Оценка живучести аппаратов колонного типа нефтеперерабатывающих предприятий при действии внешнего взрыва тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.21, кандидат технических наук Стороженко, Юлия Викторовна

• Стороженко, Юлия Викторовна
• кандидат технических наук
• 2000

Оглавление диссертации кандидат технических наук Стороженко, Юлия Викторовна

Введение

1 Общая характеристика взрывных явлений на нефтеперерабатывающих предприятиях

1.1 Статистическая информация об опасности взрывных явлений на промышленных предприятиях

1.2 Общая характеристика технологических процессов на НПЗ с точки зрения взрывопожароопасности

1.3 Виды взрывных процессов

2 Нагрузки, создаваемые взрывными волнами

2.1 Ударные волны при внешних взрывах, основные параметры и свойства. Динамические нагрузки от взрывных воздействий

2.2 Известные методы и методики оценки внешних взрывных воздействий на промышленные объекты

2.3 Определение ударной нагрузки, действующей на аппараты колонного типа при внешнем взрыве

3 Оценка живучести аппаратов колонного типа при взрывном воздействии

3.1 Анализ результатов. Обоснование выбора расчетной схемы

3.2 Применение предлагаемого метода для оценки воздействия взрывов на промышленные объекты при реальных авариях

4 Влияние параметров взрывной волны на уровень поражения аппаратов колонного типа установок НПЗ

4.1. Поражение конструкций при взрывном нагруженин (Р-1 диаграмма)

4.2. Аэродинамическая неустойчивость аппаратов колонного типа. Резонансные явления.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Оценка живучести аппаратов колонного типа нефтеперерабатывающих предприятий при действии внешнего взрыва»

Предприятия нефтехимпереработки относятся к опасным производственным объектам, на которых, с одной стороны, перерабатываются, получаются и хранятся взрывопожароопасные вещества, а, с другой стороны, используется технологическое оборудование, работающее при высоких температурах и давлениях. В подобной ситуации нарушение требований промышленной безопасности нередко приводит к авариям, связанным с неконтролируемыми взрывами, которые сопровождаются значительными разрушениями, людскими и материальными потерями. Только за последние двадцать лет в России произошло 150 крупных аварий и прослеживается отчетливая тенденция роста их числа как в силу объективных причин (значительная изношенность оборудования), так и субъективных (человеческий фактор). Для существенного сокращения или устранения негативных последствий взрывов нужны исследования, направленные на объективную оценку взрывных воздействий на промышленные объекты, разработку рекомендаций по проектированию взрывобезопасных сооружений и уменьшению зоны влияния случайных взрывов в процессе нормального функционирования производства. Все эти вопросы, весьма актуальные для взрывоопасных производств, рассматриваются в работе на примере аппаратов колонного типа, применяемых на нефтеперерабатывающих предприятиях.

Таким образом, целью работы является оценка живучести аппаратов колонного типа установок нефтеперерабатывающих заводов (НПЗ) при действии воздушной взрывной волны.

Для достижения поставленной цели требуется решить следующие задачи:

1) собрать и проанализировать статистическую информацию о взрывоопасное™ технологических установок НПЗ;

2) провести анализ известных методов по оценке воздействия взрыва на промышленные объекты;

3) оценить нагрузки, создаваемые воздушными взрывными волнами на колонные аппараты;

4) выявить влияние параметров взрывной волны на уровень поражения аппаратов колонного типа установок НПЗ.

В ходе решения поставленных задач предложена методика, позволяющая определить расчетную нагрузку, действующую на аппарат колонного типа установок НПЗ при внешнем взрыве в зависимости от параметров конструкции аппарата (геометрии, материала, массы) и с учетом динамического характера действия ударной волны. Получена кривая поражения аппаратов колонного типа (Р-1 диаграмма), которая позволяет при сочетании параметров взрывной волны (избыточного давления и импульса) и заданном значении максимального прогиба оценить степень поражения колонного аппарата и выявлены области значений избыточных давлений, при которых максимальный прогиб аппаратов колонного типа от действия взрыва находятся в резонансной области состояния.

Работа выполнена на комплексной кафедре "Машины и аппараты химических производств" Уфимского государственного нефтяного технического университета под руководством доктора технических наук, профессора Кузеева И.Р. и кандидата технических наук, доцента Хусниярова М.Х., которым автор выражает свою искреннюю благодарность.

