ВВЕДЕНИЕ
Современное раскрытие проблемы обеспечения безопасных условий труда - невозможно без анализа многофакторных условий формирования источников опасности и возникновения аварийных ситуаций, и многовариантности решений по их предотвращению и ликвидации последствий.
Необходимость углубления и переосмысления проблемы «охраны труда» обосновывается взаимодействием различных факторов, характеризующих современное состояние нашего общества. К таким факторам относятся принципиальное изменение социально-экономических отношений и появление различных видов собственности на средства производства, снижение влияния государства на промышленную и экономическую политику предприятий, в том числе и на обеспечение безопасных условий труда. Сосуществование в промышленных производствах технологий и оборудования различного уровня качества, созданных в предыдущее столетие. Продолжающимся развитием промышленных технологий как центров концентрации вредных и опасных производственных факторов, воздействие которых приводит к масштабным изменениям условий окружающей среды и жизнедеятельности человека. Кумулятивные эффекты от воздействия вредных и опасных производственных факторов на человека далеко не изучены, а их исследования, как правило, происходят после совершения аварий и катастроф и в значительной мере опосредованы. Принципиальным фактором для раскрытия данной проблемы, является комплексность причинно-следственных связей, совокупное влияние которых является инициатором аварийного или катастрофического процесса. При этом в системе «человек-производство-среда» не всегда возможно выделение приоритетного вида инициатора опасности. Катастрофическое явление или аварийная ситуация проявляется в результате комплексного наложения отклонений в производственных, организационных, технологических процессах и поведении обслуживающего персонала.
Основная идея реализуемого в работе системного подхода к проблеме обеспечения безопасных условий труда в пожаровзрывоопасных технологиях как наиболее ответственных за безопасность жизнедеятельности человека заключается в том, что обеспечение безопасных условий труда и устойчивости соответствующего уровня охраны труда может быть достигнуто только при комплексной реализации производственных, экономических и эколого-социальных решений в едином временном интервале применительно к каждому опасному технологическому процессу и производственному объекту.
Как показывают исследования Б.М. Беляева и Ю.П.Воробьева [21, 22], отдельно взятые конструктивные, организационные или технологические решения, как правило, не обеспечивают необходимый уровень безопасности труда. Основными причинами этого положения являются недостаточная согласованность действий государственных органов исполнительной власти Российской Федерации и субъектов Российской Федерации, акционерных обществ и компаний в разработке комплекса технических, технологических и проектных решений по основным вопросам обеспечения безопасных условий труда, недостаточность нормативно-правового обеспечения и отсутствие достаточной нормативной базы, обеспечивающей на единой методологической основе возможность проведения всесторонней оценки рисков с учетом возможных последствий для персонала, населения и окружающей природной среды. В сочетании с направлениями государственной политики в области охраны труда, структурная схема которой приведена на рисунке 1, система комплекса решений применительно к конкретным технологиям включает следующие основные направления:
1. Оптимизация производственных технологий, процессов, технических средств, реализуемая за счет разработки соответствующих научно-технических и проектно-конструкторских решений.
ГОСУДАРСТВЕННАЯ ПОЛИТИКА В ОБЛАСТИ ОХРАНЫ ТРУДА
1
1
1
Снижение производственного травматизма и профессиональной заболеваемости
Создание условий, обеспечивающих сохранение жизни и здоровья работников в процессе трудовой деятельности
4—>
Повышение уровня гарантий правовой и социальной защиты работников от профессиональных рисков
I
Направления реализации государственной политики
организационные
методические
санитарно-гигиенические
исследовательские
медицинские
производственные
конструкторские
информационные
другие
Нормативно-правовое и законодательное обеспечение
Правовые акты Методические рекомендации
Конструкторская и
технологическая
документация
Инструкции
ГОСТы, ОСТы, СНиПы, СИ, СП и другие
Рис. 1. Структурная схема государственной политики в области охраны труда
В производственном направлении безопасные условия труда достигаются за счет разработки и внедрения стандартов и норм проектирования, эксплуатации устройств, систем и технологий, работающих, в том числе, с по-жаровзрывоопасными смесями, высоким давлением и температурой, и обеспечивающих необходимый уровень безопасности труда и производства. Стандарты проектирования должны быть согласованы с системой требований сертификации производств и систем повышенной опасности на соответствие безопасным условиям труда с учетом статических и динамических режимов эксплуатации.
