Анализ опасностей и риска

2.3 Анализ опасностей и риска

 

Анализ условий возникновения и развития аварий

Выявление возможных причин возникновения и развития аварийных ситуаций с учетом отказов и неполадок оборудования, возможных ошибочных действий персонала, внешних воздействий природного и техногенного характера

Как показывает практика, при эксплуатации предприятий обеспечения нефтепродуктами, не исключена возможность нарушения герметичности рассматриваемых систем и выброс в окружающую среду большого количества нефтепродуктов. При этом опасность таких объектов определяется их спецификой: большой массой обращающегося опасного вещества, его пожаровзрывоопасностью, высокой биологической активностью веществ, их способностью оказывать вредное воздействие на человека и экосистемы окружающей природной среды.

Процедура выявления возможных причин возникновения и развития аварийных ситуаций базируется на результатах анализа информации, изложенной и предыдущем разделе.

При решении этой задачи анализируются две группы причин - внутренние и внешние.

В качестве внутренних причин нами рассматриваются специфические эксплуатационные ошибки и технические неполадками. Это утечки через неплотности соединений, коррозия металла, хрупкое разрушение металла, статическое электричество, дефекты металла, дефекты сварки и т.д. Как свидетельствует опыт, аварии сопровождающиеся взрывами и пожарами, как правило, начинаются с нарушения герметичности соединений, запорной и регулирующей арматуры, нарушения правил эксплуатации.

Достаточно часты аварии, вызванные ошибками персонала, отсутствием должного контроля технологического процесса со стороны операторов.

Под внешними причинами подразумеваются: аварии на соседних объектах, природные явления (град, молния, интенсивные осадки, наводнения, оползни, ураганы, лесные (степные) пожары и т.п.), транспортные аварии, неосторожные действия человека, террористические акты и др.

Внешние причины более случайны, чем внутренние и труднее поддаются контролю и оценке, но они существуют и, поэтому, требуют учета.

При оценке событий, способных привести к чрезвычайной ситуации нужно руководствоваться несколькими соображениями: во-первых, реализация такого события должна приводить к аварийной (чрезвычайной) ситуации (разрушению зданий, сооружений, гибели людей ...); во-вторых, это событие должно быть реальным (не противоречить законам природы), возможно, уже имевшим место в практике на рассматриваемых объектах; в-третьих, для такого исходного события необходимо иметь информацию о частоте его возникновения.

Возникновение и развитие опасных событий (аварий) на декларируемом объекте в общем виде можно представить следующим образом:

- происходит нарушение герметичности системы и неконтролируемый выход нефтепродукта;

- нефтепродукт выходит наружу, растекаясь по поверхности земли, воды, приводя к их загрязнению;

- в результате испарения образуется паровоздушное токсичное, взрывопожароопасное облако;

- распространяясь в атмосфере, пары нефтепродукта вызывают интоксикацию людей, животных, растений;

- случайный источник воспламенения приводит к взрыву паров с последующим развитием пожара разлития;

- на людей, животных, растения, здания и сооружения воздействует поражающие факторы взрыва (ударная волна, высокая температура) и пожара (повышенная температура, пламя и искры, токсичные продукты горения).

На декларируемом объекте неконтролируемый выход нефтепродукта теоретически может произойти в результате:

- физического износа оборудования и трубопроводов (срок эксплуатации);

- коррозионного повреждения оборудования и трубопроводов (старение и нарушение защиты);

- внешнего техногенного или природного воздействия на оборудование и трубопроводы (дефекты изготовления и монтажа, повреждение трубопроводов механизмами, несанкционированное действия людей, оползни и т.д.);

- отказа запорного оборудования;

- эксплуатационных ошибок персонала;

- несанкционированные действия людей.

Анализ статистических данных (Кузнецов Н.А. "Анализ отказов и

аварий стальных резервуарных конструкций". М.ЦНИИПСК, 1994 г. [68]) дает следующие значения частот аварий:

- резервуары- 1,1*10^-4 1/год;

- железнодорожные и автоцистерны - 10^-7-10^-5 и 10^-6-10^-4 соответственно;

- эстакады слива-налива - срыв шланга 10^-4-10^-4, обрыв трубы – 3*10^-7- 3*10^-4;

- технологические трубопроводы -2,5*10^-3.

