По степени опасности ответственные технологические процессы подразделяются. Выбор способа производства
Экзотермические реакции:
Ø сгорание твердого, жидкого или газообразного топлива;
Ø гидрирование (используется водород под давлением и при относительно высокой температуре);
Ø гидролиз - реакция соединения с водой (получение серной или фосфорной кислот из оксидов);
Ø алкилирование при получении органических соединений;
Ø изомеризация - перегруппировка атомов в органической молекуле;
Ø сульфирование в органическом синтезе;
Ø нейтрализация - реакции между кислотой и основанием с образованием соли и воды;
Ø этерификация - реакция между кислотой и спиртом, или ненасыщенным углеводородом;
Ø окисление - взаимодействие веществ с кислородом;
Ø полимеризация - соединение молекул;
Ø конденсация - соединение двух или более молекул органических веществ с отщеплением Н 2 О, Hcl или других соединений;
Ø галогенирование - введение атомов фтора, хлора, брома или йода (галогенов) в молекулу органического вещества;
Ø нитрование - замещение атома водорода в соединении на нитрогруппу;
Ø обогащение - увеличение концентрации продукта (для опасных веществ и материалов).
Эндотермические реакции:
Ø кальцинирование - нагревание материала для удаления из него влаги или других летучих веществ;
Ø электролиз;
Ø пиролиз или крекинг - термическое разложение.
Погрузка, разгрузка и перемещение материалов:
Ø перевозка опасных веществ, материалов;
Ø погрузка и разгрузка опасных материалов;
Ø хранение материалов на складах в бочках, баллонах, транспортных танках и прочих материалов t° переработки (хранения) выше точки кипения при нормальных условиях.
Среди большого числа разнообразных по характеру процессов технологии можно выделить группы процессов, которые при определенных условиях, возникающих вследствие нарушения требований регламента, выходят в аварийные режимы с последствиями различной степени тяжести. Такие процессы называются потенциально опасными. Специфика потенциально опасных процессов состоит в том, что они могут протекать в двух различных режимах:
Ø нормальное функционирование;
Ø предаварийная работа.
Способность переходить в предаварийное состояние отличает потенциально опасные процессы от обычных процессов и технологий. Кроме того, спецификой определенной группы распространенных потенциально опасных процессов является наличие у них общей границы зон интенсивного протекания и неустойчивости, т.е. близость интенсивного режима ведения процесса и предаварийного режима.
Режим нормального (штатного) функционирования технологической системы характеризуется соответствием в некоторых пределах определяющих режимных параметров заданным. Последние установлены для условий оптимального ведения процесса (получения наибольшего выхода продукции соответствующего ТУ качества за наименьшее время).
В режиме нормального функционирования процесса различают три различных состояния:
Ø собственно нормальное протекание процесса, когда все определяющие параметры соответствуют заданным;
Ø отклонение определяющих безопасность параметров в сторону уменьшения опасности;
Ø отклонение определяющих параметров в сторону увеличения опасности.
При этом все отклонения находятся в заданных пределах, обусловленных необходимой точностью поддержания определяющих параметров.
При нарушении технологического режима, ведущего к возникновению аварийной ситуации, процесс переходит в предаварийное состояние, характеризующееся значительными отклонениями определяющих параметров от заданных пределов в сторону увеличения опасности. Причины, вызывающие аварийную ситуацию, могут быть различные: от ошибок и недосмотров обслуживающего персонала до отказов (нарушения исправности) оборудования и средств автоматизации.
В предаварийном состоянии, характерном только для потенциально опасных процессов, можно выделить две фазы: в первой фазе возможен возврат процесса к нормальному режиму, во второй развитие аварийной ситуации становится необратимым и имеющимися средствами вывести процесс на нормальный режим не представляется возможным. В последнем случае необходимо прекратить ведение процесса. Возможен такой вариант процесса, когда одна из фаз предаварийного режима отсутствует. Так, если развитие аварийной ситуации не перерастает в необратимое, то вторая фаза отсутствует.
