Демкин В. В.
В российской электроэнергетике до принятия Федерального закона № 116 “О промышленной безопасности опасных производственных объектов” не существовало достаточно четкого понятия, что такое опасное производство, опасная технология, опасное оборудование и т.д.
Вместе с тем, подспудно понималось, что использование в технологическом цикле горючих и взрывоопасных веществ, теплоносителей с высоким потенциалом или эксплуатация вращающихся и грузоподъемных машин и механизмов, оборудования с высоким напряжением, а также гидротехнических сооружений может создать непосредственную угрозу жизни и здоровью обслуживающего персонала и сторонних лиц, техническому состоянию оборудования, зданий и сооружений, окружающей природной среде. Допускалось смешение понятий “безопасность” и “надежность”.
Было выделено несколько направлений деятельности в энергетике, за которыми осуществлялся усиленный надзор со стороны государственных контрольных органов. К таким видам деятельности были отнесены:
- Котлы и котельные установки, в которых сжигается органическое топливо.
- Сосуды, работающие при избыточном (выше 0,07 МПа) давлении среды.
- Трубопроводы водяного пара и горячей воды с температурой теплоносителя выше 115°С.
- Системы снабжения электростанций природным газом с давлением до 1,2 МПа.
- Грузоподъемные машины и механизмы.
Надзор осуществлялся, как правило, путем визуального внутреннего и внешнего осмотра оборудования, а также проведения необходимых тестов и испытаний. В последнее время все успешнее внедряются методы приборного контроля текущего состояния оборудования, а также делаются попытки вероятностных оценок остаточного ресурса работы ответственных элементов оборудования.
С принятием закона “О промышленной безопасности опасных производственных объектов” было четко определено понятие “опасный производственный объект” (ОПО), разработаны критерии отнесения промышленных производств к ОПО. В соответствии с указанными критериями для тепловой энергетики сфера опасных производств была расширена и к ним были отнесены объекты, на которых осуществляется хранение, транспортирование и подготовка к сжиганию жидкого и твердого топлива, паровые и газовые турбины.
Расширение сферы применения положений о промышленной безопасности на энергетических объектах потребует всесторонней и комплексной оценки потенциально опасных факторов (ПОФ), наступления нежелательных событий (НС), разработки критериев опасности, их ранжирование по степени опасности (частота наступления, возможные последствия).
Для разработки практических мер организационно-технического характера, которые необходимы для повышения общей промышленной безопасности энергетического объекта, целесообразно определиться с терминами и понятиями. Итак, предлагается:
безопасность - состояние защищенности жизненно важных интересов личности и общества от аварий на ОПО и последствий указанных аварий (Федеральный закон № 116 “О промышленной безопасности...”);
надежность - свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, хранения и транспортирования (ГОСТ 27.002-89 “Надежность в технике”);
авария - разрушение сооружений и (или) технических устройств, применяемых на ОПО, неконтролируемый взрыв и (или) выброс опасных веществ (Федеральный закон № 116 “О промышленной безопасности...”);
инцидент - отказ или повреждение технических устройств, применяемых на ОПО, отклонение от режима технологического процесса (Федеральный закон № 116 “О промышленной безопасности...”).
Перед началом проектирования любого энергетического объекта необходимо определить, какое число оборудования попадает под действие закона “О промышленной безопасности...”, т.е. является опасным производственным объектом.
В дальнейшем будут рассматриваться только аспекты, связанные с обеспечением безопасного функционирования опасного промышленного объекта в тепловой энергетике. Целесообразно ограничиться тепломеханической частью, поскольку на нее приходится более 80% всех ОПО, на которые распространяется действие закона “О промышленной безопасности...”.
В частном случае, при проектировании тепловой электрической станции, работающей на органическом топливе, к ОПО можно отнести котлы, сосуды, работающие под давлением, трубопроводы пара и горячей воды, систем газоснабжения, паровые турбины, мазутное хозяйство и хозяйство газотурбинного и дизельного топлива, системы пылеприготовления и др.
