Системный анализ экологической безопасности предприятий по производству технического углерода (на примере Сосногорского ГПЗ) тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.01, кандидат технических наук Фридрик, Денис Евгеньевич

• Фридрик, Денис Евгеньевич
• кандидат технических наук
• 2009

Оглавление диссертации кандидат технических наук Фридрик, Денис Евгеньевич

Введение.

1. Системный анализ предприятия по производству технического углерода как источника воздействия на окружающую природную среду.

1.1. Проблемная ситуация.

1.2. Природно-климатические условия.

1.3. Хозяйственное использование территории.

1.4. Существующее состояние природной среды.

1.4.1. Земельные ресурсы.

1.4.2. Геохимическое состояние почв.

1.4.3. Атмосферный воздух.

1.4.4. Водная среда.

1.5. Характеристика проектируемого объекта.

1.5.1. Основная идея модернизации.

1.5.2. Основные технические решения.

1.6. Оценка степени влияния проектируемого объекта на окружающую среду.

1.6.1. Воздействие на воздушную среду.

1.6.2. Оценка воздействие на водные ресурсы.

1.6.3. Воздействие на почву и растительность при строительстве площадных объектов.-.

1.6.4. Шумовое воздействие.

1.6.5. Воздействие на население и персонал.

1.6.6. Оценка воздействия при складировании (утилизации) отходов производства.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Системный анализ экологической безопасности предприятий по производству технического углерода (на примере Сосногорского ГПЗ)»

Актуальность работы. Современная химическая промышленность с ее гигантскими мощностями оказывает все более ощутимое негативное техногенное воздействие на окружающую среду, что вызывает ухудшение условий обитания человека и человечества. Вина за это ухудшение целиком лежит на человеке как элементе глобальной системы, поскольку именно его деятельность вызывает антропогенное воздействие на природу, в том числе и негативное.

Одним из крупнейших источников отрицательных воздействий на природную среду являются предприятия химического профиля, производящие полупродукты для химической промышленности и смежных отраслей. Это -крупнотоннажные предприятия со сложными химико-технологическими процессами и сложными сетями транспорта продуктов. Одним из важных полупродуктов химической промышленности является технический углерод, производимый в значительных объемах и применяемый в резинотехнической, шинной, лакокрасочной и металлургической отраслях промышленности. Типовым представителем такого химического предприятия является Сосногорский ГПЗ, находящийся в республике Коми. I

Наряду с военной, социально-экономической, информационной безопасностью, промышленная безопасность в настоящее время выдвигается в число основных характеристик промышленных объектов и является важнейшим компонентом национальной безопасности России. Это обстоятельство особо подчеркивается в принятых Правительством Федеральных целевых научно-технических программах "Химическая безопасность России", "Экологическая безопасность России", в которых поставлена задача безотлагательного решения широкого круга вопросов, связанных с технологической и экологической безопасностью энергетики и химии.

Весьма острой является проблема экологической безопасности (ЭБ) для химических предприятий, представляющих собой сложную, развивающуюся систему химико-технологических, транспортных и других процессов, включающую в себя химико-технологические линии по переработке разнообразного сырья, имеющую значительную протяженность с напряженными параметрами эксплуатации, восприимчивую к весьма широкому спектру внешних и внутренних воздействий и имеющую относительно низкий уровень защищенности. Химическая промышленность, таким образом, в настоящее время остается областью деятельности с высоким уровнем опасности.

С системных позиций техносфера перерабатывающего предприятия химического профиля (ППХП) представляет собой сложную систему, специфика которой проявляется в наличии большого числа разнородных элементов, находящихся между собой в самых разнообразных отношениях, интерпретируемых как материальные, энергетические и информационные потоки, а изменение ее состояний происходит под влиянием причинно-следственных связей. Все это существенно осложняет проблему обеспечения промышленной безопасности ведения работ на ППХП. Помимо этого, этапы мониторинга опасных ситуаций и управления риском не увязаны в единую систему, в силу чего отсутствуют оценки адекватности информационного обеспечения принимаемых решений, что делает невозможным проведение непрерывного автоматизированного мониторинга промышленной безопасности на ППХП.

Для повышения промышленной безопасности, снижения уровня потенциальной опасности и защиты производственного персонала от опасных факторов и процессов конкретного вида, приводящих к возникновению аварийных ситуаций (АС), особое значение приобретают вопросы системного анализа АС, имеющие решающую роль при прогнозировании и оценке рисков эксплуатации химико:технологических объектов ППХП (как при их нормальном функционировании так и в аномальных ситуациях) и при принятии оперативных управляющих решений по выходу из аварий.

