книги из ГПНТБ / Брейман, М. И. Инженерные решения по технике безопасности в пожаро- и взрывоопасных производствах

Водоснабжение

Ответственную роль в обеспечении надежности и безопасности

эксплуатации пожаро- и взрывоопасных производств играет во­

доснабжение. Снижение или прекращение подачи воды на дефлег­

маторы и холодильники ректификационных агрегатов приводит к

повышению давления в них, отчего в отдельных случаях возмож­

ны-крупные аварии. Из-за повышения давления срабатывают пре­

дохранительные клапаны и разрывные мембраны, что вызывает

загазованность территории.

Нарушение нормального водоснабжения технологических це­

хов происходит вследствие внутрипроизводственных неполадок,

а также из-за аварий на водозаборных сооружениях. О последст­

виях аварии на водозаборных сооружениях подробно сообщается

в работе Μ. И. Бреймана и Д. Е. Гражданова [8]. Здесь приводит­

ся только краткая информация о ней.

Промышленный комплекс, состоящий из ряда предприятий,

обеспечивался производственной и пожаро-хозяйственной водой по

следующей схеме: на водохранилище были сооружены два водоза­

бора и соответственно две насосные станции первого подъема. Во­ да производственного назначения насосами первого подъема пода­ валась на второй подъем и далее от насосов второго подъема

поступала в системы оборотного водоснабжения заводов промыш­

ленного комплекса и непосредственно мелким водопотребителям. Вода пожаро-хозяйственного назначения насосами первого подъ­ ема подавалась на очистные сооружения и затем на второй подъ­

ем, насосами которого перекачивалась на третий подъем, а из него подавалась предприятиям промышленного комплекса, теплоэлект­ роцентрали и жилому массиву. Водозаборы производственного и пожаро-хозяйственного назначения были выполнены в виде ого­ ловков руслового типа, из которых вода самотеком по трубам по­ ступала в приемные камеры насосных станций первого подъема.

При проектировании водозаборных сооружений допустили про­ счет в решении вопроса защиты оголовков от забивки донным льдом и шугой. Вся защита оголовков в проекте сводилась к по­ крытию решеток водоприемников гидрофобной изоляцией против обледенения.

ственного и пожаро-хозяйственного водоснабжения. Промышленные предприятия комплекса, которые располагали

собственным оборотным водоснабжением, имели возможность не­ которое время использовать запасы воды, находящиеся в чашах градирен. Другие предприятия, получавшие производственную во­ ду непосредственно со второго подъема, внезапно остались без во-

ДЬК в частности, в таком положении оказались азотно-кислород­

ный завод и компрессорная станция, подающая воздух для систе-

40

мы КИП и для технологических целей. Как известно, при

остановке технологических установок, в особенности при аварий­

ной остановке, расход азота и воздуха резко возрастает. Посколь­

ку в результате аварийного останова азотно-кислородного завода

и воздухокомпрессорной станции подача азота и воздуха прекра­

тилась, весь их запас быстро иссяк.

Аварийный останов крупных ректификационных агрегатов

вследствие большой тепловой их инерции продолжается длитель­ ное время. Прекращение подачи воды на дефлегматоры и холо­ дильники ректификационных агрегатов приводит к завышению давления в них и к срабатыванию предохранительных клапанов и,

как следствие этого, к загазовыванию территории предприятия. По условиям безопасности производства, с целью предотвраще­

ния образования взрывоопасных перекисных соединений, на нефте-,

химических производствах предусматриваются схемы так называ­ емого «азотного дыхания». Такие схемы исключают контакт про­ дуктов с воздухом. Прекращение подачи азота сразу нарушило действие схем «азотного дыхания». Из-за отсутствия азота невоз­ можно было освободить аппараты и трубопроводы от застывающих

и замерзающих пожаро- и взрывоопасных продуктов.

Аварийный останов некоторых агрегатов, в силу присущей им специфики, продолжается длительное время, с расходованием азо­ та и воды. Например, продолжительность останова блока катали­ тического дегидрирования изобутана длится не менее 8 ч и про­ исходит в такой последовательности:

прекращается подача изобутана в систему; система продувается азотом до удаления углеводородов;

по достижении заданного содержания углеводородов в проду­

вочном азоте реакторная система продувается воздухом; осуществляется охлаждение катализатора путем циркуляции

его в системе;

производится выгрузка охлажденного катализатора в бункер

пневмотранспортом.

