Специфические эксплуатационные опасности

В результате анализа физико-химических свойств веществ, условий ведения производственных операций и изучения опыта аварий, можно предполагать, что основную опасность представляют пожары и/или вспышки паровоздушных смесей как на открытом пространстве при разрушении резервуаров, так и в оборудовании.

Возможны следующие причины разрушения резервуаров:

• возникновение дополнительного напряжения и трещин в металле;
• внешнее воздействие.

Возникновение пожара в резервуаре зависит от наличия источника зажигания и взрывоопасных концентраций внутри и снаружи резервуара.

Пожар в резервуаре в большинстве случаев начинается со взрыва паровоздушной смеси. На образование взрывоопасных концентраций внутри резервуаров оказывают существенное влияние физико-химических свойств хранимых нефти и нефтепродуктов, конструкция резервуара, технологические режимы эксплуатации, а также климатические и метеорологические условия.

Взрыв в резервуаре большого объема приводит к возникновению горения на всей поверхности горючей жидкости. При этом даже в начальной стадии, горение нефти и нефтепродуктов в резервуаре может сопровождаться мощным тепловым излучением в окружающую среду, а высота светящейся части пламени может составлять 1-2 диаметра горящего резервуара. Отклонение факела пламени от вертикальной оси при скорости ветра около 4 м/с составляет 60-70 °С. При взрыве возможен отрыв стенки резервуара по сварному шву от днища.

Горение нефти в резервуарах может сопровождаться вскипанием и выбросами. Вскипание жидкости происходит из-за наличия в нефти взвешенной воды, которая при прогреве горючей жидкости выше 100 °С испаряется, вызывая вспенивание нефти. Вскипание может состояться примерно через 60 минут горения при содержании влаги в нефти более 0,3%. Вскипание также может произойти в начальный период пенной атаки при подаче пены на поверхность горящей жидкости с температурой кипения выше 100 °С.

Дополнительное напряжение в металле, которое не учитывается расчетом, может возникать вследствие перекосов, допущенных или при монтаже, или в результате просадки грунта. Напряжение из-за нарушений при монтаже и возникновение трещины может возникнуть или по причине отказа приборов (нивелиров, теодолитов) при проектировании площадки, или в результате допущения ошибок при использовании приборов. В случае, когда в результате неправильного монтажа в процессе эксплуатации возникают напряжения и трещины в металле, то вероятность разрушения будет определяться вероятностью ошибки при техническом осмотре. Напряжение в металле также может возникнуть при неравномерной осадке грунта. Для снижения вероятности такого события, обвалования емкостей должны проводиться с уплотнением почвы с коэффициентом уплотнения согласно проекту. К аварийным ситуациям при хранении нефтепродуктов нередко приводит оседание основания РВС. Как показывает опыт эксплуатации стальных вертикальных резервуаров, особенно резервуаров большой вместимости, практически сразу после гидродинамического испытания возникает неравномерное оседание между его центральной частью и стенкой по причине различной удельной нагрузки на почву от массы стенки и от гидростатической нагрузки. Оседание основы возникает в результате сжимания почвы под нагрузкой, вызванной массой конструкции резервуара и хранящейся в нем жидкости. Сочетание значительных эксплуатационных напряжений с дополнительными, возникающими при неравномерной осадке, может привести к разрушению резервуара. Как показывает практика, разрушение резервуаров происходит не при первом гидравлическом испытании, а после нескольких лет эксплуатации. К образованию трещин также могут привести опасные дефекты сварных швов. Они могут возникать в сварном шве и в околошовний зоне. Причины образования трещин следующие: несоблюдение технологии и режимов сварки, неправильное расположение швов в сварной конструкции, которое вызывает высокую концентрацию напряжения. Напряжение в металле приведет к возникновению трещин, развитие которых, при несвоевременном выявлении или ошибочных действиях персонала может завершиться полным разрушением резервуара.

На основе анализа происшедших пожаров и аварий, а также материалов научных исследований, пожары в резервуарах и резервуарных парках подразделяются на следующие уровни:

• первый (А) — возникновение и развитие пожара в одном резервуаре (без распространения на соседние);
• второй (Б) — возникновение и развитие пожара в резервуаре, на запорной арматуре и в обваловании;
• третий (В) — развитие пожара в резервуаре с распространением на соседние резервуары.

Условиями для возникновения пожара в обваловании резервуаров являются:

• перелив, выброс хранимого продукта;
• нарушение герметичности резервуара, задвижек, фланцевых соединений;
• наличие пропитанной нефтепродуктом теплоизоляции на трубопроводах и резервуарах.

Дальнейшее развитие пожара зависит от места его возникновения, размеров начального очага горения, устойчивости конструкций резервуара, климатических и метеорологических условий, оперативности действий персонала объекта, работы систем противопожарной защиты, времени введения необходимого количества сил и средств противопожарных служб.

Развитие пожара в обваловании характеризуется скоростью распространения пламени по разлитому нефтепродукту, которая составляет для жидкости, имеющей температуру выше температуры вспышки (нефть) — более 0,5 м/с. После 10-15 мин воздействия пламени происходит потеря несущей способности маршевых лестниц, выход из строя узлов управления коренными задвижками, разгерметизация фланцевых соединений, нарушение целостности конструкции резервуара, возможен взрыв в резервуаре.

