автореферат диссертации по энергетике, 05.14.04, диссертация на тему:Учет факторов промышленной безопасности при технико-экономическом обосновании объектов теплоэнергетики предприятий

РТ6 0Л , ц

На правах рукописи

Козлитин Анатолий Мсфодьсвич

УЧЕТ ФАКТОРОВ ПРОМЫШЛЕННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОМ ОБОСНОВАНИИ ОБЪЕКТОВ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКИ ПРЕДПРИЯТИЙ

Специальность 05.14.04. «Промышленная теплоэнергетика»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Саратов 1998

Работа выполнена на кафедре промышленной теплотехники Саратовского государственного технического университета

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор, академик РЭА А.И. Попов

Научный консультант:

кандидат технических наук, доцент, член-корреспондент РЭА Е.А. Ларин

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Н.В. Дилигенский

кандидат технических наук В.Н. Кулев

Ведущая организация ДАО «ВНИПИгаздобыча» (лаборатория надежности и взрывобсзопасности)

Защита состоится « 24 » декабря в 10 часов в аудитории 216а на заседании диссертационного совета Д 063.58.02 при Саратовском государственном техническом университете по адресу: ; 410054 г. Саратов, ул. Политехническая, 77.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета (410054, г. Саратов, ул. Политехническая, 77)

Отзывы направлять по адресу: 410054, г. Саратов, ул. Политехническая, 77 Саратовский государственный технический университет

Автореферат разослан « 23 » ноября 1998 года

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, доцент

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Ускорение темпов и расширение масштабов производственной деятельности в современных условиях неразрывно связано с возрастающим использованием энергонасыщенных технологий и опасных веществ. В результате возрастает потенциальная угроза для здоровья и жизни людей, окружающей среды, материальной базы производства.

В первую очередь это относится к объектам промышленной теплоэнергетики, где наблюдаются постоянная интенсификация технологий, связанная с возрастанием температур и давления, укрупнение единичных мощностей установок и аппаратов, наличие в них больших запасов взры-во-, пожаро- и токсикоопасных веществ.

Особое значение это приобретает при функционировании аммиачных холодильных и нефтеперерабатывающих установок и связанных с ними объектов промежуточного хранения реагентов. Отсюда, как следствие, устойчивая тенденция роста числа аварий со все более тяжелыми социальными, экологическими и экономическими последствиями.

Однако эти факторы практически не учитываются при разработке и принятии инженерных решений, направленных на повышение безопасности систем теплоэнергоснабжения.

В этих условиях учет факторов промышленной безопасности при технико-экономическом обосновании объектов теплоэнергетики предприятий становится особо актуальным.

Актуальность и важность представленного исследования подтверждается участием автора в выполнении гранта Государственного комитета общего и профессионального образования РФ «Фундаментальные проблемы охраны окружающей среды» и межвузовской программы «Экологические проблемы Нижнего Поволжья».

Целыо работы является повышение уровня промышленной безопасности объектов теплоэнергетики предприятий путем экономически обоснованного принятия инженерных решений па основе количественной оценки интегрированного риска от аварий.

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:

1. Разработка методики технико-экономического обоснования инженерных решений обеспечения промышленной безопасности объектов теплоэнергетики предприятий.

2. Анализ безопасности и расчет риска функционирования промышленных аммиачных холодильных установок с учетом их токсических особенностей, схем, параметров, специфики потенциальной опасности хлада-

гентов и обоснование сравнительной экономической эффективности инженерных решений по повышению безопасности.

3. Технико-экономическая оценка уровня безопасности па установках по переработке нефти с учетом технологических особенностей, схемных решений, специфики возникновения и развития аварийных и чрезвычайных ситуаций.

4. Технико-экономическое обоснование вариантов размещения оборудования объектов для хранения пропилена и аммиака, связанных с аммиачными и нефтеперерабатывающими установками с учетом факторов промышленной безопасности.

Научная новизна работы заключается в том, что разработаны, научно обоснованы и реализованы на практике методы количественной оценки интегрированного риска - комплексного показателя безопасности, выраженною в едином стоимостном эквиваленте и позволяющего применить механизм исчисления экономической эффективности при сравнительном анализе по уровню промышленной безопасности конкурирующих вариантов па этапе проектирования, модернизации или реконструкции потенциально опасных производств промышленной теплоэнергетики.

Практическая ценность диссертационной работы определяется использованием основных результатов проведенных исследований и разработанных методик при:

• разработке раздела анализа опасностей и риска объектов теплоэнергетики в декларациях безопасности промышленных предприятий ОАО «Орскнефтеоргсингез» (г. Орск), ОАО «Трансаммиак» (г. Тольятти), ОАО «Иргиз» (г. Балаково);

• выработке и обосновании инженерных решений, направленных на снижение опасности холодилыю-компрессорного цеха АООТ мясоконсервного комбината «Балашовский» (г. Балашов);

• проведении технико-экономических расчетов вариантов разнесения хранилищ пропилена и аммиака на экономически обоснованные расстояния по уровню безопасности на заводе «Синтсзспирт» ОАО «Орскпеф-теоргеинтез» (г. Орск).

