Оптимизация безопасного расположения оборудования установок нефтеперерабатывающих предприятий тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.26.03, кандидат технических наук Ковалев, Евгений Михайлович

• Ковалев, Евгений Михайлович
• кандидат технических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат технических наук Ковалев, Евгений Михайлович

Введение

1 Анализ опасностей нефтеперерабатывающих предприятий

1.1 Опасности технологических установок нефтеперерабатывающих предприятий

1.2 Статистика аварий, произошедших на объектах нефтепереработки

1.3 Аварии с возникновением эффекта «Домино» 20 Выводы по главе

2 Воздействие ударной волны на объекты нефтеперерабатывающих предприятий

2.1 Оценка устойчивости объектов к воздействию ударной волны

2.1.1 Действие ударной волны на промышленные здания и сооружения

2.1.2 Действие ударной волны на технологическое оборудования

2.2 Моделирование поражающих факторов взрыва

2.2.1 Определение ожидаемого режима взрывного превращения

2.2.2 Детонация газовых и гетерогенных TBC

2.2.3 Дефлаграция газовых и гетерогенных TBC 43 Выводы по главе

3 Методика оптимизации безопасного расположения оборудования технологических установок

3.1 Технологическая схема установки ЭЛОУ-АВТ

3.2 Энергетический потенциал взрывоопасности

3.3 Определение минимальных расстояний между аппаратами

3.4 Оптимизация расположения аппаратов

3.4.1 Постановка задачи оптимизации расположения аппаратов

3.4.2 Оптимизация при наличии ограничений *

3.5. Адаптация алгоритма для оптимизации расположения технологических аппаратов и производственных зданий сложной формы

3.6. Определение ориентации расположения технологических аппаратов и производственных зданий

Выводы по главе 3 67 4. Оценка риска развития эффекта «домино» технологических установок нефтеперерабатывающих предприятий

Выводы по главе

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Оптимизация безопасного расположения оборудования установок нефтеперерабатывающих предприятий»

Согласно статистике, последние 20 лет нынешнего века принесли 56%, а одни лишь 80-е годы 33% от наиболее крупных происшествий в промышленности и на транспорте. При этом ущерб от аварийности и травматизма достигает 5-10% от валового национального продукта промышленно развитых государств, а загрязнение окружающей природной среды и несовершенная техника безопасности являются причиной преждевременной смерти 20-30% мужчин и 10-20% женщин /9/.

Авариям на нефтеперерабатывающих предприятиях характерны большие объемы выброса взрывопожароопасных веществ, образующие облака топливно-воздушных смесей, разливы нефтепродуктов и как следствие -пожары, взрывы, разрушение соседних аппаратов и целых установок.

При существующих принципах размещения технологического оборудования, когда однотипные аппараты объединяются в блоки (блок теплообменников, блок электродегидраторов, блок колонн), разбиение на технологические блоки, согласно ПБ 09-540-03, не имеет смысла. Потому, что оборудование соседних технологических блоков оказывается в зоне воздействия поражающих факторов некоторой критической величины, при которой происходит его разгерметизация и возникает эффект «домино».

Необходим такой подход к размещению технологического оборудования, при котором исключается воздействие поражающих факторов критической величины на соседнее оборудование в случае возникновения аварийной ситуации. Под критической величиной поражающих факторов понимается такой уровень воздействия на аппарат, при котором возможна его разгерметизация, что является условием для возникновения эффекта «домино».

Цель работы

Разработка научно-методических основ безопасного расположения технологического оборудования для предотвращения возникновения эффекта «домино» при аварии с последующим взрывом облака парогазовой смеси.

Задачи исследования

1. Сбор и анализ статистической информации по техногенным авариям в нефтегазовой отрасли.

2. Оценка воздействия ударной волны на технологическое оборудование установок нефтеперерабатывающих предприятий.

3. Разработка алгоритма и метода расчета безопасного расположения оборудования.

Научная новизна

1 Сформулирована и решена задача оптимизации безопасного расположения технологического оборудования с учетом технологических связей, показателей опасности и устойчивости к воздействию поражающих факторов. При таком расположении исключается воздействие поражающих факторов критической величины на соседнее оборудование в случае возникновения аварийной ситуации и таким образом предотвращается возникновение эффекта «домино».