2. Повышение эффективности охраны труда и обеспечение комфортных и функционально удовлетворительных характеристик среды деятельности человека (цех, помещение, промышленная зона и т.п.) реализуется по-средствам комплекса научных, инженерно-технических и производственно-организационных мероприятий. Основой комплекса является система мониторинга окружающей среды, включая контроль параметров среды в зонах воздействия особо опасных технологий (в том числе пожаровзывоопасных).
3. Создание комплексной, многофункциональной (надзорной, контролирующей, разрешительной и т.п.) системы управления обеспечением безопасных условий труда на всех уровнях управления производством (федеральном, субъектов Федерации, муниципальном, предприятий и хозяйствующих субъектов с различными организационно-правовыми формами и формами собственности). Эффективность взаимодействия элементов системы управления (объектов и субъектов процесса охраны труда) определяется качеством нормативного, законодательного и правового обеспечения, уровнем и профессиональной подготовки управляющего и производственного состава работников, развитием системы непрерывного обучения, переподготовки и повышения квалификации персонала.
8
Целью работы является научное обоснование и разработка методологии системы обеспечения безопасных условий труда в производственных процессах, использующих взрывоопасные смеси в сосудах и системах с высоким давлением и температурой.
Объектом исследования являются безопасность и охрана труда в отраслях промышленности, использующих опасные смеси (в том числе пожа-ровзрывоопасные) в сосудах и системах с высоким давлением и температурой.
Предметами исследования являются методы и технические средства, обеспечивающие безопасные условия и эффективность охраны труда в от-раслях промышленности, эксплуатирующих системы и сосуды с опасными (пожаровзрывоопасными) смесями под высоким давлением и с высокой температурой.
Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие задачи:
- классификация условий возникновения аварий в системах и сосудах, содержащих взрывоопасные смеси;
- выявление факторов, влияющих на безопасность эксплуатации и безопасные условия труда в производственных процессах, использующих системы и сосуды со взрывоопасными (пожаровзрывоопасными) смесями с высоким давлением и температурой;
- формирование структурной модели обеспечения безопасных условий труда в производствах с системами и сосудами, использующие опасные (пожаровзрывоопасные) смеси с высоким давлением и высокой температурой;
- обоснование методологических принципов и проектирование систем и сосудов со взрывоопасными (пожаровзрывоопасными) смесями под высоким давлением и температурой, обеспечивающих безопасные условия труда;
- методическое обоснование формирования зон безопасности в производствах, использующих системы и сосуды с высоким давлением и взрывоопасными смесями;
- разработка рекомендаций по проектированию экспериментальных установок для оценки поражающих факторов при взрывах сосудов.
Методы исследования. Для решения поставленных задач использовались методы системного анализа, аналитические исследования, лабораторные и натурные эксперименты, методы математической статистики и теории вероятностей.
Основные положения, выносимые на защиту, состоят в следующем:
1. Обеспечение безопасности труда в производственных процессах базируется на комплексности решений задач охраны труда в технологическом, экономическом, социальном, экологическом и правовом аспектах. На основе стратегии устойчивого развития процесс обеспечения безопасных условий труда является основополагающим в производственной деятельности и рассматривается только в том случае, когда определены структура и наборы технико-экономических показателей технологических процессов. Задачи адаптации объектов, субъектов и предметов обеспечения безопасных условий труда должны решаться на всех стадиях подготовки и реализации производства (проектирование, строительство, испытание, эксплуатация).
2. Решающим фактором повышения эффективности обеспечения безопасных условий в пожаровзрывоопасных производствах и технологиях является формирование альтернативных решений обеспечения безопасности труда в соответствии с вариантами производственных процессов, на основе типового классификационного признака отнесения к пожаровзрывоопасным технологиям — наличие взрывоопасного рабочего вещества, способного к детонации.
3. Необходимым и достаточным условием обеспечения безопасных условий в пожаровзрывоопасных производствах является эффективная сие-
10
тема проектирования на основе комплексного анализа многовариантных проектных решений по функциональным требованиям безопасности труда к функциональным характеристикам оборудования технологических процессов, использующих пожаровзрывоопасные рабочие смеси.