Апробация результатов работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на международных, региональных, вузовских научно-технических конференциях, в том числе на Научно-технической конференции 58-й декады науки СГ'ГУ (Саратов, 1994); Международной конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы охраны окружающей среды - ПООС-95» (Томск, 1995); Научно-практической конференции «Декларирование безопасности и страхование гражданской ответственности потенциально опасных предприятий Саратовской области» (Саратов, 1996); Научно-практической конференции «Безопасность больших городов» (Москва, 1997); Годичном отчетном собрании Саратовского

регионального отделения Российской экологической академии «Основные направления стратегии устойчивого эколого-экопомического развития Саратовской области» (Саратов, 1998).

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 9 печатных работах, в том числе в коллективной монографии.

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, 4 глав, общих выводов и списка литературных источников из 161 наименования. Содержит'222 стр., 51 таблицу, 39 рисунков и включает приложение на' 14 стр.

Основное содержание работы

По введении обоснована актуальность темы, сформированы цель и задачи исследования^ научная новизна и практическая значимость работы. Проведен обзор опубликованных работ по методикам оценки и обоснованию безопасности промышленных установок и обзор нормативно-технической литературы по опенке риска промышленных теплоэнергетических установок. Отмечено, что методология учета безопасности при обосновании технических и управленческих, решений fio действующим и проектируемым объектам теплоэнергетики предприятий до сих пор остается не до конца разработанной, несмотря на самое пристальное внимание исследователей. Нет достаточных оснований считать, что эти вопросы нашли окончательное решение и за рубежом.

В первой главе разработана методика технико-экономического обоснования и оптимизации инженерных решений обеспечения промышленной безопасности объектов теплоэнергетики предприятий.

Как известно, сооружение и функционирование энергонасыщенных и токсически опасных объектов промышленной теплоэнергетики всегда сопряжено с'риском разрушительного высвобождения собственного энергозапаса или неконтролируемого выброса опасных веществ. Это может принести к потере материальных ценностей, гибели людей и окружающей природной среды.

В этих условиях возникает необходимость'учета критерия промышленной безопасности при технико-экономическом обосновании принимаемых инженерных решений.

Основу экономико-математической модели расчета экономической эффективности и принимаемых решений составляет целевая функция II. Она включает выручку (R|j), себестоимость (3s), формализацию налоговой системы (у„), коэффициент эффективности инвестиции (Ецц), материальные и другие затраты, не вошедшие в себестоимость (Зм), дополнительные платежи и налоги (H-¿), участие учредителей (£,уу), капиталовложения (К), интегрированный риск (I Ir) и представлена зависимостью:

n=R1I(l-y„)(l-^)-[3s(l-yn)(l-^y)+3M+H£+E„„K+HR. (1)

Основное внимание в первой главе диссертации уделено определению величины Нн. Данная величина учитывает в стоимостном выражении социальные, материальные и экологические составляющие ожидаемого ущерба. Она составляет основу страхового взноса на случай аварий и чрезвычайных ситуаций (ЧС) в условиях страхования потенциально опасных объектов. С учетом факторов промышленной безопасности математическая модель интегрированного риска имеет вид:

I я* (У)+5 ялу,)+i я, (У о)

На

=11 / 1 / 1

п т а-1

R,*(yj = XI Sjíhok yj,

=i y=i

ЯЛУ^-ИШЯ^Ум^

¡^1 J=1 г—1

(2)

1=1 /-i Í=I

где Rijk(yc) - риск социального ущерба (Ус) к- го вида в j- ой зоне риска при реализации i -го"поражающего воздействия, 1^г(Ум) - риск материального ущерба г - го вида в j- ой зоне риска при реализации i -го поражающего воздействия, Ку^Уэ) - риск экологического ущерба 1 - го вида в j- ой зоне риска при реализации i -го поражающего воздействия, Ум, Уэ -соответственно материальный и экологический ущерб, Rk и У,„к - риск ущерба и ущерб от возможных травм k-ой степени тяжести, yj и Sj - плотность населения и площадь j-ой зоны риска, ЦСЖ - цена спасения жизни, п - число возможных поражающих факторов, формирующихся в результате реализации на объекте существующих опасностей (взрыв, пожар, выбросы химически опасных веществ), m - число рассматриваемых зон риска, расположенных в пределах круга вероятного поражения, а - число видов социального ущерба - летальные исходы, поражения тяжелой, средней и легкой степени, ю - число составляющих материального ущерба, g - число составляющих экологического ущерба, R(E) - потенциальный риск возникновения чрезвычайной ситуации реципиентам видаЕ. !

Интегрированный риск (Нк) в диссертации рассматривается как многофакторная функция, объединяющая в себе социальные, материальные и , экологические факторы опасности объекта. При определении социального , риска летальных исходов R(yc). человеческая жизнь оценивается в стоимостном выражении. В качестве такой величины используемся цена спасения жизни (ЦСЖ).

Потенциальный риск R(E) является вероятностной величиной. Он позволяет оценить последствия по уровню вероятности 'наступления собы-

тия смерти, потери материальных ценностей или загрязнения экосистем в случае реализации аварийного события. В общем случае потенциальный риск выражается следующей зависимостью:

п Ошях М

к„(Е)=2: \ '«ПРСЕ/СП-гшыскз, (з)

Отт «1=1

где f(Q) - плотность распределения вероятностей реализации аварийного события, Р(Е/(}) - вероятность поражения реципиента в рассматриваемой точке пространства, Р(1Ч) - вероятность 1М - го случайного внешнего события, М - число учитываемых внешних случайных событий, [ (^гип, Ртах] - масштаб реализации исходного события на потенциально опасном объекте.

