Подбор и расчет оборудования для снижения вероятности аварии на компрессорной станции

Аварии происходят в основном при создании давления на магистрали. Поэтому надо предусмотреть систему автоматической блокировки подачи газа в случае разрыва газопровода, а также установить дополнительной оборудование для защиты нагнетателей давления.

Блок фильтра-сепаратора предназначен для очистки природного газа от жидкости и механических примесей. Он устанавливается на компрессорных станциях магистральных газопроводов с целью защиты нагнетателей газоперекачивающих агрегатов. Они устанавливаются после пылеуловителей в качестве второй (окончательной) ступени очистки газа. Блоки предназначены для эксплуатации в макроклиматических районах с умеренным и холодным климатом.

В состав блока фильтра-сепаратора входит:

- фильтр-сепаратор;

- трубопроводы;

- арматура;

- приборы и средства КиА;

- рама;

- площадки обслуживания.

Фильтр сепаратор представляет собой горизонтальный цилиндрический аппарат диаметром 1600 мм, внутри которого располагается:

- секция фильтрующих патронов с отклоняющей пла­стиной для предварительного отделения жидкости и мехпримесей (77 патронов фильтрующих);

- 23 элемента сепаратационных, которые обеспечивают дальнейшую очистку газа от жидкости;

- горизонтальный сборник жидкости Ø426 мм с двумя отсеками, куда производится слив примесей;

  - штуцера для подключения соответствующих технологических

Трубопроводов;

- приборов КиА;

- быстрооткрывающийся люк для замены фильтрующих элементов;

- люк и лючки для очистки сборника и штуцеров для выхода примесей.

Фильтр-сепаратор работает следующим образом:

Неочищенный газ поступает в аппарат через штуцер входа газа на от­бойную пластину для распределения и частичного отделения из газа крупных капель жидкости и механических примесей.

После предварительной очистки газ проходит секцию с фильтрующими патронами, где происходит дальнейшее отделение газа от капельной жидкости и механических примесей, которые через штуцер Ду 100 выводятся в сборник жидкости - отсек для сбора жидкости и мехпримесей. Далее газ поступает в сепарационную секцию с овально-цилиндрическими сетчатыми элементами, где происходит отделение жидкости. Жидкость стекает вниз ап­парата и через штуцер Ду 100 выводится в отсек сбора жидкости.

Для открывания фильтра-сепаратора при очистке фильтрующих элементов (патронов) от пыли предусмотрен затвор.

Затвор горизонтальный представляет собой устройство, состоящее из крышки, обечайки концевой, хомута стяжного, верхнего и ниж.-него кронштейнов и поворотного устройства для открывания крышки. Хо­мут стяжной стягивает крышку с обечайкой с помощью соединений «гайка-винт», находящихся вверху и внизу затвора.

Вращение стяжных винтов производится с помощью маховиков, установленных на концах верхнего и нижнего винтов.

Для обеспечения безопасности работы затвор снабжен двумя предохранительными устройствами, предотвращающими возможность вывода стяжного хомута из зацепления с фланцами при наличии давления в фильтре-сепараторе.

Патрон фильтрующий предназначен для очистки газа от механических и жидкостных примесей.

Патрон фильтрующий состоит из перфорированного цилиндрического корпуса, закрепленного сваркой, снизу с опорным кольцом, сверху - с крышкой. На корпусе закреплен фильтрующий материал. Крепление патрона осуществляется пружиной, которая сжимается прижимным уголком, при этом происходит смятие прокладки, что обеспечивает герметичность соединения патрона с решеткой аппарата. Прижимной уголок включает в себя также и направляющие уголки, которые служат для установки последующего ряда патронов[24].

Патрон фильтрующий работает следующим образом:

Газ с капельной жидкостью и механическими частицами проходит через фильтрующий материал снаружи во внутрь и выходит через отверстие в решетке аппарата. Проходя через фильтрующий материал, газ отделяется от жидкости и фильтруется от механических частиц.

В процессе работ в фильтрующем материале происходит накопление мехпримесей, что повышает перепад давления на фильтре - газосепараторе.

Расчет дерева отказов

 

Дерево отказов – это графическое представление логической структуры, описывающей нежелательные события(отказы). Дерево в теории графов - это связанный граф, не содержащий циклов. Ребра дерева называются ветвями, а концевые вершины – листьями. Корень дерева– это фиксированная вершина, которая соединена простой цепью с любой вершиной дерева и, следовательно, с любым листом. Корню дерева событий ставится в соответствие событие высшего уровня– происшествия, которое является следствием всех других нежелательных событий, описываемых с помощью данного дерева.