4. Эффективность проектирования сосудов и систем с высоким давлением определяется уровнем структуризации и типизации как самих элементов системы обеспечения безопасных условий труда «производственный процесс - пожаровзрывоопасное рабочее тело- производственная среда - оператор», так и их взаимосвязей, учитывающих изменение производственных, технологических, средовых и человеческих факторов путем управления технологическими параметрами процессов в сосудах и системах с высоким давлением, параметрами производственной среды и профессиональными характеристиками персонала.
5. Проектирование пожаровзрывоопасных технологий и производств должно предусматривать комплексную оценку возможности возникновения детонации в пожаровзрывоопасных смесях и защиты людей, оборудования и конструкций зданий от аварийных взрывов и пожаров.
6. Оптимальность параметров проектных решений, исключающих по- жаровзрывоопасность на стационарных и подвижных объектах с сосудами и системами с высоким давлением, обеспечивается за счет систем постоянного контроля за отклонениями в технологических процессах с высоким давлением и предупреждением аварийных ситуаций, а также контролем за характеристиками прочности и сплошности конструкций систем и сосудов с высоким давлением.
7. Управляемая технология обеспечения безопасных условий труда в производствах с использованием сосудов и систем высокого давления заключается в предварительном определении закономерностей физических процес-сов взрывного горения пожаровзрывоопасных рабочих смесей, качественной и количественной оценки формирования зон поражения, разлета осколков
11
при взрыве сосудов с высоким давлением, последовательном и сопряженном выборе параметров сосудов и систем с высоким давлением, параметров технологий их эксплуатации и параметров промышленных сред, в которых они используются, для каждого конкретного случая. Контроль устойчивости безопасных условий эксплуатации сосудов и систем с высоким давлением осуществляется инструментальным путем по критерию «отклонения от нормы», полученному путем анализа ситуаций для каждого конкретного непрерывного или дискретного процесса (взрывное горение, детонация от механического воздействия).
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и ре-комендаций подтверждается:
- конкретным использованием математических моделей, созданных на основе апробированных аналитических зависимостей при составлении расчетных алгоритмов;
- проверкой результатов технических исследований значительным объемом проанализированных исследований процессов взрывного горения взрывоопасных смесей в различных производствах и взрывов сосудов с высоким давлением;
- удовлетворительной сходимостью результатов аналитических ис- следований и экспериментов;
- положительными результатами производственных испытаний и внедрением результатов исследований.
Научное значение и новизна работы заключается в следующем:
- сформулирована методология формирования системы обеспечения безопасных условий труда в отраслях промышленности, использующих технологии с системами и сосудами со взрывоопасными (пожаровзрывоопасны-ми) смесями под давлением и температурой, как открытой динамической системы взаимодействия внешних процессов, обусловленных научно-
12
техническим прогрессом, и внутренних, характеризующих развитие потребностей общества;
- предложена газодинамическая модель процесса взрывного горения ГВС в топке котла как в объеме сложной конфигурации со встроенными элементами, позволяющая прогнозировать характер протекания взрывного процесса в топках котлов различной конфигурации с разными вариантами размещения встроенных элементов без проведения сложных дорогостоящих натурных экспериментов;
- обоснованы возможность типизации пожаровзрывоопасных процессов и применения общих системных принципов обеспечения безопасности труда в пожаровзрывоопасных процессах различных отраслей промышленности;
- теоретически и экспериментально обоснованы методы расчета конструкций предохранительных устройств для систем, работающих в статических и динамических режимах горения газовоздушных смесей.
Практическое значение диссертации заключается в следующем:
- разработаны классификации условий возникновения аварий в производственных процессах, использующих системы и сосуды со взрывоопасными (пожаровзрывоопасными) смесями с высоким давлением и температурой, которые на стадии проектирования позволяют прогнозировать эффективность технических решений по обеспечению безопасных условий труда;
- разработаны инженерные методы расчета определения зон поражения при взрывах сосудов, работающих под давлением;
- разработана методика создания зон безопасности в производствах, использующих системы и сосуды со взрывоопасными (пожаровзрывоопасными) смесями, работающими под давлением и высокой температурой;
- разработаны расчетные методы для проектирования конструкций, работающих с пожаровзрывоопасными смесями под давлением и высокой температурой;
- сформулирована методологическая база для формирования системы обеспечения безопасных условий труда в пожаровзрывоопасных технологиях.