Величина Я^Е) оценивает потенциальную опасность всех стадий технологического процесса, агрегатное состояние, физико-химические свойства и параметры обращаемых в оборудовании опасных веществ, метеорологические и топографические особенности местности, а также степень поражения реципиентов риска.

Основываясь на имеющихся статистических данных о поражающем воздействии взрыва, пожара или токсикантов па реципиента и используя методы регрессионного анализа, в диссертации представлены математическая модель и количественная интерпретация параметрического закона поражения.

Модель и параметры закона поражения определяются природой и конкретным механизмом действия поражающего фактора, а также видом и состоянием реципиента.

Одной из важных форм оценки и представления потенциального риска является картированный риск, представляющий собой выстроенные на карте, с учетом топографии местности, изолинии потенциального риска последствий, связанных с функционированием высокорискового объекта. Такой подход позволяет наглядно видеть на карге характер распределения риска и зоны повышенной опасности. На этой основе могут приниматься эффективные инженерные и управленческие решения но минимизации последствий поражающего воздействия путем сравнительной экономической эффективности рассматриваемых вариантов.

Во второй главе рассмотрены методические особенности, расчет и анализ интегрированного риска аммиачных промышленных холодильных установок.

Наиболее широкое использование в самых различных отраслях промышленности получили парокомпрессионные аммиачные холодильные установки. В работе показано, что они представляют наибольшую опасность в случае аварийного выброса хладагента в окружающую среду. Технологи-

ческая схема и цикл в Т-б координатах промышленной аммиачной холодильной установки приведены на рис. 1.

Рис.1. Технологическая схема двухступенчатой парокомпрессионной

холодильной установки КА - двухступенчатый аммиачный компрессор (ЦНД и ЦВД - цилиндры низкого и высокого давления); ПС - промежуточный сосуд; ОЖ - отделитель жидкости; ВК - воздушный конденсатор; ВТК - водяной трубчатый конденсатор; В - вентилятор; ГР - градирня; ТТ - технологический теплообменник; ГУ - грязеуловитель; РД - ресивер дренажный; РР - линейный рабочий ресивер; Е-1 - резервная емкость; ДР - дрос-. сельный вентиль; АК - гаситель пульсаций; МО - маслоотделитель.

Основным фактором риска при функционировании холодильных установок является возможность токсического воздействия на персонал объекта и население, проживающее на прилегающей к объекту территории, при аварийных выбросах аммиака.

Выполнен анализ технологической схемы и рабочего цикла, определены наиболее опасные технологические процессы и оборудование холодильной установки с точки зрения его разгерметизации и выброса аммиака и разработаны на этой основе сценарии возможных аварий.

При разгерметизации оборудования холодильной установки происходит двухфазное истечение аммиака в атмосферу с дальнейшим его рассеиванием в окружающей среде.

В работе предложена двухстадийная модель аварийного опорожнения технологического аппарата, в основу которой положена модификация эмпирической зависимости ВНИИПО РФ, описывающая двухфазное истечение сжиженных газов.

Первая стадия истечения связана с работой компрессоров и определяется созданным избыточным давлением в технологической системе установки. На этой стадии, принимается, что в определенном интервале времени массовый расход в сечении разрыва остается величиной практически постоянной. Вторая стадия наступает после перекрытия аварийного участка запорной арматурой. Истечение жидкого аммиака в этом случае происходит из отсеченного от системы емкостного аппарата или участка трубопровода. Для расчета этой стадии изменение массового расхода аммиака во времени g(t)D) оценивается экспоненциальной зависимостью:

g(t, D) = — J dt

Q.

1-е

'(1 'о)

при t>to

(4)

где g(t,D) - массовый расход аммиака, D - эквивалентный диаметр выходного отверстия, Q0 - начальная масса аммиака в аппарате, A(D) - начальная интенсивность истечения аммиака при t<t0, to - время срабатывания запорной арматуры.

Характер изменения массового расхода показан на рис. 2. ' g(t,D) ..."

Рис.2 .Характер изменения массового расхода при двухфазном истечении жидког о аммиака, в зависимости от времени и диаметра аварийною отверстия, при разгерметизации оборудования холодильной установки

При аварийной разгерметизации оборудования холодильной установки происходят истечение сжиженного аммиака, его испарение и формирование ядовитого облака, которое рассеивается в приземном слое атмосферы по направлению ветра, формируя зоны токсического поражения.

Г лубина распространения аммиака в поражающих концентрациях зависит от массы аварийного выброса, начальных параметров сжиженного газа, метеорологических условий, поглощающей способности местности и определяется следующей формулой:

п ■ А/, (/,£)) +от- Л/2 (*,£>)"

(5)

где Г - глубина распространения ядовитого облака, М|(1,П) - масса аммиака, «мгновенно» испаряющаяся за счет сброса давления при изоэн-галышйном переходе от рабочего давления в системе к атмосферному, М2(ф) - масса аммиака, испарившаяся с зеркала разлития за счет тепло-притока из груша и атмосферы, V - токсодоза, п и т - коэффициенты, определяющие долю участия первичного и вторичного облаков аммиака в формировании соответствующего уровня концентраций в рассматриваемой точке пространства, Км - коэффициент, учитывающий влияние местности на глубину распространения ядовитого облака в поражающих концентрациях, X и \|/ - комплексы, учитывающие влияние скорости ветра метеорологических факторов и других характеристик на глубину распространения ядовитою облака I! поражающих концентрациях.

