Вероятности возникновения аварийных ситуаций на технологическом оборудовании опасных производственных объектовПри проведении анализа риска аварий для опасных производственных объектов (ОПО), одной из первоочередных задач является оценка частоты возникновения (вероятности) аварийной ситуации, на различном технологическом оборудовании. За начальное событие, которое служит отправным фактором развития аварии, обычно принимается разгерметизация оборудования, содержащего опасные вещества: горючие жидкости (ГЖ) или легковоспламеняющиеся жидкости (ЛВЖ).
Вероятность возникновения аварийных ситуаций рассматривается для следующего технологического оборудования, содержавшего опасные вещества: резервуары, емкости, аппараты, насосы, компрессоры, трубопроводы, устройства слива налива, ж/д и автоцистерны для опасных веществ и др.
При этом все технологическое оборудование может быть условно разделено на две подгруппы:
Частота возникновения аварийной разгерметизации оборудования измеряется – случаев в год (год-1). Для линейных объектов (трубопроводов) обычно измеряется– случаев на 1 метр трубопровода в год (м-1 × год-1).
Сценарии аварийной разгерметизации обычно условно делятся на сценарии полной разгерметизации (наиболее опасные) и частичной разгерметизации оборудования (наиболее вероятные). Под сценарием полной разгерметизации понимается мгновенный залповый выброс всего содержимого оборудования при квазимгновенном разрушении резервуара, для емкостного оборудования. Для насосного оборудования обычно принимается разрыв напорного трубопровода с последующим истечением жидкости в напорном режиме до момента остановки оборудования/ перекрытия аварийного участка. Под сценарием частичной разгерметизации обычно рассматривается вариант истечения через отверстие в стенке резервуара, отверстия в оборудовании или трубопроводах, до момента перекрытия аварийного участка.
Данные по вероятности аварийной разгерметизации оборудования представлены в следующих нормативных документах:
| Частота разгерметизации для некоторых видов оборудования | |||
|---|---|---|---|
| Наименование оборудования | Инициирующее аварию событие | Диаметр отверстия, мм | Частота разгерметизации, год-1 |
| Резервуары, емкости и аппараты под давлением | Разгерметизация с последующим истечением жидкости, газа или двухфазной среды | 5 | 4,0×10-5 |
| 12,5 | 1,0×10-5 | ||
| 25 | 6,2×10-6 | ||
| 50 | 3,8×10-6 | ||
| 100 | 1,7×10-6 | ||
| Полное разрушение | 3,0×10-7 | ||
| Резервуары, емкости и аппараты под давлением | Разгерметизация с последующим истечением жидкости, газа или двухфазной среды | 5 | 4,3×10-3 |
| 12,5 | 6,1×10-4 | ||
| 25 | 5,1×10-4 | ||
| 50 | 2,0×10-4 | ||
| Диаметр подводящего/отводящего трубопровода | 1,0×10-4 | ||
| Компрессоры (центробежные) | Разгерметизация с последующим истечением газа | 5 | 1,1×10-2 |
| 12,5 | 1,3×10-3 | ||
| 25 | 3,9×10-4 | ||
| 50 | 1,3×10-4 | ||
| Полное разрушение | 1,0×10-4 | ||
| Резервуары для хранения ЛВЖ и ГЖ при давлении близком к атмосферному | Разгерметизация с последующим истечением жидкости в обвалование | 25 | 8,8×10-5 |
| 100 | 1,2×10-5 | ||
| Полное разрушение | 5,0×10-6 | ||
| Диаметр трубопровода, мм | Частота утечки из технологических трубопроводов м-1×год-1 | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| Малая (диаметр отверстия 12,5 мм) | Средняя (диаметр отверстия 25 мм) | Значительная (диаметр отверстия 50 мм) | Большая (диаметр отверстия 100 мм) | Разрыв трубопровода на все сечение | |
| 50 | 5,7×10-6 | 2,4×10-6 | - | - | 1,4×10-6 |
| 100 | 2,8×10-6 | 1,2×10-6 | 4,7×10-7 | - | 2,4×10-7 |
| 150 | 1,9×10-6 | 7,9×10-7 | 3,1×10-7 | 1,3×10-7 | 2,5×10-8 |
| 250 | 1,1×10-6 | 4,7×10-7 | 1,9×10-7 | 7,8×10-8 | 1,5×10-8 |
| 600 | 4,7×10-7 | 2,0×10-7 | 7,9×10-8 | 3,4×10-8 | 6,4×10-9 |
| 900 | 3,1×10-7 | 1,3×10-7 | 5,2×10-8 | 2,2×10-8 | 4,2×10-9 |
| 1200 | 2,4×10-7 | 9,8×10-8 | 3,9×10-8 | 1,7×10-8 | 3,2×10-9 |
| Тип оборудования | Частота разгерметизации для резервуаров и изотермических хранилищ год-1 | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Полное разрушение | Частичная разгерметизация | |||||
| Мгновенный выброс всего объема в окружающую среду | Мгновенный выброс всего содержимого в межстенное пространство | Выброс всего объема в окружающую среду за 10 мин с постоянным расходом | Выброс всего объема в межстенное пространство за 10 мин с постоянным расходом | Продолжительный выброс в окружающую среду через отверстие диаметром 10 мм | Продолжительный выброс в межстенное пространство через отверстие диаметром 10 мм | |