При этом вероятности реализации основных видов разрушения выглядят следующим образом:

- коррозионное разрушение -2,4x10^-4;

- усталостные трещины - 6x10^-5.

Из первопричин аварий довольно вероятными являются отказы запорного оборудования (средняя интенсивность отказов задвижек, например, составляет - 8,4x10^-6 [68]), дефекты изготовления и монтажа, физический износ и старение.

На распространение нефтепродукта по поверхности земли влияет рельеф местности и нефтепродуктоемкость грунта. Распространение нефтепродукта по воде зависит, главным образом от подвижности воды, наличия растительности на его поверхности, наличия или отсутствия ветра.

Распространение паров нефтепродукта в атмосферном воздухе в основном связано с метеоусловиями и рельефом местности в зоне аварии.

Возможность воспламенения паров нефтепродукта определяется возможностью (вероятностью) нахождения в опасной зоне источника зажигания. Такими источниками на объекте могут быть: искры при проведении ремонтных работ; неисправность защиты электрооборудования; автотранспорт; разряды молнии, открытый огонь (курении, пожар на территории соседней с территорией объекта) и т.п.

Анализ отмеченных выше исходных событий аварийных ситуаций показывает, что при эксплуатации декларируемого объекта наиболее реальны следующие первопричины:

- разрушение резервуара в результате коррозии или механического повреждения (24%);

эксплуатационные ошибки (8%);

-  механические повреждения, включая нарушение герметичности запирающих устройств (28%);

-  несанкционированные действия персонала или посторонних лиц (36%);

природные явления (4%). Эти причины комплексны по видам своего воздействия, поскольку способны формировать факторы технического, санитарного и экологического риска больших масштабов. Поэтому ниже рассматриваются условия реализации именно этих исходных событий.

Определение сценариев возможных аварий

Концепция анализа риска заключается в построении множества сценариев возникновения и развития возможных аварий, с последующей оценкой частот реализации и определением масштабов последствий каждого из них.

Из этого множества выбираются наиболее вероятные или "наихудшие" варианты, которые представляют наибольший интерес при планировании действий в условиях чрезвычайных ситуаций на потенциально опасном объекте и разработке превентивных мер по защите персонала объекта и проживающего рядом населения.

Исходя из этих предпосылок и принимая во внимание результаты анализа, представленного в предыдущем разделе, для последующего рассмотрения выделяются следующие сценарии возможных аварий.

Сценарий №1

Взрыв паров бензина в резервуаре № 16 РВС-2000 при минимальном уровне налития, его разрушение и развитие пожара в пределах обвалования.

Сценарий №2

Перелив или частичная разгерметизация резервуара № 5 РВС-2000, с распределением нефтепродукта (автомобильный бензин) в пределах обвалования, образование взрывоопасной паровоздушной смеси с последующим объемным взрывом. Повреждение ближайших резервуаров, их разгерметизация и развитие пожара разлития.

Сценарий №3

Перелив или частичная разгерметизация резервуара № 4 РВС-2000, с распределением нефтепродукта (автомобильный бензин) в пределах обвалования, образование взрывоопасной паровоздушной смеси с последующим объемным взрывом. Повреждение ближайших резервуаров, их разгерметизация и развитие пожара разлития.

Сценарий №4

Разгерметизация резервуара № 6 РВС-2000, с распределением нефтепродукта (дизельное топливо) в пределах обвалования, образование взрывоопасной паровоздушной смеси с последующим объемным взрывом. Повреждение ближайших резервуаров, их разгерметизация и развитие пожара разлития.