13
Результаты работы использованы при составлении следующих нормативных и методических документов:
Методика определения скорости детонации паровоздушных смесей ЛВЖ. -Тбилиси: ГПИ, научные труды, № 9 (178), 1975 г.
Методика расчета зон и вероятности поражения в них объектов при взрывах сосудов, работающих под давлением. - М.: Газовая промышленность, №2, 1980 г.;
Обеспечение экологической безопасности предприятий и объектов топливно-энергетического комплекса. /Труды ИПК Минтопэнерго РФ. -М:1996 г.;
Основные задачи строительных организаций по снижению вредного воздействия их производственной деятельности на окружающую среду. /Труды ИПК Минтопэнерго. -М: 1997 г.;
Охрана окружающей среды от негативного производственного воздействия нефтегазового комплекса. Монография. -М.: Нефтяник, 1997 г.;
Обеспечение охраны труда и экологической безопасности при добыче, хранении, транспортировке и переработке углеводородного сырья. /Труды ИПК Минтопэнерго РФ. -М: 1997 г.;
Эксплуатация энергетических и теплопотребляющих установок, охрана труда, промышленная и пожарная безопасность. /Труды ИПК Минтопэнерго РФ. -М: 1998 г.;
Охрана труда и промышленная безопасность. -М.: Недра, 2000 г.;
Охрана труда и промышленная безопасность. -М.: Нефть и газ, № 3, 2000 г.;
Безопасность эксплуатации электроустановок. -М.: Безопасность труда в промышленности, № 1, 2002 г., -с. 19-22.
14
Апробация работы. Основные положения работы обсуждались на научно-технических конференциях МИСИ им. В.В. Куйбышева; XX, XXII и XXIII научно-технических конференциях Грузинской ССР; Всесоюзной конференции «Экология нефтегазового комплекса»; Всесоюзной конференции «За выживание»; семинарах по экологии нефтегазового строительства, научно-технической конференции «Инженерная экология XXI век»; на заседаниях Ученого совета ИПК Минэнерго России.
Публикации. Основные положения и результаты работы опубликованы в 34 печатных работах, 22 учебно-методических материалах, двух монографиях.
Структура и объем работы. Диссертационная работа включает в себя введение, четыре главы, список использованной литературы из 222 наименований, изложена на 249 страницах машинописного текста и содержит 30 таблиц и 79 рисунков.
Структура и объем работы. Работа включает в себя: введение, четыре главы, список литературы и приложение.
15
Глава 1. Состояние безопасности труда в основных отраслях промышленности, использующих пожаровзрывоопасные технологии.
1.1. Современное состояние безопасности труда в пожаровзрывоопасных производствах нефтегазодобывающих отраслей.
Развитие промышленности характеризуется увеличением потенциальной опасности для человека и окружающей среды, связанной прежде всего с ростом энергонасыщенности предприятий, увеличением энергопотребления в технологических процессах, увеличением масштабов опасных и вредных производственных технологий, усложнением систем управления отраслей промышленности, децентрализацией нефтегазодобывающих, транспортирующих и нефтегазоперерабатывающих предприятий, вошедших в состав различных по организационно-правовым формам и формам собственности компаний [1-5], акционерных обществ и т.п.
Оценки показывают, что мировое потребление энергии к 2020 году возрастет примерно на 65% относительно 1999 года и соответственно увеличится потребность в энергоносителях (углеводородах, уране и т.п.) и в производственных мощностях по их добыче, транспортировке, хранению и использованию.
В России энергоемкость производства за последнее десятилетие выросла на 30% и более и в 2-3,5 раза превышает этот показатель в развитых странах. Такая тенденция развития экономики страны свидетельствует о сохранении ведущей роли нефтегазовых отраслей промышленности.