Очевидно, что если не принять меры, способствующие прекращению развития аварийной ситуации и возвращению процесса к режиму нормального функционирования или прекращению его, то возникает аварийное состояние (авария), сопровождающаяся последствиями различной степени тяжести (разрушение аппарата, загазованность помещения, человеческие жертвы и т,д.).
Повышение эффективности производства сегодня и улучшение качества продукции, выпускаемой промышленными предприятиями, тесно связано с интенсификацией технологических процессов. В каждой отрасли хозяйственной деятельности эта проблема решается различными путями - наряду с совершенствованием технологии, основанной на поиске оптимальных режимов и создании совершенных аппаратов и оборудования, все большее значение приобретает автоматизация технологических процессов. В плане обеспечения безопасности современные технологии управления исключают человеческий фактор (имеющий свойства ошибаться) из цепочки взаимосвязанных элементов производства.
Интенсификация большинства технологических процессов неотделима от проблемы их защиты средствами автоматики и телеметрии. При этом наибольшей интенсификации можно достигнуть лишь приближением технологического процесса к опасной зоне. Иными словами, при интенсификации технологического процесса приходится приближаться к границам его устойчивости. Создается равновесная зона как компромисс между эффективностью (производительностью) производства и допустимым уровнем безопасности.
Из всей совокупности процессов и технологий в целом можно выделить процессы, которые при определенных условиях выходят в аварийные режимы. Причинами возникновения аварийной ситуации могут быть как отступления от технологического регламента, так и неисправность технологического оборудования или отказы автоматических (или неавтоматических) систем управления. Такие технологические процессы, называемые здесь потенциально опасными, имеют ряд особенностей.
Для определенной группы потенциально опасных процессов характерно наличие общей границы интенсивного протекания и устойчивости. Зона неустойчивости опасна в отношении возможности выхода процесса в аварийный режим.
При соблюдении определенных регламентом условий, при исправном оборудовании и исправной системе управления потенциально опасный процесс находится в режиме нормального функционирования. Теория управления потенциально опасными процессами в этом режиме не отличается от классической. Опасные параметры - температура, давление, скорость и др. - находятся в пределах, предусмотренных регламентом, целостность технологического оборудования обеспечивается расчетом их прочности. В этом режиме опасные параметры поддаются регулированию с помощью автоматических систем или вручную. (Стремление отсюда к созданию самогасящихся (затухающих) технологических процессов в ядерной энергетике.)
Если в ходе технологического процесса под влиянием внешних воздействий будет происходить отклонение опасных параметров и они будут выходить за пределы, обусловленные регламентом, то такую ситуацию следует определить как предаварийную. Следует отметить и это абсолютно естественно, что на этапе функционирования оборудования в предаварийном режиме органы управления, аварийные службы объекта уже действуют как в условиях произошедшей аварии. К сожалению, статистики таких случаев недостаточно (случаев предотвращенных аварий), т.к. информация о них не распространяется. Во всяком случае известно, что сегодня предотвращено несколько серьезных катастроф. Поэтому можно сказать, что борьба за выживание начинается или должна начинаться уже при угрозе реализации существующей на производстве опасности.
В этой ситуации мощность, накопленная при росте, например, давления или температуры, еще недостаточна для разрушения реактора. В предаварийном режиме функционирования возврат опасных параметров в регламентные границы может быть осуществлен применением специальных управляющих (защитных) воздействий.
