Свойства, промышленное значение и классификационные характеристики аммиака. Анализ аварий, характерных для аммиака

 

Таблица 5.2 – Исходные данные для построения «дерева отказов» компрессора

№п/п	Событие или состояние  модели	Вероятность события, Pi
1	Система автоматической защиты оказалась отключенной	0,0005
2	Обрыв цепей передачи сигнала от датчиков уровня жидкого аммиака в циркуляционном ресивере	0,00001
3	Ослабление сигнала  о превышении допустимого уровня жидкого аммиака в циркуляционном ресивере	0,0001
4	Отказ усилителя-преобразователя  сигнала о превышении допустимого  уровня жидкого аммиака в циркуляционном ресивере	0,0002
5	Отказ уровнемера	0,00005
6	Отказ датчика уровня	0,0002
7	Оператор не заметил  световой индикации о неисправности  системы автоматической защиты (ошибка оператора)
8	Оператор не услышал  звуковой сигнализации об отказе системы автоматической защиты (ошибка оператора)	0,001
9	Оператор не знал о  необходимости перекрытия задвижкой  трубопровода при превышении допустимого  уровня жидкого аммиака в циркуляционном ресивере	0,001
10	Оператор не заметил  индикации уровнемера о превышении допустимого уровня жидкого аммиака в циркуляционном ресивере	0,004
11	Отказ уровнемера	0,00005
12	Отказ автоматического  перекрытия трубопровода задвижкой	0,00001
13	Обрыв цепей управления электроприводом задвижки	0,00001

 

Рисунок 5.1 – «Дерево отказа» компрессора

 

Самыми опасными по своим  последствиям считаются аварии:

– связанные с разрушением компрессоров при гидравлических ударах в цилиндре;

– разгерметизацией емкостного оборудования (ресиверы, конденсаторы, испарители)

– разгерметизация трубопроводов на стороне высокого давления, особенно жидкостных.

Если же это происходит в совокупности с грубыми отклонениями от нормативных требований, нарушением технологической и трудовой дисциплины, отсутствием у персонала ОПО  должных навыков и умения быстро и правильно ликвидировать аварию, то последствия могут быть самыми трагичными [13].

 

5.3 Основные  возможные причины возникновения  и развития аварий

 

Принимая во внимание количества образующегося в процессах  аммиака, размеры оборудования, трубопроводов и арматуры, даже небольшие в процентном отношении к общему потоку утечки аммиака могут привести к образованию токсичного облака, действие которого может распространиться за пределы ограждения предприятия.

Основные негативные факторы, которые могли бы инициировать и способствовать развитию аварийных ситуаций на резервуарах:

1) длительные отключения  энерго- и водоснабжения;

2) отказ конструкции  резервуаров, цистерн;

3) отказы компрессорного  оборудования;

4) срабатывание предохранительных  клапанов на резервуарах, цистернах;

5) отказы трубопроводов  системы АХУ;

6) отказы приборов  контроля и автоматики (КИП и  А);

7) ошибки персонала  ОПО [14].

 

5.3.1 Длительные отключения  электроэнергии, пара и водоснабжения

Отключения электроэнергии, пара и водоснабжения даже на длительное время не могут непосредственно привести к разрушению технологических блоков АХУ. Однако отключения электроэнергии от всех имеющихся источников могут вызвать недопустимое повышение давления в резервуаре, привести к необходимости сброса аммиака в дренажные ресиверы или даже в атмосферу с образованием облака. Однако одновременное длительное отключение всех имеющихся источников электроснабжения является крайне маловероятным.

 

5.3.2 Отказ конструкции  технологических блоков АХУ

Отказ конструкции технологических блоков АХУ может быть вызван дефектами конструкции, коррозией или неправильным выбором металла.

Опасности, связанные  с коррозией, незначительны, так  как для изготовления резервуара использована низколегированная сталь  с мелкозернистой структурой, обладающая хорошей свариваемостью и устойчивостью к коррозионному растрескиванию в среде аммиака.

Отечественный и зарубежный опыт эксплуатации резервуаров для  хранения жидкого аммиака, а также  научно-исследовательские работы в  этой области показывают, что при условиях хранения коррозионное растрескивание в них практически отсутствует. Понижение температуры хранения в изотермических резервуарах до минус 20 °С и ниже практически полностью подавляет этот процесс.

Вероятность отказа корпуса резервуара в соответствии со статистическими данными, приведенными для подобных хранилищ оцениваются не более чем 5·10^-8 в год [5].

 

 

5.3.3 Срабатывание предохранительных  клапанов резервуара

Срабатывание предохранительных  клапанов, предусмотренных на отдельных участках АХУ возможно из-за недопустимого повышения давления в технологических блоках:

– при отказе цилиндров компрессора и продолжении приема аммиака в циркуляционный ресивер;

– при приеме аммиака с повышенной температурой, когда компрессор не справляется с повышенной нагрузкой по газообразному аммиаку.

Срабатывание предохранительных  клапанов также возможно и из-за отказа их конструкции [21].

 

5.3.4 Отказы  трубопроводов

По данным, опубликованным в зарубежной печати, и данным анализа аварий на предприятиях азотной промышленности, примерно половина аварийных выбросов происходит из-за разрушения трубопроводов. К основным типам отказов трубопроводов, приводящим к значительным утечкам, следует отнести образование протяженных трещин с эквивалентным диаметром более 20 мм.