Автор выражает глубокую признательность сотрудникам кафедры "Машины и аппараты химических производств" за помощь, оказанную при выполнении работы и критическое обсуждение результатов исследований.

Заключение диссертации по теме «Безопасность особосложных объектов (по отраслям)», Стороженко, Юлия Викторовна

Общие выводы

1) проведена оценка живучести аппаратов колонного типа технологических установок НПЗ при воздействии воздушной ударной волны с учетом динамического характера действия взрыва;

2) на основе анализа статистической информации об авариях, связанных с взрывами на промышленных объектах нефтеперерабатывающих и нефтехимических предприятий, показана опасность аппаратов колонного типа как элемента технологической системы, имеющей значительные геометрические размеры, внутренний объем и содержащей большие массы взрывоопасных углеводородов, склонных к взрывному превращению при аварийных выбросах из аппаратов;

3) предложен метод, позволяющий определить расчетную нагрузку, действующую на аппарат колонного типа установок НПЗ при внешнем взрыве, подобранный в результате анализа известных методов и приемов оценки взрывных воздействий на промышленные объекты; получена зависимость величины ударной нагрузки от параметров конструкции аппарата (геометрии, материала, массы); выявлено, что наименьшие нагрузки возникают в аппаратах с характерным соотношением диаметра и высоты примерно от 12 и выше, а максимальные - при НЯ)н менее 9; установлена зависимость коэффициента динамического усиления взрывной нагрузки (Кд) от относительной продолжительности действия нагрузки со9 и параметров взрывной волны (Ар и 1). Для рассмотренных колонных аппаратов величина Кд находится в диапазоне 1,04.4,6 при величине со9= 0,01.0,66;

4) показано, что поражение аппаратов колонного типа происходит в областях с большими значениями избыточного давления (порядка 70 кПа и выше) и соответствующих им значениях импульса, что согласуется с результатами расследований аварий, где наблюдались поражения различной степени аппаратов колонного типа; выявлены области значений избыточных давлений (2.28 кПа), при которых максимальный прогиб аппаратов колонного типа от действия взрыва находятся в резонансной области;

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Стороженко, Юлия Викторовна, 2000 год

1. ПБ 09-170-97. Общие правила взрывобезопасности для взрыво-пожароопасных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств. -М.: Металлургия, 1998,- С. 48, 60.

2. ГОСТ 12.1.044-89. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения.

3. Справочник нефтехимика: Справочник / Под ред. С.К. Огород-никова. -Л.: Химия, 1978. -Т. 1,2.

4. Бесчастнов М.В., Соколов В.М. Предупреждение аварий в химических производствах. -М.: Химия, 1979. -390 с.

5. Бесчастнов М.В., Соколов В. М., Кац М. И. Аварии в химических производствах и меры их предупреждения. -М.: Химия, 1976. 267 с.

6. Якимов В.И. Пожарно-технические расчеты в технологических процессах при использовании горючих веществ. Учебное пособие. -Л.: Химия, 1983. 81 с.

7. Лащинский A.A. Конструирование сварных химических аппаратов: Справочник. Л.: Машиностроение, 1981. - С. 285, 287, 306-311.

8. Справочник нефтепереработчика./Под.ред. Г.А.Ластовкина, Е.Д. Радченко, М.Г. Рудина. -Л: Химия, 1986. -648 с.

9. Расчеты основных процессов и аппаратов нефтепереработки: Справочник/Под ред. E.H. Судакова. М.: Химия, 1979. -565 с.

10. Баратов А.Н., Пчелинцев В.А. Пожарная безопасность. М.: Издательство Ассоциации строительных вузов, 1997.- С. 3, 5-8, 13-16.

11. Пожарная безопасность. Взрывобезопасность. /Под ред. А.Н.Баратова -М.: Химия, 1987. С. 54.

12. Бретшнайдер С. Свойства газов и жидкостей. Инженерные методы расчета.-М.: Химия, 1966. С. 450-453.

13. Взрывные явления. Оценка и последствия: Пер. с англ./У. Бейкер, П. Кокс, П. Уэстайн и др; Под ред. Я.Б. Зельдовича, Б.Е. Гельфанда М.: Мир, 1986.- Т.1.- С. 9-10, 108-109, 128, 146, 151, 154, 206, 266-270,- Т.2.- С. 206.

