Бесчастнов М.В. Промышленные взрывы: оценка и предупреждение

Подождите немного. Документ загружается.

Таблица 10.2. Показатели взрывоопасности технологических линий низших олефинов

1 11 III

IV V

VII

VIII

IX X XI

XII XIII

XIV

Показатели

бензин бензин

пирогаз пирогаз пирогаз

пирогаз

водо-

род,

ыетан

водо>

род.

ыетан

водо-

род,

ыетан

этилен

Энергетический потен-

циал X 10

, кДж

Приведенная масса, т

Тротиловый эквивалент.

18,4 8,3 0,7 50,1 58,1 3,97 3,23 50,76 3,51 0,36 52,93 1,17 159,0 29,2 8,85

3,98 1,8 0,15 10,89 12,63 0,86 0,70 11,034 0,76 0,08 11,50 0,25 34,6 6,35 1,925

1,809 0,816 0,069 4,926 5,713 0,390 0,318 4,991 0,345 0,035 5,205 0,115 15,634 2,871 0,87«

Уровни разрушения от

первичных взрывов, м:

Ко

9,64 5,88

1.14

16,1

17,1

3,62 3,16 16,15 3,34

0,73 17,3 1.6

25,0

12,4

6,1

К,

36,6

22,3

4,3

61,0

65,0

13,8

12,0

61,4

12,7

2,8

65,7

6,0 95 47,0 23,2

/?2

54,0

33,0

6,4

90,0 96

20,3

17,7 90,0

18,7

4,1

97,0 9,0

140

69,4

34,2

Кз

92,5

56,0

11,0

155,0

164

34,8 30,0 155,0

7,0

166,0

15,4

240 119,0 58,6

/?4

270

165

32,0 450

480

101,4

88,5

452

93,5

20,5

485

450

700

347

171

я»

570

330

64,0

900

960

203

177 900

187,0

41,0

970 90 1400

694

Возможные модели пер-

вичного взрыва:

в закрытой системе —

—

— —

+ +

в форме парового

+ +

Таким образом, в блоках /, II основное вещество бензин,

в III—VII — сложные смеси углеводородов, в VIII—X — водо-

род и-метан, в IX—XVI — этилен, в XVII—XXII — пропилен, в

XXIII — углеводороды С

, в XXIV—XXVI — бензин, в XXVII,

XXVIII — углеводороды С

и выше. По физико-химическим

свойствам этих веществ в условиях данного технологического

процесса можно предсказать возможный характер взрывных

явлений в атмосфере и аппаратуре. По каждому блоку по ана-

логиям с уже имевшими место авариями можно определить

ожидаемые модели их возникновения и развития, принять соот-

ветствующие предупредительные меры.

Для рассмотренных выше технологических блоков оценка

основных источников энергии взрывов показала, что энергети-

ческие потенциалы и уровни разрушения существенно различа-

ются (табл. 10.2). Конкретные причины, возможные модели и

варианты возникновения аварийных ситуаций определяются

при анализе каждого блока в отдельности по типовой схеме,

приведенной в табл. 10.1. По найденным энергетическим потен-

циалам оценивают соответствующие реально возможные зоны

поражения от ударных волн при взрывах на соответствующих

технологических блоках. По рассмотренной выше технологичес-

кой линии составлена принципиальная план-схема расположе-

ния технологических блоков на производственной площадке и

уровней воздействия ударных волн (рис. 10.33). Окружностями

в качестве примера обозначены зоны возможных тяжелых

разрушений при избыточных давлениях ударных волн «70 кПа

при взрывах на блоках III, XII и XXVI. Это означает, что в

указанных зонах от первичных взрывов возможны разрушения

аппаратуры и трубопроводов на смежных блоках, а также цеп-

ное развитие аварии на объекте. Стрелками указаны основные

направления ударных волн, могущие вызвать полное разруше-

ние пультов управления при авариях на технологических бло-

ках V, XXX, XXIX, XVI. Соответственно должны быть разрабо-

таны предупредительные меры, максимально ограничивающие

количество энергии, высвобождаемой при возможных взрывах,

и обеспечивающие локализацию аварийных ситуаций в началь-

ных стадиях их возникновения. Очевидна необходимость созда-

ния автоматических, дистанционных и других быстродействую-

щих межблочных систем защиты, в частности дистанционно

управляемых межблочных отключающих устройств на трубо-

проводах.

