Анализ риска эксплуатации нефтеперерабатывающих объектов

УДК 614.83:665

Ю. С. Радченко, кандидат технических наук, доцент (БГТУ) АНАЛИЗ РИСКА ЭКСПЛУАТАЦИИ НЕФТЕПЕРЕРАБАТЫВАЮЩИХ ОБЪЕКТОВ

В работе приведена последовательность проведения анализа риска установок нефтепереработки. Рассмотрены возможности использования существующих методов оценки последствий аварийных ситуаций на установках нефтеперерабатывающих предприятий и методы оценки вероятности возникновения и развития аварийной ситуации. Предложены различные мероприятия, направленные на обеспечение требуемого уровня безопасности объектов нефтепереработки.

Consistency of carrying out of risk analysis of oil-refining enterprises has been given in the article. Possibilities of existing methods of assessment of aftereffects at oil-refining enterprises and methods of estimation of possibility of origin of emergency have been considered. Some activities that are directed to ensuring of the demanded level of safety of oil-refining enterprises have been suggested.

Введение. Технологические установки и объекты нефтепереработки (НПП) относятся к сложным технологическим системам, которые предназначены для реализации процессов переработки углеводородного сырья в товарные продукты или полуфабрикаты, идущие на дальнейшую переработку. К элементам этой технологической системы относится не только основное технологическое оборудование (колонные аппараты, реакторы, технологические трубопроводы, резервуары, насосно-компрес-сорное оборудование и т. д.), но и оборудование, которое предназначено для регламентированного функционирования технологического оборудования (оборудование электроснабжения, системы КИПиА, системы водоснабжения и канализации и т. д.). Число элементов технологической установки НПП, способных в той или иной мере повлиять на возникновение и развитие аварийной ситуации, в зависимости от сложности установки может достигать от нескольких сотен до тысяч. В связи с этим анализ риска подобных технологических систем - задача достаточно сложная, требующая знаний технологии, особенностей элементов системы и взаимосвязи их между собой. В настоящее время для сложных технических систем авиационной и космической промышленности, атомной энергетики методология анализа риска разработана и опробована достаточно широко. Адаптация этих методов к условиям НПП и возможность их использования при анализе риска установок и объектов нефтепереработки - актуальная проблема в настоящее время.

Основная часть. Риск эксплуатации промышленных предприятий, как правило, связан с бесконтрольным высвобождением энергии или утечками взрывопожароопасных или токсических веществ. Причем реальную опасность для окружающих представляет не все предприятие, а отдельные его структурные подразделения (установки, цехи, производства, склады

и т. д.). Вполне очевидно, что одни подразделения предприятия более опасны, чем другие, и для эффективного проведения анализа необходимо разбить предприятие на подсистемы, чтобы выявить участки и подразделения, являющиеся источниками опасности, и далее оценить их риск [1].

Технологические установки и объекты нефтеперерабатывающих предприятий обладают рядом специфических особенностей, которые требуют особого подхода при анализе риска и использовании известных методов и методик оценки последствий возможных аварийных ситуации, а также оценки вероятности возникновения и развития аварийной ситуации. Специфика установок нефтепереработки определяется высокими взрывопожароопасны-ми свойствами технологических сред, обращающихся в оборудовании, высокой температурой и повышенным давлением при реализации технологических процессов. Анализ оборудования установок НПП, как элементов сложной технологической системы, по содержанию взрывопожароопасных веществ, количеству каждого вида оборудования на установках, частоте и характерам отказов и неполадок позволил условно поделить его на следующие виды: колонные аппараты, резервуары и емкости, теплообменное оборудование, нагревательные печи, насосно-компрессорное оборудование, технологические трубопроводы.

Учитывая специфику установок нефтепереработки и современные методы анализа риска опасных производственных объектов, которые использовались для решения подобных проблем в других отраслях промышленности, предлагаются следующие основные этапы анализа риска эксплуатации установок нефтепереработки.

