Анализ риска

Федеральное агентство  по науке и образованию Российской Федерации

ГОУ ВПО 

Уфимский Государственный  Нефтяной Технический Университет

 

 

 

 

Кафедра химической кибернетики

 

 

 

 

 

 

 

Курсовая  работа

По курсу: «Обеспечение надежности и безопасности ХТП»

«Анализ риска»

Вариант № 13

 

 

 

 

 

 

Студент гр. ТК-06-01                                      А.И. Курочкин

 

 

Преподаватель                                                И.Ю. Гареева

 

 

 

 

 

Уфа 2010

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение 3

1 .Краткое описание технологической схемы аппарата  4

  1. Описание свойств опасных веществ, обращающихся в аппарате, и спецификация оборудования 6
  2. Описание сценариев развития возможной аварийной ситуации 9
  3. Расчет количества опасных веществ в оборудовании.  11
  4. Расчетная часть  12
  5. Расчет энергетических потенциалов аппаратов  12
  6. Расчет тротилового эквивалента взрыва  17
  7. Расчет относительного энергетического потенциала  17
  8. Определение уровней разрушения  18
  9. Расчет теплового воздействия пожара пролива 19
  10. Расчет теплового воздействия «огненного шара»  21
  11. Расчет зоны химического заражения  23
  12. Заключение  27
  13. Приложения  28
  14. Список использованной литературы  

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Курсовая работа выполняется студентами на пятом курсе и имеет целью закрепление теоретических знаний по дисциплине «Обеспечение надежности и безопасности «ХТП», приобретение навыков решения инженерных задач.

Курсовая работа на тему «Анализ риска» предполагает выполнение следующих этапов:

  • описание технологической схемы аппарата;
  • определение свойств опасных веществ;
  • разработка сценариев возможных аварийных ситуаций;
  • определение количеств опасных веществ, участвующих в аварийной ситуации по разработанным сценариям.

Цель:

Провести анализ опасности и риска эксплуатации данной установки с учетом свойств обращаемых в оборудовании веществ, технологических параметров эксплуатации, наличия систем автоматизации и аварийной защиты.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  1. Краткое описание технологической схемы аппарата

После смешения газосырьевая смесь (ГСС) правого блока установки  направляется последовательно в  межтрубное пространство теплообменников Т-4а,4,5. Из теплообменников ГСС проходит конвекцию печи П-2, затем радиантные камеры и поступает в последовательно включенные реакторы Р-4,5.

Из реактора Р-5 ГПС  проходит последовательно трубное  пространство теплообменников Т-5,4,4а.

Охлажденная в Т-5,4,4а  газопродуктовая смесь поступает  на горячую сепарацию в вертикальный сепаратор С-2, где происходит разделение ГПС на ВСГ и гидрогенизат. Из С-2 гидрогенизат объединяется с потоком гидрогенизата из сепаратора С-7 и поступает в теплообменники блока стабилизации Т-7,8,9, где нагревается за счет тепла отходящего продукта с низа К-6 (или К-1) и далее поступает в стабилизатор К-1.

С верха С-2 ВСГ и  легкие фракции бензина поступают  на охлаждение в аппараты воздушного охлаждения АВГ-3,4,5, обвязанные последовательно.

Охлажденный ВСГ и  сконденсировавшиеся пары бензина  поступают в сепаратор С-7, где происходит дополнительное разделение смеси на ВСГ и жидкую фракцию.

ВСГ из С-7 поступает на "щит отдува" правого блока  и далее, объединяясь с потоком ВСГ из С-1, поступает в сепаратор С-19 и далее в колонну К-4 для очистки от сероводорода. По мере накопления вода с низа сепаратора С-19 дренируется в емкость Е-23.

После противоточного контакта, с подаваемым на верхнюю тарелку, раствором МЭА очищенный от сероводорода ВСГ сверху К-4 поступает в сепаратор С-5 и далее на прием циркуляционных компрессоров ПК-1,3-6.

Для возмещения расхода  водорода на реакции гидрообессеривания в сепаратор С-5 поступает свежий водородсодержащий газ.