В рассматриваемом случае при продувке реактора был израс­ ходован почти весь запас азота. Для выполнения последующих

операций останова должен работать воздухонагнетатель, подшип­

ники и смазочное масло которого охлаждаются водой из системы пожаро-хозяйственного водопровода. В данной аварийной ситуа­

ции пришлось заменить эту воду водой из системы производствен­

ного водопровода путем устройства перемычки. Но и это не поз­

волило охладить до установленной температуры циркулирующий в

системе дегидрирования катализатор, так как вскоре израсходо­

вался весь запас производственной воды в чашах градирен. При выгрузке недостаточно охлажденного катализатора были дефор­

мированы продуктопроводы и бункер.

Для сохранения неприкосновенного запаса воды для пожаро­

тушения вынуждены были прекратить ее подачу на хозяйственно­ бытовые нужды.

41

C прекращением подачи сжатого воздуха ііёрестали работать

контрольно-измерительные приборы, средства автоматики, сигна­ лизации и блокировки, а также дистанционное управление запор­

ной и регулирующей арматурой.

Здесь нет возможности описать все трудности, возникшие на промышленных предприятиях и в городе при сложившейся ава­

рийной ситуации в системе водоснабжения.

Проектировщиками и эксплуатационниками впоследствии были выполнены мероприятия по повышению надежности работы систе­

мы водоснабжения. Параллельно с этим была проделана большая

работа по обеспечению условий аварийного останова производст­ венных участков в условиях внезапного прекращения подачи воды. В частности, на азотно-кислородном заводе и воздухо-компрессор­ ной построили оборотную систему водоснабжения; на пожаро- и

взрывоопасных производствах смонтировали емкости для аварий­ ного запаса сжатого воздуха; нарастили мощности по производст­ ву азота и увеличили аварийный запас азота.

Особое внимание было уделено предупреждению завышения давления в ректификационных агрегатах при прекращении подачи воды в дефлегматоры и холодильники. Отметим, что аварийная ситуация может сложиться даже при наличии оборотного водо­ снабжения в случае останова питательных насосов или при пере­ крытии запорной арматуры, когда в ней отрываются плашки. В этом случае необходимо, прежде всего, как можно быстрее пре­ кратить подачу теплоносителя в подогреватели сырья и кипятиль­ ники. Оператор, находящийся в помещении операторной, по при­

борам и сигнализаторам должен установить момент прекращения

поступления воды, после чего подойти к месту расположения за­

порной арматуры теплоносителя и закрыть ее.

Практически в зависимости от опытности обслуживающего пер­

сонала, площади рабочего места, планировки цеха и размеров за­ порной арматуры на эти операции требуется 7—10 мин. За такой промежуток времени при отсутствии подачи воды возможно опас­ ное завышение давления в системе и, следовательно, срабатыва­ ние предохранительных клапанов, установленных на ректифика­ ционных агрегатах.

После неоднократных аварии подобного типа на крупнотоннаж­ ных ректификационных агрегатах .вынуждены были применять схемы блокировки, отключающей подачу теплоносителя в кипя­ тильники при прекращении поступления воды в дефлегматоры и

холодильники. Сущность схемы блокировки состоит в том, что на трубопроводе подачи теплоносителя дополнительно устанавливает­

ся в открытом состоянии задвижка C электроприводом, которая

закрывается при прекращении потока производственной воды, по­

даваемой на дефлегматор. Импульсом, вызывающим закрытие за­

движки, может служить изменение давления в напорном трубо­

проводе или изменение расхода воды, подаваемой на дефлегматор

Следует отдать предпочтение второму варианту. При использова-

42

нии в качестве импульса давления в напорном водопроводе блоки­ ровка не сработает, если в запорной арматуре, установленной на

трубопроводе после дефлегматора, упадут плашки.

При наличии на производстве независимого и надежного запа­ са сжатого воздуха задвижки с электроприводом в схеме блоки­

ровки могут быть заменены пневмоотсекателями.

Защита технологического оборудования от опасного повышения

давления, исключение стравливания горючих газов в атмосферу, снижение загрязнения водоемов определяются в значительной ме­ ре эффективностью системы производственного водоснабжения.

Повышение эффективности производственного водоснабжения в значительной степени решается внедрением системы оборотного водоснабжения. Эта система позволяет стабилизировать темпера­

турный режим и солесодержание воды, подаваемой в технологи­

ческие аппараты, резко сократить водопотребление и соответствен­

но загрязнение водоемов, упростить задачу борьбы с коррозией оборудования. '

Значительное сокращение водопотребления достигается при внедрении аппаратов воздушного охлаждения. Например, уста­ новка на заводах Министерства нефтеперерабатывающей и нефте­

химической промышленности 750 аппаратов воздушного охлажде­

ния обеспечила сокращение расхода воды на 112,5 тыс. м3/ч, что

составляет 12% от водопотребления.