Дерево отказов строится с использованием логических элементов и базисных событий–полных, неполных и ожидаемых. Базисное событие– это событие, для которого не разрабатывается продолжение структуры дерева отказов. Базисное событие может быть представлено в дереве отказов тремя символами – окружностью, ромбом и «домиком». Окружность – это символ полного базисного события, в то время как ромб используется как символ неполных базисных событий, представляющих неразработанные ветви. Ожидаемые базисные события обозначаются символом «домик». Если дерево событий определяется количественно, то каждое базисное событие должно иметь вероятность отказа или частоту отказов. Большое дерево отказов может быть размещено на нескольких страницах дерева отказов, которые связываются с помощью передаточных логических элементов.

Ожидаемое базисное событие – это специальный вид базисного события, который может представлять состояние ИСТИНА (TRUE)или ЛОЖЬ (FALSE) для определенных ситуаций. Используя различные значения для ожидаемых событий, можно включить или выключить некоторые ветви дерева отказов и таким образом получить различные версии одного и того же дерева без его явного изменения. Логические элементы, которые устанавливаются в состояние ИСТИНА или ЛОЖЬ с помощью ожидаемого события, будут самостоятельно работать как ожидаемое события.

Ожидаемое базисное событие может иметь вероятность отказа, равную только 1 или 0. Полное базисное событие, в отличие от ожидаемого базисного события, может иметь любую вероятность отказа в диапазоне от 0 до 1 и не изменяет структуру дерева отказов. Ожидаемые событие используются также для того, чтобы определить правила, по которым производится условная замена базисных событий и логических элементов.

Базисные события образуют низший уровень дерева отказов. Промежуточные уровни, а также высший уровень образуются логическими элементами и их сочетаниями. Логические элементы– это события, при определении которых используются логические операторы. Событие, представленное логическим элементом, происходит, если выполняются следующие условия:

 

Таблица 7 – Условия выполнения логических элементов

 

Тип логического элемента	Условие
ИЛИ (OR)	Входное событие – ИСТИНА
И (AND)	Все входные события – ИСТИНА
K/N	K из N входных событий – ИСТИНА
ИЛИ–НЕ (NOR – NOT OR)	Ни одно из входных событий – не ИСТИНА
И–НЕ (NAND – NOT AND)	Не все входные события – ИСТИНА
Исключающее ИЛИ (XOR)	Точно одно входное событие – ИСТИНА

 

Разработка дерева отказов осуществляется дедуктивным методом, «сверху вниз» - от событий-следствий к событиям-предпосылкам. Построение дерева отказов заканчивается проверкой его адекватности и полноты по отношению к базисным событиям и логическим элементам.

 

Таблица 8 - Причины аварий и отказов на газопроводах и оборудовании КС

Причины аварий и отказов	Проценты
Подземная коррозия	30,5
Брак сварки	15,2
Дефект оборудования	12,2
Ошибка проектирования и нарушения проектных решений	9,1
Дефект труб	6,0
Брак строительно-монтажных работ	6,0
Нарушение требований правил эксплуатации	6,0
Внутренняя коррозия и эрозия	6,0
Механические повреждения трубопроводов	6,0
Не установленные причины	3,0

         Наиболее частыми причинами возникновения аварийных ситуация на площадках КС явились коррозийные процессы, браки строительно-монтажных работ и заводские дефекты труб и оборудования.

     Усугублением эффектов проявления данных причин являются жесткие условия работы оборудования и трубопроводов на компрессорных станциях - высокое давление, длительные постоянные нагрузки (способствуют накоплению усталостных напряжений в металлах), вибрация, неблагоприятные температурные режимы.

     Основные возможные причины и факторы способствующие возникновению и развитию аварий на площадках компрессорных станций.

     Причины возникновения аварий условно можно объединить в три группы:

- Разрушение (разгерметизация) технологического оборудования, трубопроводов и арматуры и отказы систем противоаварийной защиты объекта.

- Ошибки, запаздывание, бездействие персонала в штатных и нештатных ситуациях, несанкционированные действия персонала.

- Внешние воздействия природного и техногенного характера.

     Причины, связанные с разрушением (разгерметизацией) оборудования и трубопроводов и отказами систем противоаварийной защиты (ПАЗ) объекта.

     К основным причинам, приводящим к разрушениям и отказам оборудования и трубопроводов и систем ПАЗ, относятся:

- Нарушение прочности технологического оборудования трубопроводов;

- Внешнее механическое повреждение оборудывания и трубопроводов;

- Причины, связанные с типовыми процессами;

- Прекращение подачи энергоресурсов (электроэнергии).

     Нарушение прочности оборудования и трубопроводов может быть вызвано заводскими дефектами труб и оборудования, дефектами сварочно-монтажных работ, хрупкостью металла, физическим износом, температурной деформацией, коррозионными процессами.

     Внешние механические повреждение оборудования трубопроводов на площадках КС возможны вследствие транспортных аварий, проведения погрузо-разгрузочных работ, воздействия на трубопроводы и оборудование КС поражающих факторов техногенных аварий на соседних объектах и технологических узлах.

