Модернизация взрывопожаро-опасных и химически опасных производств

Дата публикации: 
08.10.2014

модернизация производства

Актуальность модернизации химических  производств России объясняется тем, что второй половине XX в. начале XXI в. резко увеличилось антропогенное воздействие на окружающую среду, возникла опасность необратимого нарушения биогеохимического равновесия на планете, повысилась степень износа основных фондов, конкурентоспособность многих видов продукции остается на низком уровне, высока степень риска возникновения аварий.

Направления модернизации — разработка новых материалов, технологий, биотехнологических процессов, комплексная автоматизация системы управления технологическими процессами (АСУТП) химических производств. Главная ее цель — рост производительности труда, улучшение качества продукции, увеличение прибыли (там, где имеется должная мотивация, также решаются вопросы экологической и промышленной безопасности). В настоящее время основная мотивация в решении вопросов промышленной безопасности — государственный надзор, административные методы воздействия на нарушителей.

Что было необходимо осуществить в области промышленной безопасности при модернизации опасных производственных объектов (ОПО) химических предприятий, вытекало из анализа причин крупных аварий, происшедших в ОАО «Аммофос» (с 2002 г. входит в ЗАО «ФосАгро АГ», как и ОАО «Череповецкий «Азот») и на Кирово-Чепецком химическом комбинате.

В ОАО «Аммофос» взорвался плав аммиачной селитры в аппарате использования тепла нейтрализации главного корпуса производства нитроаммофоски в результате передозировки азотной и серной кислот, которые подавались в плав, при отсутствии защиты по температуре. При I = 240 °С плав взорвался, от корпуса остались фундаменты, 3 человека погибли, 51 человек пострадал (была пересмена). В Кирово-Чепецке серную кислоту в колонну синтеза подавали автономно, что имело также роковые последствия: тепловой эффект от реакции аммиака с серной кислотой в 2,2 раза выше, чем с азотной. При случайном перекрытии подачи азотной кислоты плав взорвался.
В обоих случаях в регламенте были заложены нарушения всех основных требований взрывобезопасности технологического процесса, прописанных в Общих правилах взрывобезопасности для взрывопо-жароопасных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств (ПБ 09-540—03).

Эти две наиболее показательные аварии автору пришлось расследовать. В химическом комплексе с 1976 по 2010 г. 90 % серьезных аварий произошли по технологическим причинам, из-за отсутствия или несовершенства средств защиты, допущенных отступлений от проектов. Разумеется, присутствовал и человеческий фактор, но им нельзя спекулировать и нельзя игнорировать недостатки техники и технологии, что любят делать собственники предприятий и их представители.

Что сделано в области модернизации технологических процессов, технических устройств, средств управления и защиты на предприятиях ЗАО «ФосАгро АГ» в свете вышесказанного, с учетом анализа причин аварий? Речь идет о двух предприятиях: ОАО «Аммофос» и ОАО «Череповецкий «Азот».

До 2003 г. в состав сернокислотного производства (СКП) ОАО «Аммофос» входили пять технологических систем по выпуску серной кислоты из серного колчедана с общей проектной производительностью 1745 тыс. т/год, вагоноопрокидыватель, конвейерный тракт подачи колчедана с открытым и закрытым складами, система гидроудаления и складирования твердого отхода — пиритного огарка. Процесс был многостадийным, приходилось эксплуатировать большое количество оборудования, в том числе энергопотребляющего.

В 2003—2009 гг. проведена коренная реконструкция всего СКП с переходом на технологию получения серной кислоты из жидкой серы по короткой схеме. В итоге вместо пяти физически и морально устаревших технологических систем построены и эксплуатируются четыре современные общей проектной производительностью 2720 тыс. т/год. Использование в качестве исходного сырья газовой серы позволило исключить из технологической цепочки такие отделения, как сухая и мокрая газоочистка, промывное. При этом значительно сократилось количество эксплуатируемого оборудования, зданий и сооружений.

Для первых двух реконструированных систем в качестве исходного сырья использовалась твердая гранулированная (комовая) сера. Но она имеет ряд недостатков: при неоднократной загрузке (выгрузке), за счет уноса пыли, теряется около 1,5 % ее массы, что, в свою очередь, неблагоприятным образом сказывается на экологической ситуации на территории промышленной площадки. Кроме того, при определенной концентрации серной пыли в воздухе и определенных погодных условиях при разгрузке (перегрузке) зачастую могут возникнуть локальные взрывы и возгорания (такие факты зафиксированы).