В настоящее время на новых и реконструированных нефтепере­ рабатывающих заводах и на отдельных нефтехимических предпри­

ятиях использование воды в обороте составляет 95—98%. Стало

реальным проектировать и строить нефтеперерабатывающие заво­

ды без сброса стоков в водоемы. Увеличение количества воды в

обороте является в настоящее время основным направлением ох­

раны водоемов от загрязнений для всех отраслей промышленности.

Электроснабжение

Непременным условием безопасной эксплуатации пожаро- и

взрывоопасных производств является надежность системы элетро-

снабжения. О последствиях просчетов, допущенных при проекти­

ровании и строительстве системы электроснабжения крупного

промышленного комплекса, можно судить по описанной ниже ава­ рии.

На рис. 1.14, а показана принципиальная схема электроснаб­

жения одного промышленного комплекса, включающего нефтехи­

мические и химические предприятия. Все предприятия снабжались

электроэнергией от -ГРУ*6кВ теплоэлектроцентрали. Завод синте­

тического каучука питался электроэнергией от ГРУ шестью ка­

бельными линиями, четыре из которых были проложены в южном

кабельном тоннеле (на территории завода — в канале) к *-PΠ3 и

* ГРУ— Головное распределительное устройство.

43

PII-4, а две кабельные линии —в северном тоннеле к РП-1; каж­

дое РП имело по две секции, подключенные для питания' с разных

секций ТЭЦ.

Однажды в северном кабельном тоннеле произошел пожар, ко­ торый распространился в ГРУ. Сгорело 26 кабелей общей проти-

Рис. 1.14. Принципиальная схема электроснабжения промышленного комплекса:

а —до аварии; б — после реконструкции; / — первый кабельный ввод; 2 — второй кабельный

женностью 4,6 км. Все предприятия комплекса, получавшие элект­

роэнергию от ТЭЦ, сразу остались без электроэнергии. В резуль­

тате остановились электродвигатели, погасло электроосвещение,

прекратилась подача производственной и пожаро-хозяйственной

воды, воздуха, азота. Прекратилось трамвайное движение в горо­ де, прервалась телефонная связь и т. п.

Несмотря на то, что для ликвидации последствий аварии бы­

ли мобилизованы все силы, подачу электроэнергии на предприя­ тия удалось восстановить только в конце четвертых суток. Про­ мышленный комплекс простоял 92 ч. Эта крупная авария явилась

* РП — распределительный пункт.

44

следствием ошибок в проектировании электроснабжения промыш­

ленного комплекса. Прежде всего промышленный комплекс не был обеспечен резервным, независимым источником электроснабжения. Такая возможность в данном конкретном случае имелась, по­

скольку ЛЭП единой энергосистемы проходит в непосредственной

близости от промышленного комплекса. Неправильно была произ­ ведена раскладка кабелей: рабочие и резервные кабели от разных

секций ГРУ были проложены до РП завода в одном и том же

тоннеле. В тоннелях отсутствовала пожарная сигнализация. Тон­ нель не был секционирован на отсеки. Отсутствовали защитные

перегородки между кабелями разных вводов. Соединительные

муфты не имели кожухов.

На рис. 1.14, б приведена принципиальная схема электроснаб­

жения, выполненная после аварии. Кабели на разные секции PlI-I, РП-3 и на дополнительно построенную РП-19 проложены с ТЭЦ

по разным тоннелям и каналам. Между кабелями, лежащими на

соседних полках, проложены асбоцементные перегородки. На все

кабельные муфты надеты защитные кожухи. В кабельных тонне­ лях смонтирована пожарная сигнализация. Тоннели разделены на отсеки, оборудованные дверьми несгораемой конструкции. На РП-4 проложен третий кабельный ввод от вновь построенной на

соседнем предприятии главной понизительной подстанции (ГПП),

которая является вторым независимым источником электроснаб­

жения.

Для дальнейшего повышения надежности электроснабжения

завода запроектированы третьи кабельные вводы от дополнитель­

электроснабжения по группе нефтеперерабатывающих предприя­ тий Сибири, Урала и Средней Азии. Полученные данные показы­ вают, что наибольший параметр потока отказов (удельная повреждаемость) приходится на автоматический ввод резерва (ABP) в системе напряжения 6 кВ. Средний показатель по это­

му параметру составляет 0,24 (из четырех случаев — один отказ).