2 Определены критерии безопасного расположения оборудования. В качестве критерия незащищенности ^го аппарата предлагается принять вероятность его полного разрушения в случае взрыва облака ПГФ при разгерметизации любого аппарата установки. Критерий опасности аппарата -это вероятность того, что в случае взрыва облака ПГФ при аварийной разгерметизации ьго аппарата произойдет полное разрушение хотя бы одного го аппарата из числа ш. С использованием данных критериев проведено сравнение уровня опасности и незащищенности оборудования при стандартном и оптимальном безопасном расположении оборудования. Показано, что после оптимизации расположения оборудования, для наиболее взрывоопасных аппаратов, величина критерия опасности снижается до 204,68 раз и критерий незащищенности этого оборудования снижается до 16,83 раз, для операторной критерий незащищенности после оптимизации расположения оборудования снизился в 47,03 раз.

3 Введено понятие «центр энергопотенциалов» аппаратов технологической установки, приведен способ эго определения. Установлено, что наиболее безопасная ориентация объекта, находящегося вне зоны полных разрушений, такая, при которой ось объекта, по которой обеспечивается его наибольшая устойчивость к воздействию ударной волны взрыва, совпадет с линией соединяющей данный объект с «центром энергопотенциалов».

Практическая ценность

Результаты работы используются в научно-исследовательской работе кафедры «Машины и аппараты химических производств» при разработке планов локализации и ликвидации аварийных ситуаций (ПЛАС) опасных производственных объектов с целью определения наиболее опасных и подверженных воздействию поражающих факторов аппаратов технологических установок.

Заключение диссертации по теме «Пожарная и промышленная безопасность (по отраслям)», Ковалев, Евгений Михайлович

Общие выводы

1 Сформулирована и решена задача оптимизации безопасного расположения технологического оборудования с учетом технологических связей, показателей опасности и устойчивости к воздействию поражающих факторов. Результатом является оптимизированный план расположения оборудования, при котом исключается воздействие поражающих факторов критической величины на соседнее оборудование в случае возникновения аварийной ситуации и таким образом предотвращается возникновение эффекта «домино».

2 Определены нагрузки на здания, сооружения, технологическое оборудование от воздействия ударной волны, степень воздействия. Приведены методы расчета предельных значений параметров ударной волны на объекты различной формы и размеров. Рассмотрены различные режимы горения взрывоопасного облака ПГФ. Приведены методики определения ожидаемого режима взрывного превращения и определения величин поражающих факторов взрыва.

3 Определены критерии безопасного расположения оборудования. В качестве критерия незащищенности ]-го аппарата предлагается принять вероятность его полного разрушения в случае взрыва облака ПГФ при разгерметизации любого аппарата установки. Критерий опасности аппарата -это вероятность того, что в случае взрыва облака ПГФ при аварийной разгерметизации ьго аппарата произойдет полное разрушение хотя бы одного ^го аппарата из числа т.

4 С использованием критериев опасности и незащищенности оборудования проведено сравнение данных критериев при стандартном и оптимальном безопасном расположении оборудования. Показано, что после оптимизации расположения оборудования, для наиболее взрывоопасных аппаратов, величина критерия опасности снижается до 204,68 раз и критерий незащищенности этого оборудования снижается до 16,83 раз, для операторной критерий незащищенности после оптимизации расположения оборудования снизился в 47,03 раз.

5 Введено понятие «центр энергопотенциалов» аппаратов технологической установки, приведен способ эго определения. Установлено, что наиболее безопасная ориентация объекта, находящегося вне зоны полных разрушений, такая, при которой ось объекта, по которой обеспечивается его наибольшая устойчивость к воздействию ударной волны взрыва, совпадет с линией соединяющей данный объект с «центром энергопотенциалов».

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Ковалев, Евгений Михайлович, 2006 год

1. Абросимов A.A. Экология переработки углеводородных систем. М.: Химия, 2002. - 607 с.

2. Аварии и катастрофы. Предупреждение и ликвидация последствий: Учеб. издание / Под общ. ред. В.А. Котляревского и A.B. Забегаева. М.: Изд-во Ассоциации строительных ВУЗов, 1998. - кн.1. - 320 с.

3. Аварии и катастрофы. Предупреждение и ликвидация последствий: Учеб. издание / Под общ. ред. В.А. Котляревского и A.B. Забегаева. М.: Изд-во Ассоциации строительных ВУЗов, 1998. - кн.2. - 386 с.