14. Маршалл В. Основные опасности химических производств./ Пер. с англ. Г.Б. Барсамяна, А.Б. Двойнишникова и др.; Под ред. Б.Б. Чайванова, А.Н. Черноплекова.- М.: Мир, 1989.- С. 112-113.

15. ГОСТ 12.1.010-76. Взрывобезопасность. Общие требования. -С.12.

16. Вредные вещества в промышленности: Справочник/Под ред. Н.В. Лазарева. — J1.: Химия, 1976. Т. 1. -831 с

17. Зельдович Я.Б., Райзер Ю.П. Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений.- М.: Наука, 1966.- С. 10.

18. Бесчастнов М.В. Взрывобезопасность и противоаварийная защита химико-технологических процессов. -М.: Химия, 1983. -471 с.

19. Хитрин Л.Н. Физика горения и взрыва. -М.: МГУ, 1952. С. 1719.

20. Я.Б. Зельдович, A.C. Компанеец. Теория детонации. -М.: Физмат-гиз, 1955.-С.157-165.

21. Г.А. Абрамович. Прикладная газовая динамика. -М.: Наука, 1969. -С. 464-469.

22. Зельдович Я.Б. Теория ударных волн и введение в газодинамику.-М: АН СССР, 1946. С. 130-135.

23. Похил П.Ф., Мальцев В.М., Зайцев В.М. Методы исследования процессов горения и детонации. -М.: Наука, 1969. С. 151-160.

24. Бесчастнов М.В. Промышленные взрывы. Оценка и предупреждение." М.: Химия, 1991.- С. 6, 9, 14, 16, 17, 33, 35-36, 146, 269.

25. Борисов A.A., Гельфанд Б.Е., Цыганов С.А. О моделировании волн давления, образующихся при детонации и горении газовых смесей. Физика горения и взрыва, №2, 1985,- С. 90-96.

26. Садовский М.А. Физика взрыва. -М.: АН СССР, 1952. -С. 27, 53,120.

27. Методика оценки последствий аварий на пожаро- взрывоопасных объектах. М.: ВНИИ ГОЧС, 1994,- С. 5.

28. Экспресс-методика прогнозирования последствий взрывных явлений на промышленных объектах. М.: ВНИИ ГОЧС, 1994.- С. 6.

29. Брейман М.И. Безопасная эксплуатация оборудования на открытых площадках. -М.: Химия, 1978. -с.4,5

30. Волков Ю.Н. Безопасность производственных процессов в машиностроении. -Ленинград: Машиностроение, 1972. С. 33-39.

31. Розловский А.И. Основы техники взрывобезопасности при работе с горючими газами и парами. -М.: Химия, 1980. С. 154-173.

32. Волков О.М. Пожарная безопасность резервуаров с нефтепродуктами. М.: Недра, 1984.- 151с.

33. Волков О.М., Проскурняков Г.А. Пожарная безопасность на предприятиях транспорта и хранения нефти и нефтепродуктов. -М.: Недра, 1981.-256с.

34. Цагарели Д.В., Сучков В.П., Шаталов A.A. Стандартизация в области обеспечения взрывобезопасности технологий хранения нефти и нефтепродуктов. Москва, 1996.

35. Драйздейл Д. Введение в динамику пожаров: Пер. с англ. К.Г. Бомштейна; Под ред. Ю.А. Кошмарова, В.Е. Макарова- М.: Стройиздат,

36. Бомштейна; Под ред. Ю.А. Кошмарова, В.Е. Макарова М.: Стройиздат, 1990.-С. 21

37. Динамический расчет сооружений на специальные воздействия: Справочник проектировщика/Под ред. Б.Г. Коренева, И.М. Рабиновича. М.: Стройиздат, 1981. -215 е., с. 5,

38. Зайцев И.Д., Зозуля А.Ф., Мовчан A.A. Автоматизированное проектирование генеральных планов содовых заводов.// Химическая технология. 1976. N6. с. 28-32.

39. Кафаров В.В., Мешалкин В.П. Проектирование и расчет оптимальных систем технологических трубопроводов. -М.: Химия, 1991. -361 с.44.3аказнов В.Ф., Розловский А.И., Стрижевский И.И. Физика горения и взрыва. -М.: АН СССР, 1967. С. 49.

40. Пост В. Взрывы и горение в газах. -М.: Издатинлит, 1952. С.45.58

41. Власов O.E. Основы динамики взрыва. -М.: ВИА, 1945. С. 253258.