При недостаточной эффективности управляющих воздействий возникает неуправляемая предаварийная ситуация. При дальнейшем увеличении отклонения опасных параметров и накоплении мощности процесса, способной повредить оборудование, создается аварийная ситуация. Последнее определение предполагает то, что возвращение опасных параметров в регламентные границы не представляется возможным. В таких случаях во избежание аварии и ее последствий процесс останавливают. Это может осуществляться захолаживанием реактора, сбросом реакционных масс, остановкой технологического процесса и другими заранее предусмотренными мерами. (Штраф за заражение окружающей среды должен всегда быть выше, чем разрушенное или поврежденное в аварийной ситуации оборудование,) Сегодня интенсификация производств - объективный процесс, определенный законами экономического развития. Однако к неизбежному процессу интенсификации потенциально опасных процессов подходят разными путями. Технологический путь решения проблемы состоит в разработке эффективных регламентных условий ведения процесса и совершенного технологического оборудования, обеспечивающих безопасное и интенсивное ведение процесса. Однако поскольку условия безопасности и интенсивности часто противоречат друг другу, путь этот не всегда дает должный эффект. Интенсификации способствует создание систем автоматического регулирования процессов. Но система регулирования потенциально опасного процесса должна выполнять функции защиты, иметь повышенную надежность, что не всегда экономически целесообразно.
Таким образом, вторая особенность потенциально опасных технологических процессов определяется некоторой спецификой в вопросах управления ими. Для обеспечения автоматического управления такими процессами необходимо их всестороннее исследование. Особенностью исследования потенциально опасных процессов является необходимость изучения их динамики в предаварийном режиме. Результатами такого исследования сегодня не располагают ни технологи, разрабатывавшие процесс, ни эксплуатационники. В этом заключается третья особенность рассматриваемых процессов.
Технологический процесс крупного промышленного предприятия представляет собой одну или несколько технологических систем, каждая из которых может включать:
Ø систему управления;
Ø промышленные установки (промышленное оборудование);
Ø транспортные системы;
Ø системы газоснабжения;
Ø системы электроснабжения;
Ø системы водоснабжения;
Ø системы контроля за технологическим процессом;
Ø системы безопасности.
Основа технологического процесса - промышленные установки. Исходя из того, что аварии могут происходить из-за несоответствующего проектирования тех или иных составных частей установок, которые в любом случае должны выдерживать:
Ø статические нагрузки;
Ø динамические нагрузки;
Ø внутренние и внешние напряжения;
Ø коррозию;
Ø нагрузки, возникающие из-за больших перепадов температур;
Ø нагрузки от внешних воздействий (ветер, снег, землетрясение, просадка почв, сели и т.д.).
Все эти виды нагрузок и воздействий включены в соответствующие стандарты по проектированию и в нормы технологического проектирования (ОНТП-86). Требования, указанные в этих документах являются лишь минимальным требованием по обеспечению безопасности промышленных установок и технологических процессов в целом, на которых возможны крупные аварии (последствия которых распространяются за пределы территории объекта).
Особую важность они представляют для систем, находящихся под давлением, содержащих легковоспламеняющиеся взрывоопасные и токсичные газы, или для жидкостей, хранящихся при температуре, превышающей их точку кипения.
Работа таких систем обязательно контролируется. Если промышленная установка спроектирована так, что она может выдерживать все нагрузки, возникающие в процессе обычных или предполагаемых экстремальных условий работы, то задачей системы контроля производственных процессов должно быть обеспечение безопасной работы установки в заданных пределах. Для этого предполагается использование:
Ø ручного управления;
Ø автоматического контроля;
Ø системы автоматического отключения технологических установок;
Ø предохранительных устройств;
Ø системы аварийной сигнализации.
Основная идея безопасности производственного процесса заключается в том, чтобы надежно обеспечивать безопасные условия его работы. При помощи систем контроля переменные характеристики производственного процесса в случае нарушения нормального режима удерживаются в безопасных пределах.
Переменными в контролируемом процессе могут быть:
Ø температура;
Ø давление;
Ø скорость сырьевого потока;
Ø соотношение компонентов;
Ø скорость изменения параметров.
Наиболее передовые системы контроля имеют структуру тройного действия.
Примером такой системы являются терморегуляционные устройства, регистрирующие превышение оптимальной температуры в процессе (например, химической реакции в химической промышленности). При достижении критической температуры система включает дополнительное охлаждение.