4. Аварии и катастрофы. Предупреждение и ликвидация последствий: Учеб. издание / Под общ. ред. В.А. Котляревского и A.B. Забегаева. М.: Изд-во Ассоциации строительных ВУЗов, 1998. - кн.З. - 416 с.

5. Аварии и катастрофы. Предупреждение и ликвидация последствий: Учеб. издание / Под общ. ред. В.А. Котляревского и A.B. Забегаева. М.: Изд-во Ассоциации строительных ВУЗов, 1998. - кн.4. - 208 с.

6. Аварии и катастрофы. Предупреждение и ликвидация последствий: Учеб. издание/Под общ. ред. В.А. Котляревского и A.B. Забегаева. М.: Изд-во Ассоциации строительных ВУЗов, 1998. - кн.5. - 416 с.

7. Акулич И.Л. Математическое программирование в примерах и задачах. М.: Высш. шк. 1993 336с.

8. Безопасность жизнедеятельности. Учебник для студентов/ C.B. Белов, В.А. Девисилов, А.Ф. Козьяков и др. Под общ.ред. С.В.Белова М.: Высшая школа НМЦ СПО. 2000 - 343 с.

9. Белов П.Г. Моделирование опасных процессов в техносфере. M Издательство Академии гражданской защиты МЧС РФ 1999 124.

10. Бесчастнов М, В. Взрывобезопасность и противоаварийная защита химико-технологических процессов. М.: Химия, 1983 470с.

11. Бесчастнов М. В. Промышленные взрывы. Оценка и предупреждение. М.: Химия, 1991.

12. Бесчастнов М. В., Соколов В. М. Предупреждение аварий в химических производствах. М.: Химия, 1979 394 с.

13. Бояринов А.И., Кафаров В.В. Методы оптимизации в химической технологии. М.: Химия. 1975 576с.

14. Взрывные явления. Оценка и последствия: В 2-х кн. Кн. 1. Пер. С англ./Бейкер У., Кокс П., Уэстайн П. и др. Под ред. Я.Б. Зельдовича, Б.Е. Гельфанда. М.: Мир, 1986. - 319 с.

15. ВНТП 81-85. Нормы технологического проектирования предприятий по переработке нефти и производству продуктов органического синтеза.

16. ВНЭ 5-79 ППБО-103-79 Правила пожарной безопасности при эксплуатации предприятий химической промышленности.

17. Водяник В. И. Взрывозащита технологического оборудования. Киев: Техника, 1979 192 с.

18. ВУПП-88. Ведомственные указания по противопожарному проектированию предприятий, зданий и сооружений нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности.

19. ГОСТ 12.1.004-91 Пожарная безопасность. Общие требования.

20. ГОСТ 12.1.007-90 Вредные вещества Классификация и общие требования безопасности.

21. ГОСТ 12.3.047-98. Пожарная безопасность технологических процессов. Общие требования. Методы контроля. Введ. 01.01.2001. - М., 2001.-92 с.

22. ГОСТ Р 22.0.02-94 Безопасность в чрезвычайных ситуациях. Термины и определения основных понятий.

23. ГОСТ Р 22.0.05-94 Техногенные чрезвычайные ситуации. Термины и определения.

24. ГОСТ Р 22.0.08-96 Безопасность в чрезвычайных ситуациях. Техногенные чрезвычайные ситуации. Взрывы. Термины и определения.

25. Гуревич И.Л. Общие свойства и первичные методы переработки нефти и газа. М.: Химия, 1972г. 360 с.

26. Дьяконов В., Круглов В. Математические пакеты расширения МАТЬАВ. Специальный справочник. СПб.: Питер. 2001.

27. Емельянов В.М., Коханов В.Н., Некрасов П.А. Защита населения и территории в чрезвычайных ситуациях: Учебное пособие для высшей школы/ Под ред. В.В.Таррасова 2-е изд. - М.: Академический Проспект: Трикста, 2004. - 480 с.

28. Защита объектов народного хозяйства от оружия массового поражения: Справочник / Г. П. Демиденко, Е. П. Кузьменко, П. П. Орлов и др.; под ред.Г. П. Демиденко. 2-е изд., перераб. и доп. - К: Изд-во Выща шк. Головное издательство, 1989. - 287 с.

29. Информационный бюллетень ГОСГОРТЕХНАДЗОРА РОСИИ.- 2002. № 3.- С. 50-63.

30. Информационный бюллетень Госгортехнадзора России № 3 ГУП НТЦ «Промышленная безопасность, 2002г. - с. 72.