Жидкая фаза из С-7 поступает в колонну К-1 совместно с гидрогенизатом из С-2.

 


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  1. Описание свойств опасных веществ, обращающихся в аппарате, и спецификация оборудования

Установка Л-24-5 предназначена  для гидроочистки сернистых нефтяных фракций путем деструктивной гидрогенизации сернистых соединений на алюмоникельмолибденовом, алюмокобальтмолибденовом катализаторах в среде водорода. Характеристики опасных веществ приведены в таблицах 1,2.

Таблица 1

Бензин

№

п/п

Наименование 

параметра

Параметр

Источник 

информации

1

Название вещества

Бензиновая фракция

[2.4]

1.1

Химическое

-

  

1.2

Торговое

-

  

2

Формула

Сумма углеводородов

[2.4]

2.1

эмпирическая

    

2.2

структурная

    

3

Состав, %

    

3.1

Основной продукт

    

3.2

примеси (с идентификацией)

Содержание серы, % масс, не более1,5

[1.55]

4

Общие данные

    

4.1

молекулярный вес

-

[2.4]

4.2

температура кипения, оС

(при давлении 101 кПа)

85-180

[2.4]

4.3

Плотность при 20 оС, кг/м3 (при давлении 101 кПа)

760

[2.4]

5

Данные о взрывопожаро-опасности

Легковоспламеняющаяся жидкость при  воздействии  кислорода, при воздействии воды не воспламеняется

[2.4]

5.1

температура вспышки

-30…-500С

[2.4]

5.2

температура самовоспламенения

415-500 0С

[2.4]

5.3

пределы взрываемости, %

1,1-7,0

[2.4]

6

Данные о токсической опасности

Класс опасности – 4

[1.46]

6.1

ПДК в воздухе рабочей зоны

100мг/м3

[1.47]

6.2

ПДК в атмосферном воздухе

5 мг/м3

[1.32]

6.3

летальная токсодоза LCt50

-

  

6.4

пороговая токсодоза РCt50

216 мг*мин/л

[1.33]

7

Реакционная способность

Нейтральная

[2.4]

8

Запах

Со слабым запахом

[2.4]

9

Коррозионное воздействие

Не коррозионен

[2.4]

10

Меры предосторожности

Использование СИЗ, защита кожи рук  пастами типа "Биологическх перчаток"

[2.4]

11

Информация о воздействии на людей

Обладает наркотическим действием. Признаки - головная боль, рвота, слабость, на первой стадии беспричинная веселость (опьянение) Длительное вдыхание паров приводит к хроническому отравлению. Вдыхание больших количеств паров вызывает острое отравление, приводящее к потере сознания и даже смерти. При длительном соприкосновении с бензином возможны кожные заболевания, появление сухости, трещин, раздражения.

[1.56]

12

Средства защиты

Спецодежда, спецобувь и предохранительные приспособления (респираторы РУ-60М, перчатки, противогазы с коробками БКФ или марки "А" и др.)

[2.4]

13

Методы перевода вещества в безвредное состояние

Биоочистка, сбор с поверхности вод. При розливе засыпать песком и собрать

[4.4]

14

Меры первой помощи пострадавшим от воздействия вещества

Удаление с зараженной зоны, свежий воздух, снять спецодежду, покой, тепло, дать успокоительное (настойка валерианы 20-30 капель), при попадании в желудок дать 2-3 ст. ложки растительного масла и вызвать рвоту,  напоить крепким чаем, кофе, доставить в медицинское учреждение

[3.4]


 

Таблица 2

Водородсодержащий газ

№

п/п

Наименование 

параметра

Параметр

Источник 

информации

1

Название вещества

Водородсодержащий газ

[2.4]

1.1

Химическое

    

1.2

Торговое

    

2

Формула

    

2.1

эмпирическая

-

  

2.2

структурная

-

  

3

Состав, %

    

3.1

основной продукт

Содержание водорода, %об., не менее 75

[1.58]

3.2

Примеси (с идентификацией)

Содержание сероводорода, %об., не более 0,1

[1.59]

4

Общие данные

    

4.1

молекулярный вес

    

4.2

температура кипения оС

(при давлении 101 кПа)

-253…-162

[2.4]

4.3

плотность газа по воздуху

0,087-2,519

[2.4]

5

Данные о взрывопожаро-опасности

Легко воспламеняется при воздействии кислорода, при воздействии воды не воспламеняется.