Технологическая линия производства олефинов включает

большое число типовых процессов и аппаратов, по которым

можно оценивать опасности объекта. Но это вовсе не означает,

что все принятые в ней технические решения являются опти-

мальными. Они отражают лишь уровень знаний и технических

возможностей того времени, когда установка создавалась. Сле-

дует обратить внимание на многостадийность и сложность

технологической линии. В идеальном случае при наличии соот-

402

Рис. 10.32. Блок XXVIII — отпарка углеводородов С

родов; подвод тепла осуществляется водяным паром в кипя-

тильник.

Дополнительная отпарка углеводородов С

(блок XXVIII,

рис. 10.32) осуществляется в ректификационной колонне с кла-

панными тарелками объемом 11 м

, температура куба колонны

80 °С. Пары из верхней части колонны (углеводороды С

—С

)

при давлении 9 МПа конденсируются в водяном холодильнике

и собираются в емкости. Кубовый продукт из колонны направ-

ляется в дебутанизатор.

403

Рис. 10.30. Блок XX VI — узел выделения из гидрированного бензина тяжелых

жидких продуктов

в ректификационной колонне объемом 20 м

. Пиробензин на

ректификацию поступает из сепаратора через подогреватель.

В блоке XXVII (рис. 10.31) производят отпарку углеводоро-

дов Сг из конденсата в ректификационной колонне объемом

6,7 м

. Конденсат из сепаратора V ступени турбокомпрессора

(блок I) через коагулятор и паровой подогреватель с темпера-

турой 15—16 °С поступает в отпарную колонну легких углеводо-

§55

ВоВа

катализаторе в газовой фазе; режим работы циклический (гид-

рирование— регенерация — гидрирование). Процесс экзотер-

мичен, съем тепла обеспечивается обратным потоком гидриро-

ванного бензина. Отходящий реакционный газ конденсируется

и отделяется от водорода.

Выделение из гидрированного бензина тяжелых жидких

продуктов (ТЖП) осуществляется в блоке XXVI (рис. 10.30)

На ракм

М—&

В МП

на

/'СБ

На сран ел

Рис. 10.25 Блок XXI — узел разделения пропан-пропиленовой фракции

Пары С.Нб

изШ.

у Науаиел 1

, 1-1 гй-

Нг на Ш

У-4-

Рис. 10.26. Блок XXII

На ера не л -I Вода

пропиленовый тепловой насос

Блок XXIV (рис. 10.28)—сборник кубового продукта фрак-

ции С

из колонны — представляет собой емкость объемом

5,6 м

, охлаждаемую водой до 40°С. Из емкости жидкость на-

сосами подается в блок XXV (рис. 10.29), где происходит гидри-

рование пиробензина для удаления непредельных углеводоро-

дов и сернистых соединений в реакторах объемом 9,3 м

на

406

при создании однолинейных технологических систем, огромные

геометрические объемы аппаратуры и во многих случаях высо-

кие параметры процессов. Преобладавшее в то время «геомет-

рическое» мышление («чем больше — тем лучше») сдерживало

внедрение принципиально новых оригинальных решений, повы-

шение эффективности типовых технологических процессов,

разработку более надежных видов оборудования и т. д.

Тепломассообменная аппаратура (для ректификации, абсорб-

ции, десорбции, дистилляции, сепарации и др.) гигантских раз-

меров с большими массами горючих и взрывоопасных сред

является в настоящее время носителем и источником наиболь-

ших потенциальных энергий. Повышение эффективности тепло-

массообменных процессов должно сопровождаться значитель-

ным снижением объемов газо(паро) жидкостных взрыво- и

пожароопасных сред в технологических системах. Например,

при использовании только новых конструкций насадок центро-

бежного типа (взамен тарельчатых — колпачковых) в тепломас-

сообменных процессах объемы и соответственно металлоем-

кость большой части наиболее распространенной крупногаба-

ритной колонной аппаратуры может быть уменьшена на 30—

20% без снижения производительности.