Для обеспечения безопасности в опасном технологическом процессе системы контроля должны охватывать все основные технологические установки и их элементы, составляющие этот процесс. Это - аппараты, насосы, компрессоры, вентиляторы и т.д.
Необходимо отметить, что любая система контроля может не всегда правильно срабатывать в фазах включения и остановки производственного процесса. Поэтому как элемент защиты применяются системы безопасности.
Читайте также:
|
Производства: нефтехимия, металлургия, полимерное производство, нефтепровод., деревообрабатывающая и угольная промышленность.Признаки отнесения технологических процессов к опасным : использование в технологическом процессе опасных хим. в-в, а также вредных веществ в большом количестве; наличие на производстве ЛВЖ, ГЖ, радиоактитивных в-в (материалов) в качестве сырья, промежуточного продукта или готовой продукции; производство (применение) взрывчатых веществ и материалов; применение взрывоопасных технологий: перегонка ЛВГЖ по продуктопроводам под высоким давлением; применение высокотемпературных режимов; работа установок в глубоком вакууме; использование котлов под давлением; использование технологии и оборудования, не исключающих образование пылевоздушных и газовоздушных смесей; использование технических систем, создающих опасные поражающие факторы (электромагнитные поля, СВЧ-излучение, инфракрасное излучение, лазерное и т.д.); гидротехнические сооружения; технологические процессы с использованием открытого огня; перемещение грузов (в т.ч. опасных грузов); использование энергоемких систем; непрерывные технологические процессы. 1) производственная пыль - тонкодисперсные частицы, взвешенные в воздухе. Органические пыли (растительная и животная пыль, пыль некоторых синтетических веществ) и неорганические пыли - металлические и минеральные (кварц, асбест, цемент и др.) пыли. Пыли могут оказывать как чисто механическое, так и отравляющее действие. 2)Вероятность возникновения взрыва в рабочем помещении. 3)Вероятность разгерметизации оборудования (Р1), в свою очередь представляет произведение весьма вероятных случаев:нарушение технологического режима; возможная коррозия; наличие неразъемных соединений; наличие фланцев; разгерметизация сальников; отказ предохранительных устройств; возможные отказы тепловых компенсаторов; ошибки работающего персонала. виды опасности: отравление, взрыв, механическое разрушение оборудования и аппаратуры, выброс реакционной массы, технологический брак. Все процессы, протекающие в сложных технологических системах, в соответствии с общими правилами взрывоопасности (1988 г.) можно разделить на: гидродинамические; тепломассообменные; реакционные, в т.ч. физико-химические и биохимические; с токсическими веществами (СДЯВ, ОХВ, вредными веществами); со взрывоопасными веществами и смесями; процессы с большой скоростью реакций; механические; комбинированные.
Безопасность технологических процессов рассматривают как комплекс требований к безопасности двух составляющих:
- производственного оборудования;
- технологических процессов производства.
- станки;
- сварочные посты с оснасткой,
- транспортирующие средства, обеспечивающие перемещение изделий от операции к операции,
- ручной инструмент и др.
Потенциально опасными могут быть и сами технологические процессы, разнообразие которых на современном этапе развития техники очень велико и постоянно растет. Например, потенциальную опасность могут представлять процессы работы на станках (токарных, сверлильных, фрезерных, строгальных, шлифовальных, прессах, молотах), погрузочно-разгрузочные и транспортные операции на подъемно-транспортных машинах и др.
На предприятиях железнодорожного транспорта технологические процессы ремонта подвижного состава, путевых и погрузочно-разгрузочных машин также связаны с присутствием опасных факторов.