Взрывоопасен.

[2.4]

5.1

температура вспышки

-

[2.4]

5.2

температура самовоспламенения

510-537 0С

[2.4]

5.3

Пределы взрываемости, %

4,12-75,0

[2.4]

6

Данные о токсической опасности

Класс опасности – 4

[1.46]

6.1

ПДК в воздухе рабочей зоны

300 мг/м3

[1.47]

6.2

ПДК в атмосферном воздухе

100мг/м3 (ОБУВ)

[1.32]

6.3

летальная токсодоза LCt50

-

  

6.4

пороговая токсодоза РCt50

-

  

7

Реакционная способность

Водород–сильный восстановитель, метан  нейтрален

[3.4]

8

Запах

Без запаха

[2.4]

9

Коррозионное воздействие

Не коррозионен

[2.4]

10

Меры предосторожности

Использование СИЗ

[2.4]

11

Информация о воздействии на людей

Обладает наркотическим действием. В больших концентрациях вызывает удушье.

[1.56]

12

Средства защиты

Спецодежда, предохранительные приспособления (респираторы РУ-60М, противогазы с коробками БКФ или марки "А" и др.)

[2.4]

13

Методы перевода вещества в безвредное состояние

При попадании вещества в воздух использовать паровую завесу

[2.4]

14

Меры первой помощи пострадавшим от воздействия вещества

Удаление с зараженной зоны, свежий воздух, при отсутствии дыхания дать кислород или сделать искусственное дыхание, снять спецодежду, напоить крепким молоком, доставить в медицинское учреждение

[2.4]


 

Таблица 3 – Спецификация оборудования

№ п/п

Наименование оборудования

Номер позиции по схеме, индекс

Количество

Материал

Техническая характеристика

1

Сепаратор высокого давления

С-2

1

09Г2С

Газосепаратор с отбойным устройством

D= 2000 мм, Н= 6920 мм, V= 16 м3

Т= 200 оС, Р= 44 кгс/см2

Вес 17400 кг


 

  1. ОПИСАНИЕ СЦЕНАРИЕВ РАЗВИТИЯ ВОЗМОЖНОЙ АВАРИЙНОЙ СИТУАЦИИ

«Дерево отказов» при разрушении сепаратора С-2 установки Л-24-5 представлено на рис. 3. Краткое описание сценариев возможных аварийных ситуаций в сепараторе С-2 установки Л-24-5 представлено в таблице 4.

 

Таблица 4 - Краткое описание сценариев аварийных ситуаций

 

№ сценария

Описание сценария

1

2

С1

Полное разрушение сепаратора Þ выброс всего объема углеводородов (ЖФ+ПГФ) в окружающую среду Þ образование первичного паровоздушного облака, образование пролива Þ испарение с поверхности пролива, образование вторичного паровоздушного облака Þ загорание паров углеводородов при наличии источника зажигания Þ взрывное превращение облака Þ действие ударной волны взрыва на окружающие объекты Þ разрушение соседнего оборудования, поражение персонала Þ развитие аварии на установке.

С2

Полное разрушение сепаратора Þ выброс всего объема углеводородов (ЖФ+ПГФ) в окружающую среду Þ образование первичного паровоздушного облака, образование пролива Þ пожар пролива при наличии источника зажигания Þ тепловое воздействие на окружающие объекты, поражение персонала Þ развитие аварии на установке.

С3

Полное разрушение сепаратора Þ выброс всего объема углеводородов (ЖФ+ПГФ) в окружающую среду Þ образование первичного паровоздушного облака, образование пролива Þ мгновенное испарение сжиженного газа или перегретой жидкости с поверхности пролива, образование вторичного паровоздушного облака Þ загорание облака при наличии источника зажигания в виде «огненного шара» Þ тепловое воздействие на окружающие объекты, поражение персонала Þ развитие аварии на установке.

С4

Полное разрушение сепаратора Þ выброс всего объема углеводородов (ЖФ+ПГФ) в окружающую среду Þ образование первичного паровоздушного облака, образование пролива Þ испарение с поверхности пролива, образование вторичного паровоздушного облака Þ распространение токсичного облака вокруг эпицентра возникновения, преимущественно по направлению ветра Þ токсическое воздействия на окружающую среду в зоне заражения, поражение персонала Þ при массовом воздействии появление опасности потери контроля над технологическим процессом, возможность возникновения аварийных ситуаций.


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  1. Расчет количества опасных веществ в оборудовании.

Проверка общего объема аппарата с реальным (расчетным) объемом аппарата:

    (4.1)

Так как реальный объем и общий объем аппарата различаются, то, в дальнейшем, для расчета будем использовать рассчитанный объем аппарата.

Из практики установлено, что объемы газообразной и жидкой фазы в сепараторе составляют 70 и 30 % от объема аппарата соответственно. Таким образом,

объем газообразной фазы:

объем жидкой фазы:

Определение  количества вещества в сепараторе произведем по следующей формуле:          (4.2)

где — плотность вещества при температуре Т.

С верха сепаратора С-2 выходит ВСГ, следовательно, плотность газообразной фазы примем равной плотности ВСГ при нормальных условиях. С низа выходит гидрогенизат, представляющий собой смесь из бензина и части сконденсировавшегося ВСГ, следовательно, плотность жидкой фазы возьмем равной плотности бензина при нормальных условиях. Для пересчета плотностей из нормальных в рабочие условия воспользуемся следующими формулами:

,      (4.3)

где   - плотность при н.у. ( );

Т - температура в сепараторе ( Т= 473 К);

Т0 - температура при н.у. (Т0 = 273 К);

P - давление при T ( );

P0 - давление при н.у. (P0 = 101325 Па).

     (4.4)

где   — плотность жидкой фазы при t;

t — температура в сепараторе (t = 200 °С );

 — плотность при t = 20°С ;

 — средняя поправка значений  плотности на 1 °С ( = 0,000818).

Следовательно,

количество газообразной фазы: ,

количество жидкой фазы: .

  1. . Расчетная часть

5.1. Расчет энергетических потенциалов аппаратов

Предполагаем, что возникли условия для взрыва, и считаем:

1) во взрыве участвует  только парогазовая составляющая  смеси на объекте;

2) в качестве расчетного принят весь объем парогазовой составляющей смеси на объекте;

3) взрыв смеси подобен  взрыву сферы с центральным  зажиганием.

 

Общий энергетический потенциал  взрывоопасности технологического объекта, стадии, блока - сумма энергий  адиабатического расширения парогазовой фазы (ПГФ), полного сгорания имеющихся и образующихся из жидкости (ЖФ) паров за счет внутренней и внешней (окружающей среды) энергии при аварийном раскрытии технологической системы, кДж:

.                                        (5.1.1)

 

- сумма энергий адиабатического  расширения А (кДж) и сгорания ПГФ, находящейся непосредственно в аварийном блоке, кДж,

,                                                      (5.1.2)

где А - энергия сжатой ПГФ, содержащейся непосредственно  в блоке, кДж; при значениях Р < 0,07 МПа и Р×V'<0,002 МПа×м3 А в расчетах не учитывается из-за малых величин;

                      ,                                                 (5.1.3)

Р – регламентированное давление в блоке, кПа; кПа;

          V' = 15,4 м3,(см. п. 4)

- коэффициент, принимаемый в  зависимости от k (показатель адиабаты) и Р (регламентированное давление в системе, МПа) по справочным данным. Так как в k неизвестен, расчет А проводим по (5.1.3) для k = 1,4. Принимаем =1,68.

Подставляя все в (5.1.3), получаем

,             (5.1.4)

 - масса ПГФ, имеющейся непосредственно в блоке при аварийной разгерметизации блока, кг, (см. п. 4)

q' - удельная теплота сгорания ПГФ, кДж/кг; При отсутствии данных удельную теплоту сгорания можно принимать 29753-48459 кДж/кг. Принимаем удельную теплоту сгорания ПГФ (ВСГ) q'= 90000 кДж/кг.

Далее, подставив A и G' в (5.1.2), рассчитываем :

.  (5.1.5)

 

- энергия сгорания ПГФ, поступившей к разгерметизированному участку от смежных объектов (блоков), кДж,

,                                                   (5.1.6)

где - масса ПГФ i-го потока, поступившего к разгерметизированному участку, кг.

Для i-го потока

,                                               (5.1.7)

где - скорость адиабатического истечения ПГФ i-го потока, м/с;

 - площадь сечения, через которое возможно истечение ПГФ, м2. В примере площадь сечения определена для размера отверстия истечения         d = 0,35 м;

 - плотность ПГФ i-го потока, поступившей в разгерметизированный блок; величина принимается по данным заводских технологических лабораторий или по справочной литературе; в примере принята = = 1,7 кг/м3;

 - время срабатывания отключающей арматуры, с. Величина берется из регламента или паспорта арматуры, = 12 с.

Скорость адиабатического истечения  ПГФ i-го потока определяется по критической скорости истечения газа при :

,                                               (5.1.7)

где - критическое давление i-го потока, поступающего к разгерметизированному участку, Па.

    (5.1.8)

- удельный объем ПГФ в реальных условиях, м3/кг. Эта величина рассчитана следующим образом:

,          (5.1.9)

где М – молекулярная масса ПГФ, кг/кмоль.

Для ПГФ, подставив  и в (5.1.7) получим:

 м/с

Площадь сечения, через  которое возможно истечение ПГФ:

.                                  (5.1.10)

Подставляя известные характеристики и в (5.1.7), получим:

 кг.         (5.1.11)

Считаем, что количество потоков, поступающих к разгерметизированному участку, i=2 (принимаем поступающий поток и обратный поток). Тогда, подставляя (5.1.11) в (5.1.6), рассчитываем :

.      (5.1.12)

 

- энергия сгорания ПГФ, образующейся за счет энергии перегрева ЖФ рассматриваемого блока и поступившей от смежных объектов за время , кДж,

,           (5.1.13)

где - масса ЖФ, имеющейся непосредственно в блоке и поступившей в него при аварийной разгерметизации от смежных блоков, соответственно, кг.

Количество ЖФ , поступившей от смежных блоков,

,                                            (5.1.14)

где - скорость истечения ЖФ в рассматриваемый блок из смежных, м/с,

,                                                  (5.1.15)

где - безразмерный коэффициент, учитывающий гидродинамику потока, принимается в пределах 0,1 - 0,9; Принимаем = 0,62;

- регламентированное давление  i-го потока ЖФ, поступающего к разгерметизированному участку, Па. В примере Рi = 4.316×106 Па;

- плотность ЖФ при нормальных  условиях i-го потока, кг/м3. Величина принимается по данным заводских технологических лабораторий или по справочной литературе; = 760 кг/м3.

Подставляя известные характеристики в (5.1.15), определяем :

;                       (5.1.16)

, - удельная теплоемкость ЖФ, находящейся в аварийном блоке и ЖФ i-го потока, поступающего к разгерметизированному участку соответственно, кДж/(кг×°С); величины принимаются по данным заводских технологических лабораторий или по справочной литературе. При неизвестных значениях ориентировочно можно принимать = 1,84-2,9 кДж/(кг×°С); Принимаем , =2,4 кДж/(кг×°С);

, - разность температур ЖФ, находящейся в аварийном блоке и ЖФ i-го потока, поступающего к разгерметизированному участку при регламентированном режиме и ее кипения при атмосферном давлении, °С; величины по регламенту. Температура кипения нефти и нефтепродуктов колеблется от 70 до 120 0С; средняя температура кипения бензина принята 130 0С, тогда = 70 0С и = 70 °C;