В соответствии с принятой моделью истечения аммиака из оборудования, находящегося под давлением, масса аварийного выброса при заданных значениях исходных данных определяется размером выходного отверстия . Представив случайную величину размера аварийного отверстия экспоненциальным законом распределения, определяются вероятности появления соо тветствующих аварийных ситуаций. Частота отказа оборудования получепа на основе статистических данных. Для всего спекгра сценариев определялся массив данных по аварийным выбросам й частотам их появления. Используя методы регрессионного анализа, найдены функции распределения аварийных выбросов и построено интегральное поле потенциального риска

- ехр

в,,«

х-кп ...../'

1 + Щ

¿- ■ Л' в

■в

■ ¡'СЛ.,

(Г

^а, (6)

где - потенциальный риск летальных исходов токсического

воздействия в 1 - ой точке ] - го румба, Р(ф^ у) - вероятность реализации ветра j - го направления со скоростью V, а и в - параметры функции распределения массы аварийных выбросов на холодильной установке, у и о

- параметры распределения Вейбулла, определяющего последствия, В, Б, Г, е - комплексы и коэффициенты,учитывающие физические, химические и токсические свойства аммиака, условия аварийного истечения, а также то-пофафические и метеорологические особенности местности, р - масса аварийного выброса, РС^о - пороговая токсодоза.

На основании полученной зависимости выполнены расчеты применительно к холодильной аммиачной установке МКК «Балашовский» для реальных исходных данных.

Графическое изображение интегрального поля потенциального риска на прилегающей к холодильной установке территории МКК «Балашовский» показано на рис. 3.

Рис. 3. Интегральное ноле потенциального риска на прилег ающей к холодильной установке территории МКК Балашовский

Характер распределения тседения на прилегающей территории определяет социальные последствия от аварий. Для холодильной установки мясоконсервного комбината «Балашовский» уровень социального риска ¡оставляет 185,4 тыс. руб./год. Проведенные расчеты показывают, что секционирование аппаратуры (резервного ресивера) и установка автоматических отсечных клапанов, позволяют снизить социальный риск в 1,67 раза.

В третьей главе проведены анализ и расчет интегрированного риск функционирования установок по переработке нефти.

Выполнен анализ технологических схем с позиций определения сцс париев возможных аварий и оценено количество опасного вещества, снс собного участвовать в аварии. 1 ■

' ; Риск функционирования таких''нефтеперерабатывающих установо определяется возможностью взрывов и пожаров при аварийной фазгермс тизации оборудования с образованием газопаровоздушйых облаков легке воспламеняющихся и взрывоопасных смесей. Наличие в технологически "схемах установок термических печей,постояшЮго Источника воспДаменс ния, в существенной мере влияет на величину риска.1

В данной главе диссертации определялись следующие составляю щи ущерба: социальные пбтери (безвозврйтНыепотери персонала и населени в результате взрыва и пожара), материальные потери (разрушение зда'пш сооружений, оборудования, коммуникаций).

Для количественной оценки последствий взрывов и пожаров в дис сертации представлены разработанные математические зависимости риск фугасного и теплового поражения людей и разрушения оборудования. I частности, для фугасного поражения людей интегральное поле потенщ алыюго риска имеет вид

1-ехр

<3,„

Щ1-) • »• I

-г

|+ч

к

Г,

но,

(7)

где К^) - потенциал риска летальных исходов и -1 г_ ой области круг вероятного поражения для людей с j - ой степеныо защиты; [I, V, у ^ - иг раметры закона (фугасного поражения человека с учетом степени его занц ты; и - параметры закона распределения случайной величины 0 в ав; рийиом выбросе; к, q, т, и - параметры'функции волны избыточного да1 ления для дефлаграциониого взрыва газоларовоздушпой смеси; С>тт, (}шг1Х соответственно минимальная и максимально возможная массы аварийног выброса; Г; - расстояние до ¿-ой точки круга вероятного поражения; О количество опасного вещества в аварийном выбросег'

На основании полученных зависимостей выполнены расчеты прим< нительно к установке ЭЛОУ-АВ'Г нефтеперерабатывающего завода ОД1 «ОрскнефгеоргсшГгез». ' ■ *

Характер распределения потенциального риска фугасного поражени для ЭЛОУ-АВТ показан на рис.4

ЩР), 1 /год

•V ' • . . .. • • ... • 1 |

--

~...........

..

• Кзд(Р) -1

¿гг.тгу-:-^..

_...... Р----------- 1 ■

лс.4.Распределение потенциального риска фугасного поражения человека в зависимости от расстояния. ?„(Р) - для незащищенных людей; Язд(Р) - для людей в зданиях и сооружениях.

Интегрированный риск от взрывов и пожаров для реальных стоимо-гных данных, применительно к ЭЛОУ-ЛВТ, составляет величину - 42 ,1С. рублей в год.

В заключительной четвертой главе диссертации проведено гехнико-сономическое обоснование размещения оборудования установок хране-«[, приема и передачи пропилена и аммиака применительно к конкрет-,1м условиям завода «Сшггезспирт» ОАО «Орскнефтеоргсинтез».

При совместном размещении резервуаров хранения пропилена и ам-иака взрыв или пожар на складе пропилена по прогностическим оценкам эжет инициировать аварийный выброс аммиака с формированием комби-фованного очага поражения и катастрофическими последствиями для юмышленного предприятия и населения. Это обстоятельство и определю направление исследований данной главы.