Сценарий №5

Разгерметизация резервуара № 11 РВС-2000, с распределением нефтепродукта (дизельное топливо) с образованием гидродинамической волны, разрушение обвалования и растекание нефтепродукта по береговому склону в сторону реки Вятка, загрязнение грунта и водного бассейна. Образование взрывоопасной паровоздушной смеси с последующим объемным взрывом и развитием пожара разлития.

Сценарий №6

Авария на наливной эстакаде светлых нефтепродуктов или разгерметизация автоцистерны. Локальное возгорание от случайного источника, (статическое электричество при нарушении заземления наконечников шлангов или автомашины)

Сценарий №7

Разгерметизация трубопровода на речном причале. Растекание нефтепродукта по акватории реки Вятка. Загрязнение воды и берега. Воспламенение паров нефтепродукта с развитием пожара разлития.

Сценарий №8.

Перелив или частичная разгерметизация резервуара № 10 РВС-2000, с распределением нефтепродукта (автомобильный бензин) в пределах обвалования, образование взрывоопасной паровоздушной смеси с последующим объемным взрывом и развитием пожара разлития.

Оценка количества опасных веществ, способных участвовать в аварии

В основу расчета количества опасных веществ, способных участвовать в аварии, положены конкретные условия разгерметизации оборудования по соответствующим сценариям, описанным в п. 2.

Сценарий №1

Максимальное количество нефтепродуктов (бензин),способных участвовать в аварии по данному сценарию определяется исходя из условия минимального уровня жидкой фазы, равной 0,3 м ("мертвый остаток") и максимальной взрывоопасной концентрации, равной верхнему пределу воспламенения (ф_НКПв, %).

Исходные данные:

Тип резервуара - РВС-2000;

Диаметр резервуара - d=15м;

Высота резервуара - Н=12 м;

Коэффициент заполнения - \|/=0,9;

Плотность паров бензина -

Р = М/[V₀( 1 + 0,000367 t ₀)] [кг/м³];

Молекулярная масса - М=100 [кг/кмоль];

Мольный объем - V₀ = 22,413 [м³/кмолъ];

Температура нефтепродукта (берется максимально возможная температура воздуха для данного региона) – t₀=38°С;

 

m₁ = 0?01* V₀ * a_yrgd *p [ru|rvjkm]$

В результате расчета получено - m₁ = 455,6 кг.

Сценарии № 2, 3, 4 и 8.

В результате аварий по перечисленным сценариям количество нефтепродукта, вышедшее из разгерметизированного оборудования принимается равным максимальной загрузке резервуара (коэффициент заполнения \|/=0,9).

Расчеты дают следующие значения:

m'₂ = 1368000 кг.

m'_э = 1281600 кг.

m'₄ = 1467000 кг.

m^/₈= 1281600 кг.

Площадь разлива при этом по каждому из сценариев соответственно составит (согласно "Рекомендациям по обеспечению пожарной безопасности объектов нефтепродуктообеспечения, расположенных на селитебной территории") - F_2,3,4,8⁼ 9000 м².

В результате испарения нефтепродуктов в воздухе в течение часа (расчетное время т = 3600 сек) образуется облако паров в количестве - m_i = W* F* т [кг].

Давление насыщенных паров нефтепродуктов Р_н для расчета интенсивности испарения W принимаются по данным лабораторного анализа и соответственно равно:

Р_н2 = 59,85 кПа (бензин Аи-93),

Р_нз,8 =51,3 кПа (бензин А-76),

Р_н2 = 1,33 кПа (дизельное топливо).

Интенсивность испарения определяется по известной формуле [14, 15]:

W= 10^-6 n*Р_н * М⁰'⁵ [кг/м² с].

Здесь n - коэффициент, зависящий от подвижности воздуха. В данных расчетах принимается n = 1 (воздух неподвижен).

Полученные результаты расчетов количества паров нефтепродуктов, которые могут принять участие в аварии, представлены ниже (соответственно по сценариям № 2, 3, 4 и 8):

т₂ = 19391 кг.

т₃ = 16621 кг.

т₄ = 3110 кг.

т₈ — 16621 кг.

