бжд. Практикум Издательство Иркутского государственного технического университета 2015
 Скачать 2.74 Mb.
|
|
Таблица 1.4 Факторы аварийности магистральных нефтепроводов № группы Наименование группы факторов Доля группы, % 1 Внешние антропогенные воздействия 20 2 Подземная коррозия 2 3 Атмосферная коррозия 2 4 Внутренняя коррозия 20 5 Качество производства труб и оборудования 15 6 Качество строительно-монтажных работ 15 7 Качество и сроки испытаний 5 8 Конструктивно-технологические факторы 5 9 Природные воздействия 10 10 Эксплуатационные факторы 6 Наряду с возможными причинами разрушений, присущими линей- ной части наземных участков, подводные трубопроводы подвержены осо- бым видам воздействия, приводящим к повреждению трубопроводов и утечке нефтепродуктов: – волновые нагрузки и подводные течения; – ветровые воздействия; – ледовые нагрузки; – перемещение водного грунта; – электрохимическая активность водной среды; – воздействие судов и механизмов в зоне расположения трубопровода. Рассмотренные причины можно объединить в 2 группы: 34 – внешние – связанные с производственно-хозяйственной деятельно- стью человека: судоходство, рыболовство, производство земляных работ в районе прокладки трубопровода; – внутренние –обусловленные природными условиями: переформи- рованием дна водоема, эрозиями, оползнями, стихийными бедствиями (землетрясениями, ураганами, штормами). Наиболее характерной причиной отказов подводных трубопроводов, обусловленной природными условиями, является оголение трубопровода в результате переформирования ложа водоема. При этом, как показывает опыт эксплуатации, разрушение размытого трубопровода практически неизбежно. В то же время, повреждение трубопроводов в процессе производ- ственно-хозяйственной деятельности является одной из наиболее частых причин их отказов. При прохождении донного трала над незаглубленным трубопроводом наблюдается трение канатов и трала о трубопровод, а так- же удары направляющими башками. Кроме того, большую опасность представляют повреждения трубопровода при ударе и зацеплении якорями судов, приводящие к нарушению бетонного покрытия, образованию вмя- тин на теле труб или их разрыву. Характер повреждения трубопровода якорями в существенной мере зависит от диаметра трубы и толщины бе- тонного покрытия. При прочих равных условиях, в случае удара или за- цепления якорем трубопровода большого диаметра чаще имеет место по- вреждение утяжеляющего покрытия и вмятин стенок трубы. Для трубо- проводов небольших диаметров при таких ударах и зацеплениях более характерны разрывы. Внутренние причины отказов обусловлены различными процессами, происходящими в самом трубопроводе. К ним относятся: – коррозионные процессы на внутренней стороне труб; – динамические процессы в материале стенок; – гидравлические процессы, сопровождающиеся возникновением волн давления, при изменении режимов работы трубопровода. При наличии потенциально опасных мест, таких как: дефектные участки сварных швов, усталостные трещины стенок и коррозионные по- вреждения, возможно разрушение стен трубопровода в этих местах. При- чем в начальные моменты времени эти повреждения проявляются в виде небольших трещин и свищей. Затем, при продолжении перекачки, размеры повреждения увеличиваются и могут достичь величины, сопоставимой с диаметром трубы. Сценарии развития аварийных ситуаций При аварии на сухопутных участках нефтепровода, развитие аварий- ной ситуации может происходить по одному из двух наиболее вероятных сценариев: 35 1. Разлив нефти на поверхности земли и / или водных объектов без воспламенения нефти. Этот сценарий представляет опасность, главным образом, для природной среды. При этом непосредственная угроза жизни населения невелика, поскольку пары нефти обладают малой токсичностью и не могут привести к летальным последствиям даже при формировании зон с высокой концентрацией паров углеводородов в месте аварии. В то же время, косвенные последствия могут представлять определенную угрозу здоровью людей в результате загрязнения источников водоснабжения (как поверхностных, так и подземных), а также накопления токсичных компо- нентов в растительности и животных, употребляемых в пищу. 2. Разлив нефти на поверхности земли и / или водных объектов, сопровождающиеся