Актуальність

Економічні перетворення в Україні та інших країнах колишнього СРСР привели до серйозних проблем в галузі забезпечення безпеки технологічних об'єктів, небезпечних у відношенні вибуху і пожежі. У 90-ті роки розрив економічних зв'язків між постачальниками комплектуючих і виробниками обладнання, а також підприємствами, які його експлуатують, відтік кваліфікованих спеціалістів з промислових підприємств, погіршення виробничої дисципліни призвели до зростання кількості промислових аварій і катастроф. Щорічно в середньому по країнах СНД в результаті аварій та катастроф гине понад 330 тис. чол., Що в 4,7 рази більше, ніж це було в колишньому СРСР [1]. Знос обладнання багатьох промислових підприємств і основних фондів сьогодні по Україні коливається в межах 60%, що вважається критичною точкою, після якої число аварій і катастроф може зрости лавиноподібно.

Щорічно в світі 5% аварій (вибухи, пожежі) від загальної їх кількості відбуваються внаслідок впливу на вибухонебезпечну середу електричних джерел енергії [1].

Наведені дані свідчать про те, що завдання щодо забезпечення вибухобезпеки на промислових підприємствах до кінця не вивчені і не вирішені. Тому завдання, пов'язані з прогнозуванням ймовірності вибухів на промислових підприємствах і розробки організаційних та технічних заходів щодо їх запобігання є актуальними науковими завданнями, вирішення яких служить інтересам економіки України.

Під безпекою будемо розуміти властивості об'єкта не допускати ситуацій, небезпечних для людей і навколишнього середовища [2]. Безпека на промислових підприємствах забезпечується надійною роботою автоматичних засобів захисту, реагуючих на неприпустиму зміну контрольованих параметрів (величину електричного струму, напруги, температури, тиску, концентрацію вибухонебезпечного газу, швидкість провітрювання і т.п.).

За надійну роботу автоматичних засобів захисту відповідають фірми, що виготовляють і постачають їх на підприємство, а також обслуговуючий це обладнання персонал. Отже, під забезпеченням безпеки промислового об'єкту будемо розуміти технічну можливість автоматичних засобів захисту і обслуговуючого їх персоналу не допускати ситуацій, що призводять до аварій (катастроф).

Під небезпечним станом засобів захисту будемо розуміти такий їх стан, коли при випадковому виході контрольованих параметрів за допустимий рівень, відбувається їх відмова у спрацьовуванні. Небезпечний стан засобів захисту виявляється або за допомогою автоматичної системи діагностики, або в результаті профілактичного огляду.

Під технологічним об'єктом будемо розуміти промислове підприємство, на якому при його експлуатації можливі вибух, пожежа, викид шкідливих та небезпечних для людини та навколишнього середовища речовин: шахти, хімічні підприємства, газопроводи, атомні електростанції, морські судна, склади боєприпасів і т.п.

Під ситуацією будемо розуміти збіг у просторі та часі ряду незалежних випадкових подій, що мають різну частоту появи і тривалість існування. Певна ситуація на об'єкті може призвести до: вибуху, пожежі, викиду радіоактивних речовин в атмосферу і т.п.

Під аварією на об'єкті будемо розуміти випадкову появу вибухів, пожеж, викидів радіоактивних речовин в атмосферу і т.п., що супроводжуються матеріальними збитками за рахунок псування обладнання, забруднення навколишнього середовища та припинення технологічного циклу. Під катастрофою будемо розуміти аварію, при якій гинуть люди.

Мета роботи

Отримання нової залежності ймовірності вибухів вибухонебезпечного газу протягом часу t від частоти і тривалості появи небезпечного електричного джерела енергії, частоти загазованості приміщення (цеху) до вибухонебезпечної концентрації, надійності системи включення аварійної вентиляції та термінів її діагностики.

Ідея роботи

Ідея роботи полягає в представленні вибуху у вибухонебезпечному приміщенні, як процесу збігу в просторі й часі трьох незалежних випадкових подій: поява небезпечного у відношенні вибуху електричного джерела; відмова в спрацьовування системи включення аварійної вентиляції; поява вибухонебезпечної суміші в приміщенні (цеху).

Для вирішення поставленої задачі необхідно:

1) розробити математичну модель, яка пояснює процес формування вибуху при експлуатації електротехнічного і технологічного устаткування цеху;

2) отримання розрахункових формул для оцінки вибухобезпечності приміщень, небезпечних у відношенні вибуху і пожежі;

3) привести приклад розрахунку вибухобезпечності приміщення.