 

Сценарий № 5

При разгерметизации резервуара № 11 с разрушением его по образующей со стороны р. Вятка, образуется гидродинамическая волна, которая размывает обвалование и нефтепродукт (дизельное топливо) по береговому склону стекает в сторону реки. В соответствии с "Рекомендациями..." [23] площадь разлива в этом случае составит F= 21600 м Максимальное количество разлившейся горючей жидкости будет равно m'₅ — 1467000 кг.

Количество паров, образовавшихся в течение часа (3600с) составит m₈ = 1495 кг.

 

Сценарий № 6

На сливо-наливной автомобильной эстакаде выброс нефтепродукта на территорию нефтебазы возможен в результате нарушения герметичности шлангирующего устройства, перелива автоцистерны и т.п. Количество разлившегося нефтепродукта может составить m₆ = 1013 кг.

При площади разлива порядка 200 м² (в соответствии с рекомендациями НПБ107-97), в воздухе за расчетное время (3600с) может оказаться т₆ =359 кг нефтепродукта.

 

Сценарий № 7

В результате разгерметизации одного из трубопроводов, связывающих причал с резервуарным парком, в воду может попасть до 4000 кг нефтепродукта (см. п. 2.1.2.4). Площадь разлива по водной поверхности, с учетом применения боновых заграждений, составит F = 789 м² .

Возможное количество паров при этом (учитывая уже приведенные формулы) составит т₇= 1700 кг.

Оценка риска аварий и чрезвычайных ситуаций

Определение возможных последствий аварий и чрезвычайных ситуаций с учетом их вероятности

На настоящий момент, методические принципы, общие требования к процедуре и оформлению результатов анализа риска аварий на промышленных объектах, определяются РД 08-120-96 "Методические указания по проведению анализа риска опасных промышленных объектов", разработанные НТЦ "Промышленная безопасность" [51].

Согласно этому документу оценка риска аварий и чрезвычайных ситуаций включает в себя:

-анализ частоты аварий (вероятность возникновения);

-анализ последствий (масштабов аварий);

-Для анализа и оценки частоты аварий авторы "Методических указаний..." выделяют следующие, используемые в практике, подходы:

-использование статистических данных по аварийности и надежности технологических систем соответствующего типа объектов;

-использование логических методов анализа "деревьев событий" или "деревьев отказов";

-экспертная оценка путем учета мнения специалистов в данной области.

Вследствие недостатка статистических данных, наиболее приемлемым является метод экспертных оценок с использованием известных статистических данных.

Реализация описанных выше сценариев может привести, в первую очередь, к затоплению нефтепродуктами части территории нефтебазы и акватории реки Вятка.

Анализ статистических данных Центра управления в кризисных ситуациях (ЦУКС) МЧС России по аварийности на пожаровзрывоопасных объектах позволяет ориентировочно оценить частоту исходных событий таких аварий.

Описанные разливы нефти опасны не только замазучиванием территории и окружающей среды, но и возможностью взрыва и пожара, поскольку пары нефти могут воспламениться от случайного источника.

По опубликованным данным частота аварий резервуаров, характеризующихся разлитием нефтепродукта с последующим возникновением пожара, не превышает 10^-5 – 10^-6 в год [68].

Взрывы парогазовых облаков, образовавшихся при испарении нефтепродуктов с поверхности разлива, характеризующихся возникновением ударной волны, по тем же данным также не превышает по частоте величину 10^-5 в год.

По классификации РД 08-120-96 такие события в целом можно охарактеризовать как "редкие".

Первопричинами этих событий могут быть, как уже отмечалось: коррозия металла резервуаров и трубопроводов, механическое повреждение резервуаров или трубопроводов (техногенного или природного характера - прямое воздействие на элементы конструкций инструментом или транспортными средствами, размыв или смещение грунта), нарушение герметичности фланцевых соединений, разрушение запорной арматуры, обрыв гибких шлангов, неисправность систем контроля за уровнем наполнения резервуаров, ошибки персонала (отсутствие контроля в процессе слива-налива, неправильная последовательность открытия/закрытия запорной арматуры и другие нарушения правил ведения работ с пожаровзрывоопасными жидкостями), несанкционированный доступ посторонних граждан к сооружениям объекта (например, к трубопроводам между причалом и резервуарным парком) и преднамеренное нарушение их целостности с целью незаконного приобретения нефтепродукта.