В 2007 г. с пуском третьей реконструируемой технологической системы СКП введен в эксплуатацию узел приема жидкой серы из железнодорожных цистерн, который обеспечивает около 50 % потребности в исходном сырье для производства серной кислоты. Остальные 50 % сырья — гранулированная сера. Прием и разгрузка жидкой серы из железнодорожных цистерн — более рациональная и предпочтительная схема обеспечения сырьем СКП, кроме того, и более безопасная.
Все вышеперечисленные объекты реконструкции и нового строительства проектировались в соответствии с действующими правилами безопасности, успешно прошли государственную экспертизу или экспертизу промышленной безопасности.

Реконструкция склада жидкого аммиака проводилась в два этапа. На первом этапе была построена аммиачно-холодильная установка (с узлом компремирования), что позволило оперативно, в случае возникновения как штатных, так и нештатных ситуаций, производить без потерь утилизацию газообразного аммиака с последующим возвратом его в основное производство. На втором этапе был ускорен грузооборот склада жидкого аммиака: вместо выдачи его потребителям методом выдавливания из хранилищ по трубопроводам применены аммиачные насосы.

В результате сокращено число эксплуатируемых в технологической цепочке хранилищ с 10 до 4 (остальные могут использоваться в качестве промежуточного склада длительного хранения), исключена цикличность эксплуатации хранилищ, осуществлена полная реконструкция системы управления технологическим процессом (АСУТП переведена на новейшую систему контроля и управления на базе программного и технического обеспечения фирмы «Сименс»), что позволило сократить ручные операции и, соответственно, снизить влияние человеческого фактора.

Осуществлена реконструкция АСУТП производства минеральных удобрений (11 систем), экстракционной фосфорной кислоты , сернокислотного производства. В 2012 г. будут закончены модернизация систем управления ТЭЦ, а также оборудование АСУТП вновь строящихся объектов. Использование данных систем позволяет оперативно реагировать на малейшие изменения технологических процессов, контролировать действия обслуживающего персонала, вести оп-1те архивацию данных технологического режима за любой промежуток времени как в графическом, так и табличном представлении.

Заменены трубопроводы передачи фосфорной кислоты (общая протяженность около 3000 м), кремнефтористо-водородной кислоты (применялись современные материалы, отвечающие требованиям правил промышленной безопасности, относительно недорогие и ремонтно-пригодные — полиэтилен в броне).
В производстве минеральных удобрений, цехе фтористого алюминия, производственных корпусах смонтированы стационарные газоанализаторы для контроля за содержанием вредных веществ в воздухе рабочей зоны.

Ввиду того, что существующий склад фосфорной кислоты на участке № 1 ПМУ (производство минеральных удобрений) не отвечает требованиям безопасной эксплуатации (разрушение поддона хранилищ, неудовлетворительное техническое со-, стояние большей части самих хранилищ, здания насосной и др.), в 2012 г. будет введен в эксплуатацию новый склад, оборудованный АСУТП (что позволит исключить постоянное нахождение персонала на складе), системами промышленного телевидения, контроля и управления работой электрооборудования.

Проведен ряд научно-исследовательских работ. На эти цели расходовалось с 2005 по 2010 г. от 40 до 97 млн. руб. ежегодно. В 2002 г. после 15-летнего перерыва возобновлена рационализаторская работа (внесено 260 рационализаторских предложений).

Выполненная в 2003 г. УкрГИАП работа «Обоснование инвестиций в развитие ОАО «Череповецкий «Азот» на период до 2009 г.» предусматривала техническое перевооружение всех производств на предприятии. С учетом приоритетности и первоочередности задач по техническому перевооружению из обоснования были выделены наиболее эффективные мероприятия на основе анализа практического опыта реконструкции на аналогичных предприятиях. В результате была разработана комплексная программа модернизации производств аммиака (АМ) с увеличением их суммарной производительности до 1150 тыс. т/год, с сокращением расходных коэффициентов на сырье и энергоносители. Реализация программы предусмотрена на 2006—2012 гг., объем капитальных вложений — 2,4 млрд. руб.