Зміст роботи

У першому розділі зроблено огляд існуючих нормативних документів в Україні і країнах СНД, які вказують, на яку частку пального газу в повітрі повинен реагувати газовий захист.

У другому розділі сформульована загальна задача по оцінці вибухобезпечності приміщень у відношенні вибуху і пожежі.

Приміщення, в яких експлуатуються установки з пальними газами чи легко запалюється рідинами, обладнуються системами газової захисту та аварійної вентиляцією. При появі в приміщенні так званої сигнальної концентрації газоповітряної суміші автоматично сигнал від газової захисту подається на систему включення аварійної вентиляції. Від газового захисту так само подається сигнал або на зупинку втратившого герметичність технологічного устаткування, або на відключення технологічної лінії (установки) або навіть виробництва в цілому [3].

Наприклад, якщо в насосної компресорного відділення ГНС об'ємна частка пального газу в повітрі, виражена у відсотках від нижньої концентраційної межі займання НКПВ газу, становитиме 20% (СНиП 2.04.08.-87), то автоматично включається аварійна вентиляція і подається команда на зупинку обладнання.

Структурну схему вибухонебезпечного цеху можна представити у вигляді: Рис. 1

Рис. 1 – Структурна схема вибухонебезпечного цеху (цей малюнок є анiмацiєю p наступними параметрами: кiлькiсть кадрiв - 11, кiлькiсть повторювань - 4, розмiр в Кб - 352)

1 - електрообладнання цеху; 2 - iмовірні місця витоку газу (технологічні установки); 3 - датчики газового захисту; 4 - основна вентиляція; 5 - аварійна вентиляція.

Вибух газоповітряної суміші в такому приміщенні можливий при збігу в просторі й часі наступних випадкових подій: появи вибухонебезпечної газоповітряної суміші в приміщенні; відмови в спрацьовуванні газового захисту (що призводить до того, що не надходить команда на включення аварійної вентиляції та на відключення пошкодженого технологічного обладнання) ; поява дугового КЗ в кабелі, що живлять технологічне обладнання.

Третій розділ роботи присвячений вирішенню поставленої задачі.

На основі однорідних марковських випадкових процесів з дискретним числом станів і безперервним часом розроблена математична модель, що дозволяє прогнозувати рівень вибухобезпечності приміщень, небезпечних у відношенні вибуху і пожежі, і отримати таку залежність: ймовірність появи вибуху в плині часу t від частоти і тривалості появи небезпечної в відношенні вибуху газоповітряної суміші, надійність системи газового захисту та термінів її діагностики, а також від частоти і тривалості появи дугових коротких замикань в кабелі, що живлять технологічне обладнання.

Система лінійних диференційних рівнянь для знаходження функції розподілу інтервалів часу між вибухами у вибухонебезпечних приміщеннях P₈(t)=F₁(t) знаходиться з системи лінійних диференційних рівнянь:

Система лінійних диференційних рівнянь вирішується при наступних початкових умовах P₁(0)=1; P₂(0)=P₃(0)=P₄(0)=P₅(0)=P₆(0)=P₇(0)=P₈(0). Ці умови випливають з припущень про те, що в початковий момент часу в цеху не спостерігається загазування до небезпечної концентрації, засоби захисту газової і система включення аварійної вентиляції знаходяться в працездатному стані (режим очікування), в системі електропостачання не спостерігаються ушкодження, які призводять до появи дугових іскроутворень.

У системі рівнянь (1):

λ₁ - інтенсивність загазування цеху до небезпечної концентрації;

₁ - середній інтервал часу між загазуваннями цеху;

d₁ - середній час існування в цеху небезпечної щодо вибуху концентрації газоповітряної суміші (середній час спрацьовування газового захисту і включення аварійної вентиляції);

₂ - середній інтервал часу між ушкодженнями системи газового захисту або системи включення аварійної вентиляції;

θ₂ - інтервал часу між перевірками працездатності газового захисту і системи включення аварійної вентиляції;

μ₂ - інтенсивність відновлення пошкоджень системи газового захисту і системи включення аварійної вентиляції;

λ₂ - інтенсивність появи дугоутворень в електрообладнанні;

₃ - середній інтервал часу між появи дугового електричного джерела;

d₃ - середня тривалість існування дугового КЗ;

λ₃ - частота появи електричного джерела, небезпечного щодо займання вибухонебезпечного середовища;

Рішення системи лінійних рівнянь (1) будемо шукати у вигляді

P(t)=P(0)exp(At), (2)

где

P(0)=(1,00..0) – вектор-строка, що містить початкові умови.