| Одностенный резервуар1 | 5,0×10-6 | - | 5,0×10-6 | - | 1,0×10-4 | - |
| Резервуар с внешней защитной оболочкой2 | 5,0×10-7 | 5,0×10-7 | 5,0×10-7 | 5,0×10-7 | - | 1,0×10-4 |
| Резервуар с двумя оболочками3 | 1,25×10-8 | 5,0×10-8 | 1,25×10-8 | 5,0×10-8 | - | 1,0×10-4 |
| Резервуар полной герметизации4 | 1,0×10-8 | - | - | - | - | - |
| Заглубленный резервуар5 | - | 1,0×10-8 | - | - | - | - |
| Подземное хранилище6 | 1,0×10-8 | - | - | - | - | - |
|
1 - Имеется одна оболочка, предназначенная для хранения жидкости. Вторая (внешняя) оболочка может присутствовать, однако она обеспечивает защиту только от воздействия окружающей среды и при разрушении внутренней оболочки не может удерживать ни газ, ни жидкость. 2 - Имеется внутренняя оболочка для хранения жидкости и внешняя защитная оболочка, обеспечивающая удерживание жидкости при утечке из внутренней оболочки, но не обеспечивающая удержание газа. Внешняя оболочка не обеспечивает защиту от внешних воздействий (взрыва, воздействия разлетающихся обломков и термического воздействия). 3 - Имеется первичная оболочка для жидкости и внешняя оболочка. Внешняя оболочка может удерживать пролитую жидкость и защищать от различных внешних воздействий, таких, как взрывы, воздействие разлетающихся обломков и термическое воздействие, однако не предусматривает удержание газа (паров). 4 - Имеются внутренняя и внешняя оболочки. Внешняя оболочка обеспечивает удержание пролитой жидкости и пара и защищает от различных внешних воздействий, таких, как взрывы, воздействие разлетающихся обломков и термическое воздействие. 5 - Уровень жидкости в хранилище находится ниже уровня земли. 6 - Хранилище полностью закрыто грунтом, уровень жидкости находится ниже уровня земли. |
||||||
| Тип оборудования | Частота разгерметизации для сосудов под давлением год-1 | ||
|---|---|---|---|
| Полное разрушение | Частичная разгерметизация | ||
| Мгновенный выброс всего объема (С1) | Выброс всего объема за 10 мин с постоянным расходом (С2) | Продолжительный выброс через отверстие диаметром 10 мм(С3) | |
| Сосуды под давлением | 5,0×10-7 | 5,0×10-7 | 1,0×10-5 |
| Технологические аппараты (ректификационные колонны, конденсаторы и фильтры) | 5,0×10-6 | 5,0×10-6 | 1,0×10-4 |
| Химические реакторы | 5,0×10-6 | 5,0×10-6 | 1,0×10-4 |
|
Примечания:
Частота понижается, если при изготовлении сосуда использованы специальные технические решения, обеспечивающие снижение аварийности, однако итоговая частота полной разгерметизации (мгновенный и продолжительный выбросы С1,С2) не может быть ниже 1×10-7 год-1. Частота разгерметизации повышается, если для сосуда обычные условия обеспечения целостности не выполняются либо если имеются другие обстоятельства, приводящие к повышению частоты. Если внешние воздействия не могут быть исключены, то значение частоты полного разрушения увеличивается на величину 5×10-6 год-1 как для мгновенного, так и для непрерывного выброса (Cl, С2). |
|||
| Тип оборудования | Частота разгерметизации для автомобильных и железнодорожных цистерн | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Мгновенный выброс всего содержимого | Продолжительный выброс из цистерны через отверстие, соответствующее размеру наибольшего соединения | Полный разрыв сливо-наливного рукава | Утечка из сливо-наливного рукава через отверстие с эффективным диаметром 10%, номинального диаметра, максимум 50 мм | Полное разрушение жесткого сливо-наливного устройства | Утечка из жесткого сливо-наливного устройства через отверстие с эффективным диаметром 10% номинального диаметра, максимум 50 мм | |
| Цистерны под избыточным давлением | 5,0×10-7 год-1 | 5,0×10-7 год-1 | 4,0×10-6 ч-1 | 4,0×10-5 ч-1 | 3,0×10-8 ч-1 | 3,0×10-8 ч-1 |
| Цистерны при атмосферном давлении | 1,0×10-5 год-1 | 5,0×10-7 год-1 | 4,0×10-6 ч-1 | 4,0×10-5 ч-1 | 3,0×10-8 ч-1 | 3,0×10-8 ч-1 |
|
Примечания:
Выше приведены частоты аварийной разгерметизации для цистерн в стационарном положении. Возникновение пожара под цистерной может привести к мгновенному выбросу всего содержимого с образованием огненного шара (при перевозке взрывопожароопасных жидкостей и сжиженных газов). Частота возникновения аварий данного типа по причине локальных утечек из соединительных шлангов оценивается величиной 1×10-6 год-1 для цистерн под избыточным давлением и цистерн при атмосферном давлении. При наличии нескольких цистерн в расчетах рекомендуется учитывать эскалацию аварии (эффект «домино»). |
||||||