Это недопустимо, так как ABP является основным техническим

средством, повышающим надежность системы электроснабжения.

Если учитывать, что все виды автоматики и релейной защиты

обслуживает один и тот же персонал и типовая схема ABP со­

ставлена из тех же элементов, что и схемы релейных защит, то

можно утверждать, что существующая схема ABP на 6 кВ имеет

конструктивные и схемные недостатки, а обслуживающий персо­

нал, видимо, уделял мало внимания весьма ответственному узлу автоматики. В. И. Старостин [9] считает, что наиболее правиль­

ным является внедрение ABP на полупроводниковых элементах.

45

На рис. 1.15 показана динамика изменения удельной поврежда­

емости (отказов) элементов электроснабжения за семь лет. Здесь

на оси ординат отложены удельные повреждаемости, которые по­

лучаются делением числа отказов на число элементов (длина ка беля в км). Из графика следует, что повреждаемость кабельных

линий имеет тенденцию к стабилизации. Это достигается за счет улучшения качества разделок концевых и соединительных муфт,

выявления и замены вертикальных участков с высохшей изоляци-

---------более высокого испытательного напряжения, вве­ ей, применением

дением паспортов на кабели, более тщательным контролем за кабельны­

ми тросами и т. д.

Результаты обследования показы­ вают также, что недостаточно надеж­ но работают выключатели на 6 кВ.

Поэтому переход на соленоидные при­

воды, осуществляемый на многих неф­

так как при аварийном отключении электроэнергии, как правило,

создается аварийная ситуация. При этом не только останавлива­

ется технологический процесс, но и завышается давление в аппа­

ратах, происходит стравливание пожароопасных продуктов в ат­

мосферу и т. п. Вследствие отключения вентиляции в производст­ венных помещениях возможно образование взрывных концентраций.

О последствиях аварийного отключения электроэнергии можно судить по аварии, происшедшей в цехе получения диметилдиокса­

на в производстве изопрена.

Электроснабжение этого цеха осуществлялось от одного фидера.

При прекращении подачи электроэнергии во избежание раз­ мораживания аппаратов и коммуникаций они должны немедлен­

но освобождаться от продукта. Участок трубопровода концентри­

рованного формалина от емкости, установленной на открытой пло­

щадке, до насоса, расположенного в производственном помещении,

не имел устройства для освобождения. Однажды при прекраще­

нии подачи электроэнергии руководством цеха было принято ре­

шение промыть этот трубопровод разбавленным формалином из реактора обратным ходом, для чего на воздушке емкости устано­

вили заглушку. По окончании промывки трубопровода ее забыли

46

снять. При освобождении других аппаратов от продуктов в про­ изводственных помещениях и на лестничной клетке образовалась

загазованность пожаро- и взрывоопасными веществами. Вентиля­

ция из-за отсутствия электроэнергии не работала. Естественное

проветривание помещений не происходило, так как оконные прое­

мы были заполнены стеклоблоками. При появлении импульса ог­ ня произошел взрыв. В результате обрушились стены лестничной клетки и прилегающих к ней помещений по всей высоте цеха. Из

оконных проемов вылетели стеклоблоки. В отделении цеха были разрушены несущие строительные конструкции и перекрытия вто­ рого и третьего этажей. Обрушилась также металлическая этажер­

ка наружной установки. Емкость с формалином, установленная у цеха, была разорвана и завалена строительными конструкция­

ми, обломками железобетонных плит, стеклоблоков, кирпича. Дни­ ще емкости и часть оторванного корпуса при взрыве оказались

отброшенными на противоположную сторону цеха и пробили сте­

ну другого цеха, расположенного на расстоянии около 50 м.

Крышка люка и РУКЦ емкости найдены в удалении от цеха до

100 м. По свидетельству обслуживающего персонала цеха слыш­ ны были два взрыва, один за другим. Второй взрыв, по заключе­

нию экспертов, произошел при деформации емкости от падающих

на ней строительных конструкций из-за невозможности выхода га­

зов через отглушенную воздушку. Производство простояло свы­

ше 15 дней.