31. Кац М.И. Охрана труда на предприятиях химической промышленности. М.: "Высшая школа", 1969 240 с.

32. Кац М.И., Билинкис Л.И., Медведева B.C. Техника безопасности и противопожарная техника в химической промышленности. М.: Химия, 1968 -272 с.

33. Ковалев Е.М., Вахапова Г.М., Чиркова А.Г. Методика оценки потенциальной опасности/Мировое сообщество: проблемы и пути решения: Сб. науч. ст. Уфа: Изд-во УГНТУ, 2003.-№14.-С.118-124.

34. Ковалев Е.М., Тляшева P.P., Чиркова А.Г. Оптимизация расположения оборудования опасных производственных объектов нефтеперерабатывающей промышленности/Мировое сообщество: проблемы и пути решения: Сб. науч. ст. Уфа: Изд-во УГНТУ, 2005.-№18.-С. 176-180.

35. Ковалев Е.М., Чиркова А.Г., Вахапова Г.М. Оценка потенциальной опасности технологических установок для переработки углеводородного сырья при прогнозировании возможных аварий/Нефтегазовое дело.-2003.-№1.-С.317-325.

36. Ковалев Е.М., Чиркова А.Г., Вахапова Г.М. Потенциальная опасность ОПО. Методика оценки/Вопросы безопасности объектов нефтегазового комплекса: Сб. науч. трудов: М.Ж ЦИЭКС, 2004.-С.50-57.

37. Козлитин A.M., Попов А.И. Методы технико-экономической оценки промышленной и экологической безопасности высокорисковых объектов техносферы. Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2000. 216 с.

38. Козлитин A.M., Яковлев Б.Н. Чрезвычайные ситуации техногенного характера. Прогнозирование и оценка. Детерминированные методы количественной оценки опасностей техносферы: Учебное пособие/ Под ред. А.И.Попова. Саратов: Сарат. гос. ун-т, 2000. 124 с.

39. Козлитин A.M., Попов А.И., Козлитин П.А. Теоретические основы и практика анализа техногенных рисков. Вероятностные методы количественной оценки опасностей техносферы. Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2002. 178 с.

40. Котляревский В.А., Шаталов A.A., Ханухов Х.М. Безопасность резервуаров и трубопроводов/ М., Изд-во Информатика и экономика., 2000 г. -555с.

41. Кулешов В.П., Орлов Г.Г., Сорокин Ю.Г. Охрана труда в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности: Учебник для вузов. М.: Химия, 1983 472 с.

42. Мартынов H.H., Иванов А.П. MATLAB 5.x. Вычисления, визуализация, программирование. М.: КУДИЦ-ОБРАЗ, 2000. - 336 с.

43. Маршалл В. Основные опасности химических производств: Пер. с англ.// Под ред. Б. Б. Чайванова, А. Н. Черноплекова. М.: Мир, 1989. 672 с.

44. Методика определения ущерба окружающей среде при авариях на магистральных нефтепроводах. Утверждена Минтопэнерго РФ 01.11.95 г., согласована с департаментом Государственного экологического контроля Минприроды РФ. М.: Транспресс, 1996. 86 с.

45. Методика оценки последствий химических аварий // Сборник методик №1 / В.И. Сидоров, А.А, Агапов, Б.Е. Гельфанд, Ю.А. Дадонов, М.В. Лисанов,

46. В.Ф. Мартынюк, A.C. Печеркин, С.И. Сумской, A.A. Шаталов. М.: Госгортехнадзор Р.Ф., НТЦ "Промышленная безопасность", 1999. 83 с.

47. Методики оценки последствий промышленных аварий и катастроф. Возможности и перспективы/ В.Ф. Мартынюк, Б.Е. Гельфанд, И.В. Бабайцев, B.C. Сафонов //Безопасность труда в промышленности 1994. №8 - С. 9-19.

48. Методические рекомендации по классификации аварий и инцидентов на опасных производственных объектах химической, нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности (РД 09-398-01)/ Колл. авт.- М.: ГУП «НТЦ «Промышленная безопасность», 2003.-25с.

49. Методические рекомендации по осуществлению идентификации опасных производственных объектов (РД 03-616-03) (введены приказом Госгортехнадзора России № 138 от 19.06.03г.) )./ Колл. авт.- М.: ГУП «НТЦ «Промышленная безопасность», 2003.-56с.