Проведена модернизация конвертора синтеза аммиака с использованием аксиально-радиальных насадок АМ-1 и АМ-2. Эффект от внедрения: снижение сопротивления потоку, сжатие потока синтез-газа, увеличение степени превращения синтез-газа в аммиак, снижение давления в технологическом процессе.

Внедрена распределенная система управления и противоаварийной защиты АМ-1 и АМ-2, соответствующая Общим правилам взрывобезопасности для взрывопожароопасных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств. Экономический эффект от ее внедрения формируется за счет уменьшения дисперсии технологических параметров; увеличения количества защищаемого оборудования и числа распознаваемых аварийных ситуаций; автоматизации управляемых ранее в ручном режиме технологических объектов; стабилизации технологических режимов на уровне блоков; оптимизации по отдельным блокам и на межблочном уровне; увеличения пробега оборудования благодаря более «мягкой» его эксплуатации; высокой достоверности и большего количества информации, предварительно подготовленной; качественного принятия решений административно-управленческим персоналом; возможности подключения систем диагностики, что позволит уменьшить затраты на профилактические ремонты, перейдя на организацию ремонта по состоянию оборудования; полного учета материальных и финансовых ресурсов.

Внедрение АСУТП обеспечивает ее интеграцию с системами управления производством и предприятием. Это позволяет увеличить выработку аммиака и снизить потери природного газа за счет уменьшения количества внеплановых остановок в цехе по производству аммиака. Опыт подобных реконструкций в ОАО «Череповецкий «Азот» и на других аналогичных производствах показывает, что снижение числа остановок достигает 70 %. Такое снижение наблюдается за счет уменьшения количества ошибок операторов (меньшая доля ручного управления), а также за счет возможности предупреждения неисправности систем, мониторинга и анализа.

Большую пользу в повышение промышленной безопасности приносит внедрение тренажеров для систем управления АМ-1 и АМ-2, что обеспечивает:

  • возможность отработки трудовых навыков как индивидуально, так и в составе бригады или ее части, а также навыков управления процессом в объеме всей технологической схемы установки;
  • анализ параметров технологического процесса, регистрации результатов тренинга и возможности автоматизированного контроля и оценки действий обучаемых, аттестация операторов;
  • возможность как оперативно, так и в соответствии с заранее подготовленным сценарием преодолевать аварийные и нештатные ситуации и др.

Модернизация коснулась системы регулирования температуры технологических сред на агрегатах синтеза аммиака: применено частотное регулирование на электродвигателях вентиляторов. В результате удалось избежать их перегрузок, продлить ресурс, стабилизировать технологический режим работы агрегатов синтеза аммиака, предупредить возникновение аварийных ситуаций, сэкономить от 4 до 12 % потребления электроэнергии конкретного двигателя, в зависимости от нагрузки и времени года. Реконструированы колонны синтеза аммиака с применением нового вида насадки и увеличением объема катализатора, что позволило снизить давление в контуре синтеза с 30 до 24 МПа и в разы повысить надежность работы компрессоров, избежать их входа в помпажный режим.

Реконструируется отделение очистки конвертированного газа от СО2 (обеспечение экономии пара, природного газа и электроэнергии); ведется строительство установки выделения водорода из продувочных газов в целях совершенствования технологии синтеза аммиака (позволит получить дополнительное его количество за счет более полного использования сырья), криогенного блока разделения воздуха (обеспечение инертным газом производств ОАО «Череповецкий «Азот»), второй нитки аммиакопровода между ОАО «Череповецкий «Азот» и ОАО «Аммофос».

Перечисленные мероприятия — не исчерпывающие, программа модернизации гораздо шире, эффект от ее внедрения подтверждается снижением числа аварий и инцидентов. По мнению автора, необходимость модернизации химических производств притупляется, как правило, необъективным расчетом ущерба от аварий, а также сомнительными цифрами о вероятности возникновения аварии в документах по промышленной безопасности. Здесь нужна корректировка методик с учетом всех отрицательных факторов.
Главное направление модернизации в целях повышения промышленной безопасности взрывопожароопасных и химически опасных производств — совершенствование управления технологическими процессами на основе изучения особенностей их протекания.

химически опасных производства