Можно предполагать, что если бы оконные проемы имели

обыкновенное остекление, последствия аварии при равных услови­

ях были бы значительно меньшими. Заполнение оконных проемов

стеклоблоками было сделано в процессе освоения производства в целях предотвращения попадания в производственные помещения пожаро- и взрывоопасных веществ от наружных установок, рас­

положенных C двух сторон производственного здания. '

Этот пример и примеры других аварий, описанных в техни­ ческой литературе, убедительно подтверждают необходимость по­

вышения надежности электроснабжения пожаро- и взрывоопас­

ных производств.

В обзоре В. И. Старостина [9] дается анализ повреждаемости

электрооборудования и кабельных ЛЭП напряжением 6 кВ по ма­

териалам, полученным в результате обследований 13 предприя­

тий нефтепереработки и нефтехимии.

В табл. 1.5. приведены материалы, характеризующие распре­

деление отказов по видам электрооборудования и повреждаемость каждого вида оборудования за период наблюдения, выраженные

в % отношении числа отказов к общему числу наблюдаемого обо­

рудования.

В табл. 1.6 указывается классификация отказов по причинам их

возникновения.

Повреждаемость кабельных линий (см. табл. 1.5) составляет

58% всех повреждений в электротехнических установках. Из об-

47

Таблица 1.5. Распределение отказов по видам электрооборудования

щего числа повреждений 30% связано с недостатками в изготов­

лении и укладке кабельных линий (заводы, производящие кабели,

и строительно-монтажные организации), 23% приходится на отка­ зы из-за механических повреждений кабелей землеройными ма­

шинами и транспортом, остальные отказы — 47% связаны с фак­

торами эксплуатационного характера.

Анализ повреждаемости отдельных элементов распредели­ тельных устройств на 6 кВ показывает, что наибольшее число от­

казов в ячейках связано с повреждением масляных выключателей (62,5%) и разъединителей (23,2%). ■

48

Относительное число отказов по причине «Упущения эксплуа­

тационных служб» (см. табл. 1.6) составляет 39,2%. Следует

отметить, что значительное число отказов по этой причине происхо­

дит не только из-за упущений персонала: зачастую конструктив­

ные недостатки оборудования не позволяют своевременно и каче­

ственно устранять повреждения; не всегда энергетические служ­

бы имеют возможность провести профилактические мероприятия;

ощущается недостаток в квалифицированных электриках, не хва­ тает запасных частей.

В строке «внешние воздействия» приведены отказы от внешних

коротких замыканий, перенапряжения, от случаев попадания жи­

вотных на токоведущие части и т. п. В эту графу попали также от­ казы кабельных линий, связанные с воздействием агрессивных ве­ ществ, проникающих в кабельные траншеи.

Для снижения числа отказов в электротехнических установках

на предприятиях нефтеперерабатывающей и нефтехимической про­

мышленности необходимо осуществить ряд технических и органи­

зационных мероприятий, подробно изложенных в работе Г. В. Ка­

саткина [10].

Снабжение сжатым воздухом

Безопасность эксплуатации пожаро- и взрывоопасных предпри­

ятий в значительной степени зависит от надежности обеспечения воздухом контрольно-измерительных приборов и средств автомати­

ческого регулирования. Для этой цели нормативными материала­ ми [11] предусматривается строительство специальных установок и отдельных сетей сжатого воздуха или азота. Сети сжатого воз­

духа (азота) должны иметь буферные емкости, обеспечивающие

запас сжатого воздуха для работы приборов автоматического ре­ гулирования в течение не менее 1 ч. Воздух для нужд КИП дол­

жен быть очищен от масла и осушен от влаги. Точка росы осу­ шенного воздуха при хранении и транспортировании его под дав­ лением 6 кгс/см2 должна быть не выше — 40 °С.

Необходимо постоянно контролировать наличие воздуха в бу­

ферных емкостях. К чему приводит пренебрежение этими требова­

ниями видно из аварии, происшедшей на одном пожаро- и взрыво­

опасном производстве. Причиной аварии явилось внезапное пре­ кращение подачи сжатого воздуха для контрольно-измерительных приборов и автоматики с компрессорной станции. На центральном!

щите управления установки сработала световая и звуковая сигна­ лизация, извещающая о падении давления воздуха в буферных ем­

костях. Однако обслуживающий персонал не придал этим сигна­

лам должного внимания и продолжал вести процесс по нормаль­

ной схеме, при этом исчерпался аварийный запас воздуха в буферной емкости. Падение давления сжатого воздуха было заме­

чено после того, как воздух из буфера был почти полностью из­

расходован и практически была нарушена нормальная работа при-