При горении нефти, в горючем веществе образуется прогретый до температуры кипения гомотермичный слой, который увеличивается со временем.

Статистика показывает, что самым опасным фактором возникновения пожара в каре и за его пределами является гидродинамическое истечение нефтепродукта. Из общего числа случаев разрушений резервуаров третья часть произошедших аварий сопровождалась утечкой нефтепродуктов за пределы территории парка и приводила к катастрофическим последствиям с большим материальным ущербом и гибелью людей. Особенностью гидродинамического растекания является перенос вместе с горящей жидкостью открытого огня, теплового излучения пламени и других опасных факторов пожара.

Типичными пожарами являются пожары при очистке и ремонте резервуаров и емкостей. Они составляют 40 % от общего числа пожаров. Присутствие в нефтепродуктах серы приводит к образованию сернистых пирофорных соединений, которые при контакте с воздухом способны самовозгораться. При нарушении правил подготовки оборудования к ремонту, плохой промывке и пропарке оборудования могут создаваться условия для развития аварийной ситуации — хлопок (взрыв) в емкостном оборудовании и, как следствие, травмирование ремонтного персонала. Наличие сернистых соединений усиливает коррозионную активность нефтепродуктов, приводит к образованию сероводорода — коррозионно-активного и токсичного продукта.

При сливо-наливных операциях чаще всего причиной возникновения пожаров в резервуарах (емкостях) является разряд статического электричества.

При опорожнении резервуаров со стационарной крышей (емкостей для хранения ЛВЖ) неисправность дыхательной арматуры резервуаров или превышение допустимой скорости слива, приводит к образованию вакуума. При этом возможен разрыв корпуса резервуара и вытекание продукта.

В котельной возможны взрывы в топочном пространстве котлов в момент внезапного погасания факелов пламени на горелках при последующем возобновлении подачи топлива, а также взрывы в дымовой трубе, если не обеспечено полное сгорание топлива, что имеет место при недостатке воздуха. Дымовые газы, обогащенные СО и Н2, легко воспламеняются при их смешении с воздухом, что наблюдалось в практике при неправильном ведении процесса.

Потеря уровня в барабане котлов может явиться причиной прогара труб в конвекционной части котла, привести к выбросу воды в зону высоких температур, физическому взрыву в котле за счет высокой скорости парообразования и его разгерметизации или разрушению с выбросом опасного вещества в помещение.

Причиной разгерметизации (разрушения) баллонов на складе пропана могут послужить нарушения правил эксплуатации сосудов, работающих под давлением, таких как:

• не прохождение технического освидетельствования либо несвоевременное техническое освидетельствование;
• заправка баллонов на автомобильных газовых заправках, где оценка степени наполнения баллонов производится по давлению, а не по массе газа;
• размещение баллонов при эксплуатации и хранении в помещениях общего пользования.

При попадании баллона с СУГ в очаг пожара происходит нагревание сосуда, что приводит к кипению жидкой фазы, повышению давления в нем и разрушению сосуда.

Возможными причинами утечек на оборудовании проектируемого объекта являются ослабление фланцевых соединений или их неправильная затяжка, использование неподходящих материалов в качестве прокладок, выход из строя отдельных движущихся частей запорной или предохранительной арматуры, из-за вибрации, дефектов материала оборудования, трубопроводов, прокладок, превышения норм параметров технологического режима.

Утечки паров и жидкостей из отдельных видов оборудования и трубопроводов представляют реальную опасность, поскольку при несвоевременном обнаружении и/или неправильных действиях при их ликвидации могут служить причиной возникновения крупной аварии, сопровождающейся большими выбросами опасных веществ.

Утечки газообразного кислорода при потере прочностных свойств баллонов на складе кислорода также представляют значительную опасность, поскольку кислород является сильным окислителем. При его контакте с различными материалами (даже негорючими в обычных условиях) могут образоваться опасные взрывчатые системы.

В атмосфере чистого кислорода горят не только органические материалы, но и металлы. Известно, что в атмосфере с содержанием газообразного кислорода выше 23% об. резко возрастает пожароопасность веществ и материалов. Причем воспламенение может вызываться такими маломощными источниками зажигания, как искры удара и трения. Кроме того, повышение содержания кислорода в атмосфере может вызывать самовозгорание ряда органических материалов и в отсутствии источников зажигания.

При разгерметизации бочки для хранения чистого масла возможен пролив в месте размещения масел в бочкотаре. Температура вспышки масла намного выше температуры окружающей среды, а давление паров низкое, проливы таких горючих жидкостей не зажигаются от близких источников и могут не зажечься даже при кратковременном воздействии пламени. Пожары проливов холодного масла на открытой площадке могут образоваться при длительном воздействии открытого пламени. Площадь и время пожара будет определяться оперативными действиями персонала по локализации аварии. Травмы может получить персонал, случайно находящийся в очаге пожара.