В тоже время топливно-энергетический комплекс, включающий электроэнергетику, нефтедобывающую и нефтеперерабатывающую отрасли, угольную промышленность, газовую промышленность, остается крупнейшим источником возникновения опасностей для человека и загрязнения окружающей среды [13]. На его долю приходится около 50% выбросов вредных веществ в атмосферу, около 30% сброса загрязненных сточных вод, в поверхностные водные объекты, свыше 30% твердых отходов и до 70% общего
16
объема парниковых газов. На территории Российской Федерации находится в эксплуатации около 350 тысяч км внутрипромысловых трубопроводов нефтеперерабатывающих предприятий, на которых ежегодно отмечается свыше 50 тысяч инцидентов, приводящих к опасным последствиям [27]. Действующая система магистральных газопроводов, нефтепроводов и конденсатопро-водов не отвечает современным требованиям безопасности [8, 20]. Несмотря на некоторое снижение аварийности и травматизма, связанное в первую очередь с резким снижением объемов производства, состояние безопасности труда на объектах нефтегазодобывающей отрасли остается неудовлетворительным [7, 8, 20], в частности, в последнее десятилетие произошло шесть крупных пожаров, в том числе связанных с утечкой взрывоопасных веществ. На предприятиях и объектах химической, нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности среднегодовое количество аварий за последнее десятилетие увеличилось на 8%, в том числе со значительными экологическими последствиями. Только в 1998 году природоохранные органы России зафиксировали 140 чрезвычайных ситуаций, что в 2 раза выше предыдущих лет. Среди них наиболее распространенными явились аварии на магистральных и внутрипромысловых трубопроводах, трубопроводах на промышленных объектах, пожары (взрывы) в зданиях, на коммуникациях, тех- нологическом оборудовании. Магистральные и внутрипромысловые нефтегазопроводы остаются одними из важнейших объектов, требующих разработки комплексных мероприятий по обеспечению как безопасных условий труда, так и охраны окружающей среды. Необходимость упреждения вредных воздействий от этих объектов на природно-территориальные комплексы и на человека явились предметом обсуждения и выработки рекомендаций Межведомственной комиссии Совета Безопасности Российской Федерации по экологической безопасности в апреле 2002 года. Систематизация видов воздействия и потенциальных последствий (табл. 1.1) свидетельствуют о широте и глубине взаимосвязей факторов, приводящих трубопроводный транспорт в нефтегазовых отраслях промышленности к аварийным ситуациям.
17
Таблица 1.1.
Виды воздействия магистральных и внутрипромысловых нефтегазопроводов на окружающую среду и человека
Вид воздействия Потенциальные последствия
Для природного территориального комплекса Для человека
Химическое загрязнение почвы углеводородами Снижение биопродуктивности растительной биомассы, миграция животных из зон загрязнения Снижение хозяйственной, рекреационной ценности земель и нарушение эстетики ландшафта, ухудшение качества воды и пищи
Химическое загрязнение промышленными газовыми выбросами Снижение биопродуктивности растительной биомассы, снижение видового разнообразия Интоксикация организма, ухудшение здоровья, поражение систем и внутренних органов
Химическое загрязнение водных объектов углеводородами Снижение биопродуктивности водных объектов, снижение видового разнообразия Ухудшение качества питьевой воды, ухудшение здоровья и поражение систем и внутренних органов
Разрушение природных ландшафтов Снижение биопродуктивности растительной биомассы, снижение видового разнообразия, изменение водного режима Снижение хозяйственной, рекреационной ценности земель и нарушение эстетики ландшафта, повышение риска возникновения аварий в результате оползней
Термическое воздействие при возгорании нефти и газа (в зоне поражения огнем) Уничтожение флоры и фауны, снижение биопродуктивности растительной биомассы, снижение видового разнообразия, изменение водного режима Смертельный и тяжелый травматизм, снижение хозяйственной, рекреационной ценности земель и нарушение эстетики ландшафта
Ударная волна при взрыве газа или паров нефти, нефтепродуктов (в зоне поражения) Уничтожение флоры и фауны Смертельный и тяжелый травматизм
Мировой и отечественный опыт показывают, что независимо от состояния и сроков службы объектов трубопроводного транспорта постоянно существует риск возникновения аварий. Аварии на магистральных трубопроводах, как правило, сопровождаются выбросом пожаровзрывоопасных веществ, оказывающих локальное загрязняющее, термическое или токсическое возденет- |
