, дополнительно используется при производстве электроэнергии и пара для нужд производства. Данное техническое решение позволяет улучшать как экологические, так и экономические показатели Сосногорского ГПЗ.

3. Функционирование новых производств - выработка электрической и тепловой энергии, потребует дополнительного изъятия водных ресурсов из поверхностных источников в объеме 336,5 тыс.м /год. В энергопроизводстве реализовано оборотное водоснабжение.

4. Параллельно решаются вопросы организации сбора дождевых и ливневых стоков на площадках печного и термического производства техуглерода. В связи с требованиями строительных и природоохранных норм организуется раздельная система канализации стоков — производственная, дождевая и хозяйственно-бытовая. Для улучшения качества технического углерода выполняется водоподготовка технической воды. Таким образом, локализуются все виды сточных вод и предотвращается возможность их попадания без очистки в окружающую среду (на рельеф или поверхностные водоток).

5. Проведенная эколого-экономическая оценка принятых решений позволяет планировать снижение платы за выбросы загрязняющих веществ в атмосферу на 60,8 тыс. руб./год, но при этом произойдет увеличение налога за пользование водными объектами на 82,8 тыс. руб.

6. Системой производственного экологического мониторинга предусмотрен контроль за источниками воздействия объектов завода, включая проектируемое производство, на окружающую среду. Между заводом и г.Сосногорск на границе селитебной зоны установлен и действует пост постоянного наблюдения за качеством атмосферного воздуха (Пост-2). Разработана структурная схема и определены информационные потоки системы ПЭМ. Отдельным блоком выделен экологический контроль за этапом строительно-монтажных работ.

7. В процессе работ по Оценке воздействия на окружающую среду рассмотрены все возможные виды влияния объектов реконструкции Сосногорского ГПЗ в соответствии с требованиями Российского природоохранного законодательства, в результате чего сделан вывод о допустимости планируемого воздействия и необходимости реализации проектных решений.

8. В целом деятельность по реконструкции Сосногорского ГПЗ является экологически оправданной, так как имеет ярко выраженную ресурсосберегающую направленность (комплексное использование сырья и вторичных энергоресурсов), ведет к повышению эксплуатационной надежности процесса переработки (замена части старых объектов на современные), снижает общий уровень антропогенного воздействия на окружающую среду (влияние завода на селитебную зону по уровню загрязнения атмосферного воздуха оксидами углерода будет менее 0,1 ПДК), характеризуется положительным социальным эффектом.

9. По материалам «Декларация о намерениях в расширение производства техуглерода на Сосногорском ГПЗ с использованием жидкого углеводородного сырья» прошли общественные слушания в Администрации муниципального района «Сосногорск». На слушаниях присутствовали представители: администрации МР «Сосногорск», Сосногорского городского комитета по ООС, ГУ «Сосногорское лесничество», УАиГ Минархстрой РК, «Севернипигаз», Сосногорского ГПЗ, общественности. После обсуждений материалов общественные слушания признаны состоявшимися.