конструкционные способы повышения безопасности аммиачных

Союз нефтегазопромышленников и Ассоциация
нефтепереработчиков и нефтехимиков России
Научно-промышленный союз «РИСКОМ»
Ассоциация «РосТеплостройМонтаж»
Ассоциация «Металлургэксперт»
(495) 319-53-67, (495) 319-59-67, (985) 928-48-27
WWW.isotermik.com
E-mail: isotermik@yandex.ru
«КОНСТРУКЦИОННЫЕ СПОСОБЫ ПОВЫШЕНИЯ
БЕЗОПАСНОСТИ АММИАЧНЫХ ИЗОТЕРМИЧЕСКИХ
РЕЗЕРВУАРОВ НА ОСНОВЕ ОЦЕНКИ РИСКА»
Ханухов Ханух Михайлович
доктор технических наук, член-корр. АИН РФ,
генеральный директор;
Алипов Андрей Васильевич
кандидат физико-математических наук, начальник отдела;
Четвертухин Никита Вячеславович – руководитель группы
Чернобров Алексей Ринатович – руководитель группы
IV МОСКОВСКИЙ МЕЖОТРАСЛЕВОЙ ФОРУМ
«Обеспечение промышленной безопасности
в России: взаимная ответственность бизнеса
и государства»
9 АПРЕЛЯ 2015 ГОДА,
Здание Правительства Москвы
Вертикальные изотермические резервуары (ИР) для хранения
сжиженных газов представляют собой теплоизолированные сосуды одного из
следующих основных видов:
- одностенный ИР;
- двустенный резервуар, представляющий собой два коаксиально
вложенных один в другой резервуара.
Изотермический резервуар двустенной конструкции изготавливается
либо с полностью герметичным внутренним корпусом с собственный
стационарной купольной крышей, либо с внутренним корпусом в виде
открытого стакана с подвесной паропроницаемой крышей. Наиболее
безопасным в отечественной практике считается двустенный резервуар с
двумя стационарными купольными крышами и двумя силовыми корпусами, у
которого и внутренний, и наружный корпуса рассчитаны на сдерживание
гидростатического давления и давления газовой среды над жидкостью.
www.isotermik.com
E-mail: isotermik@yandex.ru
Схема двустенного изотермического резервуара с наружной
железобетонной несущей оболочкой и подвесной крышей
Схематичное изображение основных и перспективных видов изотермических
резервуаров для хранения жидкого аммиака.
Рассматриваемая конструкция изотермического резервуара (ИР)
сжиженного аммиака отличается повышенной надежностью, достигаемой за
счет следующих конструктивных решений:
- двойного силового корпуса;
- увеличенной прочностью корпусов (в соответствии с требованием ГОСТ
Р 54257 "Надёжность строительных конструкций и оснований" при
прочностных расчетах ИР должен применяться повышенный коэффициент
надежности по ответственности сооружения γn = 1,2);
- ограждения изотермического резервуара защитной бетонной стеной,
вмещающей при аварийном проливе полный объем хранимого в ИР жидкого
аммиака.
www.isotermik.com
E-mail: isotermik@yandex.ru
Сводные данные по авариям и инцидентам
на изотермических резервуарах сжиженных газов в России.
Количество ИР для хранения различных сжиженных газов в России –
около 60 единиц. Среднее время эксплуатации ИР – 35 лет. Количество
"резервуаров-лет", т.е. произведение количества ИР на среднее время
эксплуатации оцениваем величиной 2100.
Количество "резервуаро-лет" по аммиачным ИР в США за период 1964 –
1984 г.г., оцениваем величиной 5600. Все эти резервуары имеют одну
силовую стенку.
Таким образом, в России и США за 2100+5600 = 7700 "резервуаро-лет"
произошло 2 случая аварий, сопровождавшихся разрушением ИР, причем по
сходным причинам – в результате остановки компрессора компримирования
газообразного аммиака и повышения давления в ИР. Различий в конструкциях
ИР в России и США в рассматриваемый период практически не было, поэтому
статистику аварий объединяем в общую.