Изложенное дает основание рассматривать задачу оценки рисков промышленной эксплуатации ППХП на основе системного анализа всей совокупности химико-технологических, транспортных и других процессов, находящихся между собой в самых разнообразных материальных, энергетических и информационных соотношениях, как весьма актуальную. Решение данной задачи на примере Сосногорского перерабатывающего предприятия по получению технического углерода имеет важное научное и практическое значение и большой социальный и экономический эффект.

Промышленной безопасности, включая вопросы экологической безопасности предприятий химического профиля, посвящены работы В.И.Васильева, В.Г.Горского, Б.В.Гидаспова, С.Гуаро, С.А.Дмитриева, А.Ф.Егорова, А.В.Измалкова, Ю.А.Израэля, В.В.Кафарова, В.Ф.Корнюшко, К.Ю.Колыбанова, Р.Е.Кузина, Х.Кумамото, В.Маршалла, Т.В.Савицкой,

A.И.Соболева, Э.Хенли, Д.Химмельблау, В.Д.Шапиро, В.В.Шаталова, Г.А.Ярыгина и др.

В последние годы появились отечественные работы, в которых комплексно ставятся и решаются вопросы системного моделирования деятельности организаций, совершенствования управления на основе информационных технологий, анализа и повышения эффективности использования ресурсов. В "развитие теории современных химико-технологических систем большой вклад внесли Л.А.Бахвалов, Л.С.Гордеев,

B.В.Годин, В.А.Грабауров, В.В.Дик, И.Н.Дорохов, С.В.Емельянов, Е.З.Зиндер,

B.А.Ивлев, В.А.Ириков, Г.Н.Калянов, А.В.Костров, Г.Г.Куликов, О.В.Логиновский, В.П.Мешалкин, Е.Г.Ойхман, Э.В.Попов, Б.Я.Советов,

C.В.Черемных и др.

Значительный вклад в развитие системного анализа внесли отечественные исследователи: Е.С.Вентцель, В.Н.Волкова, Ю.И.Дегтярев, А.А.Емельянов, А.А.Денисов, А.В.Костров, Ф.И.Перегудов, Д.А.Поспелов, Ф.Е.Темников. Вопросы экологической безопасности и надёжности предприятий химического профиля, входящих в состав концерна «Газпром», были предметом исследования ученых: Аргасова Ю.Н., Бабенко A.B., Белинского Б.И., Березнякова А.И., Босняцкого Г.П., Бухгалтера Э.Б., Гривы Г.И., Гриценко А.И., Дзюба С.А., Дмитриевского А.Н., Едигарова A.C., Захарова Ю.Ф., Колтыпина С.И., Лимар Е.Е., Лукьянова О.В., Максимова В.М., Мещерина И.В., Набатчикова Н.И., Овчарова C.B., Одишария Г.Э., ОсокинаА.Б., Петрулевича A.A., Сафонова B.C., ТемкинаВ.М., ЧленоваА.В., Шапиро В.Д., Швыряева A.A., Шестернева Н.Р., Ярыгина Г.А. и др.

Несмотря на безусловные успехи в разработке методов анализа промышленной безопасности и оценки рисков эксплуатации перерабатывающих предприятий химического профиля в целом анализ научных работ показывает, что в настоящее время единый подход к оценке рисков промышленной эксплуатации ППХП на основе системного анализа всей совокупности химико-технологических, транспортных и других процессов в настоящее время отсутствует.

Из вышесказанного следуют актуальность и необходимость целенаправленных исследований в области совершенствования ЭБ на предприятиях химического профиля, и этим исследованиям посвящена настоящая диссертация.

В диссертации на основе исследований современного состояния окружающей среды в зоне влияния объектов Сосногорского ГПЗ и системного анализа причин и частот возникновения аварий на химических предприятиях по производству технического углерода изложены научно-обоснованные технические разработки, имеющие существенное значение для принятия управленческих решений по снижению риска типовых аварий и их ликвидации последствий, что имеет большой экономический и социальный эффект.

Цель работы - разработка на основе системного анализа методов оценки экологического риска функционирования перерабатывающих предприятий химического профиля и основных направлений повышения экологической безопасности при эксплуатации и реконструкции объектов Сосногорского ГПЗ.

