ЧС в металлургии

Возможность возникновения  и сила взрывов при контакте расплавленных  активных металлов с водой увеличиваются, если под слоем воды находятся  кислородсодержащие материалы, экзотермически реагирующие с расплавом металла (оксиды, карбонаты, сульфиды). При взаимодействии с такими веществами расплава алюминия и других активных металлов возможны взрывы и при отсутствии воды. Например, два сильных взрыва на Днепровском алюминиевом заводе произошли при контакте расплавленного алюминия, вышедшего из электролизеров, со слоем окалины, покрывающей днище аппаратов. Возникновению взрывов способствовало попадание в зону реакции электролита, состоящего из фторидов металлов, являющихся катализатором взаимодействия алюминия с оксидами железа, а также электродной массы, газифицирующейся при высоких температурах. В результате взрыва был полностью разрушен электролизер и погибло семь человек.

Оценка  вероятности возникновения чрезвычайных ситуаций

 

Прогнозирование чрезвычайных ситуаций должно включать оценку вероятности  опасного события, последствий и  возможного времени его возникновения  или хотя бы темпов изменения вероятности  возникновения со временем и сравнительного влияния отдельных факторов трудового  и технологического процесса и производственной обстановки и тенденций их изменения  на вероятность события.

В отношении первого из перечисленных видов прогнозирования разработан нормативный документ (ГОСТ 12.1.004—91) для определения вероятности возникновения взрыва и пожара и воздействия их опасных факторов на персонал. Разработаны и отчасти нормированы методики оценки последствий опасных событий. Наибольшую трудность представляет решение третьей задачи. Действительно, по самому определению чрезвычайная ситуация характеризуется как непредвиденное и неожиданное событие. Отметим, что такое определение в принципе не является обязательным, так как вполне можно представить себе чрезвычайную ситуацию, которая возникла в результате опасного события, которое можно было предвидеть, но невозможно предотвратить или для предотвращения которого не было принято должных мер.

Так, для ряда крупных  технологических катастроф, описанных  выше, имелись более или менее  обоснованные прогнозы, основывающиеся в ряде случаев на реализации опасных событий меньших масштабов или анализе обстановки на предприятиях. На заводе компании “ Юнион Карбайд” (которой принадлежал завод в Бхопале), расположенном в г. Институт (США), за два года, предшествующих катастрофе, утечка метилизоцианата отмечалась 22 раза, а фосгена — 107 раз. За три месяца до катастрофы был подготовлен доклад, содержащий статистику опасных событий. За четыре месяца до аварии на Чернобыльской АЭС был подготовлен доклад по эргономическим просчетам на станции, а за месяц до аварии в газете “Литературная Украина” была опубликована статья о серьезных технологических упущениях и браке строительно-монтажных работ.

Определенные надежды  на создание научной основы прогнозирования чрезвычайных ситуаций связаны с развитием теории катастроф, являющейся логической и математической базой оценки возможности возникновения экстремальных изменений свойств изучаемой системы. Отметим, что теория катастроф успешно применялась при исследовании устойчивости кораблей, экстремальных отклонений в деятельности мозга, восстаний заключенных в тюрьмах и решении ряда других задач такого же типа.

Теория катастроф возникла как результат обобщения исследований функций на максимум и минимум (теория особенностей гладких отображений Уитни) и разработки теории бифуркаций (раздвоений), применяемой для оценки качественных перестроек в объекте при изменении определяющих их параметров. Под катастрофами понимаются скачкообразные изменения в системе, возникающие в виде внезапного ответа на плавное изменение внешних условий. В применении к технологическим катастрофам бифуркации рассматриваются как неправильные или устаревшие технические решения, ошибки в проектировании, организации или управлении трудовым и технологическим процессами. Катастрофы могут быть связаны с недостаточными способностями системы реагировать на проявление опасных или вредных факторов, адаптироваться к внешним воздействиям, регулировать или по крайней мере замечать нарастание внутренних дефектов.