Отримана із системи рівняння (1) функція P₈(t)=F₁(t) дозволяє вибрати оптимальні з точки зору вибухобезпечності терміни профілактики засобів газового захисту і системи включення аварійної вентиляції θ₂, при яких забезпечується норміруемий ГОСТ 12.1.004-91 рівень вибухобезпечності, т. п.

Висновки

На основі марковських випадкових процесів запропонована математична модель "середовище-захист-джерело", яка відрізняється від відомих тим, що вона враховує середній час знаходження системи вмикання аварійної вентиляції у неробочому стані, тривалість існування небезпечного у відношенні вибуху середовища, тривалість електричного джерела, що дозволяє підвищити точність розрахунків більш ніж на порядок, в порівнянні з відомими моделями.

Використовуючи розроблену математичну модель, яка була отримана нова залежність ймовірності вибуху в цеху, небезпечного у відношенні вибуху і пожежі, від частоти і тривалості загазування, надійності системи аварійної вентиляції та термінів її діагностики, а так само від частоти появи небезпечного у відношенні вибуху електричного джерела і його тривалості.

Отримана в роботі залежність P₈(t) дозволяє вибирати терміни діагностики системи аварійної вентиляціїθ₂, при яких забезпечується нормуємий рівень вибухобезпеки.

Бібліографія

1. Взрывозащищенное электрооборудование. Общие принципы и требования/ А. Е. Погорельский, А. Н. Омельченко, Н. А. Черников, Р. Н. Лазебник; Под ред. Е. Н. Вареника. – Донецк: ООО «Юго-Восток, ЛТД», 2007.-225с.

2. Белоусенко И. В., Ковалев П. П., Муха В. П. Прогнозирование безопасности предприятий//Безопасность труда в промышленности. – 1995 №10 с. 53-55,

3. Меньшов Б.Г., Ершов М.Е. Надежность систем газоснабжения газотурбинных компрессорных станций – М.: Недра. 1995 – 283с.

4. Абдурагимов И.М. // Проблемы безопасности при чрезвычайных ситуациях: Выпуск 10. Москва, 1990. С. 20-24

5. Промышленные взрывы, Оценка и предупреждение / Бечастнов М.В. - М., Химия, 1991. 432 с.

6. ГОСТ 12.1.010-76 Взрывобезопасность. Общие требования. - М.: Издательство стандартов. - 1976. - 6 с.

7. Белоусенко И.В., Ковалев А.П., Муха В.П. Прогнозирование безопасности предприятий// Безопасность труда в промышленности. – 1995 -№10 – с. 53-55.

8. Надежность систем энергетики. Терминология: Сборник рекомендованных терминов/АНСССР, комитет научно-технической терминологии. Научный совет по комплексной проблеме энергетики. – М., 1980. – Вып.95. – 44 с.

9. Ковалев А.П., Шевченко О.А. О вероятности возникновения аварий на промышленных предприятиях при эксплуатации электрооборудования. Материалы международной конференции «Экология и безопасность жизнедеятельности» (Феодосия, сентябрь 2002 г.) с. 89-94.

10. Ковалев А.П. О проблемах оценки безопасности электротехнических// Электричество. – 1991-№7. – с. 50-55.

11. Методика оценки пожарной безопасности шахтных кабельных сетей, электрооборудования и электрифицированных выработок на этапе проектирования, реконструкции и эксплуатации (разработана ДПИ, НПО «Респиратор» в 1989 г.), 25 с.

12. МАГАТЭ. Руководство по проведению вероятностного анализа безопасности атомных станций: Отчет. – М., 1990.

13. Справочник по ядерной энергетике: Пер. с англ./ Ф.Ран, А. Адамаитиадес, Дж. Кентон, Ч. Браун/ Под ред. В.А. Легасова – М.: Энергоатомиздат, 1989. – 752 с.

14. Рагожин Ю.А. Измерить аварию. Безопасность труда в промышленности, 1993.-№6, с. 41-48.

15. А.П. Ковалев "О проблемах оценки безопасности технологических объектов топливно-энергетического комплекса Украины".

Вгору