пожаром на поверхности разлива. При этом сценарии угроза жизни населения возрастает в силу высокой токсичности продуктов горения нефти, поступающих в атмосферу, а также термического воздей- ствия пожара. Опасность загрязнения природной среды также высока, в особенности, при возникновении обширных пожаров на залесенных участ- ках трассы. Наиболее вероятные сценарии возникновения и развития аварийных ситуаций, связанные с разрушением подводных трубопроводов и утечкой нефти, могут быть представлены в виде последовательности следующих событий: – разгерметизация трубопровода в силу внешних или внутренних причин; – поступление нефти в водную среду. Основная опасность подобных аварий связана с загрязнением окру- жающей среды. Аварии подводных трубопроводов, сопровождающиеся поступлением нефти в водоем или водоток, оказывают негативное воздей- ствие на все компоненты природной среды: – атмосферный воздух, загрязняемый при испарении нефти с водной поверхности; – собственно водную среду, включая водную толщу и ложе водоема водотока; – живые организмы, населяющие загрязненную акваторию и приле- гающую территорию. В зависимости от масштабов загрязнения и потенциальных возмож- ностей водного объекта к самоочищению, последствия этих воздействий могут быть кратковременными и легко преодолимыми или иметь долго- временный характер. Резервуарные парки Причины аварийных ситуаций в резервуарных парках НПС связаны с разрушением (полным или частичным) резервуаров и пожарами в резер- вуарном парке. Вероятность разрушения резервуара формируется за счет действия различных факторов: 36 – механические и коррозионные повреждения; – дефекты конструкции и монтажа; – пожар в резервуарном парке; – активизация оползневых процессов, землетрясение, наводнение и другие стихийные бедствия. Причины возникновения пожара в резервуарных парках обусловле- ны образованием взрывоопасных концентраций паров углеводородов в са- мом резервуаре или на площадке обвалования и активизацией источника воспламенения (инициирования) взрывоопасной смеси. В свою очередь взрывоопасные концентрации создаются при: – выделении паров нефти в процессе больших и малых дыханий ре- зервуаров; – нерегламентированных утечках нефти из технологического обору- дования; – сбросе подтоварной воды, загрязненной нефтью из резервуаров; – утечках нефти из аварийных резервуаров и подводящих трубопро- водов; – разливах нефти при разрушении резервуаров. Сценарии развития аварийных ситуаций.Развитие аварийной ситуа- ции в резервуарных парках может происходить по одному из трех наибо- лее вероятных сценариев: 1. Разлив нефти в результате разрушения резервуара (ов) без воспла- менения нефти. Представляет наименьшую опасность для природной сре- ды и персонала, если нефть не растекается за пределы обвалования. При прорыве обвалования в результате гидродинамического воздействия выте- кающей нефти возможно загрязнение основных компонентов окружающей среды в значительных масштабах. 2. Пожар в резервуаре или обваловании. Возрастает угроза жизни персонала от токсичности продуктов горения, а также термического воз- действия пожара. Опасность загрязнения природной среды связана с за- грязнением атмосферы продуктами горения нефти. При разливе нефти за пределы обвалования опасность загрязнения окружающей среды и угроза населению увеличивается. 3. Взрыв паров углеводородов в резервуаре или обваловании, со- провождающийся горением нефти. Воздействие на окружающую среду и население имеет форму ударного воздействия, возникшего в результате взрыва. Аварии на автозаправочных станциях Технологическая схема работы автозаправочной станции (АЗС) со- стоит из трех стадий: 1. Стадия приема нефтепродуктов из бензовозов в подземные резер- вуары; 37 2. Стадия хранения нефтепродуктов в резервуарах до момента их пе- рекачивания через топливораздаточные колонки для заправки автотранс- портной техники; 3. Стадия заправки нефтепродуктами из подземных резервуаров ав- тотранспортной техники через топливораздаточные колонки. Наличие большого количества дизельного топлива и бензина в ем- костном оборудовании создает опасность возникновения пожара в резуль- тате утечки топлива и наличия источника воспламенения. При утечке топ- лива в технологические колодцы создается