     В большинстве случаев, данные аварии являются следствием недостаточной квалификации персонала, несоблюдения правил технической эксплуатации и технической безопасности, отсутствием контроля со стороны лиц, ответственных за проведение работ.

         Причины, связанные с основными (типовыми) процессами.

     Среди процессов, протекающих на компрессорных станциях, в качестве основных, следует выделить газодинамические процессы: транспорт газа по технологическим трубопроводам компрессорных станций и компримирование газа.

     Характерной особенностью газодинамических процессов является их нестационарность: пульсация потока, образования ударных волн, зон разряжения. Значительные перепады давления, динамические и статические нагрузки создают условия для деформационного старения метала. Нестационарность процессов может привести к вибрации коммуникаций и оборудования, разрушению внутренних движущихся частей перекачивающих агрегатов, нарушению герметичности агрегатов и трубопроводов до полного катастрофического их разрушения.

     Газодинамические процессы связанны со следующими типами оборудывания:

 - Компрессорные агрегаты;

 - Трубопроводные системы (газопроводы-шлейфы, трубопроводы обвязки компрессорных агрегатов).

         Основной опасностью процесса компримирования газа является помпаж, который может привести к разрушению компрессора, сопровождающемуся выбросом газа под высоким давлением с образованием ударной волны расширяющего газа.

         Трубопроводные системы являются источником повышенной опасности из-за большого количества сварных и фланцевых соединений, запорной и регулирующей арматуры. Нестационарность процессов транспорта газа, пульсация потока может послужить «катализатором» нарушения герметичности системы.

         Наиболее слабым звеном газопроводной системы являются надземные технологические трубопроводы в обвязках компрессорных цехов, так как они испытывают вибрационное воздействие газоперекачивающих агрегатов.

         Причины, связанные с ошибками, запаздыванием, бездействием персонала в штатных и нештатных ситуациях, несанкционированными действиями персонала:

     Уровень автоматизации технологического процесса требует от обслуживающего персонала высокой квалификации и повышенного внимания. Особую опасность представляют ошибки при пуске и остановке оборудования, ведении ремонтных, профилактических и других работ, связанных с неустойчивыми переходными режимами, с освобождением и заполнением оборудования и резервуаров опасными веществами. В случае неправильных действий персонала существует возможность разгерметизации систем и возникновения аварийной ситуации.

         Причины, связанные с внешними воздействиями природного и техногенного характера:

         К внешним воздействиям природного и техногенного характера можно отнести[28]:

    - Грозовые разряды и разряды от статического электричества;

  - Снежные заносы и аномальное понижение (повышение) температуры воздуха;

            - Подвижки грунтов в результате растепления вечномерзлых пород;

- Попадание оборудования в зону действия поражающих факторов аварий, происшедших на соседних объектах;

- Преднамеренные действия (диверсия).

     Основными факторами, способствующими возникновению и развитию аварийных ситуация на КС, являются следующие специфические особенности данных производственных объектов:

- Высокие значения параметров технологического процесса.

 - Обращение в технологическом процессе значительных количеств опасных веществ.

- Расширенная (по сравнению с линейной частью) номенклатура опасных веществ, обращающихся в технологическом процессе.

 - Высокая концентрация оборудования на ограниченной территории.

   

Рисунок 3 – Дерево отказов

 

 

     2.6 Планирование и организация работ по ликвидации ЧС

 

Газопроводы являются на сегодняшний день самым доступным и дешевым видом транспорта, но тем не менее не застрахованным от аварий, сопровождающихся пожарами и взрывами, а также значительным материальным ущербом, необходима ликвидация чрезвычайной ситуации и проведение аварийно-спасательных и других неотложных работ в кратчайшие сроки и в полном объеме.

Для снижения ущерба и защиты персонала объекта экономики в результате ЧС необходимо планирование и организация аварийно-спасательных и других неотложных работ формирований гражданской защиты, расчет сил, средств и времени, необходимых для ликвидации чрезвычайной ситуации, вызванной техногенной аварией на компрессорной станции.

Для успешной ликвидации ЧС необходима правильная организация и технология аварийно-спасательных работ.

Аварийно-спасательные работы - это действия по спасению людей, материальных и культурных ценностей, защите природной среды в зоне чрезвычайных ситуаций, локализации чрезвычайных ситуаций и подавлению или доведению до минимально возможного уровня воздействия характерных для них опасных факторов. Аварийно-спасательные работы характеризуются наличием факторов, угрожающих жизни и здоровью проводящих эти работы людей, и требуют специальной подготовки, экипировки и оснащения.