 

5.3.5 Отказы  приборов контроля и автоматики (КИП и А)

Следствием отказов  КИП и А может явиться:

– недопустимое повышение давления в резервуаре и, как следствие, срабатывание предохранительных клапанов и выброс газообразного аммиака в атмосферу, а при отказе предохранительных клапанов и дальнейшее повышение давления;

– нарушение целостности корпуса резервуара и выброс жидкого аммиака в обвалование;

– недопустимое повышение уровня жидкого аммиака в резервуаре (перелив), которое при тепловом расширении жидкого аммиака и отказе предохранительных клапанов может привести к нарушению целостности и даже разрушению резервуара.

Повышение давления до давления срабатывания предохранительных клапанов возможно как при заполнении резервуара, так и при хранении. Переполнение резервуара может произойти вследствие отказа системы контроля над уровнем жидкого аммиака [21].

 

5.3.6 Ошибки (неправильные  действия) персонала, которые могут стать причинами аварийных ситуаций

К основным ошибкам (неправильным действиям) персонала, которые могут привести к аварийным ситуациям на АХУ, относятся:

– неудовлетворительный технический надзор за состоянием оборудования;

– ошибки при ведении ремонтных работ;

– непрофессионализм или недостаточный опыт персонала ОПО.

Неудовлетворительный технический надзор за состоянием оборудования и ошибки при проведении ремонтных работ (некачественное их исполнение) могут привести к:

– нарушению целостности оборудования (уменьшению толщины стенок до недопустимых размеров, развитию недопустимых концентраторов напряжения в корпусах резервуаров, развитию трещин сварных швов, металла корпуса, штуцеров, люков, трубопроводов, нарушению разъемных соединений и т.д.) и выбросу в атмосферу больших количеств аммиака;

– выходу из строя компрессорного и насосного оборудования, недостаточности их холодопроизводительности, повышению давления в резервуаре выше предельно допустимого и выбросам аммиака через предохранительные клапаны;

– выходу из строя ответственных элементов системы контроля за определяющими безопасность процесса технологическими параметрами, системы противоаварийной защиты (недопустимому повышению давления, уровня, температуры в резервуаре и, как следствие, срабатыванию предохранительного клапана, выбросу в атмосферу значительных количеств аммиака).

В связи с высокой  надежностью систем контроля и защиты, на безопасность эксплуатации АХУ могут  оказывать влияние практически  только преднамеренные действия, направленные на нарушение требований технологического регламента и рабочих инструкций: отключения имеющихся систем защиты и намеренное непринятие соответствующих мер при получении аварийных сигналов о нарушениях технологических параметров [5].

 

5.4 Определение  сценариев возможных аварий

 

После идентификации  опасностей разрабатываются сценарии их развития и оцениваются масштабы последствий. Количество сценариев определяется рядом факторов:

– погодными условиями;

– местом расположения объекта;

– временем года и суток [2].

Сценарий аварии –  полное и формализованное описание следующих событий: фазы инициирования, включая инициирующее событие, аварийного процесса, создавшейся ЧС, потерь при аварии, включая специфические количественные характеристики, пространственные и временные параметры и причинные связи событий аварий.

При разработке сценариев  и оценке масштабов аварии помимо рассмотрения основных поражающих факторов следует также учитывать возможный «эффект домино».

Определение сценариев  возникновения и динамики развития аварийных ситуаций проводилось с помощью блок-схемы, представленной на рисунке П. 2.1.

В зависимости от инициирующего  события, условий обращения опасных  веществ, условий окружающей среды  указанные выше поражающие факторы  могут реализоваться при следующих  опасностях:

1. образование первичного токсичного облака аммиака (вероятность возникновения P_i = 3,4·10^-6);
2. образование первичного и вторичного токсичного облаков аммиака (P_i = 2,75·10^-6).

Несмотря на то, что  аммиак относится к пожаровзрывоопасным  веществам [25], в данном проекте не рассматриваются сценарии с образованием пожаров проливов и взрывов облаков аммиачно-воздушной смеси.

Для данного предприятия  наиболее типичной могут оказаться  аварии с образованием токсичного облака. При этом наиболее опасными технологическими блоками являются линейные и дренажные (в случае, если они задействованы) ресиверы, поскольку в них находится наибольшее количество жидкого аммиака.

Сценарий А

Полное разрушение сосуда под давлением, содержащего аммиак.

Нарушение норм режима и  обслуживания → выход параметров за предельные значения → разгерметизация  технологического блока установки → выброс продукта из технологического блока → образование первичного облака → образование разлития → образование вторичного облака → интоксикация персонала ОПО и населения

В данном случае рассматриваются  резервуары (линейные, дренажные ресиверы), в которых находится наибольшее количество жидкого аммиака (в соответствии с таблицей 4.2).

Сценарий В

Выброс аммиака из технологических блоков.

Нарушение норм режима и  обслуживания → выход параметров за предельные значения → разгерметизация  технологического блока установки → выброс продукта из технологического блока → образование первичного облака → интоксикация персонала ОПО и населения

В данном случае рассматриваются  технологические блоки, в которых  содержится газообразный аммиак (например, компрессоры). При реализации подобного сценария аварии происходит образование только первичного облака аммиака.

Сценарий С

Утечки аммиака через  отверстия, образовавшиеся в результате износа оборудования.

Нарушение норм режима и  обслуживания → износ оборудования → образование свищей, щелей, неплотностей → утечка продукта через образовавшиеся щели → образование токсичного облака → интоксикация персонала ОПО и возможно населения.