опасность образования взрыво- опасных концентраций топливно-воздушной смеси в технологических колодцах, что при наличии источника инициирования взрыва может обу- словить взрыв топливно-воздушной смеси в технологических колодцах и создать условия для дальнейшего развития аварии в подземных хранилищах. Бензины всех марок и некоторые виды дизтоплива относятся к лег- ковоспламеняющимся жидкостям (ЛВЖ), другие виды дизтоплива – к го- рючим жидкостям (ГЖ). К ЛВЖ относятся горючие жидкости с температурой вспышки па- ров, не превышающей 61°С. К ГЖ относятся нефтепродукты, температура вспышки паров кото- рых выше 61°С. Температурой вспышкиназывается наименьшая температура горю- чего вещества, при которой в условиях специальных испытаний над его поверхностью образуются пары или газы способные вспыхивать в воздухе от внешнего источника зажигания; устойчивого горения вещества при этом не возникает. Температурой воспламененияназывается наименьшая температура горючего вещества, при которой оно выделяет горючие пары или газы с такой скоростью, что после воспламенения их от внешнего источника за- жигания вещество устойчиво горит. Температурой самовоспламененияназывается наименьшая темпера- тура горючего вещества, при которой происходит резкое увеличение ско- рости экзотермической реакции, приводящее к возникновению пламенного горения. Температурными пределами воспламененияпаров в воздухе (нижний температурный предел воспламенения – НТПВ; верхний температурный предел воспламенения – ВТПВ) называются такие температуры вещества, при которых его насыщенные пары образуют концентрации, равные соот- ветственно нижнему или верхнему концентрационным пределам воспла- менения. Нижним пределом взрывоопасной концентрацииназывается такая концентрация паров нефтепродукта с воздухом, ниже которой смесь взры- ваться не будет. 38 Верхним пределом взрывоопасной концентрацииназывается такая концентрация паров нефтепродукта с воздухом, выше которой смесь взры- ваться не будет. Зона, лежащая в границах нижнего и верхнего пределов взрывоопас- ных концентраций смеси паров нефтепродуктов с воздухом, называется зоной взрываемости или пределом воспламенения. Сценарии возникновения и развития возможных аварий События, способные привести к возникновению аварии (нарушение герметичности технологической системы, выход опасного вещества в окружающее пространство) могут быть разделены на две основные группы: События 1-ой группы– события, которые могут привести к наруше- нию нормального технологического режима АЗС. Например: износ мате- риалов, деталей оборудования, крепежа, прокладок, сальников и т. д.; выход из строя средств защиты от статического электричества и вторичных прояв- лений молний; болезненное наркотическое состояние работника АЗС. События 2-ой группы– аварийные ситуации нарушения нормально- го технологического режима или состояния оборудования, приводящие к тому, что герметичность технологической системы может быть нарушена. Например: переполнение резервуаров, баков автотранспорта; эксплуатация негерметичного насоса топливораздаточной колонки; включение в работу негерметичных участков трубопровода; работы с искрящим инструментом и т. д. Для АЗС характерны следующие виды аварий: Пожар пролива – горение проливов жидких продуктов – диффузи- онное горение паров ЛВЖ и ГЖ в воздухе над поверхностью жидкости; Огненный шар – диффузионное горение плотных, слабо смешанных с воздухом парогазовых облаков с поверхности облака в открытом про- странстве; Взрыв – детонационное горение – сгорание предварительно переме- шанных газо- или паро-воздушных облаков со сверхзвуковыми скоростями в открытом пространстве или в замкнутом объеме; Хлопок – вспышка, волна пламени, сгорание предварительно пере- мешанных газо- или паро-воздушных облаков с дозвуковыми скоростями в открытом или замкнутом пространстве. Наибольшую опасность для людей и материальных ценностей пред- ставляют поражающие факторы взрыва и огненных шаров: – загорание автомобиля у топливораздаточной колонки; – взрыв бензобака автомобиля; – загорание топливораздаточной колонки; – загорание и взрыв бензовоза и хранилищ нефтепродуктов. 