Оценка величины возможного ущерба физическим и юридическим лицам в случае аварии на нефтебазе

Ущерб, возможный в результате аварийных разливов нефтепродукта, помимо описанного в п. 2.2.3.3, включает в себя и экономическую составляющую, состоящую из 3-х основных компонентов: загрязнение земель, загрязнение водных объектов и загрязнение атмосферы.

Для оценки возможного ущерба, причиненного окружающей природной среде можно воспользоваться методикой "Оценка эколого-экономического ущерба от загрязнения окружающей среды нефтепродуктами при пожарах и авариях" [66].

Расчет ущерба от загрязнения водных объектов при аварийных разливах выполняется по формуле:

У_в = К_а К_эⁿ У_удⁿ m_i (1/ПДКв) (руб);

Ущерб от загрязнения почвы определяется по формуле:

У_п= К_аК_э^пУ_уд^пm_i (руб);

Ущерб от загрязнения атмосферного воздуха выполняется по формуле:

У_А = К_а К_э^А У_уд^А m_i (1/ПДК_А) (руб);

В этих формулах:

К_а - коэффициент аварийности выброса, К_а =10;

К_э^в- коэффициент экологической ситуации и экологической значимости водных объектов (К_э^в = 1,35);

К_э " - коэффициент экологической ситуации и экологической значимости территории (для РТ К_э^в = 1,9);

К_Э^А- коэффициент экологической ситуации и экологической значимости состояния атмосферы (для РТ К_э^А = 1,9);

У_уд ^в -базовый норматив платы за попадание загрязнителя в водоем (У_уд^в = 221750 руб/т в ценах 1997 г.);

У_уд^п-базовый норматив платы за попадание загрязнителя в почву;

У_уд^а-базовый норматив платы за попадание загрязнителя в атмосферу (У_уд^а = 693 руб/т в ценах 1997 г.);

m_i - количество нефтепродукта, поступившего в окружающую природную среду в результате аварии (см. п. 2.3.2.4.).

Для водоемов в расчет принимается количество нефтепродукта, оставшегося в водоеме после его сбора (принимается 10% от разлившейся массы);

ПДК_В и ПДК_А - соответственно предельно-допустимые концентрации нефтепродуктов в воде и атмосфере, мг/м ;

Учитывая незначительные остаточные количества нефтепродуктов в водном бассейне р. Вятка, а также отсутствие участков почвы загрязненных нефтепродуктами за пределами нефтебазы, общий ущерб окружающей природной среде считаем по выбросам в атмосферу.

При этом, кроме загрязнения атмосферы парами нефтепродуктов, в расчет принимаются загрязнения от продуктов их сгорания:

 

У'_A-У_уд^A бf A_i m_i ,

где, У'_A -ущерб от загрязнения атмосферы продуктами горения, руб;

б- безразмерная величина, учитывающая характер

использования территории суши, б= 1;

f - безразмерная величина, учитывающая характер рассеивания загрязнителей в атмосфере,f = 1;

А_i= (60/ПДК_сс*ПДК_рз)²*L_iB _i

 

ПДК_cc - среднесуточная предельно-допустимая концентрация загрязняющего компонента в атмосферном воздухе, мг/м ;

ПДК _p3 - среднесуточная предельно-допустимая концентрация загрязняющего компонента в воздухе рабочей зоны, мг/м²;

L_i- поправка, учитывающая вероятность накопления исходных или вторичных загрязнителей в окружающей среде;

В_i - поправка, учитывающая воздействие загрязнителей на различные живые организмы помимо человека.

Продолжительность ликвидации аварий при расчете массы поступивших в атмосферу загрязнителей, согласно [66], принимается 6 часов.