Для обеспечения движения жидкой фазы широко используется насосное оборудование. Наиболее распространенной аварийной ситуацией на таком оборудовании является разгерметизация уплотнений валов насосов. Несмотря на наличие специальных конструктивных решений, направленных на оперативную локализацию аварийных выбросов от уплотнений валов насосов (система сбора утечек), в ряде случаев возможен выброс опасных веществ непосредственно в помещение размещения насосов. Насосы подвержены эрозии и кавитации, вибрация, возникающая в них, может приводить к усталостным разрушениям. Резкое перекрытие арматуры на трубопроводе может привести к гидравлическим ударам, вибрации, разрушению трубопроводов, арматуры и возникновению аварийных ситуаций. Выбросы нефтепродуктов при разрушении насосного оборудования и/или трубопроводов обвязки в помещениях насосных или узла учета нефти при наличии источника зажигания (открытого пламени) могут привести к пожару в помещении, травмированию (ожогам и интоксикации продуктами сгорания) персонала, находящегося в момент аварии в помещении. Зоны поражающих факторов аварии будут ограничиваться пределами помещения насосной. Последствия пожара в помещении насосной будут зависеть от оперативности действий персонала по оповещению и ликвидации аварии. При авариях с разливами ЛВЖ в замкнутых помещениях (насосных, узла учета нефти) могут сравнительно быстро и в значительных объемах выделяться большие количества паров опасных веществ, образующих в смеси с воздухом взрывоопасные смеси.

Под сценарием возможных аварий подразумевается последовательность логически связанных отдельных событий (истечение, распространение, воспламенение, взрыв и т.п.), обусловленных конкретным инициирующим событием (например, разрушением оборудования или трубопровода).

Каждая аварийная ситуация может иметь несколько стадий развития, при сочетании определенных условий может быть приостановлена, перейти в следующую стадию развития или на более высокий уровень.

Особый случай представляют ситуации, когда происходит разрушение сразу нескольких расположенных вблизи друг от друга аппаратов. Подобная ситуация возможна, например, в результате специально спланированной диверсии, либо в процессе развития аварии по принципу «домино». Вероятность данного события крайне мала и не рассматривается.

Ниже приведены общие описания сценариев развития аварий на проектируемых объектах.

Здесь и далее под полным разрушением подразумевается утечка с диаметром истечения, соответствующим максимальному диаметру подводящего или отводящего трубопровода, или разрушения емкости, сосуда или аппарата.

На проектируемых объектах возможны следующие группы типовых сценариев аварий для оборудования:

Сценарий С1:

Полная разгерметизация оборудования/ трубопровода с горючей жидкостью ® выброс опасного вещества в окружающую среду/ помещение ® образование пролива опасного вещества ® образование и распространение облака топливовоздушной смеси ® рассеивание облака топливовоздушной смеси без воспламенения ® локализация и ликвидация аварии.

Сценарий С2:

Полная разгерметизация оборудования/ трубопровода с горючей жидкостью ® выброс опасного вещества в окружающую среду/ помещение ® образование пролива опасного вещества ® образование и распространение облака топливовоздушной смеси ® образование (возникновение) в зоне облака топливовоздушной смеси источника зажигания ® воспламенение облака топливовоздушной смеси ® пожар пролива ® воздействие поражающих факторов на людей, оборудование, окружающую среду ® локализация и ликвидация аварии.

Сценарий С3:

Полная разгерметизация оборудования/ трубопровода с горючей жидкостью ® выброс опасного вещества в окружающую среду/ помещение ® образование пролива опасного вещества ® образование и распространение облака топливовоздушной смеси ® образование (возникновение) в зоне облака топливовоздушной смеси источника зажигания ® взрыв облака топливовоздушной смеси ® воздействие поражающих факторов на людей, оборудование, окружающую среду ® локализация и ликвидация аварии.

Сценарий С4:

Полная разгерметизация оборудования с воспламеняющимся газом → выброс опасного вещества в окружающую среду → образование и распространение облака топливовоздушной смеси → рассеивание облака топливовоздушной смеси без воспламенения → локализация и ликвидация аварии.

Сценарий С5:

Полная разгерметизация оборудования с воспламеняющимся газом ® выброс опасного вещества в окружающую среду ® образование и распространение облака топливовоздушной смеси ® образование (возникновение) в зоне облака топливовоздушной смеси источника зажигания ® взрыв облака топливовоздушной смеси ® воздействие поражающих факторов на людей, оборудование, окружающую среду ® локализация и ликвидация аварии.

Сценарий С6:

Полная разгерметизация трубопровода с воспламеняющимся газом ® выброс опасного вещества в окружающую среду ® образование и распространение облака топливовоздушной смеси ® образование (возникновение) в зоне облака топливовоздушной смеси источника зажигания ® воспламенение облака топливовоздушной смеси ® струевое горение ® воздействие поражающих факторов на людей, оборудование, окружающую среду ® локализация и ликвидация аварии.

В таблице 11 представлен перечень сценариев аварийных ситуаций, характерных для проектируемых объектов.

Возможные сценарии аварийных ситуаций на проектируемых объектах