Неотложные работы при ликвидации чрезвычайных ситуаций - это деятельность по всестороннему обеспечению аварийно-спасательных работ, оказанию населению, пострадавшему в чрезвычайных ситуациях, медицинской и других видов помощи, созданию условий, минимально необходимых для сохранения жизни и здоровья людей, поддержания их работоспособности.

Основные требования к организации аварийно - спасательных работ:

- сосредоточение основных усилий на спасении людей;

- организация и проведение работ в сроки, обеспечивающие выживание пострадавших и защиту населения в опасной зоне;

- применение способов и технологий ведения аварийно-спасательных работ, соответствующих сложившейся обстановке, обеспечивающих наиболее полное использование возможностей спасателей и технических средств, а также безопасность пострадавших и спасателей.

Для ликвидации ЧС на компрессорной станции, с разгерметизацией газопровода и взрывом газовоздушной среды, необходимо:

- определить аварийный участок газопровода;

-отключить его от действующих газопроводов (сброс газа) производятся, как правило, диспетчерской службой с применением средств телемеханики, а при их отсутствии - направлением бригад к отключающей запорной арматуре предполагаемого аварийного участка;

- при возникновении пожара, взрыва или внезапном выбросе газа в машинном зале, галерее нагнетателей, укрытиях ГПА, площадках пылеуловителей, оперативный персонал должен аварийно остановить компрессорную станцию.

- организовать доставку людей и технических средств к месту аварии.

На объектах газопереработки первоочередной задачей является, прежде всего, спасение пострадавших людей, оказавшихся в завалах зданий вследствие взрыва газовоздушных смесей. Важно установить, где и в каких условиях находятся пострадавшие, успели ли они укрыться в защитных сооружениях. Для этого необходимо в первую очередь найти и вскрыть убежища и укрытия, тщательно обследовать завалы, используя сведения очевидцев, планы территории с убежищами.

Для обнаружения оказавшихся в завалах людей могут быть использованы акустические приборы, способные улавливать слабые звуковые сигналы и определять направление их излучения[27].

Часть производственного персонала, находящихся в укрытии может оказаться в завалах: под обломками, в подвальных этажах обрушившихся зданий или в помещениях первых этажей. Люди могут находиться также и в полостях завала, которые образуются в результате неполного обрушения крупных элементов и конструкций зданий. Такие полости чаще всего могут возникать между сохранившимися стенами зданий и наклонно лежащими балками или плитами перекрытий, под лестничными маршами и т.п.

Выбор того или иного способа осуществления операции по высвобождению пострадавших из-под обломков определяется в первую очередь степенью повреждения и типом конструктивного решения зданий или сооружений, на котором предстоит вести работы.

При ликвидации последствий взрывов зона ЧС, как правило, ограничена сравнительно небольшой территорией. Однако количество жертв при этом может быть велико.

Если в результате взрыва различные объекты претерпели неодинаковые разрушения, а общая площадь разрушений значительная, то в этом случае работы проводятся в первую очередь на тех объектах, где помощь пострадавшим гарантировано обеспечит спасение их жизни.

Когда имеется достаточно сил и средств, спасательные работы должны выполняться по всей зоне ЧС.

Вскрытие и разборку конструкций производят только в размерах, необходимых для полного проведения намеченных работ.

При вскрытии и разборке конструкций следят, чтобы не ослаблялись несущие конструкции и не вызывалось их обрушение, не повреждались газопроводы, теплофикационные и электрические сети и электроустановки.

Спасательные работы начинаются немедленно, в случаях:

- людям угрожает опасность от взрыва или обрушения конструкций;

- люди самостоятельно не могут покинуть опасные места.

Определение последовательности проведения мероприятий аварийно – спасательных и других неотложных работ при ликвидации ЧС, в здании компрессорной станции

Для ликвидации ЧС необходимо выполнить действия по поиску и спасению пострадавших, разбору завала. Ликвидация ЧС начинается с момента получения сообщения о произошедшей ЧС, считается законченными по возвращении подразделений на место постоянной дислокации и включают в себя следующие мероприятия:

- обработку информации о ЧС;

- выезд и следование к месту ЧС;

- общую, инженерную, медицинскую разведку;

- расчистка подъездных путей для расстановки техники;

- охрана общественного порядка;

- разбор завалов;

     - разбор обломков разрушенных наружных установок и их складирование;

- поисково-спасательные работы;

- деблокирование пострадавших;

- оказание первой медицинской помощи;

- отправка погибших в морг;

- подготовка транспортного обеспечения;

- материально-техническое обеспечение;

- первоочердное жизненное обеспечение населения;

- эвакуация персонала объекта пострадавшего в ЧС;

- сбор и возвращение подразделений на места дислокации.

Для обеспечения общественного порядка и недопуск посторонних на территорию зоны ЧС привлекаются отряды объектовой службы безопасности.

Наращивание группировки сил и средств РСЧС в районе действия осуществляется по мере их готовности.