50. Методические рекомендации по оценке ущерба от аварий на опасных производственных объектах (РД 03-496-02)./ Колл. авт.- М.: ГУП «НТЦ «Промышленная безопасность», 2003.-41с.

51. Методические рекомендации по составлению декларации промышленной безопасности опасного производственного объекта (РД 03-35700) / Колл. авт.- М.: ГУП «НТЦ «Промышленная безопасность», 2003.-78с.

52. Методические указания о порядке разработки плана локализации и ликвидации аварийных ситуаций (ПЛАС) на химико-технологических объектах РД 09-536-03 (утв. постановлением Госгортехнадзора России от 18.04.03 № 14).

53. Методические указания по проведению анализа риска опасных производственных объектов (РД 03-418-01) / Колл. авт.- М.: ГУП «НТЦ «Промышленная безопасность», 2003.-111с.

54. Научно-методические аспекты анализа аварийного-риска /В.Г. Горский и др. Под ред. Г.Ф. Терещенко М.: Экономика и информатика, 2000. -250 с.

55. Нельсон Р.У. «Переработка углеводородов», М., «Недра», 1977, №8, с.25-30

56. Общие правила взрывобезопасности для взрывопожароопасных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств (ПБ 09540-03) / Колл. авт.- М.: ГУП «НТЦ «Промышленная безопасность», 2003.-125с.

57. Рачевский Б.С. «Обеспечение безопасности при транспорте и хранении сжиженных нефтяных газов. Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья». ЦНИИТЭнефтехим, 1981.

58. РД 03-409-01 Методика оценки последствий аварийных взрывов топливно-воздушных смесей.

59. Рудин М.Г., Драбкин А.Е. Краткий справочник нефтепереработчика. — JL: Химия, 1980.-С.70-85

60. Сафонов B.C., Одишария Г.Е., Швыряев A.A. Теория и практика анализа риска в газовой промышленности. М., 1998. 208 с.

61. Современная классификация взрывоопасных смесей и влияние её на оценку взрывозащиты электрооборудования А.И. Суботин // Безопасность труда в промышленности №5 2003 г с.41-43

62. Справочник нефтепереработчика, под ред. Г.А.Ластовкина, Е.Д.Радченко. М.Г.Рудина.-Л. Химия, 1986-C.23-45, 68-70

63. Троицкий А. П. Аварии, связанные с объемными взрывами//Каучук и резина. 1984. № 2. С. 36—39; № 3. С. 35—36; М 4. С, 39-40.

64. Федеральный закон «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» от 21.07.97 №116-ФЗ

65. Хенли Э.Дж., Кумамото X. Надежность технических систем и оценка риска: Пер. с англ. М.: Машиностроение, 1984 528 с.

66. Хуснияров М.Х. Разработка и применение методов анализа риска эксплуатации оборудования технологических установок нефтепереработки/Дис. доктора техн. наук Уфа., 2001.- 319с.

67. Ягафаров P.P. Совершенствование методов анализа причин разрушения аппаратов при техногенных авариях /Дис. канд. техн. наук Уфа., 2005.- 103с.

68. Coleman, T.F. and Y. Li, "An Interior, Trust Region Approach for Nonlinear Minimization Subject to Bounds" SI AM Journal on Optimization, Vol. 6, pp. 418-445, 1996.

69. Coleman, T.F. and Y. Li, "On the Convergence of Reflective Newton Methods for Large-Scale Nonlinear Minimization Subject to Bounds" Mathematical Programming, Vol. 67, Number 2, pp. 189-224, 1994.

70. Desrosier C., Reboux A., Brossard J. Effect of asymmetric ignition on the vapor cloud spatial blast. Progr. Aeron. and Astron., (1991) 134: 21-37.

71. Gill, P.E., W. Murray, and M.H. Wright, Practical Optimization, Academic Press, London, 1981.

72. H.Giesbrecht et al., Ger.Chem. Eng., V.4, part 1-2, pp.305-325

73. Powell, M.J.D., "A Fast Algorithm for Nonlineary Constrained Optimization Calculations" Numerical Analysis, ed. G.A. Watson, Lecture Notes in Mathematics, Springer Verlag, Vol. 630, 1978.

74. Powell, M.J.D., "The Convergence of Variable Metric Methods For Nonlinearly Constrained Optimization Calculations" Nonlinear Programming 3, (O.L. Mangasarian, R.R. Meyer, and S.M. Robinson, eds.) Academic Press, 1978.