Для достижения поставленной цели в диссертационной работе решаются следующие задачи:

• исследование современного состояния и прогноз изменений окружающей среды в зоне влияния объектов Сосногорского ГПЗ;

• исследование основных системных факторов, определяющих характер и интенсивность эмиссий Сосногорского ГПЗ в окружающую среду;

• системный анализ причин и частот возникновения аварий на химических предприятиях по производству технического углерода;

• разработка экспертной модели возникновения и развития типовых аварий на уровне технологического объекта, основанной на статистическом анализе аварий и отказов при эксплуатации Сосногорского ГПЗ.

• разработка экспертных моделей принятия управленческих решений по снижению риска типовых аварий на уровне технологического объекта производства технического углерода и ликвидации ее последствий;

• разработка - актуальных и значимых направлений экологической деятельности в процессе реконструкции и эксплуатации модернизированного завода.

В диссертации получены следующие новые научные результаты:

• определены основные системные факторы, определяющие характер и интенсивность эмиссий Сосногорского ГПЗ в окружающую среду;

• обоснована обобщенная модель оценки экологического риска эксплуатации промышленных объектов химического профиля, основанная на сценарном подходе развития аварий, описываемых системой дифференциальных уравнений для вероятностей состояний;

• обобщена экспертная модель экологического риска эксплуатации промышленных объектов химической промышленности, основанная на экспертной оценке возможности аварии и ее экологических последствий, новизна которой заключается в системной формализации причинно-следственных взаимосвязей факторов аварийности предприятий на основе учёта статистической и экспертной информации;

• предложены экспертные модели принятия оперативных и организационных решений по снижению риска типовых аварий на уровне технологического объекта получения технического углерода и ликвидации ее последствий.

Практическая значимость:

• получены оценки современного состояния и прогноз развития-экологической ситуации окружающей природной среды в районе действия Сосногорского ГПЗ;

• созданы методики экспертно-статистического анализа аварийных ситуаций на предприятиях химического профиля получения полупродуктов;

• разработаны для лиц, принимающих решения, интерфейсы информационной системы экологической безопасности в форме графов для генерирования управляющих воздействий по снижению экологического риска;

• разработаны основные направления экологической деятельности в процессе реконструкции и эксплуатации модернизированного завода.

Объектом исследования являются предприятия химического профиля по производству технического углерода в качестве источников эмиссий в окружающую природную среду.

Предметом исследования является состояние окружающей природной среды и применение системного анализа для выявления основных составляющих экологического риска предприятий химического профиля.

Публикации. Основное содержание диссертации отражено в 30 научных работах, в их числе: 2 статьи в изданиях по перечню ВАК, 3 статьи в других изданиях, 4 авторских свидетельств и патентов РФ, 12 материалов, научно-технических конференций, 9 депонированных отчетов о НИР.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы представлены на:

• Научно-техническом Совете инженерно-технического центра экологической безопасности газовой промышленности ИТЦ "Оргэкогаз": «Опыт разработки, внедрение и эксплуатация системы производственной экологической безопасности объектов газовой промышленности» (Москва, декабрь 2000);

• научно-техническом семинаре НПФ «ДИЭМ»: «Методы и критерии оценки экологического риска в проекте производственного экологического мониторинга» (Москва, сентябрь 2005);

• П-ом Северном социально-экологическом Конгрессе (г.Сыктывкар, 2006 г.); секции Автоматизации и секции Охраны окружающей среды в ОАО «Газпром» (Москва, 2002-2008); семинарах по экологическому мониторингу НПО ДИЭМ (Москва, 19972008) и МГГУ (Москва, 2000-2008 ); научно-техническом совете ОАО «Газпром» (Москва, 1998-2008); научно-техническом совете Управления по транспорту газа и газового конденсата ОАО «Газпром>>(Москва, 1998-2007); научно-техническом совете Главгосэкспертизы России (Москва, 1998 -2008);

II Международной научно-практической конференции «Проблемы геологии, полезных ископаемых и рационального природопользования» (Новочеркасск, 2003);

Международном симпозиуме "Методы и средства мониторинга состояния окружающей среды МСОС-95". (СтПетербург, 25-28 апреля 1995); Межрегиональной конференции-совещании «Каспий - настоящее и будущее», (Астрахань, 16-17 ноября 1995); конференции «Охрана окружающей среды при освоении углеводородных ресурсов» (Научно-техническое общество нефтяников и газовиков им акад. И.М. Губкина, 30.09 - 05.10 2003г., г. Сочи).