39 Горение – это сложный химический процесс, основой которого явля- ется быстро протекающая химическая реакция, сопровождающаяся выде- лением большого количества тепла и света. Скорость горения зависит от наличия горючего вещества и окисли- теля (кислорода воздуха), их определенной температуры и агрегатного со- стояния. Пары нефтепродуктов окисляются быстрее, чем жидкие нефтепро- дукты. Это связано с тем, что концентрация окислителя (кислорода) в па- рогазовой фазе значительно больше, чем у поверхности жидкой фазы и в жидкой фазе. Причины пожаров и взрывов 1. Открытый огонь:зажженная спичка, лампа, брошенный окурок сигареты у хранилищ, у заправочной станции, проведение ремонтных ра- бот с источником открытого огня; 2. Искра:выполнение работ стальным инструментом, из выхлопных труб машин, эксплуатация неисправного электрооборудования, всякая другая искра, независимо от природы ее происхождения; 3. Разряды статистического электричества: При определенных условиях налива нефтепродуктов в емкости (при увеличении скорости налива) заряды статистического электричества накапливаются быстрее, чем отводятся через заземление, так как бензин и дизельное топливо относятся к диэлектрикам с очень слабой проводимо- стью электрического тока. В таких случаях с увеличением уровня налива топлива в емкости напряжение статистического электричества будет воз- растать и может достигнуть такого значения, при котором в момент при- ближения свободной поверхности топлива к стенкам заливной горловины (при наполнении емкости свыше 90 % наполнения) вследствие разности потенциалов произойдет искровой разряд, способный вызвать воспламене- ние или взрыв смеси паров с воздухом и пожар. Так как давление в момент взрыва достигает 1470 кПа, а температура взрыва колеблется в пределах 1500–1800 °С может произойти разгерметизация сосуда. Это в свою оче- редь обусловит доступ кислорода в разгерметизированный сосуд, развитие пожара или образование огненного шара, дальнейшее развитие аварии. Плавающие на поверхности нефтепродуктов предметы могут нако- пить заряды статистического электричества и, приблизившись к стенке ре- зервуара, вызвать искровой разряд, который будет источником воспламе- нения смеси с воздухом. 4. Природные катаклизмы; 5. Опасность возникновения аварии и аварийной ситуации может возникнуть при вскрытии резервуаров для подготовки к проведению ре- монтных и технологических работ и при проведении ремонтных работ в резервуарах. При этом особую опасность представляют собой пирофорные 40 отложения железа,способные к самовоспламенению в присутствии кис- лорода воздуха при обычной температуре. Наиболее опасные пирофорные отложения в том случае, если они образовались под слоем нефтепродук- тов. Быстрое освобождение емкости от нефтепродуктов создает благоприятные условия для интенсивного взаимодействия этих отложений с кислородом паро-воздушной смеси. При этом пирофорные отложения могут разогреть- ся до температуры 500–700 °С и послужить источником воспламенения и загорания нефтепродуктов. Для предотвращения аварийной ситуации или аварии, вызываемой пирофорными отложениями, необходимо проводить своевременную зачистку резервуаров. Оценка поражающих факторов опасности АЗС К поражающим факторам при авариях на АЗС относятся: – поражающий фактор избыточного давления на фронте падающей ударной волны при взрывах; – интенсивность теплового излучения пожара пролива и огненных шаров; – воздействие токсичных продуктов горения. Каждый из перечисленных выше факторов характеризуется опреде- ленными параметрами. В частности, облучение тепловым излучением мо- жет оцениваться по интенсивности облучения (плотности теплового пото- ка), обычно выражаемой в кВт/м 2 , а также по количеству тепловой энер- гии, поступающей на единицу поверхности объекта за определенное время, которая, по сути, является тепловым импульсом. Степень травмирования (степень воздействия теплового излучения) зависит от интенсивности выделения тепла при пожаре (табл. 1.5), а также от расстояния, наличия преград на пути его распространения, включая и оптические неоднородности в атмосфере (аэрозоли, пыль и др.). Таблица 1.5 Поражение людей тепловым излучением Степень травмирования Интенсивность теплового излучения, кВт/м 2 Ожоги I степени 49 Ожоги II степени 27,4 Ожоги III степени 9,6 Болевой порог (болезненные ощущения на коже и слизистой оболочке) 1,4 Вторым поражающим фактором при взрывных превращениях топ- ливно-воздушной смеси является тепловое излучение из огневого шара. Расчет огневого шара подробно рассмотрен в практической работе 2. 