Расчет запаса энергии по общей массе горючих взрыво-

опасных и токсичных веществ неточно отражает возможные

масштабы поражения при промышленных авариях. Для этого

должны быть отдельно рассчитаны энергии, которые могут

высвобождаться при взрыве и пожаре, по соответствующим

моделям развития аварийных ситуаций. Например, изотерми-

ческое хранилище жидкого аммиака массой 10 тыс. т с доста-

точно мощной ограждающей конструкцией практически не

имеет энергетического потенциала, поэтому масса газового об-

лака при типичной аварии — разрушении оболочки — будет

определяться лишь тем количеством тепла, которое может пере-

даваться от ограждающей стены и элементов конструкции хра-

нилища. При этом масса газового облака будет ничтожно мала

по сравнению с общей массой аммиака, находящегося в хра-

нилище. Масса хлора, которая может образоваться при разру-

шении изотермического резервуара жидкого хлора в подземном

складе фирмы «ВА5Р», ничтожно мала по сравнению с массой

газа, которая испарилась при такой же модели аварии на от-

крытом складе хлорного завода (Явана, Таджикская ССР).

Для объективности оценки опасности от взрывных явлений и

интоксикации необходимо сопоставлять удельные энергетичес-

кие потенциалы и площади реальных уровней поражения.

Созданию технологий с максимальной безопасностью спо-

собствует также замена веществ, участвующих в процессах эк-

стракции и тепломассообмена (теплоносители, хладоносители),

абсорбентов, десорбентов, очистителей газов, растворителей

веществ в холодильных циклах, на безопасные или менее опас-

ные. Безопасность технологических объектов во многих случаях

407

обусловливается рассрёдоточенностыо энергоносителей, дости-

гаемой, в частности, рациональным секционированием техноло-

гических линий. Примером может служить получение водорода

и хлора электрохимическим методом, водорода и кислорода —

электролизом воды и др.

11.3. РАЗМЕЩЕНИЕ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ОБЪЕКТОВ

Рациональное размещение промышленных объектов на тер-

ритории предприятия необходимо для того, чтобы взрывы и

пожары не привели к разрушению объектов с запасом ядовитых

или других продуктов, разлагающихся или взаимодействующих

с образованием больших масс токсичных веществ. Максимально

должны быть рассредоточены объекты с большими энергетичес-

кими потенциалами.

Наряду с рациональным размещением собственно техноло-

гических объектов уместно обратить внимание на размещение

таких объектов, как вспомогательные ремонтно-строительные

цеха, воздухоразделительные установки, центральные заводские

лаборатории и т. д. В зонах высокого уровня поражения часто

находятся именно здания заводоуправлений, проектно-конструк-

торских и опытно-промышленных работ, т. е. под угрозой пора-

жения оказывается большое число людей, которые не связаны

непосредственно с . эксплуатацией потенциально опасных

объектов и могут быть удалены от них на безопасные расстоя-

ния. Например, вблизи («50 м) от установки окисления цик-

логексана во Фликсборо были расположены здания заводоуп-

равления и проектно-конструкторский корпус. Заводоуправле-

ние представляло собой обычное трехэтажное здание,

выполненное в виде бетонного каркаса с кирпичным заполнени-

ем, в котором работало примерно 100 человек. На первом этаже

имелся большой зал для проведения собраний и совещаний. От

взрыва на технологической установке здание заводоуправления

подверглось полному разрушению (разрушено более 75% внут-

ренней кирпичной кладки), которому соответствовало избыточ-

ное давление ударной волны «70 кПа. Здание было обращено

к месту взрыва торцовой стеной, поэтому при расчете расстоя-

ния /? следует увеличить на длину здания. Характер разрушения

приблизительно соответствовал значению константы 5,6.

Высокий уровень избыточного давления в этом месте подтверж-

дается также тем, что расположенные вблизи одноэтажные по-

стройки проектно-конструкторсКого бюро в результате взрыва

исчезли. Если бы авария произошла не в выходной день, а в ра-

бочий, то служащие заводоуправления и проектно-конструктор-

ского бюро погибли бы все. Это необходимо учитывать при

проектировании новых производств, а на действующих потен-

циально опасных производствах следует вывести из опасных

зон персонал, не связанный непосредственно с ведением техно-

логического процесса и обслуживанием производства. Мало-

408

прочные здания, в которых может скапливаться много людей,

' например столовые, также не должны располагаться в зонах

повышенных давлений взрывных ударных волн, могущих выз-

вать их разрушение.

Особое внимание следует обращать на усиление конструк-

ции зданий пультов управления, которые по условиям техноло-

гической необходимости располагаются в зонах тяжелых раз-

рушений при авариях. Опыт показывает, что при промышлен-

ных взрывах часто гибнут люди, находившиеся на пульте уп-

равления или вблизи него.