| Тип насоса | Частота разгерметизации насоса год-1 | |
|---|---|---|
| Катастрофическое разрушение с эффективным диаметром отверстия, равным диаметру наибольшего трубопровода | Утечка через отверстие с номинальным диаметром 10% от диаметра наибольшего трубопровода, но не более 50 мм | |
| Насосы | 1,0×10-4 | 5,0×10-4 |
| Насосы в корпусе из кованной стали | 5,0×10-5 | 2,5×10-4 |
| Герметичные насосы | 1,0×10-5 | 5,0×10-5 |
| Внутренний диаметр трубопровода | Частота разгерметизации трубопровода м-1×год-1 | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Разрыв на полное сечение, истечение из двух концов трубы | Истечение через отверстие с эффективным диаметром 10% номинального диаметра трубы, но не более 50 мм | |||||
| Менее 75 мм | 1,0×10-6 | 5,0×10-6 | ||||
| От 75 до 150 мм | 3,0×10-7 | 2,0×10-6 | ||||
| Более 150 мм | 1,0×10-7 | 5,0×10-7 | ||||
|
Примечания:
Частоты приведены для технологических трубопроводов, не подверженных интенсивной вибрации, не работающих в агрессивной среде, при отсутствии эрозии, не подверженных циклическим тепловым нагрузкам. При наличии указанных факторов частота повышается в 3—10 раз в зависимости от специфики условий. Разгерметизация на фланцевых соединениях добавляется к разгерметизациям на трубопроводах. Одно фланцевое соединение по частоте разгерметизации приравнивается к 10 м трубопровода. Длина трубопровода не менее 10 м. При меньшей длине она считается равной 10 м. |
||||||
При разгерметизации оборудования содержащего горючие и легковоспламеняющиеся вещества дальнейшее развитие аварии может проходить по двум основным сценариям:
К сценариям развития аварий связанным с образованием поражающих факторов теплового излучения и/или воздушной ударной волны относятся:
Частота возникновения поражающих факторов, при аварийно разгерметизации оборудования с опасными веществами обычно характеризуется условной вероятностью выражаемой в процентах (%), или долях единицы. Данная вероятность получена на базе анализа статистических данных имевших место аварий на оборудовании с данными опасными веществами и характеризует вероятность (частоту) развития аварий по тому или иному сценарию после аварийной разгерметизации оборудования.
Таким образом, вероятность возникновения той или иной аварийной ситуации может быть получена путем перемножения вероятности разгерметизации оборудования на условную частоту возникновения того или иного поражающего фактора. Данный метод определения частоты возникновения той или иной аварийной ситуации лежит в основе построения деревьев событий.
Данные по условной вероятности возникновения аварийных ситуаций с различными поражающими факторами, на емкостном и трубопроводном оборудовании с нефтью и нефтепродуктами, полученные на основе статистических данных, взятые из справочной литературы представлены в таблице ниже.
| Условные вероятности развития аварийной ситуации для емкостного технологического оборудования с нефтью или нефтепродуктом в соответствии с [1] | |
|---|---|
| Последствия | Условная вероятность |
| Растекание нефти или нефтепродукта по подстилающей поверхности (без поражающих факторов) | 0,85 |
| Выброс нефти с последующим пожаром излития | 0,11 |
| Разрушение емкости с мгновенным выбросом нефти/нефтепродукта и его воспламенением (огненный шар) | 0,03 |
| Аварии, сопровождающиеся объемным взрывом с последующим пожаром излития | 0,01 |
| Условные вероятности развития аварийной ситуации для трубопроводного оборудования с нефтью или нефтепродуктом в соответствии с [1] | |
| Последствия | Условная вероятность |
| Растекание нефти или нефтепродукта по подстилающей поверхности (без поражающих факторов) | 0,81 |
| Выброс нефти с последующим пожаром разлития | 0,17 |
| Аварии, сопровождающиеся объемным взрывом с последующим пожаром излития | 0,02 |
| [1] – Техника и технология локализации и ликвидации аварийных разливов нефти и нефтепродук-тов: Справ./И.А. Мерициди, В.Н. Ивановский, А.Н. Прохоров идр.; Под ред. И.А. Мерициди. – СПб.: НПО «Профессионал», 2008. – 824с.: ил. | |
Условная вероятность развития аварийных ситуаций для емкостного оборудования содержащего сжиженные углеводородные газы (СУГ), в соответствии с ГОСТ Р 12.3.047-98 представлена в таблице ниже.
| Условные вероятности развития аварий связанных с выбросом СУГ | |
|---|---|
| Сценарий аварии | Условная вероятность |
| Факел | 0,0574 |
| Огненный шар | 0,7039 |
| Горение пролива | 0,0287 |
| Сгорание облака | 0,1689 |
| Сгорание с развитием избыточного давления | 0,0119 |
| Без горения | 0,0292 |