Проведен анализ и выполнена количественная оценка интегрирован->го риска при совместном размещении резервуаров хранения пропилена и (миака и рассмотрены варианты переноса склада аммиака.

Интегрированный риск при различных вариантах размещения резер-арои аммиака относительно склада пропилена, с учетом реальной топо-афии местности, показан в табл. 1.

Таблица 1

Интегрированный риск при различных вариантах размещения

оборудования установок хранения, приема и передачи реагентов

[арианты размещения оборудования Базовый вариант Вариант №1 Вариант №2

Интегрированный риск при среднем уровне ЦСЖ), руб./год 80200 13100 8400

На основании величины интегрированного риска выполнено технико-экономическое сравнение вариантов размещения складов. Результаты

Знр тысч. руб. год

500

400

сз СО

300

200

<00

Исз одный вари 1НТ

О 1 2 3 4 Т, лет

Рассматриваемый период

Рис.5.Измснение затрат за рассматриваемый период для различных вариантов размещения оборудования объекта хранения пропилена и аммиака Исходный вариант - совместное размещение оборудования;

Вариапт1 - размещение оборудования хранения аммиака на площадке Л;

Вариант 2 - размещение оборудования хранения аммиака на площадке В

Как видно из рисунка, дополнительные капитальные вложения не переносу склада аммиака на площадку А и В экономически оправдываютс5 за счет снижения интегрированного риска уже через 3-3,5 года. Более бла гоприятиые экономические показатели имеет вариант В за счет болъшсь безопасности и меньшей величины интегрированного риска.

Выводы

1. В результате проведенных исследований создан и внедрен практичесм новый научно-методический подход к обоснованию инженерных решенш при сравнительном технико-экономическом анализе по уровню экологиче ской и промышленной безопасности конкурирующих вариантов на эта™ проектирования, модернизации или реконструкции потенциально опасны: объектов промышленной теплоэнергетики.

2. 'Разработана методика технико-экономического обоснования инженер ных решений обеспечения безопасности объектов промышленной тепло энергетики, в которой предложен достаточно универсальный и присмле

мый критерий выбора решений, направленных на изменение уровня экологической и промышленной безопасности, включающий величину интегрированного риска функционирования'.потенциально опасных объектов промышленной теплоэнергетики. В качестве интегрированного риска рассматривается взвешенный по вероятности наступления негативных событий комплексный показатель прогнозируемого полного ущерба, нанесенного человеку, объектам экономики и экосистемам от всего спектра сценариев возможных аварий.

3. Получены ' математические модели расчета риска развития аварии па прилегающей к объекту территории для каждого типа опасности: взрыва, пожара, токсического заражения. Составлена и реализована с использованием математического пакета Mathcad 7 Professional программа расчета.

4. Проведен анализ безопасности промышленных аммиачных холодильных установок. Разработана методика картирования индивидуального и социального рисков токсического поражения производственного персонала и населения на прилегающей территории. В качестве примера рассчитан риск холодильно-компреесорного цеха МКК «Балашовский», составивший 185,4 тыс.руб./год. Предложенные проектные изменения позволили уменьшить интегрированный риск функционирования установки в 1,67 раза по сравнению с исходным вариантом.

5. Проведена оценка уровня безопасности технологических установок по зереработке нефти с учетом технологических особенностей и специфики сценариев возникновения и развития аварийных и чрезвычайных ситуаций и пожаровзрывоопасном объекте. В качестве базового варианта для расчетов выбрана установка по переработке нефти ЭЛОУ-АВТ ОАО «Орскнеф-георгеинтез» г. Орск. Интегрированный риск функционирования устапов-си ЭЛОУ-АВТ лежит на уровне 159,6 тыс.руб. в год.

). На основе разработанных методик, по уровню величины интегрировап-юго риска, выполнено технико-экономическое сравнение вариантов размещения оборудования установок промежуточного хранения пропилена и ммиака. В качестве базы расчета рассматривались варианты разнесения ранилищ пропилена и аммиака на безопасные расстояния на примере за-юда ОАО «Орскнефтеортсингез». Как показали расчеты, дополнительные апитальные вложения по переносу хранилищ аммиака и пропилена на отельную площадку экономически оправдываются за счет снижения интег-ированного риска уже через 3-3,5 года.

. Результаты диссертационной работы внедрены при выполнении дскла-ирования безопасности объектов промышленной теплоэнергетики, таких ак нефтеперерабатывающий завод ОАО «Орскнефтеоргсинтез» (г, >рск),МКК «Балашовский» (г. Балашов), химический завод ОАО «Иргиз» Балаково).

Основные положения и результаты диссертации опубликованы в работах:

1. Декларирование безопасности и страхование гражданской ответственности потенциально опасных предприятий Саратовской области: Организационно-методические материалы/ A.M. Козлятин, Е.Л. Ларин, А.И. Попов и др. Саратов: СГТУ, 1996. - 172 с.

2. Козлитин A.M., Попов Л.И. Оценка риска при декларировании безопасности химических производств.// Безопасность труда в промышленности. - 1997, №2. С.21-25.

:¡. Козлитин A.M., Попов Л.И. Оценка риска поражения населения при перевозках опасных грузов по автомобильным дорогам промышленного региона.// Проблемы автодорожного комплекса Саратовской области и пути их решения: Материалы региональной научно-практической конференции. 16-17 мая 1996. Саратов, 1995. Часть 1. С. 118-119.

