Технологические опасности и опасные факторы химических производств

Аннотация

А.А. Топоров, А.А. Акусова Технологические опасности и опасные факторы химических производств Рассмотрены основные технологические опасности и опасные факторы химических производств. Показана последовательность возникновения аварийных ситуаций и аварии.

Для увеличения производительности и повышения эффективности химические предприятия интенсифицируют технологические процессы путем увеличения давлений, температур, концентраций, скорости движения рабочих сред и пр. При этом количество отказов и аварий имеет постоянную тенденцию к увеличению по следующим причинам [1]:

• из-за увеличения единичной мощности и сложности агрегатов, объемов транспортирования опасных веществ;
• из-за ужесточения технологических режимов (приближение темпов процессов и эксплуатационных параметров рабочих сред к предельно допустимым, т.е. аварийно- пожаро-взрывоопасным);
• из-за нестабильности качества заменяемых в процессе эксплуатации узлов и деталей, обусловленной несовершенством теории надежности;
• из-за повышения требований к реакции человека-оператора технологического процесса на штатные и нештатные ситуации, возможности которого объективно и субъективно ограничены;
• из-за старения основных производственных фондов.

Постоянный рост производительности обусловлен значительными экономическими преимуществами крупных установок. Как следствие, возрастает содержание опасных веществ в технологическом оборудовании, что сопровождается возникновением опасности пожаров, взрывов, токсических выбросов и других разрушительных явлений, способных поражать людей и окружающую среду.

Работа химических производств связана с рядом особенностей:

1. Работа с твердыми, жидкими, газообразными веществами и их смесями. При этом в одном химическом аппарате вещества могут переходить из одного агрегатного состояния в другое. Такие переходы могут быть как запланированными, предусмотренными данным технологическим процессом, так и спонтанными и приводить к неблагоприятным последствиям.
2. Энергонасыщенность рабочих сред. В химических агрегатах зачастую перерабатываются вещества, которые имеют высокий химический и тепловой энергопотенциал. При авариях происходит неконтролируемое высвобождение этой энергии, что приводит к тяжелым последствиям.
3. Многие технологические процессы протекают при повышенных рабочих температурах и давлениях рабочих сред. Это сделано для их интенсификации. При этом на уже существующих производствах повышают данные показатели без учета последствий.
4. Проведение химических реакций с выделением тепла. Помимо, специального подогрева рабочих сред, некоторые химические реакции происходят с выделением большого количества тепла.
5. Переработка вредных опасных и отравляющих веществ.

Таким образом, технологическое оборудование имеет высокий уровень потенциальной опасности.

Рассмотрим основные технологические опасности [2]. К ним можно отнести физические условия эксплуатации оборудования: высокие температуры, низкие температуры, высокие давления, вакуум, циклические изменения давления, циклические изменения температуры, гидравлические удары; а так же значительные объемы обращения огнеопасных, горючих, нестабильных, коррозийных, удушающих, пирофорных, токсичных, взрывающихся от удара, горючих пылевидных веществ, инертных газов.

Реализация потенциальной опасности объекта, т. е аварии возможно при возникновении инициирующего события, которое является началом развития аварийной ситуации.

Рассмотрим схему возникновения и развития аварийных ситуаций и аварий (рис. 1).

Рисунок 1 – Схема развития аварии на химическом производстве

Основными инициирующими событиями возникновения аварийных ситуаций при работе химического оборудования являются технологические нарушения, отказы основного оборудования, неисправности дополнительного обслуживающего оборудования, ошибки человека, внешние воздействия.

К технологическим нарушениям относят отклонения технологических параметров: давления, температуры, расхода, концентрации, скорости реакции, теплоты реакции. Эти нарушения могут приводить к прохождению спонтанных реакций: полимеризация, реакция, вышедшая из-под контроля, внутренний взрыв, разложение.

Отказы основного оборудования проявляются в виде разгерметизации трубопроводов, резервуаров, сосудов, отказов прокладок, сальников.

К неисправностям дополнительного обслуживающего оборудования относят отказы измерительных приборов, датчиков, блокировок, оборудования для обеспечения подачи электричества, водоснабжения, воздуха, теплообмена, вентиляции

Ошибки человека проявляются при проектировании, строительстве, в процессе эксплуатации, при техобслуживании.

К внешним событиям относят экстремальные погодные условия, землетрясения, воздействие других аварий, вандализм, диверсии.

Часто инициирующими событиями становятся одновременно несколько событий.

Рассмотрим более подробно причины возникновения отказов оборудования.

Во-первых, отказ оборудования может возникать из-за перегрузки в результате недооценки действующей нагрузки: снег и непродуманная его расчистка, наледи; производственная пыль; несоответствие фактических масс конструкций запроектированным; ветровая нагрузка; крановая нагрузка; динамические воздействия нагрузки; неучтенные температурные воздействия. То есть сочетание ошибок человека при проектировании и внешних воздействий.