Таблица 6

Результаты расчетов сведены

Показатель				№ сценариев
	1	2	3	4	5	6	1	8
УA (руб*10-3)	-	197,1	178,6	95,5	101,6	5,1	67,4	178,6
УA (руб*10-3)	-	12730	12730	11785	13427	874	2846	12730

Возможный ущерб физическим лицам может быть определен в соответствии с "Правилами возмещения работодателями вреда, причиненного работникам увечьем, профессиональным заболеванием, либо иным повреждением здоровья, связанными с исполнением ими трудовых обязанностей", утв. Постановлением Верховного совета Российской Федерации от 24.12.92 г. № 4214-1 (в редакции от 24.11.95г.) [69].

Выводы

Основные результаты анализа опасностей и риска

Как уже отмечалось (раздел 2.3.2.), частота аварий (пожаров/взрывов) резервуаров в среднем составляет 1,1x10^-4 случаев в год.

При этом частота разрушений отдельных конкретных видов оборудования или их элементов распределяется следующим образом:

-  коррозионное разрушение резервуара со стационарной крышей -1,09х10^-4;

-  аварии резервуаров с понтоном - 1,95x10^-4;

-  полное раскрытие резервуара - 1,876x10^-5 ;

-  частота пожаров, относящаяся ко всей площади резервуарного парка- 1x10^-6 .

-  Вероятности реализации основных видов разрушения, согласно статистическим данным, выглядят следующим образом:

-  коррозионное разрушение-2,4x10^-4 ;

-  усталостные трещины - 6x10^-5;

Из приведенных первопричин аварий довольно вероятными являются отказы запорного оборудования (средняя интенсивность отказов применяемых задвижек, например, составляет - 8,4x10^-6), дефекты изготовления и монтажа, физический износ и старение.

Эти причины комплексны по видам своего воздействия, поскольку способны формировать факторы технического, санитарного и экологического риска.

Из анализа опасностей и риска ясно, что при нормальном режиме эксплуатации оборудования, соблюдении технологии, заданных параметров и грамотном обслуживании, добросовестном отношении персонала аварии и отказы на данном объекте маловероятны.

Тем не менее, расположение АО "Мамадышнефтепродукт" в населенном пункте создает угрозу обслуживающему персоналу и проживающему рядом населению.

Кроме того, описанные аварии представляют серьезную экологическую опасность.

Масштабы возможных аварий, в соответствии с классификацией чрезвычайных ситуаций (утвержденной постановлением Правительства Российской Федерации от 13.09.96 г., № 1094 "Положение о классификации чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера") можно характеризовать как локальные и местные.

В соответствии с видами Ч.С. предусмотрены и соответствующие силы и средства по их ликвидации, разработаны планы по оповещению и вводу в действие этих сил.

Перечень разработанных мер по уменьшению риска аварий

На АО "Мамадышнефтепродукт" в соответствии с разработанным планом постоянно проводятся следующие организационно-технические меры, направленные на уменьшение риска аварий:

-  проверка знаний ИТР и обслуживающего персонала;

-  проведение периодических инструктажей рабочих;

-  направление ИТР и рабочих на курсы повышения квалификации; техническое обслуживание и ремонт оборудования;

-  замена морально и физически устаревшего оборудования; приобретение современных приборов контроля, сигнализации;

-  проведение работ повышенной опасности (ремонтных, газоопасных

-  и огневых), выполняемых на взрывоопасных, взрывопожароопасных, пожароопасных объектах с оформлением наряд-допуска;

-  проведение УТЗ;

-  подготовка и содержание в исправном состоянии техники и инструментов для локализации и ликвидации чрезвычайных ситуаций;

-  увеличение площади асфальтовых покрытий;

-  ремонт и повышение пропускной способности дренажной системы;

-  укрепление обвалования резервуарных парков;

-  обработка горючих строительных конструкций специальными составами, повышающими их огнестойкость;

-  использование только сертифицированных материалов, приспособлений, оборудования при выполнении ремонтных и восстановительных работ.

нефтепродукт технология чрезвычайный защита