4. Козлитин A.M., Попов А.И. Методика технико-экономического обоснования и оптимизация инженерных решений обеспечения экологической и промышленной безопасности.// Основные направления стратегии устойчивого эколого-экономнческого развития Саратовской области: научные доклады, обосновывающие материалы, информация./ Под ред. Л.И. Попова, Л.И. Маликова. Саратов: Са-рат. гос. техн. ун-т, 1998. 188 с.

5. Попов Д.И., Козлитин A.M. Методологические подходы и количественная оценка риска чрезвычайных ситуаций в регионах с потенциально опасными объектами.// Безопасность труда в промышленности, 1995, №2, с. 10-14.

6. Попов А.И., Козлитин A.M. Декларирование безопасности объектов в городах Саратовской области (опыт, проблемы и задачи).// Тезисы докладов научно-практической конференции «Безопасность больших городов», 18-19 июня 1997. М.: МЧС РФ, 1997. С. 156.

7. Попов А.И., Козлитин A.M. Методологические подходы к оценке риска для населения от потенциально опасных объектов.// Тезисы докладов международной конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы охраны окружающей среды -ПООС-95». 12-16 сентября 1995. Томск, 1995. Т.5. С.39-40.

8. Popov A.I., Kozlitin A.M. Methodological approaches to the risk estimation for population against potentially dangerous objects.// Abstracts of Reports at International Conference on Fundamental and Applied Problems of Environmental Protection (POOS-95). September 12-16, 1995. Tomsk, 1995. Vol. 5, P.27-28.

9. Хрусталев В.А., Попов А.И., Ларин E.A., Козлитин A.M. и др. Вопросы методологии управления безопасностью в регионах с высоко рисковыми объектами.// Безопасность труда в промышленности. 1994, №9, с. 31-39.

Козлитин Анатолий Мефодьсвич Автореферат Редактор O.A. Панина Лицензия ЛР № 020271 от 15.11.96 Подписано в печать 19.-И.98. Формат 60x84 1/16

Бум. оберт. Усл.-печ.л. -/.О Уч.-изд.л. -/,0

Тираж -100 экз. Заказ 367. Бесплатно

Саратовский государственный технический университет 410054 г. Саратов, ул. Политехническая, 77 Ротапринт СГТУ, 410054 г. Саратов, ул. Политехническая, 77



е' >/ & К'

САРАТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

козлитин

Анатолий Мефодьевич

УЧЕТ ФАКТОРОВ ПРОМЫШЛЕННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОМ ОБОСНОВАНИИ ОБЪЕКТОВ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКИ ПРЕДПРИЯТИЙ

Специальность 05.14.04. «Промышленная теплоэнергетика».

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель -

доктор технических наук, профессор, академик РЭА ПОПОВ Анатолий Иванович

Научный консультант -

кандидат технических наук, доцент, член-корреспондент РЭА ЛАРИН Евгений Александрович

САРАТОВ 1998

СОДЕРЖАНИЕ

ПРЕДИСЛОВИЕ....................................................................................................................................................................................................... 4

ВВЕДЕНИЕ........................................................................................................................................................................................................................... 8

01. Обзор исследований по методам оценки и обоснованию безопасности промышленных установок........................................................................................................-................ 8

02,Обзор нормативно-технической литературы по оценке риска промышленных теплоэнергетических установок ..................................................................................... 17

03 .Цели и задачи исследования..............................................................-...................................................................... 26

Глава 1. Методика технико-экономического обоснования и оптимизации инженерных решений обеспечения экологической и промышленной безопасности объектов промышленной теплоэнергетики............................................................................................................................................................-..........—.................................................................. 30

1.1. Критерии сопоставления и оптимизации инженерных решений с учетом влияния факторов экологической и промышленной безопасности —............................................................................................................................................................................................................................ 32

1.2. Методика определения интегрированного риска объектов промышленной теплоэнергетики ...................................................................................................................................................... 37

1.3. Основы определения социального, экологического и материального ущерба при аварийных ситуациях......................................................................................................... 68

Глава 2. Анализ безопасности и расчет интегрированного риска промышленных аммиачных холодильных установок............................ 78

2.1.Технологические схемы и характеристики промышленных аммиачных холодильных установок, влияющие на их безопасность 79

2.2. Эмпирическое описание процессов истечения и рассеивания паров аммиака при разгерметизации оборудования--------------------------- 85

2.3. Расчет интегрированного риска при авариях на аммиачной холодильной установке.................................................................................................................................................................................................... 95

Глава 3. Расчет интегрированного риска при авариях на технологических установках по переработке нефти................................................................. 111

3.1. Характеристика технологических схем и параметров, влияющих на безопасность установоки по переработке нефти....................................... 111

3.2. Анализ технологической схемы с позиций определения сценариев возможных аварий на установке ЭЛОУ-АВТ и оценка количества опасного вещества, способного участвовать в аварии.............................. 120

3.3. Оценка интегрированного риска нанесения социального и материального ущербов в случае аварии на технологической установке ЭЛОУ-АВТ.„„...,__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 128

Глава 4. Технико-экономическое обоснование размещения оборудования технологической установки хранения, приема и передачи пропилена и аммиака на промышленном предприятии 144

4.1. Характеристика схемы, технологических процессов и физических параметров содержания опасных веществ на установке промежуточного хранения, приема и передачи пропилена и аммиака 144

4.2. Методика определения интегрированного риска при совместном расположении складов пропилена и аммиака - - 150