42. Солоухин Р.И. Ударные волны и детонация в газах. М.: Государственное издательство физико-математической литературы, 1963. С. 132153.

43. НПБ 107-97. Определение категорий наружных установок по пожарной опасности. -М: МВД РФ ГПС, 1997. -С. 13.

44. ГОСТ Р51274-99. Сосуды и аппараты. Аппараты колонного типа.-М.: Издательство стандартов, 1981.- С. 8-10.

45. ГОСТ Р51273-99. Сосуды и аппараты. Нормы расчета на прочность. Определение расчетных усилий для аппаратов колонного типа от ветровых нагрузок и сейсмических воздействий. -М.: Стандартгиз, 1981.

46. Джонс Дж.К. Методы проектирования. -М.: Мир, 1986. С. 100101.

47. Филимонов Е.А., Кузеев И.Р. Расчет химических аппаратов на ЭВМ. -Уфа, 1989. С. 68-74.290.302.

48. Бабицкий И.Ф., Вихман Г.Л., Вольфсон С.И. Расчет и конструирование аппаратуры нефтеперерабатывающих заводов/Под ред. Г.Л. Вих-мана,- М.: Недра, 1965,- С. 185.

49. Расчет аппаратов на ветровую нагрузку с применением- ЭВМ.-Уфа: УНИ, 1986,-С. 6, 8-9, 15-21.

50. Колкунов Н.В. Основы расчета упругих оболочек. -М: Высшая школа, 1987.-С. 235-252.

51. Савицкий Г.А. Ветровая нагрузка на сооружения. -М.: Литература по строительству, 1972. С. 61-70.

52. Беляев Н.М. Сопротивление материалов,- М.: Наука, 1976.- С.281.

53. Гафаров Р.Х., Шарафиев Р.Г., Ризванов Р.Г. Краткий справочник инженера механика.- Уфа: УГНТУ, 1995.- С. 11-12.

54. Сборник задач по сопротивлению материалов/Под ред. A.B. Александрова.- М.: Стройиздат, 1977. -с. 334 С. 146.

55. Якупов Р.Г., Жернаков B.C. Динамика конструкций, взаимодействующих со средой. -М.: МАИ, 1995. С. 100-133.

56. Болотин В.В. Динамическая устойчивость упругих систем. -М.: Гостехиз-дат, 1956. С. 354-364.

57. Болотин В.В. Динамическая устойчивость упругих систем. -М.: Гостехиздат, 1956. С. 354-364.

58. Канторович З.Б. Основы расчета химических машин и аппаратов.-М. : Государственное научно техническое издательство машиностроительной литературы, I960.- С. 587, 591 .

59. Писаренко Г.С., Яковлев А.П., Матвеев В.В. Справочник по сопротивлению материалов. -Киев: Наукова Думка, 1975. С. 510-559.

60. Вихман Г.Л., Круглов С.А. Основы конструирования аппаратов и машин нефтеперерабатывающих заводов.- М.: Машиностроение, 1978.- С. 105-106.

61. Михалев М.Ф. Расчет и конструирование машин и аппаратов химических производств,- Л.: Машиностроение, 1984,- С. 13.

62. Сопротивление материалов/ Под ред. А.Ф. Смирнова. -М.: Высшая школа, 1975. С. 411-428.

63. Писаренко Г.С., Агарев В.А., Квитка А.Л. Сопротивление материалов. Киев: Вища школа, 1986. - С. 381-415.

64. Вихман Ю.Л., Бабицкий И.Ф., Вольфсон С.И. Расчет и конструирование нефтезаводекой аппаратуры. -М.: Гостоптехиздат, 1953.

65. Стороженко Ю.В., Хуснияров М.Х., Иляева М.А. Характеристики взрывоопасного парогазового облака Методы кибернетики химико-технологических процессов (КХТП-У-99). Тезисы докладов V международной научной конференции. Уфа, 1999. -С.49-50, том 2, книга II.

66. Прочность, устойчивость, колебания: Справочник. Том 1./Под ред. И.А. Биргера, Я.Г. Пановко. -М.: Химия, 1968. С.653-654.

67. Тимошенко С.П. Колебания в инженерном деле. -М.: Физматгиз, 1955.-С. 326-329.- 75.Ильгамов М.А. Колебания упругих оболочек содержащих жидкость и газ. -М.: Наука, 1969. С. 180.