Проектная организация должна всесторонне оценить наличие потенциально опасных факторов в совокупности для всех ОПО, входящих в состав ТЭС. К ним могут относиться:
наличие пара и воды высоких параметров (T > 545°C и Р > 32,0 МПа);
наличие горючих газов и пыли, способных образовывать взрывоопасные концентрации в смеси с воздухом;
наличие горючих и легковоспламеняемых жидкостей, способных в определенных условиях самовоспламеняться и устойчиво гореть;
наличие на открытых складах и в емкостях твердого топлива, способного к самоокислению и возгоранию;
наличие химически опасных веществ, способных наносить ущерб здоровью и жизни обслуживающего персонала, сторонним лицам, состоянию окружающей природной среды;
наличие грузоподъемных машин и механизмов, работающих в непосредственной близости от действующего оборудования
Указанные потенциально опасные факторы (ПОФ) сами по себе являются только носителем возможных аварий и инцидентов. Необходим прогноз развития аварий и их последствий. Этого требует и закон “О промышленной безопасности опасных производственных объектов” в части разработки декларации безопасности для любого опасного промышленного объекта.
Реализация ПОФ осуществляется через наступление нежелательных событий. Так, например, использование в технологическом процессе горючих жидкостей, находящихся в герметичном сосуде или трубопроводе, не является нежелательным событием (НС), однако ее попадание на горячую поверхность в результате разгерметизации аппарата или трубопровода приводит, как правило, к воспламенению и пожару (НС).
Вполне понятно, что любое НС, а также их сочетание носит вероятностный характер. Поэтому очень важно для принятия необходимых превентивных мер с наибольшей степенью достоверности определить вероятность наступления того или иного НС или их сочетания, а также оценить возможность наступления одного НС быть причиной другого.
Необходимость принятия предупредительных мер по снижению вероятности наступления НС должна определяться на стадии проектирования и исходить из следующего:
необходима достоверная оценка вероятности наступления того или иного НС;
необходима оценка затрат, связанных со снижением вероятности наступления НС или с его предупреждением (3i);
необходима оценка затрат, связанных с недопущением развития аварии, как следствия наступления НС (32);
необходима оценка затрат, связанных с восстановлением исходного технического состояния объекта и ликвидацией последствий возможных аварий, вызванных наступлением НС (33).
Вполне понятно, что принятие существующих технических решений или разработка новых, направленных на снижение вероятности наступления НС, требует определенных затрат ресурсов (финансовых, материальных, людских).
Ресурсы также потребуются, если наступление НС привело к аварии или инциденту.
В соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.010 “Взрывобезопасность” производственные процессы должны разрабатываться таким образом, чтобы вероятность возникновения взрыва (а при использовании органического топлива именно это является превалирующим опасным фактором) на любом взрывоопасном участке в течение 1 года не превышала 10 -6.
Исследования и практический опыт эксплуатации показали, что нежелательное событие с вероятностью менее 10 -6 в год практически неосуществимо (маловероятно).
НС с вероятностью более 10 -6 считается возможным. В этом случае, сопоставляя затраты 31, 32, 33, проектная организация располагает несколькими вариантами обеспечения безопасности энергетического объекта.
Вариант 1. На стадии проектирования разработать ряд организационно-технических решений, позволяющих перевести отдельные НС или их сочетания в разряд маловероятных.
При этом необходимо, чтобы З1 < З2 + З3. Вариант 2. Если НС не удается перевести в разряд маловероятных - оно считается возможным. В этом случае необходима разработка превентивных мер по недопущению развития аварии при наступлении одного или сочетании нескольких НС.
Как пример - работа пылесистем котлов с факельным сжиганием твердого топлива. Из-за многообразия факторов, определяющих работу пылесистемы (разные марки твердого топлива, флуктуация его качества), прогнозирование вероятности пожара или взрыва в пылесистеме представляется довольно сложной математической задачей. В этом случае необходимо сразу полагать, что вероятность наступления НС (взрыва или пожара) превышает значение 10 -6 в год и в соответствии с ГОСТ 12.1.010. “Взрывобезопасность” требуется устранение воздействия опасных факторов на людей.
Все дальнейшие мероприятия должны быть направлены на снижение последствий или недопущение взрывов и пожаров. Эти мероприятия могут быть двух видов:
организационными (наблюдением за содержанием кислорода, температурой аэросмеси, за отсутствием тлеющих очагов топлива или проведения огневых работ и др.);
техническими (оснащение пылесистем системами противопожарной защиты и взрывоподавления, увеличение толщины стенок ограждающих поверхностей, организованный отвод продуктов взрыва через специальные разгрузочные отверстия и др.).
Эти затраты будут не сопоставимо меньше, нежели связанные с ликвидацией последствий развившейся аварии и полным восстановлением исходного технического состояния разрушенных пылесистем и иного оборудования.
При этом 32 << 33.
Вариант 3. Математическая оценка показывает, что вероятность наступления НС составляет менее 10 - в год и его свершение считается маловероятным.