Частоту аварий изотермического резервуара с одной силовой стенкой
оцениваем величиной
год-1.
www.isotermik.com
E-mail: isotermik@yandex.ru
Наиболее вероятный и наиболее опасный сценарий аварии ИР:
нарушение в работе агрегата компримирования аммиака, приводящее к его
остановке, повышению температуры в резервуаре и росту внутреннего
давления до значения в 2 – 3 раза превышающего расчетное. Далее может
произойти разрушение резервуара по двум сценариям: либо обрыв анкеров
при недостаточной их прочности, недопустимая деформация корпуса и
разрушение сварного соединения стенки с днищем, либо – при повышенной
прочности анкеров – разрушение сварного соединения стенки с крышей.
Именно такие сценарии аварии реализовались при двух документально
зафиксированных случаях в истории эксплуатации изотермических
резервуаров: в СССР в г. Ионава в 1989 г. и в США в г. Гейсмар, шт.
Луизиана в 1984 г. Из этих двух сценариев аварии наиболее опасный –
первый: отрыв стенки от днища с полным проливом жидкого аммиака во
внешнюю среду (Ионава). Второй сценарий – отрыв крыши от стенки
значительно менее опасный, т.к. в этом случае продукт остается во
внутреннем резервуаре (г. Гейсмар).
www.isotermik.com
E-mail: isotermik@yandex.ru
Избежать наихудшего сценария аварии – отрыва стенки внутреннего
резервуара от днища можно двумя способами:
Первый – проектирование и монтаж легкосбрасываемой крыши. Второй
способ значительно проще –
увеличение прочности анкеров, т.е. их
площади сечения, а также длины сварных швов крепления анкеров к стенке
резервуара.
Таким образом, мы приходим к концепции управляемого
разрушения резервуара.
www.isotermik.com
E-mail: isotermik@yandex.ru
Вероятность разрушения наружного резервуара и пролива жидкого
аммиака во внешнюю среду, ограниченную ж/б защитной стеной, при
условии разрушения внутреннего резервуара, оцениваем величиной Р2
=2х10-3, т.е. величиной, на порядок большей, чем разрушение внутреннего
резервуара.
Вероятность разрушения внутреннего, а затем и наружного резервуара
год-1.
www.isotermik.com
E-mail: isotermik@yandex.ru
Расчеты зон токсического поражения при аварии ИР и проливе
жидкого аммиака проведены по методике ТОКСИ. Для примера взят ИР
объемом 44000 м3 вместимостью 30000 т.
Рассматриваются 2 сценария аварии:
1) ИР ничем не огорожен, полное разрушение ИР, 30000 т аммиака свободно
разливаются по площади предприятия;
2) ИР защищен железобетонной кольцевой защитной стеной, жидкий
аммиак полностью выливается из ИР, но остается в пределах защитной
стены. Высота защитной стены, вмещающей полный объем жидкого аммиака
– 17 м.
www.isotermik.com
E-mail: isotermik@yandex.ru
Оценка коллективного и индивидуального риска показывает, что при
ограждении данного ИР ж/б стеной высотой 17 м вероятное количество
смертельно пораженных при аварии с полным проливом жидкого аммиака
снижается с 142 чел до 5 чел., т.е. в 28 раз.
Коллективный риск гибели для персонала предприятия, равный
произведению вероятности аварии на количество погибших
чел/год.
Индивидуальный риск гибели сотрудника предприятия при количестве
сотрудников N=1000 человек составляет
год-1.
www.isotermik.com
E-mail: isotermik@yandex.ru
При аварии ОПО первой категории опасности финансовые потери по
оценке могут составить до 100 крат затрат стоимости объекта и стоимости
хранимого продукта.