11.4. НАДЕЖНОСТЬ ОБОРУДОВАНИЯ

Надежность работы оборудования является одним из важ-

ных показателей безопасности производств. Этот показатель

необходимо всегда учитывать при выборе (разработке нового)

стандартного оборудования, при построении технологических

систем или отдельных установок потенциально опасных произ-

водств. Существуют различные критерии оценки надежности

оборудования — долговечность, ремонтопригодность и т. д.

С точки зрения безопасности процесса интерес представляет

оценка надежности оборудования по времени безотказного вы-

полнения заданных функций, нарушения которых могут быть

причиной возникновения аварийной ситуации. Для обеспечения

безопасности технологических систем надежность оборудования

может быть избирательной по выполняемым функциям. Напри-

мер, насосы для перекачивания ГЖ, ЛВЖ и сжиженных газов

часто являются источниками аварийных выбросов и тяжелых

аварий. В отечественной промышленности число аварийных вы-

ходов из строя таких насосов исчисляется тысячами в год.

Однако не все неполадки на них являются опасными. Крупные

аварии начинают развиваться главным образом вследствие

обширного раскрытия уплотнений валов, а также в результате

полного разрушения корпуса насоса. Другие неисправности

насосов редко приводят к тяжелым авариям. Таким образом,

для обеспечения безопасности необходим гарантированный,ре-

сурс при выполнении функций надежной герметичности. Опас-

ность нарушения герметичности исключается при использовании

герметичных бессальниковых конструкций насосов или насосов

с экранизированным двигателем.

Следовательно, при выборе оборудования для потенциально

опасных объектов изготовителю должно быть известно, по ка-

ким функциям оборудование должно иметь повышенную или

абсолютную надежность для обеспечения безопасности техноло-

гического объекта. Это позволит в значительной мере избежать

неоправданного усложнения конструкций машин и оборудова-

ния при сохранении заданной надежности и экономичности.

Отметим для примера, что общий материальный ущерб от ава-

рий на насосах сжиженных газов, ЛВЖ и торцовых уплотнени-

409

ях другого оборудования за ряд лет превышает стоимость

строительства или перепрофилирования заводов насосно-ком-

прессорного оборудования на соответствующие безопасные кон-

струкции.

Таким образом, уровень надежности оборудования должен

обеспечивать бесперебойную работу всей технологической систе-

мы в течение заданного времени в заданных режимах. В каче-

стве унифицированных критериев оценки надежности оборудо-

вания должны использоваться легко измеряемые объективные

показатели работы машин, аппаратов, механизмов, отдельных

узлов крупного оборудования, трубопроводов и т. д., в том чис-

ле время межремонтного пробега, между отказами, профилак-

тического ремонта. Для особо ответственного оборудования

потенциально опасных объектов могут вводиться дополнитель-

ные показатели, такие как фактор работоспособности (для

оценки процента времени, в течение которого оборудование

может эксплуатироваться), фактор надежности (для оценки

процента времени, в течение которого оборудование будет

работать без отказа), индекс сбоев и др. Программы оценки и

обеспечения заданной надежности могут быть общими для се-

рийно изготовляемого оборудования и частичными (блочными).

11.5. СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ И ЗАЩИТЫ

Результаты анализа катастроф, крупных аварий последних

десятилетий очевидно подтверждают, что ни одна из них не

была фатальной неизбежностью или следствием природных

стихийных бедствий. Большая часть из них не получила бы

опасного развития при наличии весьма доступных и даже про-

стейших средств контроля и регулирования параметров про-

цессов, в том числе температур и давлений, скоростей подачи и

соотношений компонентов, качественного и количественного

состава материальных сред, уровней жидкостей, твердых и сы-

пучих материалов, а также при наличии надежных методов и

систем безопасного отключения процессов при соответствующих

дестабилизирующих факторах. Например, ненадежность

средств регулирования процесса приготовления смеси паров

метанола с воздухом в производствах формальдегида длитель-

ное время являлась причиной взрывов в технологических систе-

мах. Однако вследствие незначительных объемов и низких дав-

лений горючей смеси такие аварии имели локальный характер

и не приводили к разрушению аппаратуры. В подобных же

процессах на крупнотоннажных агрегатах получения этилен-

оксида, где энергоносителя больше примерно в 100 раз, требу-

ются более надежные методы регулирования, исключающие

образование взрывоопасной смеси этилена с воздухом даже при

ошибочных действиях персонала. Однако это не было своевре-

менно учтено, и в результате во время пуска взрывом образо-

вавшейся горючей смеси был разрушен аппарат; стальные

410