Некоторые стратегические положения  теории катастроф несомненно полезны для осознания возможности и области наступления опасных событий. Это относится, например, к описанию особенностей границы устойчивости и принципу “хрупкости хорошего”, который означает в применении к производственной безопасности, что безопасные системы существуют в меньшей области факторов внешнего воздействия, чем опасные, так как “хорошие” объекты должны отвечать нескольким требованиям одновременно, а “плохим” считается объект, обладающий хотя бы одним из недостатков. Однако чрезвычайно сложный характер опасных технологических систем и, прежде всего, зависимость положения равновесия и возможности бифуркаций от сочетаний разнородных и не всегда контролируемых параметров затрудняет широкое использование теории катастроф для предотвращения и даже прогнозирования опасных технологических ситуаций.

В то же время оценка вероятности  наступлений опасных событий (пожара и взрыва) является в настоящее время уже нормативным требованием, так как ГОСТ 12.1.010—76 требует, чтобы вероятность возникновения взрыва на любом объекте не превышала в течение года 10 ^-6 или (при технической нецелесообразности достижения этого параметра) чтобы вероятность воздействия опасных факторов пожара на персонал не превышала этого значения. Согласно ГОСТ 12.1,004—91 уровень предотвращения воздействий опасных факторов пожара на людей должен быть 0,999999, а допустимый уровень воздействия опасных факторов, превышающих предельно допустимые значения, < 10 ^-6 на каждого человека в год. Вероятность воздействия опасных факторов пожара на человека:

,

где Q_в — вероятность воздействия опасных факторов на человека; Q_п — вероятность возникновения пожара; Р_э — вероятность эвакуации людей; Р_{п з} — вероятность эффективной работы технических решений противопожарной защиты,

Р_э рассчитывается с учетом расчетного времени эвакуации людей и времени до блокирования эвакуационных путей в результате превышения опасными факторами пожара допустимых значений:

где n — число технических решений противопожарной защиты в здании; R_i — вероятность эффективного срабатывания i-того технического решения.

Для эксплуатируемых зданий вероятность воздействия опасных  факторов на людей проверяется по формуле:

,

где m — коэффициент, учитывающий число пострадавших людей; Т — рассматриваемый период эксплуатации однотипных зданий, год; М_ж — число жертв пожара в группе зданий за период Т; N₀ — общее число людей, находящихся в здании.

Метод расчета вероятности  возникновения пожара или взрыва в пожаровзрывоопасном объекте приведен в ГОСТ 12.1.004—91. При этом учитывается вероятность возникновения взрыва во всех помещениях здания при инициировании его как в самом помещении, так и в любом из расположенных в нем технологических аппаратов. В свою очередь эта вероятность связана с возможностью образования в объеме помещения или в любом технологическом объекте горючей среды, т.е. одновременным наличием горючего и окислителя, и возможностью появления источника зажигания. Методика позволяет учесть вероятность всех известных из опыта практики причин образования пожаровзрывоопасных смесей и источников зажигания, включает обязательную схему сбора статистических сведений, необходимых для проведения расчета.

Статистический  анализ аварий и травматизма на металлургических предприятиях

 

В настоящее время предприятия  металлургического комплекса находятся в сложном положении из-за непрерывного старения производственных фондов, низкого технического уровня производства. На предприятиях металлургического комплекса имеет место значительный физический износ листовых линейно протяженных металлических конструкций (ЛЛПМК), к которым относятся трубопроводы большого диаметра (более 1400 мм) для транспортирования коксового, доменного и других технологических газов, низкий уровень обеспечения технологическими средствами безопасности, что неизбежно приводит к возникновению инцидентов и аварий [1].

За последние годы количество чрезвычайных ситуаций техногенного характера  по-прежнему остается на высоком уровне [2] (рис. 2,3).

Рисунок 2. Распределение количества чрезвычайных ситуаций по годам.

К наиболее тяжелым последствиям, приносящим материальный ущерб и групповые несчастные случаи, приводят аварии на взрывопожароопасных производствах, которые присущи любому металлургическому предприятию. По количеству аварий, связанных с взрывами и пожарами, металлургическая промышленность находится на втором месте после объектов химии и нефтепереработки. Число пожаров и взрывов в 4 раза меньше, чем в нефтеперерабатывающей промышленности, но значительно превышает их число в других отраслях.