41 Аварии в угольной промышленности Угольная промышленность России является одной из базовых отрас- лей народного хозяйства и представляет собой сложный производственно- технологический комплекс, включающий предприятия по добыче угля и сланца и их обогащению, угольное машиностроение, шахтное строитель- ство, научно-проектные организации. Подземные аварии – внезапное нарушение нормального состояния выработок, механизмов и состава рудничной атмосферы, в результате ко- торого создаётся угроза жизни людей, занятых на подземных работах. Шахтный воздух – это атмосферный воздух, который, проходя по выработкам, претерпевает определенные изменения: в нем понижается со- держание кислорода за счет увеличения содержания углекислого газа и азота, он насыщается ядовитыми и взрывчатыми газами (оксид углерода, сероводород, водород, сернистый ангидрид, оксиды азота, аммиак, хлор, метан). Кроме того, в нем содержится угольная и породная пыль. Изменя- ются также и физические свойства воздуха: влажность, температура, дав- ление и плотность. Из всех аварий на шахтах наиболее сложными и опасными являются взрывы метана и угольной пыли, в результате чего часто возникают пожа- ры, обрушения, завалы в горных выработках, отравления и другие тяжелые последствия. Основным мероприятием против скопления метана является венти- ляция, которая считается эффективной, если во всех действующих выра- ботках будет допустимая концентрация метана. Угольная пыль по многим параметрам является более опасным ве- ществом на шахте, чем метан, а именно: участие пыли в газо-воздушной метановой среде снижает порог взрываемости метана до 3–4 %. За счет участия пыли во взрыве метана повышается сила взрыва, часто на порядок по сравнению только метановоздушной смеси. При взрыве пыли или уча- стии ее во взрыве метана, как правило, часть пыли частично сгорает, по- этому образуется большой объем оксидов углерода и других токсичных га- зов высокой концентрации, что при взрыве не менее опасно для находя- щихся в шахте людей, чем ударная волна и фронт пламени. Число погибших от отравления бывает значительно больше, чем непосредственно от взрыва. Характерной особенностью взрывов метана и угольной пыли с ката- строфическими последствиями и гибелью людей является то обстоятель- ство, что взрывная ударная волна воздуха, фронт пламени по ходу движе- ния поднимают все дополнительные объемы пыли, взрывая или поджигая ее. В этом случае взрыв распространяется до 8–10 км от эпицентра, а про- дуктов его бывает достаточно, что бы заполнить все выработки крыла, го- ризонта шахты. Степень взрываемости пылевоздушной смесизависит от: 42 • размеров пылинок (дисперсность); • химического и минерального состава пыли (пыль, при содержании в ней негорючих компонентов от 60–70 % не взрывчата); • выхода летучих продуктов при нагреве количества летающей пыли (10–600 г/м 3 ); • наличия в атмосфере горючих газов (например, при СН 4 =0, нижний предел взрываемости пыли 40 г/м 3 ; при СН 4 =0,5 % – 30 г/м 3 ; при СН 4 =2 % – 10 г/м 3 ); • влажности пыли (при влажности 20–25 % не взрывается). Для того чтобы предотвратить взрывы пыли на угольных шахтах и в итоге уменьшить их последствия, необходимо следующее: 1) не допускать инициирующих взрывов за счет отвода метана и ис- ключения возможных источников воспламенения; 2) увлажить угольную пыль; 3) использовать инертный порошок (таким порошком является не содержащая силикатов пыль, обычно известковая). Порошок загружается в желоб, подвешенный к потолку штольни. Когда происходит взрыв, желоб раскачивается и инертный порошок разбрасывается, перемешиваясь в воз- духе с угольной пылью. Известь поглощает тепло, выделяющееся при го- рении, и таким образом, скорость распространения пламени уменьшается. Внезапные выбросы угля и газа Внезапные выбросы – это быстропротекающий процесс разрушения горного массива, сопровождающийся отбросом угля и усиленным газовы- делением. Обычно внезапные выбросы появляются при глубине разработ- ки 200–300 м, с ростом интенсивности, с увеличением глубины разработ- ки, мощности и угла падения пласта. Внезапный выброс происходит в две фазы: 1. Подготовительная:под воздействием горного давления возника- ют колебания напряжённого состояния горных пород и угольного пласта (так как породы и пласт состоят из пачек различной крепости). Чем менее однороден пласт, тем более скачкообразен переход от одного состояния к другому. Происходит нарушение равновесия между свободным газом и га- зом, находящемся в угле в связанном состоянии. 