68. Асланян А.Г., Гольденвейзер А.Л., Лидский В.Б. Свободные колебания тонких упругих оболочек. -М.: МГУ, 1978. С. 33-35.

69. СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия. -М.: Государственныйкомитет СССР по делам строительства, 1986. С. 12.

70. Иванов E.H. Пожарная защита открытых технологических установок. -М.: Химия, 1975. С 184.

71. Рудин М.Е., Драбкин А.Е. Краткий справочник нефтепереработчика,- Л.: Химия, 1980,- С. 7, 58, 60,62-68, 70-71, 74, 77, 79, 81, 83.

72. Хуснияров М.Х., Бугаева Ю.В. Оценка последствий аварий на пожаровзрывоопасных объектах нефтепереработки и нефтехимии.- Уфа.: УЕНТУ, 1997,-С. 5.

73. ЕОСТ 12.1.004-91 с изм. 1. Пожарная безопасность. Общие требования.-С. 1-5.

74. Розенфельд А.И., Канавец Г.Е. Критерии эффективности в задачах предпроектной оптимизации химических технологий.//Химическая технология. 1987. N6.-С. 56-61.

75. Бугаева Ю.В., Хуснияров М.Х. Оценка воздействия ударной волны на колонные аппараты при взрыве. II всероссийская научно-техническая конференция "Техническая диагностика, промышленная и экологическая безопасность", Уфа, УГНТУ 1996. -С. 179-180.

76. Абросимов A.A. Экологические аспекты производства и применения нефтепродуктов. -М.: Барс, 1999. -С.11.

77. НПБ 105-95 Определение категорий помещений и зданий по взрывопожарной и пожарной опасности. -М.:ЕУГПС МВД России, 1995. -С.

78. Тепловой расчет котельных агрегатов. Нормативный метод /Под ред. Н.В. Кузнецова. -М: Энергия, 1973. -296 с.

79. ПТБ НП-73. Правила безопасности при эксплуатации нефтегазо-перерабатывающих заводов. -М.: ЕЦТИИТЭнефтехим, 1974. -130 с.

80. Савельев И.В. Курс общей физики. -М.: Наука, 1968. С. 176232.

81. Еольденвейзер А.Л., Лидский В.Б., Товстик П.Е. Свободные колебания тонких упругих оболочек. -М,: Наука, 1979. С. 320 - 326.

82. Григолюк Э.И., Кабанов В.В. Устойчивость оболочек. -М.: Наука,1978.-С. 137-148.

83. Механика. Нестационарные процессы в деформируемых телах.: Сборник статей/под ред. А.Ю. Ишлинского, Г.Г. Черного. -М.: Мир, 1976. -С. 9-25. .'

84. Физическая газодинамика. Свойства газов при высоких температурах. -М.: Наука, 1964. С. 177-197.

85. Бутенин Н.В. Теория колебаний. -М.: Высшая школа, 1963. С.85.88.

86. Вольмир A.C. Устойчивость упругих систем. -М.: Физматгиз, 1963.-С. 81-83.

87. Розловский А.И. Взрывобезопасность парогазовых систем в технологических процессах. -М.: Химия, 1973. С.128.

88. Методы расчета взрыво- и пожароопасных параметров газовых и пылегазовых систем. -Северодонецк: ВНИИТБХП, 1975. С. 14-17.

89. Бугаева Ю.В., Ибрагимов И.Г. Анализ влияния возможных взрывов на взаимное расположение объектов. П всероссийская научно-техническая конференция" Техническая диагностика, промышленная и экологическая безопасность", Уфа, УГНТУ ,1996. -С. 192-193.

90. Стороженко Ю.В, Гареева И.Ю. Разработка сценариев возможных аварийных ситуаций на установках нефтепереработки. Материалы 49-й научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых, посвященной 50-летию УГНТУ, 1998,УГНТУ. -СП.

91. Стороженко Ю.В., Хуснияров М.Х. Анализ причин возникновения аварии на промышленных предприятиях. Материалы 49-й научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых, посвященной 50-летию УГНТУ, 1998,УГНТУ. -С 10.

92. С. 34-36, том 2, книга II.

93. Морозов В.Н. Прогнозорование последствий аварийных взры-вов.//Проблемы безопасности при чрезвычайных ситуациях. 1996. N9. -С. 72-85.