Согласно «Перечню основных видов работ на объектах железнодорожного транспорта, к которым предъявляются дополнительные (повышенные) требования безопасности труда», к этому виду работ относят:
- эксплуатацию и техническое обслуживание локомотивов, моторвагонного подвижного состава, автомотрис, дрезин, мотовозов, самоходных кранов и путевых машин на железнодорожном ходу;
- осмотр и текущий ремонт вагонов на путях станции, в пунктах технического обслуживания и подготовки вагонов к перевозкам;
- сварочные работы по ремонту трубопроводов и емкостей из-под агрессивных, токсичных, легковоспламеняющихся и низкокипящих газов и жидкостей;
- эксплуатацию, техническое обслуживание, монтаж, демонтаж, испытание и ремонт грузоподъемных кранов и крановых путей;
- ремонт тепловых сетей в отопительный период;
- работы по осмотру, очистке и ремонту внутри цистерн, емкостей из-под нефтепродуктов, взрывоопасных и ядовитых веществ.
Среди большого числа отличающихся по характеру процессов химической технологии можно выделить группу процессов, которые при определенных условиях, возникающих вследствие нарушения требований регламента, выходят в аварийные режимы с последствиями различной степени тяжести. Такие процессы называют потенциально опасными .
Потенциально опасные процессы химической технологии можно разделить на четыре группы:
Переработка и получение токсичных веществ;
Переработка и получение взрывоопасных веществ и смесей;
Процессы протекающие с высокой скоростью;
Смешанные процессы.
Большая часть потенциально опасных процессов химической технологии – это смешанные процессы, т.е. такие, которые можно отнести одновременно к двум или трем указанным группам. В них присутствуют все или часть видов опасности: отравление, взрыв, механическое разрушение оборудования или аппаратуры, выброс реакционной массы, технологический брак.
Причины возникновения аварийной ситуац ии очень разнообразны и можно свести к следующим:
Изменение соотношения подаваемых компонентов (непрерывный процесс) или скорости слива одного из компонентов (полунепрерывный процесс). В этих случаях скорость химического превращения веществ растет, что приводит к увеличению количества выделяемого тепла, подъему температуры, ускорению побочных реакций, интенсивному газовыделению и пр.
Снижение (или отсутствие) расхода хладагента . Это приводит к снижению теплоотбора, увеличению температуры и т.д.
Отсутствие перемешивания . В этом случае возможно накопление непрореагировавших компонентов или образование застойных зон. Неоднородное распределение компонентов или последующее включение мешалки приводит к изменению скорости реакции и нарушению температурного режима.
Попадание посторонних продуктов в аппарат . Приводит к ускорению побочных реакций, нарушению температурного режима и т.д.
Нарушение состава исходных компонентов , подаваемых в виде смеси или раствора. Приводит к изменению соотношения реагирующих веществ и как следствие к нарушению технологического режима.
Нарушение режима удаления паров или газов. Приводит к увеличению давления.
Эти отклонения возникают при отказе средств автоматизации, технологического оборудования или в результате ошибок обслуживающего персонала.
Основной метод защиты потенциально опасных процессов – создание автоматических систем защиты. В автоматизированном технологическом процессе, снабженном надежной системой защиты, аварийные ситуации могут возникать только в результате отказов технологического оборудования или системы регулирования.
Наиболее распространенный технологический метод снижения опасности потенциально опасных технологических процессов – установление безопасного регламента , т.е. такого регламента при котором даже при резких колебаниях процесса его опасные параметры не выходят за границу устойчивости.
Второй технологический метод снижения опасности – замена периодических процессов непрерывными. Снижение безопасности достигается следующими обстоятельствами:
Объем реактора непрерывного действия в несколько раз меньше объема реактора периодического действия при той же производительности. Вследствие этого общий объем реакционной массы гораздо меньше и таким образом уменьшаются возможные последствия аварии.
Параметры, характеризующие течение процесса (давление, температура и т.д.) при непрерывном процессе поддерживаются постоянными и их легче автоматизировать.
Технологические методы обеспечивают снижение опасности, но не устраняют ее и вероятность возникновения аварии не устраняется.