4.3. Методические особенности расчета интегрированного риска при раздельном размещении оборудования склада пропилена и склада аммиака................................................................................................................................................................................................................................. 179

4.4. Технико-экономическое сравнение вариантов по повышению безопасности склада пропилена и аммиака на основании величины интегрированного риска и эколого-экономического критерия 188

ВЫВОДЫ__________________________________________ 191

ЛИТЕРАТУРА,....................................................................................................................................................................................................... 193

ПРИЛОЖЕНИЕ................................................................................................................................................................................................... 209

Предисловие

Ускорение темпов и расширение масштабов производственной деятельности в современных условиях неразрывно связано с все возрастающим использованием энергонасыщенных технологий и опасных веществ. В результате возрастает потенциальная угроза для здоровья и жизни людей, окружающей среды, материальной базы производства.

В первую очередь это относится к объектам промышленной теплоэнергетики, где наблюдается постоянная интенсификация технологий, связанная с возрастанием температур и давлений, укрупнение единичных мощностей установок и аппаратов, наличие в них больших запасов взрыво-, пожаро- и токсикоопасных веществ.

Особое значение это приобретает при функционировании аммиачных холодильных и нефтеперерабатывающих установок и связанных с ними объектов промежуточного хранения реагентов.

Отсюда, как следствие, устойчивая тенденция роста числа аварий со все более тяжелыми социальными, экологическими и экономическими последствиями.

Однако эти факторы практически не учитываются при разработке и принятии инженерных решений, направленных на повышение безопасности систем теплоэнергоснабжения.

В этих условиях учет факторов промышленной безопасности при технико-экономическом обосновании объектов теплоэнергетики предприятий становится особо актуальным.

Актуальность и важность представленного исследования подтверждается участием автора в выполнении гранта Государственного комитета общего и профессионального образования РФ «Фундаментальные проблемы охраны окружающей среды» и межвузовской программы «Экологические проблемы Нижнего Поволжья».

При решении этой проблемы важно, чтобы интересы безопасности конкретного человека интегрировались в область принятия решений - инженерных, организационных, управленческих, - позволяющих экономически обосновано минимизировать последствия негативных воздействий наиболее рациональными (наименее затратными) путями.

Целью настоящей диссертации является повышение уровня промышленной безопасности объектов теплоэнергетики предприятий путем экономически обоснованного принятия инженерных решений на основе количественной оценки интегрированного риска от аварий.

Основными задачами, подлежащими решению при этом, являются:

1. Разработка методики технико-экономического обоснования инженерных решений обеспечения промышленной безопасности объектов теплоэнергетики предприятий.

2. Анализ безопасности и расчет риска функционирования промышленных аммиачных холодильных установок с учетом их технологических особенностей, схем, параметров, специфики потенциальной опасности хладагентов и обоснование сравнительной экономической эффективности инженерных решений по повышению безопасности.

3. Технико-экономическая оценка уровня безопасности на установках по переработке нефти с учетом технологических особенностей, схемных решений, специфики возникновения и развития аварийных и чрезвычайных ситуаций.

4. Технико-экономическое обоснование вариантов размещения оборудования объектов для хранения пропилена и аммиака, связанных с аммиачными и нефтеперерабатывающими установками с учетом факторов промышленной безопасности.

В диссертации разработана методика технико-экономического обоснования инженерных решений обеспечения промышленной безопасности объектов промышленной теплотехники. Получены методика картирования индивидуального и социального риска и методика количественной оценки интегрированного риска. Проведен анализ безопасности и расчет интегрированного риска промышленных аммиачных холодильных и нефтеперерабатывающих установок. Выполнены технико-экономические расчеты вариантов разнесения оборудования технологической установки хранения приема и передачи пропилена и аммиака на экономически обоснованные расстояния по уровню безопасности для теплоэнергетических объектов промышленного предприятия.

Научная новизна работы заключается в том, что разработаны, научно обоснованы и реализованы на практике методы количественной

оценки интегрированного риска - комплексного показателя безопасности, выраженного в едином стоимостном эквиваленте и позволяющего применить механизм исчисления экономической эффективности при сравнительном анализе по уровню промышленной безопасности конкурирующих вариантов на этапе проектирования, модернизации или реконструкции потенциально опасных производств промышленной теплоэнергетики.

Практическая ценность диссертационной работы определяется использованием основных результатов проведенных исследований и разработанных методик при:

• разработке раздела анализа опасностей и риска объектов теплоэнергетики в декларациях безопасности промышленных предприятий ОАО «Орскнефтеоргсинтез» (г. Орск), ОАО «Трансаммиак» (г. Тольятти), ОАО «Иргиз» (г. Балаково);

• выработке и обосновании инженерных решений, направленных на снижение опасности холодильно-компрессорного цеха АООТ мясоконсервного комбината «Балашовский» (г. Балашов);

• проведении технико-экономических расчетов вариантов разнесения хранилищ пропилена и аммиака на экономически обоснованные расстояния по уровню безопасности на заводе «Синтезспирт» ОАО «Орскнефтеоргсинтез» (г. Орск).

Работа выполнена на кафедре «Промышленная теплотехника» Саратовского государственного технического университета.

Изложенные в диссертации материалы опубликованы в [27;40-43;86-89;146].