В этом случае можно затраты, которые планировались для снижения последствий НС и недопущения возникновения аварии (32), следует направить на дальнейшее уменьшение вероятности наступления события. В этом случае 32 < З3 - 31.
Характерным примером может служить обеспечение взрывобезопасности при растопке котла на природном газе.
Известно, что взрыв - процесс окисления органического вещества (природного газа), протекающий с высокой скоростью, - характеризуется лавинным нарастанием давления и высокой температурой продуктов окисления. Однако для его возникновения необходимо одномоментное сочетание ряда непременных условий, в частности:
- Наличие горючего вещества.
- Наличие окислителя.
- Образование смеси горючего вещества взрывоопасной концентрации (для природного газа - 5 - 15% в смеси с воздухом).
- Наличие источника зажигания (запала) достаточно большой мощности.
Исключение хотя бы одного из условий не позволит произойти взрыву природного газа в замкнутом объеме топочной камеры котла.
Процесс растопки котла на природном газе является одним из наиболее ответственных и опасных при эксплуатации тепломеханического оборудования. Положение усугубляется тем, что при растопке необходимо постоянное присутствие обслуживающего персонала непосредственно у горелок или гляделок котла. Любое отклонение от регламента розжига горелок, вызванное, как правило, ошибками персонала, приводило к наступлению нежелательного события (взрывам и “хлопкам”). По статистике более 60% взрывов и хлопков приходится именно на процесс растопки котла.
До недавнего времени взрывобезопасность растопки обеспечивалась исключением первого и третьего условий. Второе условие - наличие в топочной камере кислорода воздуха, как окислителя при всем желании исключено быть не может. Наличие санкционированного запала специально сдвигалось по времени до начала сознательного образования взрывоопасной смеси в устье горелочных устройств.
Преждевременная подача горючего газа в горелки обеспечивалась закрытием запорной арматуры и контролем ее плотности. Однако контроль плотности производился персоналом вручную, одноразово для всей арматуры и повторить его, не прекращая растопку котла, было невозможно.
Допуская протечку газа через неплотную арматуру, для исключения взрывоопасной концентрации в замкнутом объеме производилась принудительная вентиляция топочной камеры котла с помощью тягодутьевых механизмов.
Особенностью подобного регламента растопки оставался визуальный контроль ряда важнейших параметров, проводимый персоналом (остаточная загазованность в топочной камере, наличие факела запальника и факела основной горелки, плотность системы газоснабжения и др.), что часто являлось источником ошибочных действий.
При таком подходе вероятность наступления нежелательного события (“хлопков”, взрывов) была достаточно высока. Как значительные оценивались затраты на предотвращение аварии 32, на восстановление котла и ликвидацию других последствий аварий 33.
В данном случае 32 связаны с установкой взрывных клапанов необходимой площади, усилением ограждающих поверхностей топочной камеры и газоходов, обмуровки, каркаса котла и др.
При разработке метода оценки промышленной безопасности и критериев потенциально опасных факторов был предложен иной подход обеспечения взрывобезопасной растопки котла.
Были оценены затраты на разработку технических средств и приборного парка, которые позволили бы автоматизировать изложенные процессы, в том числе контроль технических параметров.
Понеся относительно небольшие затраты на разработку новых технических решений, направленных на снижение вероятности наступления НС (31), удалось при условии соблюдения предписанного регламента сделать растопку котла практически безопасной, т.е. с вероятностью менее 10 -6. При этом 32 << 31 + 33.
В приведенном примере такими техническими решениями стали следующие:
создание быстродействующих отсечных клапанов герметичности по классу “А” (ГОСТ 9455-93);
создание автоматизированной системы контроля герметичности применяемой арматуры;
разработка автоматизированных приборов контроля остаточной загазованности в топочной камере котла;
разработка и создание высокоточных и высоконадежных защитно-запальных устройств (ЗЗУ) с контролем факела основной и запальной горелок.
Это позволило создать локальную автоматизированную систему розжига котла с возможностью последующей адаптации к интегрированной АСУТП всего объекта. Полностью исключена необходимость присутствия обслуживающего персонала у котла в период растопки.
Выводы
- На этапе проектирования энергетического объекта на основании вероятностных и статистических оценок необходимо определить вероятность наступления нежелательного события.
- При вероятности менее 10 -6 считать аварию маловероятной и не предусматривать затрат на восстановление объекта.
- При вероятности более 10 -6 считать нежелательное событие возможным и предусмотреть в проекте организационные и технические мероприятия, а также затраты на предупреждение развития возможной аварии и ликвидацию ее последствий.