2. Собственно выброс. При полёте частиц раздробленного угля, из них также выделяется газ, что ведёт к дальнейшему дроблению, при чём образуется тончайшая пыль. Гидродинамические аварии Гидродинамическая авария – это чрезвычайное событие, связанное с выводом из строя (разрушением) гидротехнического сооружения или его части и неуправляемым перемещением больших масс воды, несущих раз- рушения и затопление обширных территорий. 43 Гидротехническое сооружение– народно-хозяйственный объект, находящийся на или вблизи водной поверхности, предназначенный для: использования кинетической энергии движения воды с целью пре- образования в другие виды энергии; охлаждения отработавших паров ТЭС и АЭС; мелиорации; защиты прибрежной территории воды; забора воды для орошения и водоснабжения; осушения; рыбозащиты; регулирования уровня воды; обеспечения деятельности речных и морских портов, судострои- тельных и судоремонтных предприятий, судоходства; подводной добычи, хранения и транспортировки (трубопроводы) полезных ископаемых (нефти и газа). Разрушение (прорыв) гидротехнических сооружений происходит в результате действия сил природы (землетрясения, ураганы, размывы пло- тин) или воздействия человека, а также из-за конструктивных дефектов или ошибок проектирования. К основным гидротехническим сооружениям относятся: плотины, водообразные водосборные сооружения, запруды, Плотины – гидротехнические сооружения (искусственные плотины) или природные образования (естественные плотины), ограничивающие сток, создающие водохранилища и разницу уровней воды по руслу реки. Водохранилища могут быть долговременными (как правило, образо- ванными гидротехническими сооружениями; временными и постоянными) и кратковременными (за счет действия сил природы; оползней, селей, ла- вин, обвалов, землетрясений и т. п.). Проран – повреждение в теле плотины, образовавшееся в результате ее размыва. Устремляющийся в проран поток воды образует волну прорыва, имеющую значительную высоту гребня и скорость движения и, обладаю- щую большой разрушительной силой. Волна прорыва образуется при од- новременном наложении двух процессов: падения вод водохранилища из верхнего в нижний бьеф, порождающего волну и резкого увеличения объ- ема воды в месте падения, что вызывает перетек воды из этого места в другие, где уровень воды ниже. Высота волны прорыва и скорость ее распространения зависят от размера прорана, разницы уровней воды в верхнем и нижнем бьефе, гид- рологических и топографических условий русла реки и ее поймы. Скорость продвижения волны прорыва, как правило, находится в диапазоне от 3 до 25 км/ч, а высота 2–50 м. 44 Основным следствием прорыва плотины при гидродинамических авариях является катастрофическое затопление местности, заключающееся в стремительном затоплении волной прорыва нижерасположенной местно- сти и возникновением наводнения. Катастрофическое затопление характеризуется: максимально возможными высотой и скоростью волны прорыва; расчетным временем прихода гребня и фронта волны прорыва в соответствующий створ; границами зоны возможного затопления; максимальной глубиной затопления конкретного участка местности; длительностью затопления территории. При разрушениях гидротехнических сооружений затопляется часть прилегающей к реке местности, которая называется зоной возможного за- топления. В зависимости от последствий воздействия гидропотока, образующе- гося при гидротехнической аварии, на территории возможного затопления следует выделять зону катастрофического затопления, в пределах которой распространяется волна прорыва, вызывающая массовые потери людей, разрушения зданий и сооружений, уничтожение других материальных ценностей Время в течении которого затопленные территории могут находиться под водой, колеблется от 4 часов до нескольких суток. |