Во-вторых, отказ оборудования может возникать из-за потери устойчивости: ошибки в расчетах, чертежах, нарушение правил производства работ; большая гибкость элементов, эксцентриситет при приложении нагрузки; податливость монтажных стыков, несвоевременная или неправильная анкеровка опор; температурные деформации при неправильном закреплении связей; недостаточная толщина листовых конструкций; искажение геометрических формы конструкций; наличие вмятин и местных искривлений.

В-третьих, неудачные проектные решения и отступления от проекта: неудачный выбор расчетной схемы; низкая точность расчета; недоработка узлов сопряжений; занижение расчетной нагрузки по сравнению с реальной; недооценка жесткости узлов; недостаточная жесткость, прочность, устойчивость; замена одного материала другим; низкая квалификация исполнителей; наличие концентраторов напряжений.

В-четвертых, некачественное изготовление и монтаж конструкций приводящее к отказу оборудования: применение некачественных материалов; низкое качество изготовления конструкций; неправильный выбор способа и порядка монтажа; несвоевременная постановка связей жесткости; некачественная сварка; нарушение технологии сварки; ввод в действие сооружений с существенными недостатками.

В-пятых, нарушение правил эксплуатации конструкций и сооружений: отсутствие защиты конструкций, работающих в агрессивных средах; вибрации, удары, истирание; отсутствие надлежащего инструментального контроля; перегрузка производственной пылью; увеличение нагрузки без усиления конструкций и регулирования напряжений в них.

Одной из основных причин отказов оборудования можно отнести деградационные отказы [3], которым относят: усталостные разрушения; разрушения от старения; вибродинамическое действие кранов, подвижного состава; загрязнение окружающей среды; наличие поверхностных дефектов в конструкциях; резкие колебания температуры; осадки.

Непредвиденные (непрогнозируемые) причины: аварии от провалов, оползней, осыпей, обрушений вышележащих конструкций; сейсмические воздействия и извержения вулканов; грозовые разряды, град, падение метеоритов; биологические вредители; ураганы, наводнения, цунами, ледоходы, сели; ландшафтные пожары; подмыв фундаментов, переувлажнение оснований.

Однако инициирующее событие приводит не сразу к аварии, а к возникновению аварийной ситуации. И в зависимости от характера промежуточных событий аварийная ситуация переходит в аварию или нет. Так же от промежуточных событий зависят последствия аварии.

Все промежуточные события можно разделить на события, которые способствуют развитию аварийной ситуации и переходу ее в аварию и события, которые препятствуют дальнейшему развитию аварийной ситуации.

К факторам способствующим развитию аварийных ситуаций относят отказы систем автоматики, измерительных приборов, датчиков, блокировок; отказы систем безопасности (электрической, водоснабжения-охлаждения, подачи воздуха, теплообмена, вентиляции др.); наличие вблизи источники зажигания (печи, факела, электрические выключатели, статическое электричество, горячие поверхности, искры и пр.); отказы системы административного управления; ошибки человека (небрежность, неопытность, неправильная диагностика, принятие неправильных решений); эффекты домино (разгерметизация другого оборудования, выбросы других веществ); негативные внешние условия: метеорология, видимость

К факторам, способствующим снижению риска относят адекватные реакции систем контроля и управления или оператора; адекватные реакции систем безопасности; системы смягчения последствий; план реагирования на ЧС, а так же внешние факторы: раннее обнаружение, специально сконструированные сооружения, обучение, др.

Оборудование химических производств в силу ряда объективных особенностей является опасным. Во многом аварийность химических производств можно объяснить особенностями их работы, которые способствуют возникновению технологических опасностей и опасных факторов.

Аварии не происходят мгновенно, им предшествует ряд событий. Для возникновения аварии необходимо инициирующее событие, которое дает начало развития аварийной ситуации. А так же происходит ряд других промежуточных событий между нормальной работой оборудования и аварией. При этом в зависимости от характера этих событий зависит дальнейшее развитие аварии. В наиболее благоприятных случаях авария может и не произойти или события позволят уменьшить последствия при аварии.

Изучение и классификация технологических опасностей и опасных факторов позволяет уже на этапе проектирования предпринимать мероприятия по снижению опасности и разработке защитных мероприятий.

Список литературы:

1. Надежность технических систем и техногенный риск/ Акимов В.А., Лапин В.Л., Попов В.М. и др. М.: ЗАО ФИД Деловой экспресс, 2002 - 368 с.
2. Пожарная безопасность. Взрывобезопасность. Справочник / Под ред. Баратова А.Н.- М.: Химия, 1987.- 272 с.
3. Топоров A.A., Акусова A.A. Процессный подход к исследованию изменения технического состояния оборудования химических производств/ Наукові праці ДонНТУ. Серія: Хімія і хімічна технологія. Донецьк: ДонНТУ, 2010.