Основные результаты диссертационной работы докладывались на международных, региональных, вузовских, научно-технических конференциях, в том числе на Научно-технической конференции 58-й декады науки СГТУ (Саратов, 1994); Международной конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы охраны окружающей среды - ПО-ОС-95» (Томск, 1995); Научно-практической конференции «Декларирование безопасности и страхование гражданской ответственности потенциально опасных предприятий Саратовской области» (Саратов, 1996); Научно-практической конференции «Безопасность больших городов» (Москва, 1997); Годичном отчетном собрании Саратовского региональ-

ного отделения Российской экологической академии «Основные направления стратегии устойчивого эколого-экономического развития Саратовской области» (Саратов, 1998).

Разработанные в диссертации методические положения и результаты исследования внедрены при выполнении декларирования безопасности объектов теплоэнергетики промышленных предприятий, таких как нефтеперерабатывающий завод ОАО «Орскнефтеоргсинтез», химический завод ОАО «Иргиз», мясоконсервный комбинат «Балашовский».

Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю доктору технических наук, профессору Попову Анатолию Ивановичу, научному консультанту - кандидату технических наук, доценту Ларину Евгению Александровичу за внимательное руководство, постоянные консультации и большую помощь в процессе выполнения работы. Автор благодарит доктора технических наук, профессора Хрустапева Владимира Александровича за консультации и помощь в работе над отдельными главами диссертации, а также заведующего кафедрой ПТ доктора технических наук, профессора Симонова Вениамина Федоровича и сотрудников теплоэнергетических кафедр за ценные замечания, высказанные в процессе выполнения работы.

Введение

0.1. Обзор исследований по методам оценки и обоснованию безопасности промышленных установок

Публикации в данной области весьма обширны и вместе с тем недостаточны для практической реализации обоснования инженерных решений в реальных экономических условиях.

С одной стороны, это объясняется очень большой сложностью проблемы, по сути решающей вопросы моделирования и прогнозирования функционирования потенциально опасных объектов, а с другой стороны, взаимодействием технических систем с окружающей средой в широком смысле слова, включающей в это понятие и самого человека как элемента окружающей среды а следовательно, и проживающее вблизи объекта население.

Проблема сложна еще и тем, что она охватывает большой комплекс вопросов технических, экономических, правовых, социальных, а главное, необходимость увязки этих вопросов для решения поставленной задачи разработки системы взглядов по оценке потенциально опасных объектов и управления уровнем указанной опасности на основе экономического механизма, включающего инструмент страхования.

Исследование, посвященное комплексному подходу для решения поставленной цели, по имеющейся у нас информации, ставится в России впервые. К этому следует добавить, что значительная часть литературы анализируется в конкретных разделах настоящей работы. Поэтому в настоящем разделе рассматриваются наиболее общие источники, которые освещают те или иные аспекты проблемы и закладывают основы для понимания и разработки методов оценки потенциально опасных объектов на основе риска и системы страхования таких объектов.

Обеспечение безопасности, защиты населения и объектов народного хозяйства, в том числе от негативных воздействий техногенного и природного характера, является одной из основных функций любого

правового государства. До настоящего времени практическая деятельность по реализации этой функции базировалась на концепции «абсолютной надежности» (безопасности), оказавшейся на деле недостижимой. Более того, отчетливо проявилась присущая данной концепции внутренняя опасность психологического характера, обусловившая во многих случаях неготовность к эффективным действиям по предотвращению и ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций, особенно при крупномасштабных катастрофах (Спитак, Чернобыль и т.д.). Следствием данной технологической концепции, требующей огромных материальных затрат, стало недостаточное внимание многих ведомств и специалистов к другим возможностям обеспечения безопасности, в частности, к превентивным мероприятиям по инженерной защите от потенциально опасных объектов. Их финансирование производилось и производится в нашей стране, в основном, по остаточному принципу в весьма ограниченных объемах.

На ликвидацию негативных последствий техногенных аварий и природных процессов обычно требуются усилия и средства, значительно превышающие первоначально необходимые для осуществления профилактических мер. Государственная политика обеспечения безопасности в Нидерландах, Великобритании, Японии, США и в некоторых других высокоразвитых странах в последние годы стала строиться на концепции приемлемого, или допустимого (для общества и природы) риска как в технических (технологических), так и в природных системах, которая постепенно сменяет концепцию «абсолютной надежности». Проводниками идей допустимого риска в России стали В.А. Легасов, С.Т. Беляев, В.А. Еременко, О.И. Ларичев, И.И. Кузьмин и другие крупные специалисты преимущественно в области промышленной безопасности.

Отечественные исследования по рассматриваемой проблеме начались сравнительно недавно. С 1991 г. они ведутся преимущественно в рамках ФНТП «Безопасность населения и народнохозяйственных объектов Российской Федерации».

Но несмотря на довольно продолжительный срок разработки проблем «рискологии» и организационные усилия, общепризнанная методологическая и нормативно-методическая базы анализа и оценки риска (АОР) до сих пор находятся в стадии становления. Особенно это относится к АОР от негативных природных и техноприродных процессов, отличающихся от технологических опасностей специфическими законами развития и воздействия на окружающую среду.

Теоретическим и практическим вопросам страхования рисков потенциально опасных объектов как инструменту экономического механизма управления безопасностью посвящены работы* Л.И. Рейтмана [117], Ю.А. Сплетухова [121], А.К. Михеева [71], Е.В. Коломина [50], А.Е. Васина [19] и др.

Интересными, на наш взгляд, представляются предложения профессора К. Гофмана по подсчету экологического долга и государственного эк