ВВЕДЕНИЕ

Современные химические, нефтехимические и нефтеперерабатывающие предприятия - это производства, обладающие большой мощностью, с интенсивными режимами эксплуатации химикотехнологических объектов и систем (ХТС). Им присущи сложные технологические процессы с высокой производительностью оборудования, сложными системами контроля и управления технологическими процессами. При этом, сконцентрировав колоссальные запасы энергии и новых материалов, они стали угрожать жизни и здоровью людей и окружающей среде.

Аварии в условиях современного производства по своим масштабам и тяжести последствий стали сравнимы с природными катастрофами и разрушительными последствиями военных действий с применением современного оружия. Тяжелая авария на втором блоке АЭС TMJ (США) в 1979 г., утечка ядовитых газов на химическом комбинате в индийском г. Бхопале (1984 г.), разрушение четвертого блока Чернобыльской АЭС (1986 г.), авария на Саяно-Шушенской ГЭС (2009 г.), взрыв на шахте «Распадская» (2010 г.), авария на АЭС «Фукусима» в Японии (2011 г.) и другие крупнейшие техногенные катастрофы показали, что проблема обеспечения безопасной и эффективной эксплуатации сложных систем еще очень далека от своего решения. Человеческие жертвы, радиоактивное заражение больших участков местности, огромные экономические потери - вот характерные результаты отказов таких систем.

Причинами техногенных чрезвычайных ситуаций являются, с одной стороны, моральный и высокий физический износ основного технологического оборудования, достигшие, например, в некоторых областях химической промышленности 80 %, а с другой - резкое снижение уровня производственной и технологической дисциплины, грубое нарушение требований промышленной безопасности при эксплуатации оборудования, механизмов и машин, невыполнение нормативных требований профилактических осмотров и планово-предупредительных ремонтов.

Существенный вклад в аварийность вносит и конструктивное несовершенство используемого оборудования. Недостаточная надежность технических систем приводит к простою оборудования, огромным затратам на ремонт, а зачастую и к авариям с большими экономическими потерями, разрушением крупных объектов и человеческими жертвами.

При этом безопасность, т.е. защищенность объекта и персонала от каких-либо негативных явлений или событий, тесно связана с надежностью отдельных элементов оборудования и объекта (системы) в целом.

При длительной эксплуатации оборудования нефтехимических производств неизбежно возникают повреждения или нарушения работоспособности его элементов даже при отсутствии дефектов изготовления и соблюдении правил эксплуатации. Это обусловлено особенностями нефтехимических производств: высокой коррозионной активностью технологических сред; высокими температурой, давлением и скоростью технологических потоков; наличием переменных температурных деформаций и сложного напряженного состояния металла оборудования. Кроме того, даже при соблюдении технологической дисциплины при эксплуатации оборудования неизбежны колебания состава сырья и реагентов, в том числе содержания в них агрессивных компонентов; колебания регулируемых параметров (температуры, давления, расхода и др.), обусловленные запаздыванием регулирования; колебания внешних воздействий (напряжения электропитания, температуры и давления технологического пара, охлаждающей воды и др ). Воздействие указанных факторов в течение длительного времени вызывает повреждение металла, развитие микро дефектов на поверхностях нагруженных элементов оборудования или отложение на них осадков, препятствующих протеканию технологического процесса. В некоторые моменты функционирования оборудования могут возникать такие сочетания параметров, которые нарушают его работоспособность, т.е. вызывают отказы.

К отказам нефтехимического оборудования приводят различные причины. Для удобства анализа отказы можно условно разделить на три вида [1,2]:

  • - механические (вызванные нарушением механической работоспособности оборудования вследствие изнашивания, коррозии, поломок деталей, нарушения формы элементов оборудования, возникновения недопустимых сопутствующих процессов - утечки технологической среды и др.);
  • - технологические (вызванные нарушением хода технологического процесса, выполняемого на данном оборудовании: загрязнения фильтров, разделительных элементов в аппаратах мембранного разделения катализатора в реакционных аппаратах, отложения на стенках и подвижных элементах машин и др.);

- обусловленные ошибками (нарушениями) при эксплуатации, изготовлении или разработке оборудования (уровень технологической дисциплины и культуры производства).

Таким образом, безопасность любого технологического процесса зависит от стабильности работы используемого оборудования, а также от эффективности управления данным процессом. Надежность работы каждой единицы оборудования, в свою очередь, зависит от правильной его эксплуатации и от качества его проектирования и изготовления.

В тоже время следует учесть, что ни один вид технических систем при функционировании не гарантирует абсолютной безотказности и безопасности. Поэтому для предупреждения возникновения и развития внештатных ситуаций необходимы знания о степени надежности технических объектов и систем. Надежность - одно из важнейших свойств технических систем. Это качество проявляется в процессе эксплуатации объекта по назначению и определяется как свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять заданные функции в заданных режимах в условиях применения, технического обслуживания, ремонта, хранения и транспортирования.

Причем понятие «надежность» относится не только к техническим устройствам, но и к системам человек-машина, управляющим системам, системам защиты.

Естественно, что основное желаемое состояние любого объекта - безопасное. Достижение этого состояния возможно либо при полном отсутствии негативного воздействия опасностей, либо при условии, когда действующие на объект опасности снижены до допустимых уровней воздействия, не приводящих к отказу. Отказ - это центральное понятие теории надежности, которое характеризуется количественной величиной - вероятностью отказа.

Надежность и безопасность технических систем являются, с одной стороны, самостоятельными свойствами, входящими в понятие «качество», а с другой стороны - достаточно близкими друг к другу. Наибольшее сближение этих свойств происходит в том случае, когда в виде угрозы безопасному состоянию технических систем выступает отказ критичного элемента, который обусловлен только естественным расходом технического ресурса. Такой отказ при отсутствии соответствующих мер защиты может стать опасным.

Но отказ не учитывает дальнейшего развития событий, т.е. последствий отказов с точки зрения их опасности для людей и окружающей среды. Для этой оценки в настоящее время понятие надежности связывают с таким показателем, как риск, объединяющий вероятностную составляющую нежелательного события и характеристику его последствий, т.е. проблемы надежности промышленного оборудования напрямую связываются с проблемами промышленной безопасности, уменьшения риска аварий и катастроф, которые сегодня имеют особую актуальность.

Такая зависимость уже на стадии проектирования производственных объектов позволяет выявлять возможные проявления опасных производственных факторов, определять возможные источники опасности и оценивать риски возникновения и развития аварий.

Знание условий появления и предупреждения неисправностей, которые могут стать причинами отказов и аварий на технологических объектах, необходимо для корректного моделирования соответствующих процессов с целью прогноза и снижения техногенного риска.

В связи с этим целями настоящего учебного пособия являются анализ, обобщение и систематизация сведений по надежности и безаварийности установок и производств химической технологии, а также анализ и количественная оценка техногенного риска. Были рассмотрены основные положения теории надежности технических систем и методология оценки риска аварий. Приведены математические формулировки, используемые при оценке и расчете основных свойств и параметров надежности технических объектов, рассмотрены элементы физики отказов, структурные схемы надежности технических систем и их расчет. Проанализированы показатели риска и методы их расчета, показана их роль в формировании соответствующих управленческих решений.

Автор надеется, что полученные в результате изучения данной дисциплины сведения помогут студентам в их дальнейшей практической деятельности на производстве.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >