Министерство  образования и  науки Российской Федерации 

Российский  государственный университет

нефти и газа имени И.М. Губкина 
 

Кафедра промышленной безопасности и охраны окружающей среды 
 
 
 
 
 
 

Курсовой  проект по курсу: «Защита в чрезвычайных ситуациях»

«Анализ риска трубопровода ШФЛУ» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Выполнил: ст. гр. МБ-07-8

Яковлева  О.С.

Проверил: проф. Мартынюк В.Ф. 
 
 
 
 
 
 
 
 

Москва

2011

Содержание

Введение

    Сжиженный углеводородный газ (СУГ) или сжиженный нефтяной газ пропан-бутан – газ, получаемый из попутного нефтяного газа или при переработке нефти. К сжиженным углеводородным газам низшие углеводороды парафинового и олефинового ряда, в основном пропан, пропилен, бутан, бутилен и их изомеры. Сжиженными они называются благодаря сравнительно легкой способности при небольшом давлении и нормальной температуре переходить из газообразного состояния в жидкое. При нормальных давлениях и температуре они являются газами со всеми присущими им свойствами. Способность этих газов сжижаться и затем легко переходить в газообразное состояние, а также удобство их хранения и транспорта определили ценность их применения в быту и в промышленности.

    Ежегодно  в стране производится около 10 млн т СУГ. Сжиженный углеводородный газ используется как сырье для предприятий нефтехимической промышленности (на эти цели уходит 50-52% газа), в бытовых целях, на транспорте и в промышленности (28-30%), 18-20% газа идет на экспорт.

    Быстрый рост производства и потребления  сжиженных газов обусловлен их свойствами. При сравнительно небольшом давлении они переходят в жидкое состояние, что обуславливает экономичность транспортировки. Их можно транспортировать в железнодорожных и автоцистернах, в танкерах и в баллонах. При больших объемах  транспортировки сжиженных углеводородных газов может оказаться эффективнее трубопроводный транспорт. Трубопроводный транспорт газа в жидком состоянии имеет ряд преимущество по сравнению с другими видами транспорта: высокая надежность газоснабжения потребителей, значительно меньшая опасность взрывов и пожаров, возможность подачи сжиженного газа в любое время и в необходимом количестве, независимость от погодных и других условий. Сжиженный пропан и бутан перекачиваются или по специальным трубопроводам или совместно с другими нефтепродуктами (бензинами).

      В соответствии с Федеральным законом N 116-ФЗ "О промышленной безопасности опасных производственных объектов" объекты производства, транспорта и хранения относятся к о категории опасных производственных объектов, на которых получаются, используются, перерабатываются, образуются, хранятся, транспортируются, уничтожаются воспламеняющиеся вещества - газы, которые при нормальном давлении и в смеси с воздухом становятся воспламеняющимися и температура кипения которых при нормальном давлении составляет 20ºС или ниже.

     Проведение  анализа риска, включающего идентификацию опасностей, оценку риска и выработку обоснованных рекомендаций по обеспечению безопасности, связано с необходимостью оценки возможности реализации опасностей и их последствий.

      Основные  задачи анализа риска аварий на опасных  производственных объектах заключаются в получении:

• объективной информации о состоянии промышленной безопасности объекта;
• сведений о наиболее опасных, «слабых» местах объекта с точки зрения безопасности;
• обоснованных рекомендаций по снижению риска.

Раздел 1. Выбор и описание системы

    В работе  рассмотрен трубопровод ШФЛУ, который транспортирует газ на расстояние 0,54 км от ДКС до точки врезки в кондесатопровод. Диаметр трубопровода 219 мм. Расчетное давление 4,0 МПа.

    Технологическая схема трубопроводов сжиженных  углеводородов не отличается существенно от схемы обычных нефтепродуктопроводов. 

    1                         2                        3                       4                          6

    

                                                                                                   5

                                             

Рисунок 1 – Схема транспортировки сжиженных  нефтяных газов

по магистральному трубопроводу 

1 – резервуары  хранения; 2 – головная насосная станция; 3 – пункт замера газа; 4 – промежуточная насосная станция; 5 – магистральный трубопровод; 6 – резервуары хранения в конечном пункте 

    Сжиженный газ забирается из резервуаров (1) насосами головной станции (2) и через пункт замера расхода (3) подается в магистральный трубопровод. На магистральном трубопроводе через определенные расстояния сооружаются промежуточные насосные станции (4). Характерной особенностью трубопроводов сжиженного газа является зависимость транспортируемой среды от изменения давления и температуры по длине трубопровода. При падении давления ниже упругости насыщенных паров перекачиваемого продукта жидкость закипает, образуется паровая фаза.

    При разгерметизации оборудования и  выходе СУГ в атмосферу вследствие высокой скорости испарения могут образовываться паровоздушные облака больших размеров, зависящих от количества мгновенно вышедшего газа или скорости истечения, а также климатических условий (скорости ветра, температуры воздуха).

    Наиболее  вероятной причиной аварийного истечения продукта является нарушение герметичности оборудования в результате несоблюдения технологического процесса и неисправности противоаварийных систем и устройств. Воспламенение происходит, как правило, от постороннего источника, так как максимальная температура продукта ниже температуры самовоспламенения.

    Пожары  на объектах хранения и транспортировки  сжиженных углеводородных газов  характеризуются возможностью проявления в различном сочетании следующих  поражающих факторов:

• теплового воздействия "пожара-вспышки";
• воздействия волны сжатия взрыва;
• теплового воздействия струйного факела горящего газа.

    Поскольку плотность паров большинства  СУГ больше плотности воздуха, паровоздушные  облака могут дрейфовать в приземном  слое атмосферы на значительные расстояния. При загорании таких облаков  может происходить их быстрое  сгорание без взрыва в виде вспышки  либо сгорание со взрывом с образованием волны сжатия. Сгорание со взрывом с образованием волны сжатия может произойти, когда паровоздушным облаком охвачены загроможденные участки территории (полузамкнутые объемы, технологическое оборудование с высокой плотностью размещения, лесные массивы), а также при попадании в облако открытых длинных труб, полостей, каверн.  При разгерметизации оборудования, в котором сжиженный газ находится под давлением, образуются паровоздушные струи, загорание которых приводит к образованию веерных струйных факелов, а также струйных факелов. Воздействие таких факелов, имеющих зачастую большую длину, на оборудование приводит к его повреждению и вовлечению в горение все большего и большего количества газа.

    При тепловом воздействии струйного факела или горящего пролива на резервуары со сжиженным газом возможно их разрушение с образованием огневых шаров с большими радиусами смертельного поражения людей тепловым излучением.

    При испарении сжиженного газа из пролива  образуются паровоздушные облака больших размеров. Горение таких проливов может приводить к возникновению пожаров на близлежащих объектах. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Раздел 2. Предварительный анализ опасности

Таблица 1 – Сведения об авариях на аналогичных объектах или на объектах, связанных с обращающимися веществами

 

    Виды  возможных аварий:

• взрыв облака топливно-воздушной смеси
• воспламенение паровоздушной смеси
• разрушение оборудования
• утечка с последующим воспламенением

 

    Приведенные данные показывают, что большинство  крупных аварий обусловлено возникновением утечек на линейной части трубопровода с последующим взрывом образующейся газовоздушной смеси. Основной причиной возникновения утечек является механическое повреждение трубопровода. Объем  образующихся облаков составляет от 20 до 600 тыс. м³. Взрыв облаков таких размеров приводит к крупным разрушениям в радиусе 300-400 м и к большим человеческим потерям. 
 

    Таблица 2 – Метод «Проверочный лист»

 

    Таблица 3 – Метод «Что будет, если…?»

 
 
 
 

    Таблица 4 – Метод «Анализ опасности и работоспособности»

      

      Таблица 5 – «Анализ видов, последствий и критичности отказов»

Раздел  3. Характеристика опасных веществ

     Сжиженный нефтяной газ это смесь пропана и бутана, получаемая при перегонке сырой нефти или ее соединений на нефтеперерабатывающих заводах. Его характерное свойство - легкая их сжимаемость при обычных температурах и при незначительном повышении давления, а также интенсивное испарение при небольшом повышении температуры или снижении давления. ШФЛУ удобен при транспорте и хранении (как жидкости) и сохраняет все преимущества газообразных топлив при распределении, подаче потребителям и сжигании.

    При рассмотрении физико-химических свойств  и показателей взрывоопасности ШФЛУ следует учитывать, что на практике, как правило, приходится иметь дело с двухфазной системой жидкость - газ (пар). Основные физико-химические свойства и пожаровзрывоопасные характеристики СУГ приведены в таблице 6.

    Таблица 6 – Характеристика опасного вещества

Раздел 4. Анализ условий  возникновения и  развития аварий

    Сценарий  1. Разгерметизация линейной части трубопровода ШФЛУ → образование первичного облака газа →распространение облака →взрыв облака→ воздушная волна сжатия. 

    Сценарий  2. Разгерметизация линейной части трубопровода ШФЛУ → утечка газа → образование облака → воспламенение облака (образование огненного шара)→ пожар. 

    Сценарий  3. Разгерметизация линейной части трубопровода ШФЛУ → образование первичного облака газа → рассеяние облака. 

    Сценарий  4. Разгерметизация линейной части трубопровода ШФЛУ → утечка → воспламенение. 
 

    Аварии на объектах хранения и транспортировки сжиженных углеводородных газов характеризуются возможностью проявления в различном сочетании следующих поражающих факторов:

• теплового воздействия взрыва;
• воздействия волны сжатия взрыва;
• теплового воздействия струйного факела горящего газа;

Раздел 5. Определение количества вещества, способного участвовать в  создании поражающих факторов

    Исходные  данные:

    толщина стенки трубопровода 0,01 м;

    состав  перекачиваемой жидкости 42% пропана и 47% бутана

Масса выброшенного газа, определяется по формуле:

;

Объем газа вышедшего  из трубопровода:

м³;

Объем газа, вышедшего  из трубопровода до его отключения:

м³;

Объем газа, вышедшего  из трубопровода после его отключения:

м³;

Плотность пропан-бутановой  смеси:

    Для оценки доли вещества, мгновенно переходящего в пар, можно применить соотношение, учитывающее адиабатичность процесса:

    Объем испарившейся пропан-бутановой смеси:

    Оценка  размера опасных зон

Раздел 6. Определение параметров поражающих факторов

    Вид аварийного облака ТВС зависит от чувствительности смеси и загроможденности пространства, занимаемого облаком. По чувствительности облако, образовавшееся в результате разгерметизации трубопровода ШФЛУ, относится ко 2 классу – чувствительные. Окружающее пространство вид 3 – среднезагроможденное пространство. Определив чувствительность смеси и загроможденность пространства, по экспертной таблице (Таблица 14.2, стр. 188, [1]) определяем вид взрывного превращения: диапазон 3 – дефлаграция, скорость фронта пламени 200-300м/с. 
 
 

6.1 Мгновенное воспламенение  облака

    Эффективный энергозапас ТВС:

     , при С_г >С_ст

    Безразмерный  радиус на расстоянии R(м):

    

    Безразмерные  давления и импульс фазы сжатия определяются по формулам:

    

    

Т.к. подставляем .

    Далее рассчитываются размерные величины

 Па

Вероятность повреждения стен промышленных зданий, при которых возможно их восстановление:

где

    Для полного разрушения зданий:

где

    Вероятность длительной потери управляемости у  людей:

где

При расчетах масса  тела живого организма принималась m=70 кг 

 

    

    Таблица 7 – Параметры взрыва облака ТВС 

 

    Рисунок 2 – Изменение избыточного давления во фронте волны 

    Рисунок 3 – Вероятность разрушения повреждения  стен промышленных зданий, при которых  возможно их восстановление (Ряд 1) и  вероятность полного разрушения зданий (Ряд 2)

6.2 Задержанное воспламенение  облака ТВС

    Оценка  размера опасных зон

    Эффективный энергозапас ТВС:

     , при С_г >С_ст

 

    

    Таблица 8 – Параметры взрыва облака ТВС  
 
 

 

     

    Рисунок 4 – Изменение избыточного давления во фронте волны 
 

    Рисунок 5 – Вероятность разрушения повреждения стен промышленных зданий, при которых возможно их восстановление (Ряд 1) и вероятность полного разрушения зданий (Ряд 2) 
 
 
 
 
 
 

Раздел  7. Вероятностная оценка опасности и оценка риска.

 

Рисунок 6 – Дерево отказов 

    Если  оператор «ИЛИ» связывает n нижестоящих событий, происходящих с вероятностью Q_i, то вероятность реализации вышестоящего события Q_в составляет:

    

    Если  оператор «И» связывает n нижестоящих событий, происходящих с вероятностью Q_i, то вероятность реализации вышестоящего события Q_в составляет:

Рисунок 7 – Дерево событий 

    Потенциальный риск R_п(х,у) в рассматриваемой точке определяется как:

где f_i – вероятность (частота) реализации i-го сценария с вероятность поражения в данной точке Р_i(x,y), n – количество сценариев.

 

    Таблица 9 – Оценка вероятностей реализации сценариев развития аварийного процесса