Заключение диссертации по теме «Системный анализ, управление и обработка информации (по отраслям)», Фридрик, Денис Евгеньевич

3.5. Выводы по третьей главе. Основные ожидаемые результаты по снижению экологического риска после реконструкции Сосногорского ГПЗ.

1. В результате реконструкции действующих производств произойдет значительное сокращение выбросов загрязняющих веществ в атмосферу - на 83%. При незначительном увеличении выбросов диоксида азота на 117 т произойдет снижение выбросов оксида углерода на 34,6 тыс. т. Необходимо отметить, что именно оксид углерода является определяющим загрязняющим веществом при установлении существующей границы санитарно-защитной зоны.

2. В результате реконструкции и увеличения выбросов оксидов азота их концентрация с учетом суммирующего действия на границе селитебной зоны г. Сосногорска составит 0,54ПДК, а концентрация оксида углерода, напротив, снизится до 0,38ПДК. В целом уровень воздействия на границе селитебной зоны составит с учетом всех веществ 0,1ч-0,15 ПДК — это практически минимальный уровень влияния по СанПиН 2.2.1/2.1.1.1200-03. Суммарное сокращение выбросов является результатом более полной утилизации отходящих газов производства технического углерода. Дожег отходящих газов, дополнительно используется при производстве электроэнергии и пара для нужд производства. Данное техническое решение позволяет улучшать как экологические, так и экономические показатели Сосногорского ГПЗ.

3. Функционирование новых производств - выработка электрической и тепловой энергии, потребует дополнительного изъятия водных ресурсов из поверхностных источников в объеме 336,5 тыс.м /год. В энергопроизводстве реализовано оборотное водоснабжение.

4. Параллельно решаются вопросы организации сбора дождевых и ливневых стоков на площадках печного и термического производства техуглерода. В связи с требованиями строительных и природоохранных норм организуется раздельная система канализации стоков — производственная, дождевая и хозяйственно-бытовая. Для улучшения качества технического углерода выполняется водоподготовка технической воды. Таким образом, локализуются все виды сточных вод и предотвращается возможность их попадания без очистки в окружающую среду (на рельеф или поверхностные водоток).

5. Проведенная эколого-экономическая оценка принятых решений позволяет планировать снижение платы за выбросы загрязняющих веществ в атмосферу на 60,8 тыс. руб./год, но при этом произойдет увеличение налога за пользование водными объектами на 82,8 тыс. руб.

6. Системой производственного экологического мониторинга предусмотрен контроль за источниками воздействия объектов завода, включая проектируемое производство, на окружающую среду. Между заводом и г.Сосногорск на границе селитебной зоны установлен и действует пост постоянного наблюдения за качеством атмосферного воздуха (Пост-2). Разработана структурная схема и определены информационные потоки системы ПЭМ. Отдельным блоком выделен экологический контроль за этапом строительно-монтажных работ.

7. В процессе работ по Оценке воздействия на окружающую среду рассмотрены все возможные виды влияния объектов реконструкции Сосногорского ГПЗ в соответствии с требованиями Российского природоохранного законодательства, в результате чего сделан вывод о допустимости планируемого воздействия и необходимости реализации проектных решений.

8. В целом деятельность по реконструкции Сосногорского ГПЗ является экологически оправданной, так как имеет ярко выраженную ресурсосберегающую направленность (комплексное использование сырья и вторичных энергоресурсов), ведет к повышению эксплуатационной надежности процесса переработки (замена части старых объектов на современные), снижает общий уровень антропогенного воздействия на окружающую среду (влияние завода на селитебную зону по уровню загрязнения атмосферного воздуха оксидами углерода будет менее 0,1 ПДК), характеризуется положительным социальным эффектом.

9. По материалам «Декларация о намерениях в расширение производства техуглерода на Сосногорском ГПЗ с использованием жидкого углеводородного сырья» прошли общественные слушания в Администрации муниципального района «Сосногорск». На слушаниях присутствовали представители: администрации МР «Сосногорск», Сосногорского городского комитета по ООС, ГУ «Сосногорское лесничество», УАиГ Минархстрой РК, «Севернипигаз», Сосногорского ГПЗ, общественности. После обсуждений материалов общественные слушания признаны состоявшимися.