, - удельная теплота сгорания ЖФ, находящейся в аварийном блоке и ЖФ i-го потока, поступающего к разгерметизированному участку соответственно, кДж/кг; величины принимаются по данным заводских технологических лабораторий или по справочной литературе. При неизвестных значениях удельной теплоты сгорания ЖФ для нефтепродуктов можно принимать = 39223-45559 кДж/кг; Принимаем = =44000 кДж/кг

, - удельная теплота парообразования горючей жидкости, имеющейся в блоке и поступившей к нему соответственно, Дж/кг; величины принимаются по данным заводских технологических лабораторий, по справочной литературе или определяются технологическими расчетами. При отсутствии данных значения для бензина можно ориентировочно принимать = 250 кДж/кг в зависимости от плотности и температуры смеси.

- площадь сечения, через которое  возможно истечение ЖФ, м2,

 = = 0,785*0,22 = 0,0314 м2.

Подставляя известные  характеристики (28) в (26), рассчитываем

.

Считаем, что количество потоков, поступающих к разгерметизированному  участку, i=2 (принимаем поступающий поток и обратный поток). Тогда, подставляя все известные и рассчитанные величины в (5.1.13), рассчитываем :

 

- энергия сгорания ПГФ, образующейся  из ЖФ за счет тепла экзотермических  реакций, не превращающихся при  аварийной разгерметизации, кДж,

В данном случае величина не рассчитывается, т. к. в технологическом процессе нет химических реакций.

 

- энергия сгорания ПГФ, образующейся  из ЖФ за счет теплопритока  от внешних теплоносителей, кДж,

В данном случае величина не определяется, т.к. технологический процесс протекает без внешнего теплопритока.

 

- энергия сгорания ПГФ, образующейся  из пролитой на твердую поверхность  (пол, поддон, грунт и т. п.) ЖФ  за счет теплоотдачи от окружающей  среды (от воздуха по зеркалу  и твердой поверхности к жидкости), кДж,

,                                                       (5.1.17)

где - суммарная масса ЖФ, испарившейся за счет теплопритока от окружающей среды к разлившейся по твердой поверхности жидкости, кг,

,                                                     (5.1.18)

где - масса ЖФ, испарившейся за счет теплопритока от твердой поверхности (пола, поддона, обваловки и т. п.), кг.

- масса ЖФ, испарившейся за счет теплопередачи от окружающего воздуха, кг,

,                                            (5.1.19)

где mи - интенсивность испарения, кг/(с м2);

,                                      (5.1.20)

где - безразмерный коэффициент, учитывающий влияние скорости (1 м/с) и температуры воздушного потока над поверхностью (зеркалом) жидкости (20 0С), принимается по справочным данным;

М = 100 кг/кмоль – молекулярная масса;

 - площадь поверхности зеркала жидкости, м2; принимается исходя из реальных условий, в нашем случае Fж=50 м2;

- время испарения жидкости  за счет тепломассообмена жидкости  с воздухом (время от момента пролива жидкости до ее полного испарения), с; принимается равным 3600 с;

Рн. - давление насыщенного пара при расчетной температуре, кПа; величина определяется технологическими расчетами;

, где                                (5.1.21)

R – газовая постоянная ПГФ;

Тк – температура кипения пролитой ЖФ, К;

Т – температура окружающей среды, К.

В нашем случае теплоприток  от окружающей среды не рассматривается, следовательно, учитывается только .

 Па,    

 кг/(с
м2);                      

 кг.                                     

Затем, подставляя все  в (5.1.17), рассчитываем :

кДж.

 

Теперь, подставляя все найденные значения энергий в (5.1.1), рассчитываем общий энергетический потенциал блока Е:

=  + + +0+0+ = 1143,84´106 кДж.                                                          (5.1.28)

 

5.2 Расчет тротилового эквивалента взрыва

 

Тротиловый эквивалент (эквивалент ТНТ) определяют по условиям адекватности характера и степени  разрушений при взрывах ВВ, используя уравнение энергетического баланса ударных волн, генерируемых взрывами исследуемой среды и тротила.

Анализ риска 📙 Курсовая → 🆔 18130

Анализ риска 📙 Курсовая → 🆔 18130

Анализ риска