На первом этапе проводится идентификации опасности данного объекта, под которой понимается процесс ее выявления с учетом особенностей промышленного объекта (технологии,

76 ISSN 1683-0377. Труды БГТУ. 2013. № 4. Химия, технология органических веществ и биотехнология

параметров конструкции применяемого оборудования, физико-химических свойств обращающих веществ, их количества и т. д.) и определения характеристик, в результате чего составляется перечень нежелательных событий, приводящих к аварии.

В ходе идентификации опасности необходимо определить количество каждого вещества, которое находится в емкостном оборудовании (колонных аппаратах, емкостях, резервуарах) и в нагревательных печах как аппаратах с огневым обогревом, и выделить элементы с наибольшим содержанием опасных веществ. При выявлении количества вещества в каждом виде оборудования необходимо учесть их агрегатное состояние, установить и уточнить технологические параметры эксплуатации оборудования (температура и давление системы, соотношении отдельных компонентов), физико-химические свойства веществ (пределы взрываемо-сти, температуры самовозгорания, температуры вспышки и т. д.). Кроме этого, необходим анализ наиболее характерных дефектов и неполадок с учетом количества отказов по каждому виду оборудования (колонны, резервуары, емкости, трубопроводы, нагревательные печи, насосы и компрессоры).

На основе анализа распределения веществ по отдельным видам оборудования, агрегатному состоянию веществ и технологическим параметрам выявляется наиболее «энергоемкое» оборудования, под которым в данном случае понимается оборудование, содержащее наибольшее количества углеводородного вещества. По результатам анализа количества отказов и неполадок выявляется наиболее «проблемное» оборудование, т. е. оборудование, которое имеет наибольшее количество отказов, способных привести к аварийной ситуации. На основе распределения веществ в каждом элементе оборудования и с учетом их физико-химических свойств необходимо провести экспресс-оценку параметров возможного взрыва, пожара, характеристику токсического заражения с определением зон поражения и количеством возможных жертв. Экспресс-оценку можно провести по известным методикам [1-3], которые позволяют в короткие сроки с достаточной точностью для данного этапа определить возможные последствия аварийной ситуации на установках нефтепереработки, на основании чего принять решение о дальнейшем более детальном проведении анализа риска.

В случае принятия решения об относительной безопасности промышленного объекта и нецелесообразности проведения дальнейшего анализа риска разрабатываются организационные мероприятия по поддержанию существующего

уровня безопасности данного объекта (периодическая подготовка и аттестация персонала, своевременный и качественный ремонт оборудования, ведение технологического режима в пределах регламентированных параметров и т. д.).

При необходимости проведения дальнейшего анализа риска проводится его оценка, которая состоит из анализа частоты возникновения аварийной ситуации и последствий аварийной ситуации (второй этап). Анализ частоты заключается в определении вероятности возникновения конкретной опасности, при этом используются качественные (логические методы, экспертные оценки) и количественные (использующие статистические данные по аварийности и надежности технологической системы, соответствующие типу объекта или виду деятельности) методы оценки.

На основе перечня наиболее «энергоемкого» и «проблемного» оборудования производится анализ неполадок и отказов оборудования и анализ аварий, ранее произошедших на данном или подобных объектах. Результатом анализа неполадок и аварий является выявление причины возникновения аварийных ситуации и их последствий. На основе этого выявляются причинно-следственные связи отдельных событий, приводящих к аварийной ситуации, и сценарии возможных аварийных ситуаций. Количественные характеристики отказов и неполадок оборудования (вероятность отказа, интенсивность потока отказов, средняя наработка на отказ) определяется по известным математическим зависимостям, принятым в теории надежности, для каждого вида отказа или неполадки.

По известным сценариям возникновения и развития аварийных ситуаций с учетом технологических связей отдельных элементов технологической схемы и количественных характеристик отказов и неполадок строятся логико-графические схемы развития аварийных ситуаций для наиболее «энергоемкого» и «проблемного» оборудования, перечень которого выявлен ранее. Результатом данного этапа анализа риска - оценки вероятности возникновения аварийной ситуации - являются количественные показатели, полученные с помощью логико-графических схем.

Третий этап анализа риска эксплуатации оборудования - анализ последствий - включает оценку воздействия взрыва, пожара на людей, имущество и окружающую среду. Для прогнозирования последствий необходимо оценить физические эффекты нежелательных событий (пожара, взрыва, токсического выброса). Анализ последствий от аварийных событий проводится на основе ранее проведенного распределения веществ по технологическим блокам и по

отдельным видам оборудования с учетом технологических процессов и физико-химических свойств технологической среды. На начальной стадии определяется количество газовой и жидкой фазы в оборудовании. Газовая фаза при разгерметизации оборудования в полном объеме участвует в образовании взрывоопасного облака. При оценке поведения жидких углеводородов в результате разгерметизации оборудования рассматриваются варианты с полным разрушением оборудования и участием в формировании площади испарения и взрывоопасного облака всего объема жидкой фазы. Кроме этого, необходимо учесть вариант разгерметизации оборудования в результате появления дефектов в оборудовании (трещины, разгерметизация запорной арматуры, действие коррозии). Для этого необходимо определить количество выброшенного вещества и площадь разлива жидких углеводородов. Количество выброшенного вещества оценивается по форме и размерам отверстия с учетом физических свойств жидких продуктов по известным из гидравлики зависимостям. По физическим свойствам, параметрам эксплуатации и площади пролива определяется масса парогазового облака, образованного при испарении с поверхности разлива жидкой фазы. Параметры взрывного воздействия на окружающие объекты, теплового воздействия пожара, пролива и огневого шара определяются на основе общей массы парогазового облака, образованного в результате суммы количества газовой и паровой фазы. На основе полученных результатов определяется воздействие на здания и сооружения, а также количество возможных пострадавших. Для определения возможности разрушения наиболее «энергоемкого» оборудования (колонных аппаратов, резервуаров, нагревательных печей) и дальнейшего развития аварий по принципу «домино» необходимо провести оценку воздействия взрывной волны на это оборудование.

Заключение. Результатом анализа риска является разработка мероприятий, направленных на повышение надежности оборудования, оснащение системами противоаварийной защиты (ПАЗ), совершенствование управление технологическим процессом и снижение потенциальной опасности объекта.

Под повышением надежности оборудований в данном случае понимается комплекс мероприятий, направленных на снижение вероятно-

сти возникновения аварийной ситуации в результате отказа или неполадки отдельных видов оборудования. К данному блоку также можно отнести мероприятия по замене устаревшего оборудования на современное и более надежное, повышение качества ремонта оборудования, более эффективную защиту оборудования от коррозии, применение герметичных насосов для перекачки сжиженных газов и ЛВЖ.

Оснащение установок НПП системами ПАЗ, которые предназначены для контроля достижения значений технологических параметров до критических и своевременного перевода системы в безаварийное состояние, является в настоящее время обязательным условием при проектировании, строительстве и реконструкции установок.

Под совершенствованием управления технологическим процессом понимаются мероприятия, направленные на своевременное обнаружение изменения технологических параметров и предупреждение возникновения аварийной ситуации за счет внедрения экспертных систем и повышения уровня подготовки обслуживающего персонала.

Под снижением потенциальной опасности объекта подразумеваются технологические мероприятия, направленные на снижение потенциальной опасности объекта, а именно снижение технологических параметров процессов (температуры, давления), замена отдельных компонентов технологической системы, обладающих высокими взрывопожароопасными свойствами, на вещества с более низкими взрывопожароопас-ными характеристиками, снижение количества взрывопожароопасных и токсичных веществ, единовременно находящихся на объекте.

Литература

1. Методические указания по проведению анализа риска опасных производственных объектов (РД 30-418-01): утв. Госгортехнадзором России 10.07.01. - М.: НТЦ «Промышленная безопасность», 2001.- 18 с.

2. Пожарная безопасность. Общие требования: ГОСТ 12.1.004-91 ССБТ. - Введ. 01.07.92. -М.: Государственный комитет по стандартам, 1992. - 108 с.

3. Оценки последствий аварийных взрывов топливно-воздушных смесей (РД 03-409-01): утв. Госгортехнадзором России 26.06.01. - М.: НТЦ «Промышленная безопасность», 2001. - 16 с.

Поступила 28.02.2013