Рисунок 3. Распределение количества чрезвычайных ситуаций по видам.

 

Анализ состояния оборудования, зданий и сооружений, технологических процессов металлургических производств показал, что технический уровень технологических процессов низок, в сравнении с промышленно развитыми странами. Средний износ активной части (оборудования) основных производственных фондов составляет более 55 %, из них 21 % являются устаревшими и не имеют резервов для модернизации.

Показатели аварийности  и травматизма со смертельным  исходом за период с 1996 г. по 2009 г. приведены  на рис. 4, из которого следует, что за последние годы на металлургических и коксохимических предприятиях и производствах наметилась тенденция к снижению аварий и травм. Количество аварий составляет от 2 до 7 в год, но распределение их по металлургическим производствам различно (рис. 5). Наиболее опасными являются коксохимическое, доменное, кислородно-конвертерное производства.

К наиболее травмоопасным в 2009 г. отнесены производства: доменное (3 несчастных случая со смертельным исходом) и сталеплавильное (3 несчастных случая со смертельным исходом и 3 групповых несчастных случая, при которых пострадали 8 человек). Большая часть аварий происходит из-за прогара фурм в металлургических агрегатах, прогара гона, воздухопроводов доменных печей, разрушения ЛЛПМК (рис. 6).

Рисунок 4. Динамика травматизма и аварийности в сопоставлении с объемами производства.

 

Рисунок 5. Распределение аварий по видам производств.

 

Несмотря на тенденцию  уменьшения количества аварий, количество инцидентов в металлургическом производстве остается на постоянно высоком уровне, о чем свидетельствуют данные о работе газоспасательных служб (ГСС) металлургических предприятий [3-8] (рис. 7). По данным Ростехнадзора, количество выездов сотрудников ГСС значительно превышает количество официально зарегистрированных аварий.

 

Рисунок 6. Основные виды аварий.

 

Рисунок 7. Количество аварий и инцидентов по данным ГСС.

 

На работу предприятий  металлургического комплекса в 2009 г. отрицательно повлиял мировой  экономический кризис. Предприятия  были вынуждены останавливать часть производственных мощностей (от 10 до 30 % на крупных предприятиях) из-за отсутствия платежеспособности и спроса на продукцию. Высокая цена на электроэнергию в начале года и резкое падение цен на продукцию предприятий черной металлургии на мировом рынке привели к невозможности полностью использовать имеющиеся мощности. Снижение объемов выпуска продукции привело к сокращению средств, направляемых на решение вопросов промышленной безопасности, в том числе на ремонт оборудования, реконструкцию и модернизацию производств, резкому снижению финансирования на экспертные обследования, переносу сроков устранения компенсирующих мероприятий по продлению сроков эксплуатации, невыполнению предписаний органов Ростехнадзора, что также привело к повышению уровня аварийности и травматизма вследствие ухудшения состояния технических устройств.

Количество аварий, несмотря на их снижение (по официальным данным), приводит к существенному материальному ущербу, размер которого представлен на рис. 8

Рисунок 8. Ущерб от аварий в металлургическом комплексе.

 

Общее число аварий на объектах и распределение их по видам опасных происшествий приведено в табл. 1.

Данные табл. 1 показывают, что наибольшее количество аварий происходит при эксплуатации технических устройств.

Анализ происшедших несчастных случаев со смертельным исходом показал, что основными их причинами явились: неудовлетворительная организация и проведение работ (60 %); неисправность оборудования (30 %); нарушения технологических инструкций при ведении металлургических процессов (10 %)

(рис.9).

Рисунок 9. Основные причины травматизма.

 

На состояние аварийности  и промышленной безопасности на металлургических и коксохимических предприятиях негативно влияют следующие факторы:

- физический износ технологического  оборудования;

- несвоевременное и некачественное  проведение капитального и текущего  ремонта оборудования, зданий и  сооружений;

- эксплуатация оборудования  с отработанным нормативным сроком;

- применение несовершенных  технологий;

- неконтролируемое сокращение  численности квалифицированных  специалистов и производственного  персонала;