Принимая стоимость объекта ИР 1,6 млрд. рублей, и стоимость 30000 т
жидкого аммиака 0,9 млрд. рублей оцениваем сумму возможных
финансовых потерь в 250 млрд. рублей.
При вероятности аварии 4,34х10-7 год-1 риск финансовых потерь
оцениваем суммой 110 тыс. руб. в год.
www.isotermik.com
E-mail: isotermik@yandex.ru
Выводы
1. Наиболее вероятной причиной аварии ИР может быть только
длительное, в течение нескольких часов
повышение температуры и
избыточного давления газообразного аммиака в резервуаре, вызванное
отказом компрессоров компримирования аммиака или неисправностью
предохранительных клапанов, или линий подачи аммиака на факел, или
нарушением технического регламента эксплуатации ИР, или совместным
воздействием этих факторов.
www.isotermik.com
E-mail: isotermik@yandex.ru
2. Риск аварии ИР с двойным силовым корпусом и двумя купольными
крышами в основном зависит от надежности работы компрессорной
установки и пропускной способности предохранительных клапанов. При
длительном выходе из строя компрессора и недостаточной пропускной
способности
предохранительных
клапанов
резервуар
с
большой
вероятностью может быть разрушен, и здесь уже речь может идти не о
предотвращении разрушения, а о контролируемом разрушении, т.е. о
конструктивных мероприятиях, препятствующих отрыву внутренней стенки
от днища.
www.isotermik.com
E-mail: isotermik@yandex.ru
3. Для снижения риска аварии ИР данной конструкции рекомендуется
повысить прочность анкерных креплений внутреннего и наружного
резервуаров, увеличив площади их сечений в 1,5 – 2 раза по сравнению с
теми, что следуют из расчета на прочность при проектных
эксплуатационных нагрузках.
4. Анализ риска показывает, что конструкция ИР с двумя силовыми
корпусами и двумя стационарными купольными крышами не является
наиболее безопасной. Наиболее безопасна конструкция ИР с внутренним
резервуаром типа "стакан" с подвесной крышей. В этом случае разрушение
внутреннего резервуара с полным проливом его содержимого во внешний
резервуар делается практически невозможным.
www.isotermik.com
E-mail: isotermik@yandex.ru
5. Наличие ограждающей железобетонной стены не снижает риск
аварии ИР, но значительно снижает риск последствий аварии. При аварии
ИР с полным проливом жидкого аммиака внутри ограждающей ж/б стены
зона распространения токсического облака и поражения людей резко
снижается за счет двух факторов: 1) испарение аммиака происходит со
значительно меньшей площади; 2) испарение аммиака происходит не с
уровня земли, а с уровня ж/б стены. Во втором случае за счет того, что
газ аммиак легче воздуха, до уровня земли смесь аммиака с воздухом
опускается не сразу около места пролива, а на значительном удалении от
него по направлению ветра и со значительно сниженной концентрацией
NH3.
www.isotermik.com
E-mail: isotermik@yandex.ru
6. Высота ограждающей ж/б стены должна быть установлена не
только из расчета сдерживания полного пролива сжиженного газа, но и
из расчета подъема над землей зон с опасной концентрацией токсичного
вещества. При увеличении высоты ограждающей ж/б стены можно
исключить сценарий смертельного поражения людей (или значительно
снизить его вероятность).
www.isotermik.com
E-mail: isotermik@yandex.ru
7.
Рассматриваемая конструкция изотермического резервуара
обеспечивает следующие параметры, характеризующие риск аварии:
- вероятность разрушения ИР 4,34х10-7 в год;
- индивидуальный риск 4,34х10-10 год-1;
- коллективный риск 2,17х10-6 чел/год;
- риск материальных потерь – 110 тыс. руб. в год.
Риск аварии данного изотермического резервуара удовлетворяет
критериям приемлемого риска МДС 11-16.2002.
www.isotermik.com
E-mail: isotermik@yandex.ru
СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!
www.isotermik.com
E-mail: isotermik@yandex.ru